Виробникам зерна допоможе холодна плазма

Використовуючи плазму — речовину космосу — дослідники Університету Альберти знайшли ефективний спосіб знезараження зерна, ураженого пліснявою, а також підвищення проростання насіння.

Обробляючи зерна пшениці та ячменю атмосферною холодною плазмою — відносно низькотемпературною версією зазвичай перегрітої матерії — вони змогли знизити рівень шкідливих токсинів, викликаних грибками, які ростуть у теплих і вологих умовах і зазвичай інфікують зерно.

Це відкриття «може надати для харчової промисловості та виробництву кормів для худоби ефективніші способи переробки зерна, безпечного для споживання», — каже Ехсан Фейзоллахі, який керував дослідженням, щоб отримати ступінь доктора філософії в харчових науках і технологіях на факультеті сільського господарства, науки про життя та навколишнє середовище.

Дослідник Ехсан Фейзоллахі демонструє технологію замочування холодною плазмою, яку він і його дослідницька група розробляють для знезараження ячменю. Зерна ячменю занурюють у плазмоактивовану воду в склянці.

Відомі як мікотоксини, шкідливі вторинні метаболіти щороку інфікують понад 25 відсотків зерна, виробленого у всьому світі, включаючи зерна ячменю, пшениці та вівса в Західній Канаді, що призводить до зниження якості врожаю та фінансових втрат для фермерів. Вони також становлять загрозу здоров’ю людей і худоби, включаючи рак, захворювання легенів, пошкодження мозку та нирок або навіть смерть.

Оскільки мікотоксини стійкі до високих температур, видалити їх із зерна складно, каже Фейзоллахі.

«На даний момент немає ефективного методу для зменшення кількості мікотоксинів у зерні», — зазначає він. І додає, що звичайні способи обробки їжі, такі як смаження, запікання та смаження, можуть лише частково видалити мікотоксини.

″Нам потрібно було знайти кращі методи дезактивації.″

Швидше, краще знезараження

У галузі фізики плазма вважається четвертим станом речовини поряд з твердим, рідким і газоподібним, і привертає увагу протягом останніх кількох років, зазначає професор М.С. Рупеш, який керував роботою Фейзоллахі та вивчав ширші застосування атмосферної холодної плазми через інженерно-дослідницьку лабораторію харчової безпеки та сталого розвитку U of A.

«Як нова технологія, холодна плазма має великий потенціал для зниження ризиків безпеки харчових продуктів».

Атмосферна холодна плазма містить високоактивні компоненти, які дезактивують або зменшують кількість токсинів на поверхні зерен.

Зерно ячменю обробляють холодною атмосферною плазмою, щоб знизити рівень забруднень, які називаються мікотоксинами, викликаними грибковими інфекціями зерна.

Фейзоллахі створив дві форми плазми — одну у вигляді іонізованого газу та іншу у вигляді рідини — і потім використав їх для обробки зерен ячменю та пшениці, заражених двома мікотоксинами, які викликають особливе неприємність у Канаді, під назвою зеараленон і дезоксиніваленол.

Використання плазми для знезараження зерна знизило рівні двох токсинів на 54%, що є багатообіцяючим початком, каже Рупеш.

«Завдяки оптимізації умов, враховуючи такі фактори, як тип плазми, умови лікування та час лікування, ми могли б досягти значно більшого скорочення, ніж 54%. Зрештою, це означає, що фермери можуть використовувати більше зерна, тому буде менше відходів, а з точки зору здоров’я люди та тварини можуть споживати зерно і не піддаватися впливу мікотоксинів».

Дослідники також виявили, що процеси обробки, які вони використовували, займали лише короткий час — від однієї хвилини до однієї години — потенційно підвищуючи ефективність для харчової промисловості.

Лікування також є екологічно стійким, зазначає Фейзоллахі: «Для створення холодної плазми в газовій формі потрібно лише повітря, а електроенергію, необхідну для цього процесу, можна отримати з відновлюваних джерел».

Холодна плазма не залишає залишків на зерні, що усуває потребу в хімічних дезінфікуючих засобах, які зараз потрібні для обробки харчових продуктів.

«Плазма дуже нестабільна, тому реактивні речовини в плазмі зникають з часом, коли генерація плазми припиняється», — зазначає Рупеш.

Безпрограшний варіант для ячменю і води

Технологія плазмового замочування, яку розробили дослідники, також може стати ключовим удосконаленням для виробництва солоду з ячменю.

Дослідники виявили, що зараз, проходячи через процес патентування, обробка холодною плазмою дала поштовх проростанню зерна, яке використовується для виробництва солоду та пива.

Замочування ячменю у плазмоактивованій воді, а не у звичайній воді, знизило рівень дезоксиніваленолу в зерні.

«Якщо під час роботи з солоду не вдасться розщепити цей мікотоксин, він потенційно може перейти в кінцеві продукти», — зазначає Фейзоллахі.

Вода, активована плазмою, також покращила проростання насіння на 10-13% за рахунок зміни його поверхневих властивостей, що призвело до кращого поглинання води, що може збільшити швидкість проростання.

Крім того, плазма має додаткову перевагу, оскільки знезаражує воду, яка використовується в процесі замочування, яка часто містить сліди пестицидів, бактерій або грибків.

Дослідники зазначають, що чистішу воду, можливо, можна було б повторно використовувати в харчовій промисловості.

Технологія відкрита для ліцензування через U of A, і наступні кроки включатимуть додаткові експерименти для її масштабування для використання в галузі.

Експерименти Фейзоллахі також показали, які фактори підвищують ефективність лікування, яке він перевірив, що веде до подальшого вдосконалення.

«Тепер ми знаємо, на яких конкретних факторах нам потрібно зосередитися», — зазначає Рупеш, чия лабораторія також досліджує, як розширити свої методи холодної плазми для використання для зменшення мікробного забруднення їжі та води, яке може спричинити хвороби, викликані бактеріальними патогенами, такими як Escherichia coli. і сальмонела.

«Ми отримали певні фундаментальні знання, які представляють собою захоплюючий крок вперед у сфері безпеки харчових продуктів і зменшення втрат сільськогосподарської продукції».

Дослідження було підтримано фінансуванням Roopesh від Results Driven Agriculture Research, Alberta Agriculture and Irrigation, Alberta Canola Producers Commissions and the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.

У своїх дослідженнях Фейзоллахі підтримали стипендія J Macgregor Smith Graduate Scholarship, Премія випускників імені Ендрю Стюарта, фонд стипендій Канадського інституту харчових наук і технологій, грант GSA Academic Travel Grant, стипендія GFTC Legacy Fund Graduate Scholarship, диплом випускника Альберти. Стипендія, нагорода Інституту досліджень пивоварного та солодового ячменю в галузі агрономії, стипендія для набору докторантів університету Альберти та студентська стипендія Альбертського ячменю.