Recette pour détruire les pathogènes: un peu d'air, un peu d'électricité et appuyer sur le bouton

« Des chercheurs ont publié les premiers résultats en utilisant la science du plasma afin d'éliminer les risques liés à l'eau, aux déchets, aux produits chimiques et à la résistance aux antimicrobiens ». source article de Samantha Watters paru sur le site du College of Agriculture & Natural Ressources du Maryland.

Et si vous pouviez tuer 99% des bactéries potentiellement dangereuses à la surface de vos produits frais en une minute en un seul geste?

Les consommateurs pourraient disposer de dispositifs de taille et de fonctionnement similaires à ceux d'un four à micro-ondes, tandis que les chaînes de production et de traitement des restaurants et des entreprises de transformation des aliments pourraient intégrer une petite quantité d'électricité et d'air nécessaire. Cela est devenu plausible grâce aux recherches menées à l'Université du Maryland (UMD) et axées sur des travaux novateurs dans le domaine de la science du plasma à basse température.

Dans un article publié récemment dans Plasma Processes and Polymers, des chercheurs en Materials Science and Engineering (MSE) de l’Institute for Research in Electronics and Applied Physics (IREAP) and Nutrition & Food Science (NFSC) du College of Agriculture & Natural Resources (AGNR) ont rapporté 99% de mortalité chez E. coli à la surface de produits frais après seulement une minute de traitement, dans le cadre d'un processus appelé attaque chimique et modification de surface, où la plus petite couche de la membrane externe de la bactérie est endommagée par de l'air principalement électrifié. appelé plasma.

« Le plasma est ce que l’on appelle le quatrième état de la matière, et c’est techniquement l’état de la matière le plus abondant dans l’univers », explique Gottlieb Oehrlein, professeur en MSE.

« Il y a les états solide, liquide, gazeux et plasma de la matière. Ce dernier est un gaz électrifié et l’état le plus énergétique et le plus réactif de la matière. Nous pouvons utiliser l'énergie électrique pour produire cet état à partir de l'air, et les espèces réactives générées ont des impacts très importants sur les agents pathogènes où elles peuvent attaquer une partie de leurs membranes externes et les modifier biochimiquement. »

Oehrlein et son équipe sont connus dans le domaine de la science du plasma pour leurs travaux sur les interactions plasma-matériau. La plupart des gens pensent que le plasma est la technologie derrière les téléviseurs à plasma et les puces informatiques, mais cet air électrifié peut être utilisé de nombreuses autres manières.

En fait, il est déjà très utilisé dans le secteur de la santé pour assainir les outils chirurgicaux et des essais cliniques en dermatologie ont également été menés pour le traitement des maladies chroniques de la peau. Le plasma est concentré pour ressembler à un très petit chalumeau, mais froid au toucher.

« Microscopiquement, la surface des bactéries est bombardée par ces espèces plasmatiques exotiques. Cela conduit à l'enlèvement des matériaux et à la modification de la surface », a déclaré Pingshan Luan, auteur principal de ce travail et récent diplômé en MSE. « Une fois que la composition est modifiée, la paroi cellulaire de la bactérie perd son intégrité fonctionnelle et structurelle. »

C’est ce qui rend le concept de résistance aux antimicrobiens inutile dans un processus comme celui-ci, car les changements sont structurels, ce qui en fait une option très intéressante pour la décontamination des aliments. « La résistance au plasma n’arrive jamais, car il s’agit d’un stress structurel et d’une dégradation », dit Oehrlein.

C'est également un processus à froid contrairement au chalumeau traditionnel, parfait pour protéger la qualité des aliments.

« Actuellement, la stérilisation au plasma pour l’alimentation suscite un regain d’intérêt, et ces travaux permettent de mieux comprendre les procédés en fonctionnement », ajoute Oehrlein.

Cela est dû en partie à la récente augmentation des épidémies de maladies d’origine alimentaire et à l’attention accrue portée à la sécurité des aliments. Les gens font des choix alimentaires plus sains, entraînant une demande accrue d'aliments frais et non transformés. Les fruits et légumes frais sont souvent consommés crus, contribuant ainsi à l'augmentation du nombre de foyers de maladies d'origine alimentaire, qui sont passés de 0,70% dans les années 1970 à 33% pour seulement 2012. Bien que les maladies d'origine alimentaire provenant de produits frais soient assez rares, il est nécessaire de veiller à ce que ces produits soient correctement désinfectés avant leur consommation.

