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May 16, 2024

マルチ薬剤で処理した大腸菌、腸炎菌、枯草菌の不活化動態のモデリング

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12058 (2023) この記事を引用 174 アクセス メトリクスの詳細 多中空表面誘電体バリア放電処理の有効性

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12058 (2023) この記事を引用

174 アクセス

メトリクスの詳細

大腸菌、腸炎菌、枯草菌に対する多中空表面誘電体バリア放電処理の有効性が研究されました。 周囲空気、O2、および N2 を流量 6 リットル/分で作動ガスとして使用しました。 プラズマに供給される電力は、2 × 2 cm2 の面積にわたって 30 W でした。 微生物の不活化に関与するさまざまなガス中で生成されたプラズマ中の活性種を、発光分光法およびフーリエ変換赤外分光法によって評価した。 不活化曲線は、Bigelow 対数線形モデル、二相性モデル、および Geeraerd モデルに適合しました。 結果によると、作動ガスに応じて、すべてのプラズマ処理が試験対象の微生物を不活化しました。 細菌の最も高い感受性は、周囲空気プラズマに対して観察されました。 大腸菌および腸炎菌については、プラズマ処理後 15 秒以内に最大 5 log の不活化を達成できます。 25 秒間の空気血漿曝露でも、枯草菌​​の log10 CFU/ml が 7.98 から 4.39 に上昇しました。 S. Enteritidis は、N2 によるプラズマ処理にわずかに耐性がありました。 180 秒の窒素プラズマ処理以内に、2.04 log10 CFU/ml の減少が記録されました。

さまざまな誘電体バリア放電 (DBD) によって生成される低温プラズマ (LTP) は、チェリー トマトやイチゴなどの生鮮食品 1、スパイス 2、3、4、またはナッツ 5、6 を含む多くの食品マトリックスにおいて潜在的な抗菌効果を示しています。 LTP の抗菌効果は、プラズマ処理中に起こる、異なる種の間で考えられるさまざまな反応から生じます7。 これらの反応種の種類と濃度は、プラズマ システムと、作動ガス、水分、エネルギー入力などの適用される動作パラメーターによって異なります5、6、7。 例えば、活性酸素（過酸化水素、ヒドロキシルラジカル、スーパーオキシド、一重項酸素、原子状酸素、オゾン）と窒素種（ペルオキシ亜硝酸塩、一酸化窒素、亜硝酸塩）、UV光子、荷電粒子は、周囲環境で生成されるLTPの必須の殺菌剤です。エアー7、8。

プラズマ内で形成される ROS である OH ラジカルは、その高い酸化電位の結果として、さまざまな病原体の不活性化に重要な役割を果たします9。 Procházka et al.10 によると、水蒸気中で点火される共面 DBD は OH ラジカルの生成を促進します。 しかし、空気中に水蒸気が加わると、LTP の生成に必要な電圧が上昇したり、プラズマの生成が妨げられたりすることがあります。 言及された制限は、潜在的な用途におけるプラズマ源の信頼性を高めるための効果的な放電設計の開発につながります9。

多中空表面誘電体バリア放電 (MSDBD) の新しい形状は、DBD プラズマ システムの表面形状と体積形状を組み合わせたものです 11、12。 MSDBD は、電極の浸食を防ぐためにセラミックに完全に埋め込まれた 2 つの平行な電極で構成されています。 MSDBD システムには 105 個の穴があり、その中で適切な作動ガス内でプラズマが生成され、流れ (5 ～ 20 L/min) により活性粒子が処理済みサンプルに確実に移動します。 さらに、独特の形状と冷却効果により、オゾンを含む活性粒子の高収率がもたらされ、より離れた距離にあるサンプルや構造化された表面を持つモデルのプラズマ処理が可能になります11。 MSDBD の形状と生成されたプラズマの特性の詳細な説明は、Homola et al.13 の論文に記載されています。

微生物による食品の安全性と保存技術は、食品業界において最も重要な問題の 1 つです。 病原微生物によって引き起こされる食中毒は、公衆衛生や社会経済の発展に悪影響を与える可能性があります14。 腐敗菌による食品の汚染は微生物毒素の存在を引き起こす可能性があり、消費者に健康被害をもたらします1。 例えば、志賀毒素を産生する大腸菌 O104:H4 の発生は、2011 年にドイツでフェヌグリークの新芽の消費と関連していた 15。さらに、大腸菌 O157:H7 やサルモネラ属菌などの病原体も感染症の原因となっています。 長期間生存できる可能性があります1。 一方、枯草菌は、香辛料中に最も頻繁に発生する芽胞形成菌の一つであり、食中毒菌です。 この細菌はヒトの非病原体として知られていますが、重度の嘔吐、腹痛、下痢を引き起こす特徴的な毒素感染症を引き起こすことがあります。 さらに、枯草菌は滅菌プロセスでも生き残ることができます16。