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May 16, 2024

Modelagem da cinética de inativação de Escherichia coli, Salmonella Enteritidis e Bacillus subtilis tratadas com um multi

Relatórios Científicos volume 13, Número do artigo: 12058 (2023) Citar este artigo 174 Acessos Detalhes de métricas A eficácia do tratamento de descarga de barreira dielétrica de superfície multi-oca contra

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12058 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A eficácia do tratamento de descarga de barreira dielétrica de superfície multi-oca contra Escherichia coli, Salmonella Enteritidis e Bacillus subtilis foi estudada. Ar ambiente, O2 e N2 foram utilizados como gás de trabalho com vazão de 6 l/m. A potência fornecida ao plasma foi de 30 W em uma área de 2 × 2 cm2. As espécies ativas no plasma geradas em diferentes gases participantes da inativação de microrganismos foram avaliadas por espectroscopia de emissão óptica e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. As curvas de inativação foram ajustadas aos modelos log-linear de Bigelow, bifásico e Geeraerd. De acordo com os resultados, todos os tratamentos com plasma inativaram os microrganismos testados, dependendo do gás de trabalho. A maior sensibilidade das bactérias foi observada ao plasma do ar ambiente. A inativação de até 5 log para E. coli e S. Enteritidis pode ser alcançada em 15 segundos de tratamento com plasma. A exposição plasmática ao ar por 25 s também levou a log10 UFC/ml de B. subtilis de 7,98 para 4,39. S. Enteritidis apresentou leve resistência ao tratamento plasmático com N2. Dentro de 180 s de tratamento com plasma de nitrogênio, foi registrada uma redução de 2,04 log10 UFC/ml.

O plasma de baixa temperatura (LTP) gerado por várias descargas de barreira dielétrica (DBDs) demonstrou potencial efeito antimicrobiano em muitas matrizes alimentares, incluindo produtos frescos, como tomate cereja e morangos1, especiarias2,3,4 ou nozes5,6. Os efeitos antimicrobianos da LTP resultam de diversas reações possíveis entre diferentes espécies que ocorrem durante o tratamento com plasma7. O tipo e a concentração dessas espécies reativas dependem do sistema de plasma e dos parâmetros operacionais aplicados, incluindo gás de trabalho, umidade e entrada de energia5,6,7. Por exemplo, oxigênio reativo (peróxido de hidrogênio, radical hidroxila, superóxido, oxigênio singlete, oxigênio atômico e ozônio) e espécies de nitrogênio (peroxinitrito, óxido nítrico e nitrito), fótons UV e partículas carregadas são os agentes bactericidas essenciais em LTP gerado em ambiente ar7,8.

O radical OH, uma ERO formada no plasma, desempenha um papel significativo na inativação de vários patógenos como consequência do seu alto potencial de oxidação9. Segundo Procházka et al.10, um DBD coplanar inflamado em vapor d'água aumenta a geração de radicais OH. Porém, a adição de vapor d'água ao ar leva ao aumento da tensão necessária para a geração de LTP ou mesmo impede a geração de plasma. As limitações mencionadas levam ao desenvolvimento do projeto de descarga eficaz para a confiabilidade da fonte de plasma em uma aplicação potencial9.

Uma nova geometria de descarga de barreira dielétrica de superfície multi-oca (MSDBD) combina a geometria de superfície e volume dos sistemas de plasma DBD . O MSDBD consiste em dois eletrodos paralelos totalmente embutidos em cerâmica para evitar a erosão dos eletrodos. O sistema MSDBD contém 105 furos, dentro dos quais o plasma é gerado em gás de trabalho apropriado, e o fluxo (5–20 L/min) garante a transferência de partículas ativas para a amostra tratada. Além disso, a geometria única e o efeito de resfriamento levam a um alto rendimento de partículas ativas, incluindo ozônio, e permitem o tratamento com plasma de amostras a distâncias maiores ou modelos com superfície estruturada . A descrição detalhada da geometria do MSDBD e das propriedades do plasma gerado pode ser encontrada no artigo de Homola et al.13.

A segurança microbiana dos alimentos e as técnicas de preservação são uma das questões mais críticas na indústria alimentícia. As infecções de origem alimentar causadas por microrganismos patogénicos podem influenciar negativamente a saúde pública e o desenvolvimento socioeconómico14. A contaminação dos alimentos com bactérias deteriorantes pode levar à presença de toxinas microbianas e, portanto, representa um risco à saúde dos consumidores1. Por exemplo, um surto de Escherichia coli O104: H4 produtora de toxina Shiga foi associado ao consumo de rebentos de feno-grego na Alemanha em 201115. Além disso, agentes patogénicos, como E. coli O157:H7 e Salmonella spp. pode ser capaz de sobreviver por longos períodos de tempo1. Por outro lado, Bacillus subtilis, uma das bactérias formadoras de esporos mais frequentemente encontradas em especiarias, é uma bactéria que causa intoxicação alimentar. Esta bactéria é conhecida como não patogênica humana, mas ocasionalmente causa infecções tóxicas características que levam a vômitos intensos, cólicas abdominais e diarréia. Além disso, B. subtilis é capaz de sobreviver ao processo de esterilização16.