Elimination of bacteria in milk by plasma corona discharge

Abstract

Kontamine olmuş çiğ süt tüketimi, ishal, salmonellosis, gastroentritis ve kan zehirlenmesi gibi tehlikeli hastalıklara neden olabilmektedir. Tüketici ve üreticilerin, daha güvenli, doğal ve taze gıdalara olan talepleri daha hafif işleme teknolojilerinin incelenmesini ve geliştirilmesini beraberinde getirmiştir. Plazma teknolojisi daha ucuz olması, düşük sıcaklıklarda ve atmosferik basınçta çalışması nedeniyle ümit vadeden bir teknolojidir. Bu M.S. raporu, özgün bir plazma sisteminin geliştirilmesi ve sütün dekontaminasyonu sırasında mikrobiyolojik, fiziksel, kimyasal, depolama ömrü özellikleri ile öldürme mekanizması analizlerini kapsayan ortak bir çalışmadır. AC güç kaynakları 9 ve 15 kV'da çalıştırılarak farklı zaman aralıklarında 20. dakikaya kadar antimikrobiyal aktivite tayini yapıldı. Sütün pH'ı, rengi, proteinleri, yağ asidi ve uçucu bileşikleri üzerindeki etkileri uygulama boyunca gözlemlendi. Mikrobiyolojik ve kimyasal analizler, plazma uygulanmış süt 4°C'de 6 hafta bekletildikten sonra tekrarlandı. Plazmanın inaktivasyon mekanizmasını daha iyi anlayabilmek için SEM fotoğrafları alındı ve bakterilerin DNA ve hücre duvarı yağ asidi yapısı incelendi. Sonuçlar, plazmanın sütte 4 log'a kadar azalmaya sebep olduğunu gösterdi. Plazma uygulaması sütün pH, renk ve protein değerlerine etki etmezken, yağ aside ve uçucu bileşik konsentrasyonlarında bazı değişikliklere sebep oldu. Depolama sonrası mikrobiyolojik sonuçlarda, plazma uygulanan süt 1 hafta bekletildikten sonra üreme olmadığı görüldü. Ancak protein, yağ asidi ve uçucu bileşiklerde bir değişiklik gözlemlenmedi. SEM sonuçları, hücrelerin morfolojisinin ve DNA'nın plazmadan etkilendiğini, fakat hücre yağ asidi profilinin etkilenmediğini gösterdi.

Consumption of contaminated raw milk may lead to serious diseases such as diarrhea, salmonellosis, gastroentritis and septicaemia. Growing demands towards safe, natural and fresh-like foods have led to the exploration of milder processing techniques for milk decontamination. Plasma has several key benefits, since it is relatively cheap, works at low temperatures, and operates at atmospheric pressure. The work done in this M.S. report is part of a joint effort to develop a novel plasma system and test its feasibility on milk decontamination that involves microbiological, physical, chemical, shelf-life properties, and killing mechanism. AC power supplies operate at 9 and 15 kV were tested on antimicrobial activities at time intervals up to 20 min. The pH, color, proteins, fatty acids, and volatile compounds of milk were monitored during treatment. Microbiological and chemical analyses were further investigated after plasma-treated milk samples were stored at 4°C for 6 weeks. For the determination of inactivation mechanism of plasma, SEM pictures were taken and bacterial DNA and cell wall fatty acid structure were analyzed. Following plasma application up to 4 log reductions were observed in milk. The pH, color, and proteins of the milk were not affected while fatty acid and volatile compound concentrations slightly changed after treatment. Storage microbiological results showed sterilization after 1 week, however no changes were observed in the protein, fatty acid, and volatile compound composition of the milk. Plasma causes destruction of the cells and DNA, however the total fatty acid profile was not affected.