« Les États-Unis disposent des denrées alimentaires les plus sûres, mais les produits frais restent une source substantielle d’épidémies », explique Rohan Tikekar, professeur adjoint à la NFSC. « Le problème est que nous n’avons pas d'étape de destruction pour nos produits frais. Nous les récoltons, nous pouvons faire un peu de refroidissement après récolte, puis nous pouvons laver les produits pour les conditionner et les expédier. »

Cependant, même le lavage des produits peut être problématique. « Le processus de lavage est une arme à double tranchant », explique Tikekar. « Cela rend les produits plus attrayants et enlève la saleté, mais si cela n'est pas fait correctement, l'eau devient un support pour qu'une petite quantité de bactéries se transmette à un plus grand nombre de produits. Vous pouvez commencer avec, par exemple, 10 têtes de laitues contaminées, et avec un lavage incorrect, vous pourriez vous retrouver avec 10 tonnes de laitues contaminées. »

« En plus de cela, ce processus nécessite beaucoup de ressources et n'est pas particulièrement écologique. « Le lavage des produits est une opération gourmande en énergie et en ressources, et même si les chiffres varient, vous pouvez utiliser jusqu'à 4,5 litres d'eau par presque une livre de produit. » explique Tikekar.

« Cela peut être une source importante de consommation d’eau. En outre, vous devez généralement refroidir l’eau pour maintenir la qualité des produits. Ainsi, l’ensemble du processus est réfrigéré, ce qui nécessite beaucoup d’énergie. Nous avons ajouté des désinfectants à base de chlore à l'eau, ce qui permet de tuer les bactéries avant qu'elles ne soient transférées dans un autre produit. Ceci est très efficace, mais les désinfectants à base de chlore se dissipent également rapidement et vous devez les reconstituer en permanence pour maintenir le taux de chlore. Bien que cela soit sûr et efficace, ce processus présente des limites et des efforts sont déployés pour trouver des méthodes alternatives pour concurrencer le chlore en tant que désinfectant alimentaire en raison de perceptions et de problèmes de résistance. »

Le plasma pour la décontamination des aliments est un processus durable, sans produits chimiques, ce qui le rend attrayant. « Les procédés de décontamination classiques utilisent beaucoup d'eau et de désinfectants aqueux tels que le chlore et le dioxyde de chlore. La facture d'eau, éventuellement à la charge des consommateurs, reste très élevée », explique Luan. « L’approche plasma n’utilise pas d’eau. Presque tout ce dont nous avons besoin est un peu d’électricité et d’air. L’air est quasiment gratuit et l’électricité ne coûte qu’environ 12 cents le kilowatt heure. Grâce à notre technologie, vous pouvez décontaminer les trois repas du jour sans que cela ne vous coûte un sou. Le processus est écologique et peut également être facilement intégré aux lignes de transformation des aliments existantes, telles que les bandes transporteuses. »

Selon Oehrlein, cela pourrait être aussi simple que d’« allumer et d’éteindre une lampe ». Tikekar dit, « Vous pouvez le faire à une échelle industrielle, mais vous pouvez également imaginer le faire à l’échelle d’un restaurant, dans une salle à manger ou même au niveau des consommateurs individuels, où vous pouvez potentiellement disposer d’un dispositif de type micro-ondes qui pourrait inactiver les agents pathogènes juste avant consommation. Une minute de traitement permet de tuer plus de 99% des bactéries présentes sur les feuilles d'épinards, donc c'est très efficace. »

Bien que ce processus présente peu de risques, les chercheurs sont prêts à approfondir cette question à l'avenir. « Les effets secondaires de notre technologie de transformation sont encore à l'étude. À l'avenir, nous examinerons de plus près l'évolution du contenu nutritionnel », a dit Luan. « La seule chose qui a été testée jusqu’à présent est l’aspect physique de l'aliment, mais les nutriments comme les vitamines et les antioxydants n’ont pas été caractérisés. Cependant, de par notre expérience, le plasma est une technologie de traitement de surface et le volume affecté se situe généralement à quelques dizaines de nanomètres de la surface, soit environ un dixième de millions de la feuille verte. Il est donc peu probable que le contenu nutritionnel soit fortement affecté. Nous sommes toujours à la recherche de tous les effets secondaires potentiels avant de pouvoir utiliser cette technologie, mais le potentiel est là et très prometteur. »

Le document intitulé « Decontamination of raw produce by surface microdischarge and the evaluation of its damage to cellular components » publié dans Plasma Processes and Polymers est disponible ici.

NB : L'image provient d'un article de Food Safety News.