تاثیر غلظت پراکسید هیدروژن تولید شده توسط پلاسمای سرد اتمسفری در نابود سازی باکتری اشرشیا کلی تلقیح شده به آب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی

2 دانشجوی دکتری - دانشگاه ارومیه

3 رئیس مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما

چکیده

سابقه و هدف: غیرفعال کردن میکروارگانیسم ها با استفاده از پلاسما یکی از فناوری های نوظهور در حوزه غذا و زیست پزشکی است که برای غیر فعال کردن میکروارگانیسم ها در آب می توان از آن استفاد کرد. عامل غیر فعال کردن میکروارگانیسم ها توسط پلاسما عوامل فعالی همانند گونه های فعال OH، O، O3، H2O2 ، UV و میدان های الکتریکی است که توسط تخلیه پلاسما تولید می شود
مواد و روش ها: طی این مطالعه جهت بررسی خاصیت میکروب کشی پلاسمای سرد، از دستگاه تخلیه الکتریکی اسپارک استفاده شد. باکتری اشرشیا کلی به نمونه های آب تلقیح گردید و پس از تیمار پلاسما در زمان های مختلف نمونه برداری جهت کشت در محیط کشت پلیت کانت آگار انجام شد. علاوه بر آزمایشات میکروبی، غلظت پراکسید هیدروژن نیز اندازه گیری شد.
یافته ها: نتایج این مطالعه نشان داد، پلاسما قادر به غیرفعال کردن غلظت بالایی از باکتری اشرشیاکلی در آب می باشد. بطوری که بعد از مدت کوتاهی از تابش پلاسما روی سطح آب ، بار میکروبی نمونه به مقدار 8 سیکل لگاریتمی کاهش می یابد. با شروع تابش پلاسما روی سطح آب ، اندازه گیری ها نشان از تولید و افزایش صعودی مقدار پراکسید هیدروژن موجود در آب دارد. بطوری که در پایان آزمایش غلظت پراکسید هیدروژن تا حدود mg/l 100 افزایش یافت.
نتیجه گیری:
طی این مطاله پلاسمای سرد تخلیه الکتریکی اسپارک روی سطح آب توانست تمامی بار میکروبی تلقیح شده به نمونه آب را از بین ببرد. با توجه به آزمایشات صورت گرفته، میزان غلطت پراکسید هیدروژن با افزایش مدت زمان تیمار، بیشتر می شود و می تواند اصلی ترین عامل نابود سازی میکروارگانیسم ها در آب توسط پلاسمای سرد اتمسفری باشد.

سابقه و هدف: غیرفعال کردن میکروارگانیسم ها با استفاده از پلاسما یکی از فناوری های نوظهور در حوزه غذا و زیست پزشکی است که برای غیر فعال کردن میکروارگانیسم ها در آب می توان از آن استفاد کرد. عامل غیر فعال کردن میکروارگانیسم ها توسط پلاسما عوامل فعالی همانند گونه های فعال OH، O، O3، H2O2 ، UV و میدان های الکتریکی است که توسط تخلیه پلاسما تولید می شود
مواد و روش ها: طی این مطالعه جهت بررسی خاصیت میکروب کشی پلاسمای سرد، از دستگاه تخلیه الکتریکی اسپارک استفاده شد. باکتری اشرشیا کلی به نمونه های آب تلقیح گردید و پس از تیمار پلاسما در زمان های مختلف نمونه برداری جهت کشت در محیط کشت پلیت کانت آگار انجام شد. علاوه بر آزمایشات میکروبی، غلظت پراکسید هیدروژن نیز اندازه گیری شد.
یافته ها: نتایج این مطالعه نشان داد، پلاسما قادر به غیرفعال کردن غلظت بالایی از باکتری اشرشیاکلی در آب می باشد. بطوری که بعد از مدت کوتاهی از تابش پلاسما روی سطح آب ، بار میکروبی نمونه به مقدار 8 سیکل لگاریتمی کاهش می یابد. با شروع تابش پلاسما روی سطح آب ، اندازه گیری ها نشان از تولید و افزایش صعودی مقدار پراکسید هیدروژن موجود در آب دارد. بطوری که در پایان آزمایش غلظت پراکسید هیدروژن تا حدود mg/l 100 افزایش یافت.
نتیجه گیری:
طی این مطاله پلاسمای سرد تخلیه الکتریکی اسپارک روی سطح آب توانست تمامی بار میکروبی تلقیح شده به نمونه آب را از بین ببرد. با توجه به آزمایشات صورت گرفته، میزان غلطت پراکسید هیدروژن با افزایش مدت زمان تیمار، بیشتر می شود و می تواند اصلی ترین عامل نابود سازی میکروارگانیسم ها در آب توسط پلاسمای سرد اتمسفری باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Concentration of Hydrogen Peroxide Produced During Cold Plasma Treatment of Water on Inactivation Escherichia coli

