Evaluating microbial inactivation efficacy of atmospheric pressure dielectric barrier discharge (DBD) plasma and application with lactic acid washing

Abstract

Atmospheric pressure plasma discharge is recently spotlighted in food science. Despite its advantages over conventional anti-microbial treatments, plasma technology is not yet applied in food industry. One of the controversies over plasma is which mode, direct or indirect, is more functional in inactivating foodborne pathogens. I used new DBD plasma source in order to investigate microbial inactivation efficacy of direct plasma and indirect plasma in similar discharge condition. By changing initial population from 6 log CFU/sample to 9 log CFU/sample, I compared d values of direct plasma and indirect plasma. In the given conditions, direct plasma showed better anti-microbial efficacy and more consistent result. However, direct plasma showed harsh color change of fresh produces. To overcome side effects of direct plasma, I investigated serial treatment of short direct plasma with conventional food washing procedure. Direct plasma treatment was fixed to 5 seconds according to food color analysis result and 2 % lactic acid was chosen as conventional food washing agent. Short treatment of plasma before washing showed additional inactivation result. By following the cell detachment test described by previous studies, I found direct plasma treatment increased cell detachment from inoculated surface. Additionally, I applied plasma treatment as prolonging anti-microbial method to food cold chain system. Samples treated with plasma showed up to 3 days of additional inactivation result when stored in refrigerator condition. Possibility of applying direct plasma in inactivating food borne pathogen in food industry is shown in this study.

상압 방전 플라즈마는 식품과학 분야에서 최근 많은 조명을 받는 기술이다. 플라즈마는 기존에 식품분야에서 사용되던 열처리의 단점을 극복할 수 있어 그 장점을 인정받고 있지만, 아직까지 식품 산업에서 실제로 응용되고 있지는 못하다. 플라즈마를 식품에 직접 처리할 때와 간접 처리할 때의 미생물 저감화 효과에 대한 논란이 끊이지 않고 있는 상황에서, 본 연구에서는 두 방전을 유사한 환경에서 방전할 수 있도록 구축한 새로운 기기를 이용해 직접 처리와 간접 처리의 식중독 균 저감화 능력을 비교했다. 더 나아가, 식중독 균의 초기 균 수를 조절하며 외부 환경의 변화에 따른 플라즈마의 저감화 효과 변화 또한 비교할 수 있도록 하였다. 본 실험에서 주어진 환경에서는 직접 방전이 간접 방전보다 뛰어난 미생물 저감화 효과를 보였으나, 그에 따른 식품의 색 변화가 심했다. 본 실험에서는 직접 방전의 단점을 해결하기 위한 방안으로 기존의 식품 산업에서 사용되던 식품 세척과정에의 플라즈마 기술의 응용을 제시했다. 식품의 색이 변화하지 않는 5초의 직접방전과 2 % 농도의 젖산을 이용한 세척을 연속처리한 결과, 플라즈마의 처리가 젖산을 이용한 세척효과를 증가시키는 것을 확인했다. 그 원인을 찾기 위해 미생물 탈리 실험을 진행한 결과로는 플라즈마 처리가 미생물의 탈리를 돕는다는 것을 확인할 수 있었다. 더 나아가, 플라즈마의 식품 산업에의 응용방안으로 콜드 체인 시스템에의 응용을 평가했다. 플라즈마 처리된 식품들은 최대 3일 보관시까지 세척과정에서 플라즈마에 의한 젖산 세척 효과의 증가가 관찰되었다. 본 연구에서는 식품산업에서의 플라즈마의 실질적 응용 방안이 제시되었고, 그 가치가 크다고 할 수 있다.