تقاضا برای فناوری پلاسمای سرد کم‌کم درحال افزایش بوده و دلیل آن نیز این است که تولیدکنندگان نوشیدنی و مواد غذایی به‌تازگی با مزیت‌های فناوری پلاسما در پروسه کاریشان آشنا شده‌اند. این فناوری عمل آلودگی‌زدایی را در یک محیط غیرحرارتی و خشک با تاثیرات سایه‌ای پایین انجام می‌دهد که علت آن، طبیعتِ پخش‌شونده مواد شیمیایی تولیدی است. این پروسه تنها از گاز و در برخی موارد از هوا و برق برای تولید گونه‌های شیمیایی ضدمیکروبی در محل مورد نظر استفاده می‌کند و این کار با حداقل نیاز به انرژی همراه است.
دانشمندان پلاسما را حالت چهارم ماده می‌دانند زیرا چیزی فراتر از حالت گاز است. وقتی انرژی کافی به گاز وارد شود یونیزه می‌گردد و آن گاز از یک عایق به یک هادی تغییر پیدا می‌کند و این یعنی دارای ترکیبی از گونه‌های واکنشی می‌شود که می‌توانند خواص ضدمیکروبی داشته باشند.
این مقاله به سیستم‌های تولید پلاسمایی می‌پردازد که به‌وسیله تزریق انرژی الکتریکی به گاز با استفاده از الکترودها و برانگیخته کردن آن تولید می‌شوند. نوع سیستم‌های انرژی، گاز استفاده شده و طراحی الکترودها روی حالت شیمیایی و دمای پلاسما تاثیر خواهند داشت.
این فناوری می‌تواند چندین کاربرد تجاری داشته باشد: آلودگی‌زدایی پیوسته سطوح تجهیزات کاری، آلودگی‌زدایی مایعات و هوا، آلودگی‌زدایی و افزایش طول عمر مواد غذایی و حتی اصلاح عملکردی آن‌ها.
در حال حاضر از فناوری پلاسما در بازارهای تجاری در صنعت دارویی (انعقاد پلاسمایی آرگون)، دفع زباله، برش دادن و اصلاح عملکردی سطوح مواد مختلف به منظور افزایش خاصیت چسبندگی جوهرهای ساده و چندلایه استفاده می‌شود. در بسیاری از این کاربردهای اشاره شده از پلاسمای حرارتی استفاده می‌کنند ولی کاربردهای مربوط به سطوح عموما به‌صورت غیرحرارتی عمل می‌کنند. سیستم‌های تولید پلاسمای غیرحرارتی در صنعت غذا و نوشیدنی نیز روند امیدوارکننده‌ای را نشان می‌دهند.
آلودگی زدایی هوا
برخی سیستم‌های تجاری از پلاسما برای دفع بوهای تولیدشده استفاده می‌کنند که بعضی از آن‌ها جانوران میکروبی بسیار کوچک موجود در هوا را نیز از بین می‌برند. وارد کردن مستقیم این جانوران میکروبی بسیار کوچک داخل یک تخلیه پلاسمایی باعث می‌شود آن‌ها در معرض الکترودها، یون‌ها و گونه‌های شیمیایی تولیدشده توسط پلاسما قرار بگیرند که این کار باعث از بین رفتن سریع آن‌ها می‌گردد.
به دلیل زمان اقامت پایین، دسته‌های پرتعداد باکتری موجود در هوا ممکن است با تنها یک‌بار استفاده از این روش از بین نروند ولی به هر حال این سیستم‌ها طوری طراحی شده‌اند که غلظت میکروب‌های موجود در هوا را کاهش دهند، نه این‌که به‌طورکلی آن‌ها را به صفر برسانند.
سیستم‌های تولید پلاسما که با هوای محیط کار می‌کنند ممکن است گاز ازون یا دیگر گونه‌های نیتروژن واکنشی را تولید کنند. بیشتر تولیدکنندگان سعی می‌کنند سیستم‌هایشان را به گونه‌ای طراحی کنند که تولید یا نشت این‌گونه گاز‌ها را کاهش داده یا به‌طورکلی حذف کنند.
پردازش تجهیزات
توانایی این فناوری در ساقط کردن سریع تعداد زیادی از جانوران میکروبی بسیار کوچک باعث شده که به پتانسیل استفاده از آن‌ها در زمینه آلودگی‌زدایی سطوح پردازش کارخانه‌ها نیز توجه شود.
در حال حاضر تعداد بسیار کم یا شاید هم هیچ کاربرد تجاری از پلاسمای سرد در آلودگی‌زدایی پیوستۀ این‌گونه تجهیزات نمی‌شود اما از پلاسما برای تمیز کردن سطوح استفاده می‌شود. در این کاربرد روی تمیز کردن آلاینده‌های آلی روی موادی که در آینده پردازش خواهند شد، تمرکز می‌شود ولی مختص نابودسازی میکروبی نیست.
