ارزیابی فیزیکی و شیمیایی فناوری پلاسمای تخلیه سد دی‌الکتریک سطحی (SDBD) در غیرفعال‌سازی و حذف اسپورهای Aspergillus flavus در خلال پسته داخل بسته‌بندی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک پلاسما و ذرات بنیادی، دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود؛ ایران

2 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود؛ ایران

چکیده
پلاسمای تخلیة سد دی‌الکتریک سطحی یک فناوری نوین غیرحرارتی است که قادر به تولید گونه‌های فعال اکسیژن و نیتروژن در فشار اتمسفر و بدون نیاز به گازهای نجیب در بسته‌بندی مواد غذایی است. در این مطالعه، نمونه‌های خلال پسته آلوده به اسپورهای آسپرژیلوس فلاووس با استفاده از پلاسمای در ولتاژ 8/6 کیلوولت و فرکانس 4/7 کیلوهرتز، به مدت ۱۰، ۲۰ و ۳۰ دقیقه و با استفاده از هوا به‌عنوان گاز کاری درون بسته‌بندی تیمار شدند. در این تحقیق، میزان کاهش بار میکروبی و ویژگی‌های فیزیکی پلاسما، از جمله مشخصه جریان-ولتاژ، بررسی و مقدار توان پلاسما محاسبه شد. همچنین، با استفاده از طیف‌سنجی نشر نوری ، گونه‌های فعال تولیدشده در پلاسما مورد بررسی قرار گرفتند. میزان تولید ازن و گونه‌های فعال نیتروژن نیز اندازه‌گیری شد و تغییرات ویژگی‌های مورفولوژیکی سطح ، کاهش وزن و پارامترهای حسی و رنگی مورد ارزیابی قرار گرفت. تحلیل طیف‌سنجی نشر نوری حضور گونه‌های فعال، از جمله نیتروژن برانگیخته ، رادیکال هیدروکسیل و اکسیژن اتمی ، را تأیید کرد. تیمار به مدت ۳۰ دقیقه باعث کاهش ۴ لگاریتمی (۹۹٪) جمعیت اسپورهای آ. فلاووس شد. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دادند که پس از ۳۰ دقیقه تیمار، دیوارة سلولی اسپورها به‌طور کامل تخریب شده و سیتوپلاسم اسپور تخلیه شده است. ارزیابی حسی با استفاده از مقیاس هدونیک ۹ درجه‌ای نشان داد که تیمار تا ۱۰ دقیقه تأثیر نامطلوبی بر ویژگی‌های حسی پسته ندارد. با این حال، افزایش زمان تیمار به ۲۰ و ۳۰ دقیقه، در حالی که بو و طعم محصول همچنان حفظ می‌شوند، منجر به کاهش معنی‌دار امتیاز رنگ شد. فناوری با قابلیت استریل‌سازی مؤثر، هزینه پایین و حفظ کیفیت حسی در زمان‌های کوتاه تیمار، روشی امیدوارکننده برای افزایش ایمنی و ماندگاری پسته و سایر محصولات کشاورزی به شمار می‌رود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Physico-chemical evaluation of surface dielectric barrier discharge (SDBD) plasma technology for inactivation and removal of Aspergillus flavus spores in packaged pistachios

نویسندگان English

Amir Hossein Navidian 1
Iman Hosseini 1
HamidReza Samadluie 2
1 Faculty of physics, Shahrood university of technology
2 Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, Shahrood University of Technology
چکیده English