چکیده [English]

Background and objectives: Inactivation of microorganisms by plasma is a new technique in food science and biotechnology fields. This technique could be used to inactivate microorganisms in water. Reactive species such as UV, H2O2, O3, O, OH and intense electric field produced during plasma discharge, are known to be main factors of microorganisms inactivation.

Materials and methods: In this study an electrical spark discharge system have been used to evaluate the ability of cold plasma to inactivate microorganisms. E. coli have been inoculated to water samples and after plasma treatment with various time laps, samples were collected to operate plate count tests. Beside microbiological tests, the concentration of Hydrogen Peroxide have been analyzed.

Results: the results of this study showed that plasma can significantly inactivate high concentrations of bacteria in water. After plasma treatment of water samples for even short times, 8 Log CFU/ml reduction of bacteria population was observed. Observations showed that the concentration of Hydrogen Peroxide increased by 100 mg/l after plasma treatment.

Conclusion: In this study, electrical spark discharge cold plasma on water surface proved to have the ability of inactivating inoculated bacteria to water samples. According to our observations, the concentration of Hydrogen Peroxide have increased by treatment time and could be the main factor of microorganism inactivation in water by cold plasma treatment.

Background and objectives: Inactivation of microorganisms by plasma is a new technique in food science and biotechnology fields. This technique could be used to inactivate microorganisms in water. Reactive species such as UV, H2O2, O3, O, OH and intense electric field produced during plasma discharge, are known to be main factors of microorganisms inactivation.

Materials and methods: In this study an electrical spark discharge system have been used to evaluate the ability of cold plasma to inactivate microorganisms. E. coli have been inoculated to water samples and after plasma treatment with various time laps, samples were collected to operate plate count tests. Beside microbiological tests, the concentration of Hydrogen Peroxide have been analyzed.

Results: the results of this study showed that plasma can significantly inactivate high concentrations of bacteria in water. After plasma treatment of water samples for even short times, 8 Log CFU/ml reduction of bacteria population was observed. Observations showed that the concentration of Hydrogen Peroxide increased by 100 mg/l after plasma treatment.

