Aplicación de plasma atmosférico frío para la descontaminación de superficies stars

Resumen

Las contaminaciones microbianas son un grave problema cada vez más extendido no solo en el ámbito médico, sino también en la industria alimentaria. Se requiere la búsqueda de nuevas tecnologías capaces de acabar con dichos microorganismos, pero sin producir daños en los productos tratados, como es el caso de alimentos y materiales termosensibles. Por ello, una tecnología con una elevada temperatura o que modifique las propiedades nutricionales o sensoriales de los productos alimentarios no es adecuada. En este sentido, esta tesis doctoral estudia la aplicación de Plasma Atmosférico Frío (PAF) tanto para la inactivación de microorganismos del ámbito médico y alimentario como para la descomposición de moléculas químicas procedentes de la industria enológica. Por un lado, se ha investigado el poder antimicrobiano de la aplicación directa de PAF sobre mascarillas y barricas de vino. Por otro, se ha analizado el Agua Activada por Plasma (PAW) como método indirecto de aplicación de PAF frente a microorganismos y moléculas químicas, todos ellos procedentes del sector alimentario y, más concretamente, relacionados con el vino. Las mascarillas son un aliado fundamental a la hora de prevenir la propagación de enfermedades y evitar contraer infecciones. Su utilización se incrementó tras la pandemia de la COVID-19 y, como consecuencia, las reacciones cutáneas como enrojecimiento, picor o maskné (mask + acné) se intensificaron. Debe tenerse en cuenta que las condiciones de temperatura humedad o CO2 que se dan en la atmósfera entre la mascarilla y la piel son ideales para la proliferación bacteriana. Así, en el primer artículo de esta tesis se ha estudiado la efectividad del PAF en la inactivación de bacterias patógenas inoculadas en mascarillas KN95 y FFP2 con el fin de permitir su reutilización segura y evitar la contaminación ambiental a la hora de su desechado. Los resultados sugirieron que el gas utilizado, la potencia o el tiempo de tratamiento deben ser considerados para determinar el grado de inactivación bacteriana. Así, a mayores tiempos y potencias de tratamiento se obtuvieron mayores inactivaciones. En cuanto al mejor proceso, el uso de plasma de nitrógeno, 300 W de potencia y 1,5 min de tratamiento fueron los parámetros de plasma óptimos para la inactivación total de las bacterias. Además, el estudio térmico confirmó que tanto P. aeruginosa PAO1 como E. coli ATCC25922 fueron inactivadas principalmente mediante el efecto térmico. Por el contrario, las especies reactivas de oxígeno y nitrógeno (RONS) generadas en el plasma fueron la principal causa de inactivación de Staphylococcus spp. En concreto, el radical NO• pareció ser el más biocida. Por último, tanto las pruebas de respirabilidad y capacidad de filtración como los análisis SEM y visuales, después de uno y cinco ciclos de tratamiento con plasma, mostraron que los tratamientos de PAF no afectaron negativamente ni la morfología ni la capacidad funcional de las mascarillas. Posteriormente, se aplicó PAF directamente en duelas de madera pertenecientes a barricas de vino para inactivar bacterias y levaduras presentes. Las barricas se utilizan en la etapa de envejecimiento del vino ya que aportan los característicos olores y sabores, enriqueciendo el producto final y aportando estabilidad física y química. El PAF directo se aplicó sobre microorganismos causantes del deterioro del vino (Pediococcus pentosaceus, Acetobacter pasteurianus y Brettanomyces bruxellensis). Se estudiaron varias potencias (90 W y 500 W) y gases de plasma (aire, nitrógeno y argón). Con los tratamientos de aire y nitrógeno se logró una inactivación total de la levadura. Asimismo, se sugirió que las RONS generadas durante el proceso de generación de plasma parecían desempeñar un papel principal en la inactivación microbiana. Por último, no se identificaron modificaciones morfológicas en la superficie de la madera tras los tratamientos con PAF. Los resultados de esta investigación fueron publicados en el segundo artículo de esta tesis. En relación al tercer artículo, se trataron duelas de madera naturalmente contaminadas con B. bruxellensis utilizando PAW, esto es, aplicando PAF de forma indirecta. Fragmentos de duelas de madera se sumergieron durante 3 h en cuatro PAW con tiempos de generación distintos (1,5 min; 5 min; 15 min y 30 min). Se realizaron ensayos de Cromatografía Líquida de Alto Rendimiento (HPLC) demostrando la existencia de radicales secundarios como OH•, NO• y NO2•. Además, se sugirió que estas especies reactivas juegan un papel crucial en la inactivación microbiana. Por último, se eligió la PAW generada durante 5 min como la mejor en términos económicos y de consumo de tiempo, logrando una reducción de 3,49 ± 0,83 unidades logarítmicas en la población de B. bruxellensis. Por último, en el ámbito de la industria enológica, el corcho con el que se cierran las botellas tiene un papel fundamental en la etapa final de maduración del vino. Sin embargo, en ocasiones, el corcho aporta olores desagradables y modifica negativamente la composición del vino siendo una de las principales causas por las que se produce el descarte de vinos embotellados. El 2,4,6-Tricloroanisol (TCA) es la molécula más conocida responsable de este problema. En la cuarta publicación presentada en esta tesis doctoral, tapones de corcho contaminados artificialmente con haloanisoles se sumergieron en cuatro PAW (tiempos de generación: 1,5 min; 5 min; 15 min y 30.