Soğuk Plazma Teknolojisi ve Gıdalarda Kullanımı

Gıda kaynaklı patojenlerin sebep olduğu hastalıkların iyice anlaşıldığı günümüzde, tüketicilerin güvenli gıdaya olan talebi ile birlikte üreticilerin ve araştırmacıların yeni teknolojilere ilgisi artmıştır. Isıl olmayan teknolojiler arasında yer alan soğuk plazma teknolojisinin ana unsuru olan ve maddenin dördüncü hali olarak kabul edilen plazma; iyonik gaz veya elektronlardan oluşmuş gaz bileşikleri, polar iyonlar, gaz atomları, temel ve uyarılmış durumdaki moleküller ve elektrik alanın uygulanmasıyla meydana gelen ışık kuantasından oluşan gaz bileşimi olarak tanımlanmaktadır. Soğuk ve sıcak plazma olarak ikiye ayrılan plazmanın gıda endüstrisinde kullanılan çeşidi soğuk plazmadır. Bu plazma; gaz sıcaklığı 300-400 K (düşük sıcaklık sebebiyle plazmanın elektronları, iyonları, molekülleri stabil değildir.), elektron sıcaklığı 10⁴-10⁵ K ve iyon sıcaklığı oda sıcaklığına yakın özelliktedir. Soğuk hava plazma teknolojisi; vakum altında ve oda sıcaklığındaki bazı gazların bir elektrik akımı veya elektromanyetik radyasyon uygulaması sonucu yüzeylerin dekontaminasyonu, materyallerin yüzey işlenmesi, tıbbi aletlerin sterilizasyonu ve gıda güvenliğinin sağlanması işlemlerinin gerçekleştirildiği bir uygulama olarak tanımlanmaktadır. Soğuk plazma, 10 mbar’lık basınç ve yaklaşık 1-5 eV elektron enerjisi şartlarında uygulanmaktadır. Soğuk plazma teknolojisinin direkt ve indirekt (Afterglow) olarak iki farklı uygulama yöntemi bulunmaktadır. Direkt uygulamada örnek plazmayla doğrudan temasta iken; indirekt uygulamada örnek ve plazma arasında boşluk bırakılmakta ve sadece reaktif türlere maruz bırakılmaktadır (1,2).

Soğuk plazma teknolojisinin plazma üretim kaynaklarına göre en çok kullanılan çeşitleri; korona boşaltımı, mikrodalga plazma sistemleri,  atmosferik basınç plazma jeti, radyo frekans boşaltımı ve dielektrik bariyer boşaltımıdır. Korona boşaltımı, yüksek voltaj uygulanarak elektrik boşaltımının bir iğne ucundan ya da tel elektrottan genişleyerek elektrik alanın gittikçe azaldığı ve en sonunda boşalımı destekleyemeyen dış ortama doğru olduğu bir plazma üretim yöntemidir. Bu uygulamada üretilen plazma daha karmaşık yapıdadır. Mikrodalga plazma sistemleri, plazma oluşturmak için mikrodalgaların kullanıldığı bir uygulama iken; atmosferik basınç plazma jeti vakum ekipmanlarının ve yüksek voltajın kullanılarak elektrotlar arasında plazma oluşturulduğu bir yöntemdir. Radyo frekans boşaltımı, farklı güç ve voltajlar kullanılarak elektriksel değişimlerle plazmanın üretilmesi prensibine dayanan bir yöntemken; dielektrik bariyer boşaltımı, boşalım bölgesinde elektrik akımını durduran ve kıvılcımların oluşmasını engelleyen dielektrik bariyerin kullanılmasıyla plazmanın üretildiği bir uygulamadır. Korona boşaltımı ile mikrodalga plazma sisteminin şematik gösterimi ve diaelektrik bariyer boşaltım mekanizması Şekil 1 ve Şekil 2’de verilmiştir (3).

Soğuk plazma teknolojisinin bu kadar avantajlı bulunmasının en temel sebebi, gıda kalite ölçütlerinin korunması ile daha düşük maliyetlerde ortam sıcaklığı ve basınç koşullarında hızlı dekontaminasyona olanak sağlamasıdır. Gram pozitif ve Gram negatif bakteriler, biyofilm oluşturan bakteriler, bakteriyel sporlar, maya ve mantarlar, prionlar ve virüslerin inaktive edilebildiği ve bu mikroorganizmaların gıdalarda bozulma yapan mikroorganizma sınıflarının önemli bir kısmını oluşturduğu göz önüne alındığında, soğuk plazma teknolojisinin gıda endüstrisinde büyük bir ilgi yarattığı görülmektedir. Şekil 3’te atmosferik basınç plazma jeti uygulamasının Gram pozitif ve Gram negatif bakterilere etkisi verilmiştir (7).

Bununla birlikte; alerjenlerin inaktivasyonu, yapı-özellik modifikasyonu, kütle transferi ve ambalajdan ürüne toksik bileşik geçişi gibi konularda henüz yeterli bir bilgi elde edilememiştir. Bunlara ek olarak, plazma ve hedef materyalin etkileşimi sırasında gerçekleşen mekanizmalar da tam olarak aydınlatılamamıştır. Fakat soğuk hava plazma teknolojisinin umut vermesi sonucu gelecekte geleneksel yöntemlerden daha fazla kullanılabileceği ihtimalini güçlendirmektedir. Şekil 4’te endüstriyel ölçekli sürekli soğuk plazma dekontaminasyon ünitesinin muhtemel tasarımı örnek olarak verilmiştir (5).

Yazıda yararlanılan kaynaklar aşağıda belirtilmiştir.

Sağlıklı günler…

Tuğçe HALİL

Kaynaklar;

1. Yüksel, Ç.Y., Karagözlü, N. 2017. Soğuk atmosferik plazma teknolojisi ve gıdalarda kullanımı. Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 14(2):81-86.
2. Yangılar, F., Oğuzhan, P. 2013. Plazma teknolojilerinin gıda endüstrisinde kullanımı. GIDA, 38(3): 183-189.
3. Bozkurt, D. 2014. Soğuk Plazma Uygulamasının Vitaminler ve Polifenol Oksidaz (PFO) Enzimi Aktivitesi Üzerine Etkisi. Yüksek Lisans Tezi, HÜ Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı, Ankara.
4. Kayar, G., Yıldız H. 2016. Gıda sanayinde soğuk plazma tekniği uygulamaları. https://docplayer.biz.tr/6570439-Gida-sanayggnde-soguk-plazma-teknggg-uygulamalari.html (Erişim Tarihi: 02.04.2020).
5. Pan, Y., Cheng, J., Sun. D. 2019. Cold plasma-mediated treatments for shelf life extension of fresh produce: A review of recent research developments. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 18: 1312-1326.
6. Misra, N.N., Keener, K.M., Bourke, P., Mosnier, J.P., Cullen, P.J. 2014. In-package atmospheric pressure cold plasma treatment of cherry tomatoes. Journal of Bioscience and Bioengineering, 118: 177–182.
7. Misra, N.N., Yadav, B., Roopesh, M.S., Jo, C. 2019. Cold plasma for effective fungal and mycotoxin control in foods: Mechanisms, inactivation effects, and applications. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 18: 106-120.
8. Sarangapani, C., Patange, A., Bourke, P., Keener, K., Cullen, P.J. 2018. Recent advances in the application of cold plasma technology in foods. Annual Review of Food Science and Technology, 9: 609-629.
9. Misra, N.N., Jo, C. 2017. Applications of cold plasma technology for microbiological safety in meat industry. Trends in Food Science and Technology, 64: 74-86.