Sterylizacja żywności w proszku w celu inaktywacji zarodników
Wiele produktów, takich jak żywność dla dzieci, przyprawy, kompleksy witamin i białek oraz żywność z przetworzonych owadów lub glonów, przetwarza się do postaci sproszkowanej, by zwiększyć ich stabilność, zapewnić dłuższą przydatność do spożycia i ułatwić ich transportowanie. Skuteczna inaktywacja zarodników drobnoustrojów znajdujących się w proszkach za pomocą konwencjonalnej obróbki cieplnej stanowi jednak wyzwanie, a późniejsze chłodzenie proszków powietrzem stwarza dodatkowe ryzyko ponownego zanieczyszczenia. Projekt CAP SAliPharm, realizowany w ramach pierwszego indywidualnego stypendium z działania „Maria Skłodowska-Curie” (MSCA-IF) przyznanego Akademii Nauk Stosowanych, ma na celu ocenę wykorzystania nowej technologii plazmowej do bezpiecznego przygotowania proszków przed pakowaniem.
Z pierwotnej zupy na nasze stoły
Plazma jest czwartym stanem skupienia – gazem tak gorącym, że energiczne zderzenia atomów i molekuł powodują uwolnienie większości elektronów. Z tego zjonizowanego gazu składają się gwiazdy. W laboratorium zimne plazmy atmosferyczne (ang. cold atmospheric plasma, CAP) plazmę uzyskuje się nie w wyniku wystąpienia ekstremalnie wysokiej temperatury, a wykorzystując w tym celu wolne elektrony rozpędzane w polu elektrycznym. Te częściowo zjonizowane gazy to, w temperaturze pokojowej i standardowym ciśnieniu atmosferycznym, mieszanina elektronów, jonów, wzbudzonych atomów i molekuł oraz reaktywnych form pierwiastków, które stają się źródłem promieniowania UV oraz ciepła. Skład plazmy CAP i wytwarzane przez nią warunki środowiskowe sprawiają, że sprawdza się ona wyjątkowo dobrze w zastosowaniach praktycznych. Zespół projektu CAP-SAliPharm chce wykorzystać reaktywne formy pierwiastków i promieniowanie UV do zmniejszenia żywotności drobnoustrojów w proszkach. „Zastosowanie termicznej obróbki niskoenergetycznej możliwej dzięki technologii CAP powinno pozwolić na lepszą konserwację żywności niż ta, którą uzyskuje się konwencjonalną obróbką cieplną na sucho lub na mokro, czy też wysokoenergetycznym promieniowaniem. W procesie nie używa się ani nie wytwarza żadnych chemikaliów ani toksycznych związków. Jeśli dodatkowo plazma będzie wytwarzana przy użyciu zielonej energii, ślad ekologiczny sterylizacji będzie naprawdę nieduży”, wyjaśnia koordynator CAP-SAliPharm Michael Beyrer z Wyższa Szkoła Nauk Stosowanych i Sztuki w Szwajcarii Zachodniej (fr. Haute Ecole Spécialisée de Suisse occidentale, HES SO).
Sprostanie wyzwaniom dotyczącym produkcji sproszkowanych produktów
Technologia CAP jest już stosowana w przemyśle do antybakteryjnej obróbki powierzchni, ale nigdy nie użyto jej jeszcze do przetwarzania produktów przeznaczonych do spożycia przez ludzi. Proszek, w porównaniu do innych matryc, na ogół zmniejsza szybkość i skuteczność inaktywacji zarodników CAP. Zespół CAP-SAliPharm obrał dwa kluczowe cele: scharakteryzowanie i określenie czynników wpływających na skuteczność inaktywacji oraz ocenę potencjalnych skutków ubocznych. Naukowcy badali zarodniki bakterii na wielu organicznych i nieorganicznych cząstkach o różnej charakterystyce. Stypendystka Maria Consuelo Pina-Pérez podsumowuje: „Stwierdziliśmy, że inaktywacja uśpionych przetrwalników CAP jest przewidywalna i skalowalna, a przede wszystkim zależna od uwolnionej mocy i czasu trwania procesu. Moc o niewielkiej gęstości uwalniana w krótkim, bo zaledwie kilkominutowym procesie o bardzo niskiej gęstości mocy rozładowania, kilku mW/cm2, inaktywował zarodniki na dziesiątki lat”. Co ważne, osiągnięcie tak imponujących wyników przy tak niskim zużyciu energii powinno ograniczyć potencjalne skutki uboczne.
Nabyte doświadczenia umożliwiają przyszłe prace
Zespół CAP-SAliPharm od pewnego czasu dokonuje oceny szczepów odniesienia mikroorganizmów chorobotwórczych w żywności w proszku, w tym tych, które występują w środowisku przemysłowym oraz tych, których obecność w produktach jest nieunikniona. Wprowadzane są również coraz bardziej rygorystyczne przepisy w związku z nawiązaniem współpracy z firmą Nestlé. Beyrer podsumowuje: „Projekt integruje prace wstępne i uzupełniające oraz promuje ogólnoeuropejską komunikację w środowisku naukowym. Jest to równie ważny rezultat, który przyspiesza komercjalizację powstającej technologii”. Kampanie upowszechniające zostały przyjęte z ogromnym entuzjazmem, a zespół przygotowuje się do skalowania technologii, budowania partnerstw i wejścia na rynek, co przyniesie korzyści zarówno konsumentom, jak i przedstawicielom branży.
Słowa kluczowe
CAP-SAliPharm, zimna plazma atmosferyczna (CAP), proszek, zarodniki, inaktywacja, plazma, żywność, drobnoustroje, sterylizacja
