مقدمه
مفهموم فاز چهارم ماده در واقع از این ایده ناشی شده است که انتقال فاز با انتقال مداوم انرژی به ماده، مانند انتقال ماده از حالت جامد به مایع و گاز، صورت می پذیرد. بنابراین پلاسما مانند یک نوع گاز یونیزه شده است که با داشتن یکسری خواص منحصر به فرد، از یک گاز ایده آل تفکیک می شود. در واقع با افزایش سطح انرژی در حالت گاز(حتی بصورت تدریجی) نیز می توان به یک انتقال حالت از فاز گاز به فاز پلاسما رسید. چنانکه در شکل 1 نمایش داده شده است، وارد کردن انرژی به یک گاز موجب افزایش یا کاهش الکترون ها و در نتیجه باعث یونیزه شدن مولکول ها و اتم های آن شده که این فرآیند به نوبه خود منجر به ایجاد پلاسما می شود.
فرآیند یونیزه شدن گاز می تواند از طریق ایجاد یک میدان الکترومغناطیسی قدرتمند به همراه یک لیزر و یا یک مبدل ماکروویو به همراه تفکیک پیوندهای مولکولی انجام شود. وجود ذرات حامل بار در پلاسما موجب رسانایی الکتریکی و در نتیجه واکنش شدید آن به میدان های الکترومغناظیسی می شود. از این رو، پلاسما خواص منحصر به فردی را دارد که آن را از سایر حالت های ماده یعنی جامد، مایع و گاز متمایز می سازد.
لازم به ذکر است که بر اساس خصوصیات مختلف گازهای یونیزه شده، پلاسما به دو نوع پلاسمای سرد و گرم تقسیم بندی شده است. بر خلاف پلاسمای گرم، در پلاسمای سرد حرکات گرمایی یون ها وجود ندارد. در نتیجه بدون هیچ گونه نیروی مغناطیسی، صرفا از الکتریسیته به منظور اثر گذاری بر روی ذرات گاز استفاده می شود. این گونه از پلاسما از آن جهت سرد خوانده می شود که دمای آن نزدیک به دمای اتاق قرار دارد. بنابراین، پلاسمای سرد به عنوان یک تکنولوژی جدید فرآوری غذایی بصورت غیر گرمایی و با استفاده از خواص گازهای فعال شده می تواند عوامل آلوده کننده مانند میکروب های موجود در مواد غذایی از قبیل گوشت، مرغ، میوه و سبزی را از بین ببرد. در این تکنولوژی با قابلیت انعطاف بالا از الکتریسیته و یک گاز حامل (مانند اکسیژن، نیتروژن و هلیوم) برای ضد عفونی کردن مواد غذایی با استفاده از نور UV و خواص شیمیایی فرآیند یونیزه شدن پلاسمای سرد استفاده می شود. شکل های زیر به ترتیب ژنراتورهای پلاسمای سرد و گرم را نمایش می دهد.
کاربردهای پلاسمای سرد در صنایع غذایی
در سال های اخیر، استفاده از تکنولوژی پلاسمای سرد به منظور ضدعفونی نمودن مواد غذایی و از بین بردن عوامل بیماری زا رواج یافته است. بر خلاف تکنولوژی های نور-بنیان(مانند تکنولوژی نور فرابنفش ) پلاسما بر تمام مواد غذایی جاری شده وهیچ گونه "اثر سایه ای "نیز وجود ندارد. در غیاب اثر سایه ای، پلاسما بر تمامی بخش های غذا جاری شده و لذا تمامی قسمت های آن از وجود میکروارگانیسم های مضر پاکسازی می شود.
در حال حاضر برای ضد عفونی نمودن سبزیجات و گوشت تازه هیچ گونه تکنولوژی ملایم و سطحی میکروب زدایی وجود ندارد. لذا برای این منظور می توان پلاسمای سرد را به کار برد. همچنین از پلاسمای سرد می توان برای ضد عفونی نمودن ظروف بسته بندی در قبل از شروع فرآیند بسته بندی و یا در حین فرآیند بسته بندی مواد غذایی استفاده نمود. باید توجه نمود که مصرف انرژی در تکنولوژی پلاسمای سرد با مصرف انرژی در سیستم های رایج UV-C تفاوت چندانی ندارد. این موضوع موجب هزینه-اثر بخش تر شدن تکنولوژی پلاسمای سرد در مقایسه با تکنولوژی های رایج خواهد شد. حتی با وجود نیاز به یک گاز حامل ، از نظر تکنولوژی الکتریکی و عمر سیستم ضد عفونی کننده تفاوت معنی داری بین یک سیستم پلاسمای سرد با یک سیستم UV-C وجود ندارد. در جدول زیر مزایای استفاده از تکنولوژی پلاسمای سرد در صنایع غذایی نسبت به روش های موجود گزارش شده است.
دورنمای استفاده از پلاسمای سرد
در حال حاضر با گسترس صنایع غذایی و مدرن شدن آن، نیاز به ابداع روش های جدید و غیر تهاجمی برای فرآوری مواد غذایی افزایش یافته است. در این بین استفاده از پلاسمای سرد نسبت به سایر روش های موجود مزایای قابل توجهی را به همراه دارد. زیرا در این روش علاوه بر تامین ایمنی بهداشتی مواد غذایی بوسیله میکروب زدایی ، کیفیت و ارزش مواد غذایی هم تحث تاثیر قرار نمی گیرد. این موضوع سبب فراگیرتر شدن استفاده از تکنولوژی پلاسمای سرد برای فرآوری مواد غذایی مختلف از قبیل گوشت، مرغ، میوه ها، سبزیجات و سایر محصولات روزمره خواهد شد. در حال حاضر روش های متعددی برای به کار گیری پلاسمای سرد وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند که انتخاب نوع تکنولوژی بسته به نوع کاربرد آن خواهد داشت. امروزه اثر بخشی تکنولوژی پلاسمای سرد در از بین بردن و یا غیر فعال نمودن پاتوژن های موجود در سطوح مواد غذایی جامد و مایع ثابت شده است. لذا در سال های اخیر، تحقیق و توسعه بر روی پلاسمای به عنوان یک تکنولوژی امیدوارکننده با افزایش قابل توجهی همراه بوده است.