Bazı gıda teknolojileri, biyofilm oluşumunun engellenmesi veya dirençli mikroorganizmaların hedef alınması (veya biyofilm oluşturma kabiliyetlerinin engellenmesi) için moleküler müdahalelerde daha başarılıdır. Bu teknolojiler arasında plazma işlemleri, ultrason işlemleri, ışık bazlı teknolojiler, darbeli elektrik alanları (PEF) ve yüksek hidrostatik basınçlar bulunmaktadır. Mekanik parçalar veya borularda oluşan biyofilmlerle savaşmak için kullanılabilen ultrason muameleleri haricinde, diğerleri çoğunlukla gıda matrisi dekontaminasyonu için uygulanır.
Plazma Tedavileri
Plazma, eklenen enerji iyonlar, nötrler ve elektronlardan oluşan bir gazı iyonize ettiğinde üretilir. Plazma işlemi, yüzeyde oluşan biyofilmlerin türüne, plazma ile yüzey arasındaki mesafeye ve kalınlığa veya mikrobiyal yüke bağlı olarak düşük penetrasyon derinliğine sahip ve biyofilmlere karşı etkili olduğu bildirilen bir yüzey işlemidir.
Atmosferik basınçta termal olmayan plazma üretmek için plazma kaynakları, plazma jetleri, dielektrik bariyer deşarjları (DBD), korona deşarjları ve mikrodalga deşarjlarıdır. Plazmanın kurulum (elektrot konfigürasyonu), maruz kalma modu, çalışma gazı, frekans, plazma yoğunluğu (voltaj) ve maruz kalma süresi gibi farklı diğer özelliklerinin biyofilmlerin inaktivasyonunu etkilediği bildirilmiştir.
Araştırmalar DBD paket içi atmosferik soğuk plazmanın (ACP) S. typhimurium, L. monocytogenes ve E. coli’ye karşı etkinliğinin, 80 kV’de 300 saniyelik tedaviden sonra 5 log CFU / g’ye ulaşabileceğini göstermiştir. Diğer araştırmacılar, ACP’nin monokültür biyofilmler (E. coli , S. enterica , L. monocytogenes ve P. fluorescens) ve karışık kültür biyofilmleri (L. monocytogenes ve P. fluorescens) üzerindeki etkisini incelemişlerdir ve en sonuncusu olduğunu gösterdiler. Ancak etkisiz hale getirmek öncekilerden daha zordur. L. monocytogenes veMarul üzerine karışık kültürler olarak aşılanan P. fluorescens sırasıyla 2,2 ve 4 log CFU / g azaltılmış ve 4 ° C’de oluşan biyofilmler 15 ° C’de oluşturulanlardan daha dirençlidir.
Govaert vd. etkinliğinin farklı plazma özelliklerinin etkisi araştırıldı L. Monocytogenes ve S. typhimurium biyofilm gösterdi ve etkisizleştirme 1 log arasında değişir ki yaklaşık 3.5 log (CFU / cm 2 ), fakat en yüksek azalma elde edilmiştir O ve bir ‘O’ ile DBD elektrot 2 gaz karışımındaki ve düşük doz deşarjının DBD ile elde edilmiştir, bakteriyel biyofilm etkisizleştirme 21.88 V. yüksek verimlilik, bir giriş voltajı (70 mW / cm 2) ve kısa tedavi süreleri (300 s) ve S. Aureus hücrelerinin sayısında 2.77 log ile en etkili azalma 300 s sonra bildirilmiştir. E. colibiyofilm sadece % 66,7 azalmıştır.
ACP’nin umut verici bir teknik olduğu, ancak tek başına tam bir biyofilm inaktivasyonunu sağlayamayacağı ve bu nedenle diğer yüzey işlemleriyle tamamlanması gerektiği gösterilmiştir. Plazma işleminden önce veya sonra uygulanan, ACP’yi hidrojen peroksit, sodyum hipoklorit, etilendiamintetraasetik asit, klorheksidin, oktenidin ve poliheksanit gibi farklı biyositlerle birleştirme olasılığı, titanyum disklerde yetiştirilen biyofilmleri azaltmak için tarafından test edilmiştir. Ayrıca Gupta ve ark. P. aeruginosa’nın titanyum yüzeyler üzerinde oluşturduğu biyofilmlerin sterilizasyonu için klorheksidin ile kombine edilmiş plazma jeti olan ACP’nin antimikrobiyal etkisini incelemişlerdir.
Ultrason Destekli Teknolojiler
Ultrason (ABD), insanın işitme duyusu tarafından algılanamayacak kadar yüksek frekanslarda (> 16 kHz) ses dalgaları tarafından üretilen bir enerji türüdür. ABD bandı ayrıca düşük frekans (16 kHz-1 MHz) ve yüksek frekans (> 1 MHz) bantlarına bölünmüştür.
