Doktorska disertacija
Dekontaminacija mikotoksinov z uporabo plazme pri atmosferskem tlaku
Ogledi: 15 | Prenosi: 7
Povzetek
Mikotoksini so zelo stabilni toksični sekundarni metaboliti nitastih gliv, ki povzročajo
onesnaženje živil. Zaradi zelo raznolike kemijske zgradbe različnih vrst mikotoksinov le‐ti
predstavljajo različne potencialne nevarnosti za človeka, saj so lahko rakotvorni, mutageni,
teratogeni, nevrotoksični in povzročajo motnje imunskega in hormonskega sistema. Z
mikotoksini naj bi bilo onesnaženih kar 25 % svetovnih zalog žita, ki so zato neprimerne za
zaužitje. To posledično povzroča ogromne izgube v gospodarstvu. Pojavnost onesnaženja z
mikotoksini nepretrgoma raste, zato predstavlja enega izmed najbolj zaskrbljujočih
onesnaževalcev hrane. Prav tako narašča prisotnost mikotoksigenskih plesni v hrani, kar je
posledica vse večje proizvodnje hrane, nepravilnih praks pri ravnanju s hrano v času žetve,
prevoza in skladiščenja ter celo podnebnih sprememb. Čeprav kmetijstvo in živilska industrija
nudita številne preventivne in dekontaminacijske ukrepe, težave, povezane z mikotoksini,
ostajajo nerešene. Zato je potreben razvoj nove metode za zmanjšanje onesnaženja hrane s
pomočjo učinkovitejše dekontaminacije.
Predložena doktorska disertacija temelji na uporabi tehnologije neravnovesnih hladnih
plazem pri atmosferskem tlaku (»cold atmospheric pressure plasma« – CAP), ki se je izkazala kot
obetaven način za razgradnjo mikotoksinov in uničenje plesni. Plazemske obdelave v tej
disertaciji temeljijo na uporabi površinske razelektritve (»surface barrier discharge« – SBD)
zraka. Obdelave so potekale na različnih vrstah mikotoksinov, med drugim na aflatoksinih,
trihotecenih, fumonizinih in zearalenonu. Učinkovitost dekontaminacije s plazmo smo primerjali
z ultravijoličnim (UV‐C) obsevanjem in toplotno obdelavo, torej metodama, ki se že rutinsko
uporabljata v živilski industriji. Istočasno smo raziskovali tudi fungicidno aktivnost plazme. V ta
namen smo plesen vrste Aspergillus flavus neposredno izpostavljali plinski fazi plazme in tudi
plazemsko aktiviranemu tekočemu gojišču (»plasma‐activated broth – PAB). Učinkovitost smo
primerjali s komercialnim razkužilnim sredstvom Virkon®. S pomočjo predhodno določenih
fizikalno‐kemijskih lastnosti in kemijske sestave CAP smo podrobno raziskali razgradno pot
mikotoksinov na primeru aflatoksina B1 (AFB1), pri čemer smo natančno določili sestavo
pomembnih produktov razgradnje ter testirali njihovo toksičnost.
Pokazali smo, da je obdelava s hladno plazmo pri atmosferskem tlaku bodisi popolnoma
odstranila tretirane mikotoksine bodisi znižala njihove koncentracije pod dovoljeno mejno
vrednost vsebnosti v izbranih živilih. Dekontaminacija s CAP je bila občutno bolj učinkovita v
primerjavi z UV‐C obsevanjem ali toplotno obdelavo. Prav tako je neposredna obdelava s CAP
plinsko fazo uspešno inaktivirala spore A. flavus in povzročila zmanjšanje števila novo zraslih
kolonij za ~ 5 log. Pri primerljivih eksperimentalnih pogojih obdelava s standardno uporabljeno
1 % raztopino Virkon® ni povzročila sprememb v številu novo zraslih kolonij plesni. V nasprotju
z neposredno obdelavo plazemsko obdelano gojišče ni pokazalo izrazitih fungicidnih učinkov, kar
je posledica hidrofobnih lastnosti površine zelo odpornih spor plesni. Podrobna analiza plazme
je pokazala, da so za dekontaminacijske in inaktivacijske lastnosti hladne plazme pri
atmosferskem tlaku najbolj zaslužene plazemsko proizvedene reaktivne kisikove in dušikove
vrste (»reactive oxygen and nitrogen species« – RONS). Izkazalo se je tudi, da imajo plazemsko
povzročeno povišanje temperature in plazemski UV fotoni pri tem zanemarljiv učinek. Reaktivne
kisikove and dušikove vrste so tako povzročile razpad AFB1, ki se je začel pri dvojni vezi med C8
in C9. Temu je sledila nadaljnja razgradnja po različnih poteh. Na podlagi tega je bila toksičnost
AFB1 odpravljena že po zelo kratkih časih obdelave.
Doktorska disertacija tako predstavlja preizkus koncepta novega pristopa, ki temelji na
sistematično pridobljenih rezultatih dekontaminacije mikotoksinov z uporabo hladne plazme pri
atmosferskem tlaku in na ta način metodo postavlja korak bližje k varni uporabi za industrijsko
predelavo živil.