Conclusion: In this study, electrical spark discharge cold plasma on water surface proved to have the ability of inactivating inoculated bacteria to water samples. According to our observations, the concentration of Hydrogen Peroxide have increased by treatment time and could be the main factor of microorganism inactivation in water by cold plasma treatment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cold plasma
  • Inactivation
  • Water
  • E. coli
  • Hydrogen Peroxide
d-spacing: 0px; -webkit-text-size-adju1. Baier, M., Ehlbeck, J., Knorr, D., Herppich, W.B., and Schlüter, O. 2015. Impact of plasma
processed air (PPA) on quality parameters of fresh produce. Postharvest Biology and
Technology. 100: 120-126.
2. Baier, M., Foerster, J., Schnabel, U., Knorr, D., Ehlbeck, J., Herppich, W.B., and Schlüter,
O. 2013. Direct non-thermal plasma treatment for the sanitation of fresh corn salad leaves:
Evaluation of physical and physiological effects and antimicrobial efficacy. Postharvest
Biology and Technology. 84: 81-87.
3. Barbosa-Cánovas, G.V., and Rodriguez, J.J. 2002. Update on non-thermal food processing
technologies: Pulsed electric field, high hydrostatic pressure, irradiation and ultrasound.
Food Australia. 54: 513−520.
4. Basaran, P., Basaran-Akgul, N., and Oksuz, L. 2008. Elimination of Aspergillus parasiticus
from nut surface with low pressure cold plasma (LPCP) treatment. Food Microbiology. 25:
4.626-632.
5. Becker, K.H, and Fang, J. 2012. Atmospheric-pressure cold plasma treatment of
contaminated fresh fruit and vegetable slices: Inactivation and physiochemical properties
evaluation. European Physical Journal D. 66: 276.
6. Ermolaeva, S.A., Varfolomeev, A.F., YuChernukha, M.Y., Yurov, D.S., Vasiliev, M.M.,
Kaminskaya, A.A., Moisenovich, M.M., Romanova, J.M., Murashev, A.N., Selezneva, I.I.,
Shimizu, T., Sysolyatina, E.V., Shaginyan, I.A., Petrov, O.F., Mayevsky, E.I., Fortov, V.E.,
Morfill, G.E., Naroditsky, B.S., and Gintsburg, A.L. 2011. Bactericidal effects of nonthermal argon plasma in vitro, in biofilms and in the animal model of infected wounds.
Journal of Medical Microbiology. 60: 75-83.
7. Fernández, A., Noriega, E., and Thompson, A. 2013. Inactivation of Salmonella enteric
serovar Typhimurium on fresh produce by cold atmospheric gas plasma technology. Food
Microbiology. 33: 24–29.
8. Fröhling, M., Baier, J., Ehlbeck, D., Knorr, D., and Schlüter, O. 2012. Atmospheric pressure
plasma treatment of Listeria innocua and Escherichia coli at polysaccharide surfaces:
Inactivation kinetics and flow cytometric characterization. Innovative Food Science and
Emerging Technologies. 13: 142-150.
9. Gurol, C., Ekinci, F.Y., Aslan, N., and Korachi, M. 2012. Low temperature plasma for
decontamination of E. coli in milk. International Journal of Food Microbiology. 157: 1–5.
10.Hertwig, C., Reineke, K., Ehlbeck, J., Erdoğdu, B., Rauh, C., & Schlüter, O. 2015. Impact of
remote plasma treatment on natural microbial load and quality parameters of selected herbs
and spices. Journal of Food Engineering. 167: 12-17.
11.Jayasena, D. D., Kim, H. J., Yong, H. I., Park, S., Kim, K., Choe, W., and Jo, C. 2015.
Flexible thin-layer dielectric barrier discharge plasma treatment of pork butt and beef loin:
Effects on pathogen inactivation and meat-quality attributes. Food microbiology. 46: 51-57.
12.Kim, B., Yun, H., Jung, S., Jung, Y., Jung, H., Choe, W., and Jo., C. 2011. Effect of
atmospheric pressure plasma on inactivation of pathogens inoculated onto bacon using two
different gas compositions. Food Microbiology. 28: 9-13.