Surface dielectric barrier discharge (SDBD) plasma is a novel non-thermal technology capable of generating reactive oxygen and nitrogen species at atmospheric pressure without the need for noble gases in food packaging. In this study, pistachio kernel samples contaminated with Aspergillus flavus spores were treated with SDBD plasma at a voltage of 6.8 kV and a frequency of 7.4 kHz for 10, 20, and 30 min using air as the working gas inside the packaging. The reduction in microbial load and the physical characteristics of the plasma, including the current-voltage characteristics, were investigated, and the plasma power was calculated. Optical emission spectroscopy (OES) was used to identify the active species generated in the plasma. In addition, ozone and reactive nitrogen species (NOx) production was measured, and changes in surface morphology (FESEM), weight loss, and sensory and color parameters were evaluated. OES analysis confirmed the presence of reactive species, including excited nitrogen (*N₂), hydroxyl radicals (•OH), and atomic oxygen (O). Treatment for 30 min resulted in a 4-log reduction (99 %) in the population of A. flavus spores. FESEM images showed complete destruction of the spore cell wall and depletion of the spore cytoplasm after 30 min of treatment. Sensory evaluation using a 9-point hedonic scale showed that treatment for up to 10 min had no adverse effect on the sensory properties of pistachio kernels. However, increasing the treatment time to 20 and 30 min, while maintaining the odor and taste of the product, resulted in a significant decrease in color scores. With its effective sterilization capability, low cost, and preservation of sensory quality at shorter treatment times, SDBD technology represents a promising method for enhancing the safety and shelf life of pistachios and other agricultural products.

کلیدواژه‌ها English

Non-thermal plasma
surface dielectric barrier discharge (SDBD)
Aspergillus flavus
plasma sterilization
pistachio kernels
1.       FAO, The state of food and agriculture 2019, Food and Agriculture Organization of the United Nations (2019).
2.       S V Avery, I Singleton, N Magan, G H Goldman, Fungal Biol. 123 (2019) 555.
3.       FAO, The state of food and agriculture 2022, Food and Agriculture Organization of the United Nations (2022).
4.       T R Bui-Klimke, H Guclu, T W Kensler, J-M Yuan, F Wu, PLoS One 9 (2014) e92149.
5.       M Jalili, Iran. J. Health Safety Environ. 3 (2016) 445.
6.       N A R Administration, Code of Federal Regulations, Title 7, Part 996, Section 996.11, (accessed).
7.       H Gourama, L B Bullerman, J. Food Prot. 58 (1995) 1395.
8.       U S Food and Drug Administration, CPG Sec. 683.100: Action levels for aflatoxins in animal food, (accessed).
9.       M Gavahian, A M Khaneghah, Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 60 (2020) 1581.
10.    E Wielogorska, Y Ahmed, J Meneely, W G Graham, C T Elliott, B F Gilmore, Food Chem. 301 (2019) 125281.
11.    C M G Charoux, A Patange, S Lamba, C P O’Donnell, B K Tiwari, A G M Scannell, J. Appl. Microbiol. 130 (2021) 325.
12.    A A Abdelaziz, T Ishijima, N Osawa, T Seto, Plasma Chem. Plasma Process. 39 (2019) 165.
13.    M J Pavlovich, D S Clark, D B Graves, Plasma Sources Sci. Technol. 23 (2014) 065036.
14.    L Zhao, et al., Food Chem. 464 (2025) 141607.
15.    N Nikmaram, K M Keener, Food Res. Int. 162 (2022) 112009.
16.    N I S T, NIST Atomic Spectra Database Lines Form, NIST (accessed).
17.    N Misra, L Han, B Tiwari, P Bourke, P Cullen, Novel Food Preserv. Microb. Assess. Tech. (2014) 155.
18.    E Ebrahimi, S I Hosseini, H R Samadlouie, B Mohammadhosseini, P J Cullen, Food Bioprocess Technol. 16 (2023) 2570.
19.    R Moutiq, N Misra, A Mendonça, K Keener, Meat Sci. 159 (2020) 107942.
20.    D Duday, et al., Plasma Process. Polym. 10 (2013) 864.
21.    A Fridman, Plasma Chemistry, Cambridge University Press (2008).
22.    K H Becker, U Kogelschatz, K Schoenbach, R Barker, “Non‑equilibrium Air Plasmas at Atmospheric Pressure”, CRC Press (2004).
23.    L Zhao, et al., Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 102 (2025) 103964.
24.    M Mingming, X I E Yanli, J. Henan Univ. Technol. (Nat. Sci. Ed.) 44 (2023) 49.

تحت نظارت وف بومی