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May 16, 2024

Modellazione della cinetica di inattivazione di Escherichia coli, Salmonella Enteritidis e Bacillus subtilis trattati con un multi

Scientific Reports volume 13, Numero articolo: 12058 (2023) Cita questo articolo 174 Accessi Dettagli metriche L'efficacia del trattamento con scarica di barriera dielettrica a superficie multi-cava contro

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È stata studiata l'efficacia del trattamento con scarica di barriera dielettrica superficiale multi-cava contro Escherichia coli, Salmonella Enteritidis e Bacillus subtilis. Come gas di lavoro sono stati utilizzati aria ambiente, O2 e N2 con una portata di 6 l/m. La potenza erogata al plasma era di 30 W su un'area di 2 × 2 cm2. Le specie attive nel plasma generato in diversi gas che partecipano all'inattivazione dei microrganismi sono state valutate mediante spettroscopia di emissione ottica e spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier. Le curve di inattivazione sono state adattate ai modelli log-lineare di Bigelow, bifasico e Geeraerd. Secondo i risultati, tutti i trattamenti al plasma hanno inattivato i microrganismi testati, a seconda del gas di lavoro. La maggiore sensibilità dei batteri è stata osservata al plasma dell'aria ambiente. L'inattivazione fino a 5 log per E. coli e S. Enteritidis potrebbe essere ottenuta entro 15 secondi dal trattamento al plasma. Anche l'esposizione al plasma aereo di 25 s ha portato a log10 CFU/ml di B. subtilis da 7,98 a 4,39. S. Enteritidis ha mostrato una leggera resistenza al trattamento plasmatico con N2. Nell’arco di 180 secondi di trattamento con plasma di azoto, è stata registrata una riduzione di 2,04 log10 CFU/ml.

Il plasma a bassa temperatura (LTP) generato da varie scariche a barriera dielettrica (DBD) ha mostrato un potenziale effetto antimicrobico in molte matrici alimentari, compresi prodotti freschi, come pomodorini e fragole1, spezie2,3,4 o noci5,6. Gli effetti antimicrobici dell'LTP derivano da varie possibili reazioni tra specie diverse che si verificano durante il trattamento al plasma7. Il tipo e la concentrazione di queste specie reattive dipendono dal sistema al plasma e dai parametri operativi applicati, inclusi gas di lavoro, umidità ed energia in ingresso5,6,7. Ad esempio, l'ossigeno reattivo (perossido di idrogeno, radicale idrossile, superossido, ossigeno singoletto, ossigeno atomico e ozono) e le specie di azoto (perossinitrito, ossido nitrico e nitrito), i fotoni UV e le particelle cariche sono gli agenti battericidi essenziali nell'LTP generato nell'ambiente. aria7,8.

Il radicale OH, un ROS formato nel plasma, svolge un ruolo significativo nell'inattivazione di vari agenti patogeni come conseguenza del suo elevato potenziale di ossidazione9. Secondo Procházka et al.10, un DBD complanare acceso nel vapore acqueo aumenta la generazione di radicali OH. Tuttavia, l’aggiunta di vapore acqueo all’aria porta all’aumento della tensione richiesta per la generazione LTP o addirittura impedisce la generazione di plasma. Le limitazioni menzionate portano allo sviluppo di un progetto di scarica efficace per l'affidabilità della sorgente di plasma in una potenziale applicazione9.

Una nuova geometria di scarica a barriera dielettrica superficiale multi-cava (MSDBD) combina la geometria della superficie e del volume dei sistemi al plasma DBD11,12. L'MSDBD è costituito da due elettrodi paralleli completamente incorporati nella ceramica per prevenire l'erosione degli elettrodi. Il sistema MSDBD contiene 105 fori, all'interno dei quali viene generato il plasma in apposito gas di lavoro, e il flusso (5–20 L/min) garantisce il trasferimento delle particelle attive al campione trattato. Inoltre, la geometria unica e l'effetto di raffreddamento portano a un'elevata resa di particelle attive, compreso l'ozono, e consentono il trattamento al plasma di campioni a distanze più elevate o di modelli con una superficie strutturata11. La descrizione dettagliata della geometria MSDBD e delle proprietà del plasma generato può essere trovata nel documento di Homola et al.13.

Le tecniche di sicurezza e conservazione microbica degli alimenti rappresentano una delle questioni più critiche nell’industria alimentare. Le infezioni di origine alimentare causate da microrganismi patogeni possono influenzare negativamente la salute pubblica e lo sviluppo socioeconomico14. La contaminazione degli alimenti con batteri deterioranti può portare alla presenza di tossine microbiche e quindi rappresenta un pericolo per la salute dei consumatori1. Ad esempio, un'epidemia di Escherichia coli O104: H4 produttore della tossina Shiga è stata collegata al consumo di germogli di fieno greco in Germania nel 201115. Inoltre, agenti patogeni come E. coli O157:H7 e Salmonella spp. può essere in grado di sopravvivere per lunghi periodi di tempo1. D'altra parte, il Bacillus subtilis, uno dei batteri sporigeni più frequenti nelle spezie, è un batterio che provoca intossicazione alimentare. Questo batterio è noto come non patogeno per l'uomo, ma occasionalmente causa caratteristiche tossine che portano a vomito grave, crampi addominali e diarrea. Inoltre, B. subtilis è in grado di sopravvivere al processo di sterilizzazione16.