13.Kim, H. J., Yong, H. I., Park, S., Kim, K., Choe, W., and Jo, C. 2015. Microbial safety and
quality attributes of milk following treatment with atmospheric pressure encapsulated
dielectric barrier discharge plasma. Food Control. 47: 451-456.
14.Kim, J.E., Lee, D., and Min, .S.C. Microbial decontamination of red pepper powder by cold
plasma. Food Microbiology. 38: 128-136.
15.Klampfl, G., Isbary, T., Shimizu, Y.F., Li, J.L., Zimmermann, W., Stolz, J., Schlegelc, G.,
Morfilla, E., and Schmidt, H.U. 2012. Cold atmospheric air plasma sterilization against
spores and other microorganisms of clinical interest. Applied and Environmental.
Microbiology. 78: 15.5077.
16.Korachi, M., Turan, K., Senturk, F., & Aslan, S.N. 2009. An investigation into the biocidal
effect of high voltage AC/DC atmospheric corona discharges on bacteria, yeasts, fungi and
algae. Journal of Electrostatics. 67: 678-685.
17.Korachi, M., and Aslan, N. 2011. The Effect of atmospheric pressure plasma corona
discharge on pH, lipid content and DNA of bacterial cells. Plasma Science & Technology.
13: 1. 99-105.
18.Kostov, V., Rocha, C.Y., Koga-Ito, B.M., Matos, M.A., Algatti, R.Y., Honda, M., Kayama,
E., and Mota, R.P. 2009. Bacterial sterilization by a dielectric barrier discharge (DBD) in air,
Surface and Coatings Technology. 204: 2954-2959.
19.Lacombe, A., Niemira, B. A., Gurtler, J. B., Fan, X., Sites, J., Boyd, G., & Chen, H. 2015.
Atmospheric cold plasma inactivation of aerobic microorganisms on blueberries and effects
on quality attributes. Food microbiology. 46: 479-484.
20.Laroussi, M. 2002. Non-thermal decontamination of biological media by atmospheric
pressure plasmas: Review, analysis, and prospects. IEEE Transactions on Plasma Science.
3:1409–1415.
21.Lee, H.J., Jung, H., Choe, W., Ham, J.SC., Lee, .J.H., and Jo, C. 2011. Inactivation of
Listeria monocytogenes on agar and processed meat surfaces by atmospheric pressure
plasma jets. Food Microbiology. 28: 1468-1471.
22.Mendis, D.A., Rosenberg, M., and Azam, F.A. 2000. Note on the possible electrostatic
disruption of bacteria. IEEE Transactions on Plasma Science. 3: 1304–1306.
23.Misra, N.N., Tiwari, B.K., Raghavarao, K.S.M.S., and Cullen, P.J. 2011. Nonthermal plasma
inactivation of food-borne pathogens. Food Engineering Reviews. 33: 3-4.159-170.
24.Montenegro, J., Ruan, R., Ma, H., & Chen, P. 2002. Inactivation of E. coli O157:H7 using a
pulsed non thermal plasma system. Journal of Food Science. 67: 646–648.
25.Noriega, E., Shama, G., Laca, A., Díaz, M., and Kong, M.G. 2001. Cold atmospheric gas
plasma disinfection of chicken meat and chicken skin contaminated with Listeria innocua.
Food Microbiology. 28: 1293-1300.
26.Surowsky, B., Fröhling, A., Gottschalk, N., Schlüter, O., and Knorr, D. 2014. Impact of cold
plasma on Citrobacter freundii in apple juice: Inactivation kinetics and mechanisms.
International Journal of Food Microbiology.174: 63–71.
27.Wang, R.X., Nian, W.F., Wu, H.F., Feng, H.Q., Zhang, K., Zhang, J., Zhu, W.D., Yong,
H.I., Kim, H.J., Park, S., Alahakoon, A.U., Kim, K., Choe, W., and Jo, C. 2015.
Evaluation of pathogen inactivation on sliced cheese induced by encapsulated atmospheric
pressure dielectric barrier discharge plasma. Food Microbiology. 46: 46-50.
28.Zhang, R.B., Wang, L., Wu, Y., Guan.Z, Jia, Z. 2006. IEEE Transactions on Plasma Science.
34: 1370.
29.Ziuzina, D., Patil, S., Cullen, P.J., Keener, K.M., and Bourke, P. 2014. Atmospheric cold
plasma inactivation of Escherichia coli, Salmonella enteric serovar Typhimurium and
Listeria monocytogenes inoculated on fresh produce .Food Microbiology. 42: 109-116.