آلودگی‌زدایی پیوستۀ سطوح پردازشی که در جریان تولید از آن‌ها استفاده می‌شود مزیت‌های بسیاری برای تولیدکنندگان دارد. این فناوری می‌تواند با کاهش پیوسته تعداد میکروب‌ها از روی تجهیزات پردازش، از تشکیل شدن زیست‌لایه روی این سطوح جلوگیری کرده یا آن‌را کاهش دهد. این کنترل تجهیزات در سطح میکروبیولوژی به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا زمان مورد نیاز برای تمیز کردن سطوح را کاهش داده و بیشتر روی قسمت‌هایی از کارخانه‌یشان تمرکز کنند که از نظر بهداشتی چالش برانگیزتر است.
سیستم‌های تولید پلاسمای احتمالی برای این‌گونه کاربردها را می‌توان در قالب سه نوع سیستم طبقه‌بندی کرد:
- درمان مستقیم: تمام گونه‌های پلاسما به‌طور مستقیم در برخورد با سطح موردنظر هستند.
- روش پلاسمای غیرمستقیم: پلاسما در نزدیکی سطح موردنظر تولید می‌شود ولی تخلیه به طور مستقیم با سطح موردنظر برخورد ندارد.
- روش پلاسمای از راه دور: پلاسمای تولیدشده از راه دور به سطح موردنظر ریخته می‌شود.
دومین و سومین نوع از سیستم‌های تولید پلاسمای اشاره شده به گونه‌های شیمیایی خنثی متکی هستند که می‌تواند از میدان الکتریکی دور شده و به این ترتیب تخلیه پلاسمایی ایجاد کند.
روش سوم اشاره شده یعنی روش پلاسمای از راه دور همچنین نسبت به روش دوم یعنی روش پلاسمای غیرمستقیم، نیاز به گونه‌های پلاسما با طول عمر بیشتری دارد. روش پلاسمای غیرمستقیم با ترکیبی از هر دو گونه پلاسمای با طول عمر بالا و پایین کار می‌کند. علاوه‌براین، هر دو روش نیاز به غلظت قابل توجهی از گونه‌های ضدمیکروبی و زمان در معرض قرار گرفتن کافی دارند تا بتوانند تاثیرگذار باشند.
هنوز چالش‌های زیادی برای درک کامل پتانسیل استفاده از این فناوری به‌عنوان ابزاری برای آلودگی‌زدایی سطوح پردازش کارخانه‌ها وجود دارد و به همین علت هنوز هم به‌عنوان یک موضوع داغ برای تحقیقات باقی مانده است.
سازندگان این فناوری‌ها برای موفقیت تجاری باید به این نکات توجه داشته باشند:
- مشخص کردن مواد شیمیایی مورد استفاده در از کار انداختن میکروب‌ها به‌همراه نظارت موثر تا نشان داده شود کنترل و عملیات ثابتی در جریان تولید وجود دارد.
- فهمیدن این‌که این پروسه چه تاثیری روی سطوح تجهیزات مورد نظر دارد و اطمینان از این‌که ترکیبات ناخواسته توسط این محصول ایجاد نشده و عملکرد مواد نیز دچار تغییر نمی‌شود.
- کنترل مواد اضافی موجود روی سطوح تجهیزات و دیگر عامل‌های محیطی که می‌توانند تاثیرگذاری این پروسه را محدود کنند.
- گسترده‌تر کردن سیستم‌ها به این منظور که این فناوری روی سطوح بزرگ‌تر نیز با سرعت تولید مناسبی اجرا شود.
- اطمینان حاصل کردن از این‌که سیستم‌ها از نظر امنیتی تحت کنترل هستند تا آسیبی به کارکنان کارخانه وارد نشود.
- اطمینان حاصل کردن از این‌که این فناوری توسط سازمان مقررات زیست‌کش‌های اروپا تایید شده است زیرا این فناوری در محلی که روی آن اجرا می‌شود گونه‌های پلاسما تولید خواهد کرد.
کاربرد فناوری پلاسما در تصفیه آب
مدتی می‌شود که از پلاسما برای تصفیه آب‌های زاید استفاده می‌شود که اغلب به‌طور مستقیم یا در تماس با آب‌های آلوده تولید می‌گردد. این پروسه به انتقال موثر گونه‌های شیمیایی واکنشی ساخته شده در پلاسما به مایع مورد نظر وابسته است.
تحقیقات اولیه روی استفاده از پلاسما برای حذف آلودگی‌های شیمیایی و میکروبی از مایعات متمرکز بودند که باعث شد طراحی‌هایی برای راکتور پلاسما ارایه شود تا کارایی این پروسه بهبود یابد.
با این‌که این روش‌ها به نظر کارا می‌آیند ولی مثال‌هایی وجود دارد که نشان می‌دهد یکی از معایب استفاده از این روش‌های مبتنی بر پلاسما برای آلودگی‌زدایی مایعات، به‌ویژه وقتی‌که از پلاسمای هوا استفاده می‌شود، نیترات‌سازی مایع مورد نظر است. به همین علت به احتمال زیاد پروسه‌های بیشتری مورد نیاز خواهد بود تا بتوان مایع نهایی را در طبیعت استفاده کرد که باعث افزایش هزینه و پیچیدگی کار می‌شود.