Biyofilm giderme yöntemi olarak US kullanıldı; ancak birçok çalışma bunun diğer inaktivasyon yöntemleriyle tamamlanması gerektiğini göstermiştir. Örneğin, ABD’nin önemli miktarda E. coli ve S. aureus biyofilmini, swablama yöntemine kıyasla 4 kata kadar daha fazla uzaklaştırdığını gösterdi . Daha sonra aynı araştırmacılar, geliştirilen iki ultrasonik cihazın kapalı yüzeyler için E. coli ve S. aureus biyofilmlerini tamamen yok edemediğini, ancak açık yüzeylerde (40 kHz’de 10 s) biyofilm inaktivasyonunu başardıklarını gösterdiler. EDTA gibi şelatlama ajanlarının kullanımı E. coli’yi tamamen yerinden etti. Biyofilm, ancak S. aureus biyofilm giderimini önemli ölçüde iyileştirmedi. US enzimlerle (proteolitik veya glikolitik) birleştirildiğinde sinerjistik bir etki elde edildi ve bu, biyofilm gideriminde sonikasyona kıyasla 2-3 kat daha yüksek bir etkinlik gösterdi.
Yeşil yaprak yüzeylerinde B. cereus biyofilmlerinin inaktivasyonunu test etmek için US’nin hafif ısı ve hafif asidik elektrolize su ile kombinasyonu kullanıldı. Sabit frekanslı (40 kHz) ABD ve 60 ° C’de 400 W / l akustik enerji yoğunluğu ile birleştirilmiş 15 dakika boyunca 80 mg / L işlem ile hafif asidik elektrolize su ~ 3.0 ve ~ 3.4 log CFU / cm’lik bir azalmaya neden oldu 2 ve B. cereus referans ATCC 10987 ve ATCC 14579 idi.
Salatalıklarda Cronobacter sakazakii biyofilmlerinin azaltılmasında peroksiasetik asit (PAA; 50–200 ppm) destekli ultrason (ABD; 37 kHz, 10–60 dakika için 380 W) için sinerjistik etkiler de kaydedilmiştir. B. cereus biyofilminin poliüretan konveyör bantlarından uzaklaştırılmasında US (37 kHz, 200 W, 30 dakika) destekli kimyasal temizleme yöntemlerinin (% 10 alkoller,% 2,5 benzalkonyum klorür ve % 2,5 didesil dimetil amonyum klorür) etkinliği ABD kullanan fırınlarda tarafından gösterildiği gibi her bir yöntemle karşılaştırıldığında daha iyidir.
Birleşik Işık Temelli Teknolojiler
Ultraviyole (UV) ışık teknolojisi, ultraviyole bölgesi (100-400 nm) içindeki radyasyon emisyonuna dayanmaktadır. UV ışığının antimikrobiyal davranışı, transkripsiyon ve replikasyonu inhibe eden ve hücre ölümüne yol açabilen DNA fotoürünlerinin oluşumuna dayanır. DNA’nın absorpsiyonu 200-280 nm aralığında ve maksimum 254 nm’de olduğundan, UV-C aralığının bu dalga boyuna antiseptik UV ışığı denir.
Darbeli ışık (PL), UV dağıtımına yeni nesil bir yaklaşımdır. PL, yoğun bir geniş spektrumda (200-1100 nm) kısa süreli yüksek enerjili ışık darbeleri (milyonlarca veya binlerce saniye) üreterek yüzeyleri dekontamine etmek için kullanılabilen bir teknolojidir. PL, çok çeşitli yiyecekleri dekontamine etmek ve temas yüzeylerini dekontamine etmek için kullanılabilir, böylece gıdalarda güvenliği artırır ve raf ömrünü uzatır. Antimikrobiyal etki, DNA’nın yıkımına / kimyasal modifikasyonuna yol açan ve böylece bakteri hücresinin replikasyonunu engelleyen iplik kopmalarına dayanır.
Son zamanlarda Rajkovic ve arkadaşları, 6.3 log CFU / ile aşılanmış kuru fermente salamın yüzeyinde S. typhimurium, E. coli 0157: H7, L. monocytogenes ve S. aureus’u azaltmak için darbeli UV ışık tedavilerinin etkinliğini değerlendirdiler. 3 g J / cm ‘de 2 (1 atım) veya 15 J / cm 2 1 ya da 30 dakika (5 darbeler). Yazarlar, PL tedavi süresinin önemli bir etkisini buldular, en iyi sonuçlar PL uygulamasından 1 dakika sonra (2.18-2.42 log CFU / g azalma), 30 dakika sonra ise azalma 1.14 ila 1.46 log CFU / g arasında değişiyordu.
Literatürdeki kapsamlı bir inceleme, esas olarak gıdalardaki veya yüzeylerdeki patojenlerin inaktivasyonuna ve biyofilm oluşumunu önlemeye yönelik çeşitli araştırmaların altını çizmiştir. PL ile mikrobiyal inaktivasyon oranında genellikle önemli farklılıklar olmakla birlikte, tipik olarak maksimum 3-log azalma elde edilmiştir ve bu, HACCP düzenlemesinin gerektirdiği 5-log azaltma performans standardının altındadır.