اخیرا در حوزه آلودگی‌زدایی میکروبی، توجه‌ها به سمت «آب فعال‌شده با پلاسما» جذب شده است. آب فعال‌شده با پلاسما وقتی به‌دست می‌آید که پلاسما درون و یا در تماس با آب تولید شود. این روش شبیه پروسه تصفیه آب آلوده با پلاسما است. با این تفاوت که در این روش آب عاری از هرگونه آلودگی است. در جریان این پروسه گونه‌های واکنشی تولیدشده توسط پلاسما وارد فاز مایع شده و دچار سلسله واکنش‌هایی می‌گردند که باعث به وجود آمدن طیف گسترده‌ای از گونه‌های اکسیژن و نیتروژن واکنشی آبدار می‌شود. این گونه‌ها از ازون تا آب اکسیژنه و دیگر گونه‌های دارای طول عمر کم مثل رادیکال‌های هیدروکسیل و پراکسینیتریت متغیر هستند.
مطالعات مختلفی تاکنون نشان داده‌اند که استفاده از آب فعال‌شده با پلاسما روی سطوح دارای آلودگی می‌تواند منجر به از کار افتادن مقدار زیادی از میکروب‌های موجود در آنجا شود. انتظار می‌رود که این از کار افتادگی سریع میکروب‌ها نتیجه تعامل هم‌افزایی بین طیف وسیعی از گونه‌های واکنشی موجود در آب تصفیه شده باشد.
آلودگی‌زدایی مواد غذایی به کمک فناوری پلاسما
در حال حاضر هیچ محصول تجاری وجود ندارد که از فناوری پلاسمای سرد استفاده کرده باشد. با این حال تحقیقاتی در زمینه اعمال پلاسما روی محصولات غذایی مختلف مثل گوشت، کالاهای نانوایی، لبنیات، تخم‌مرغ، ماهی، آجیل، تخمه و ادویه‌جات صورت گرفته است. کاربردهای این تکنولوژی در این حوزه روی کاهش میکروب‌ها برای افزایش سلامتی و ماندگاری محصول یا اصلاح عملکردی مواد اولیه تمرکز دارند.
تجاری‌سازی فناوری پلاسما برای آلودگی‌زدایی مواد غذایی چندین چالش را پیش رو دارد. از جمله این چالش‌ها می‌توان به پیدا کردن مواد شیمیایی مطلوب برای کاهش میکروب‌ها و نظارت آنلاین اشاره کرد. دیگر چالش‌های احتمالی نیز درک صحیح تاثیرات تغذیه‌ای و سم‌های احتمالی روی محصولات و نیز گسترس این فناوری برای تولید انبوه و بدون محدود کردن توان عملیاتی هستند.
یکی از حوزه‌هایی که از فناوری پلاسما استفاده می‌کند و در سال‌های اخیر پیشرفت چشم‌گیری کرده، استفاده از آن‌ها در محصولات درون‌بسته‌ای برای کاهش سطح میکروب‌ها و جلوگیری از آلودگی محصول است. پروسه درون‌بسته‌ای به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا این فناوری را به گونه‌ای گسترش دهند که گونه‌های واکنشی پلاسما درون بسته‌بندی محصول تولید شوند تا بدین ترتیب زمان در معرض قرار داشتن، به خاطر این‌که محصولات قبل از انتشار در انبار قرار می‌گیرند، طولانی باشد. این کار جدا از کارهای دیگری است که برای جلوگیری از آلودگی مجدد انجام می‌شود.
یک پروژه مورد تایید اتحادیه اروپا که اسم آن «سبد امن» است کاربرد پلاسمای سرد را در بخش بسته‌بندی مورد تحقیق قرار داده و نتایج امیدوارکننده‌ای روی محصولات توت‌فرنگی و گوجه گیلاسی به‌دست آورده است. حتی یک نمونه اولیه تجاری نیز از روی آن ساخته شده است.
در اسکاتلند، یک شرکت از محصولی رونمایی کرده که از پلاسما برای تولید ازون در داخل بسته‌بندی استفاده می‌کند. چالشی که در زمینه کاربردهای درون‌بسته‌ای وجود دارد این است که پلاسمای سرد چه تاثیری روی مواد بسته‌بندی خواهد گذاشت. از جملۀ این چالش‌ها می‌توان به لایه لایه شدن بسته، تغییرات در حین جابه‌جایی یا موانع عملکردی و حتی تخریب کلی بسته‌بندی اشاره کرد.
سخن پایانی درباره فناوری پلاسما
فناوری پلاسما پتانسیل بسیار بالایی در حوزه صنایع غذایی دارد تا به کمک آن بتوان ماندگاری محصولات دارای طول عمر پایین را بالا برد و از تولید ضایعات جلوگیری کرد که همه این‌ها بستگی به فایق آمدن به چالش‌های اشاره شده دارد.
منبع: Cleanroom Technology