Kombine yöntemlerle ilgili olarak, gallik asit ve UV-A ışığı arasındaki sinerjik etkileşim , ıspanak biyofilminde E. coli O157: H7’yi inaktive edebildi. Gallik asit varlığıyla tamamlanan UV-A işleminin, ıspanak yapraklarının yüzeyinde E. coli O157: H7’de 3-log (CFU / mL) bir azalma oluşturarak etkili olduğu bulundu.
Bununla birlikte, düzensiz gıda yüzeylerinin çatlaklarla etkin bir şekilde işlenememesine, organik materyalin varlığına ve gölgeleme etkileri üreten büyük mikrobiyal popülasyonlara ilişkin PL teknolojisi sınırlaması da dikkate alınmalıdır. PL teknolojisindeki gelecekteki yenilikler, örneğin LED’ler gibi alternatif ışık kaynaklarını, işlem odasına dahil edilen yansıtıcı yüzeyleri, ışınlama etkinliğini artırmak için titanyum dioksit gibi malzemeleri kullanarak ve diğerlerini göz önünde bulundurarak akıcılık verimliliğini artırmaya çalışacaktır. Engel yaklaşımına dayalı olarak PL tarafından desteklenen tedavilerin kombinasyonudur.
Darbeli Elektrik Alanı
Darbeli elektrik alanı (PEF), iki veya daha fazla elektrot arasına yerleştirilmiş bir gıda malzemesine kısa, yüksek voltaj darbeleri uygulayan bir gıda işleme teknolojisidir. Darbeler, hücre zarına zarar vererek hücre geçirgenliğini arttırır ve zar geçiş potansiyeli yeterince yüksekse elektroporasyon üretir. Ayrıca, gözenekler yeniden kapatılmazsa, hücre ölümüne neden olur. Gıda uygulamalarının çoğu, belirli bir bölgede sıvının PEF’leri uygulayan elektrotlar alanı arasından geçtiği borulardan sıvı akışı için tasarlanmıştır.
Termosonikleştirme (TS), P. fluorescens ve E. coli’nin inaktivasyonu ve ölümcül olmayan yaralanması üzerindeki etkilerini belirlemek için PEF ile kombinasyon halinde araştırıldı. TS düşük (18.6 mm) ve yüksek (27.9 mm) dalga amplitüdünde uygulanırken, PEF düşük (29 kV cm- 1 ) ve yüksek elektrik alan kuvvetinde (32 kV cm- 1 ) uygulandı . TS / PEF, E. coli popülasyonunun yaklaşık% 26’sına sublethale zarar verirken, maksimum% 66 inaktivasyona neden olmuştur.
PEF, tüm sıvı yumurtalarda Salmonella serovarlarını inaktive etmek için katkı maddeleri (EDTA veya trietil sitrat) ile kombinasyon halinde sinerjik potansiyel göstermiştir. PEF tarafından gösterilen pek çok potansiyel vardır ve farklı engellerle kombinasyon, biyofilm oluşturabilen kalıcı klonların ortadan kaldırılmasına katkıda bulunabilir.
Yüksek Basınçlı İşleme
Yüksek basınçlı işleme (HPP), geleneksel işlemeye bir alternatifi temsil eden en son teknolojidir. HPP, mikroorganizmaları ve enzimleri inaktive etme yeteneğine sahiptir ve gıdanın duyusal ve besleyici özellikleri üzerinde minimum etkiye sahiptir. Diğer farklı engellerle birleştirildiğinde, basınç destekli işlem, patojenlerin daha hedefli bir inaktivasyonuna ve biyofilm oluşumunun önlenmesine yönelik olabilir.
Son çalışmalar, strese karşı yüksek toleransa sahip yüzeye bağlı topluluklar oluşturabilen bir patojen olan L. monocytogenes üzerinde odaklanmıştır. Agr geninin virülans ve biyofilm oluşumunu nasıl düzenlediğini anlamak için yeni bir moleküler çalışma yapılmıştır. L. monocytogenes EGD-e Δ agrD, 0.1 BHI (beyin kalp infüzyonu) çorbasında yüzeye bağlı biyokütlenin azalmış seviyelerini göstermiştir.
Bununla birlikte, agr peptit algılamada eksik olan L. monocytogenes mutantı , vahşi tip ve L. monocytogenes EGD-e’ye kıyasla 1 dakika boyunca 200, 300 ve 400 MPa’da HPP tedavisine karşı hiçbir direnç göstermedi ve böylece hücre duvarına karşı direnci zayıflattığını gösterdi. Azalan biyofilm oluşturma kabiliyetinden stres sorumlu değildir.
Stresle ilişkili genlerin moleküler mekanizmalarını daha iyi anlamak, patojen inaktivasyonunu daha iyi hedeflemeye ve belirli patojenlerin biyofilm oluşturmaya duyarlılığını azaltabilmek için geleneksel olmayan teknolojilerin doğru engel kombinasyonunu ve parametrelerini seçmeye izin verecektir. Bu tür çalışmalar henüz başlangıç aşamasındadır ve yakın gelecekte daha birçok araştırmanın bu konulara odaklanması beklenmektedir.
Kaynakça:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5949339/
https://www.researchgate.net/publication/229629826_Biofilm_Formation_and_Control_in_Food_Processing_Facilities
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu