Seactivation of escherichia coli 0157:H7 and saureus by pulsed electric fields (PEF)

oz ESCHERICHIA COLI 0157 :H7 VE STAPHYLOCOCCUS AUREUS'UN VURGULU ELEKTRİK ALAN (PEF) İLE İNAKTİVASYONU Damar, Sibel Yüksek Lisans, Gıda Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Faruk Bozoğlu Ortak Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Osman Sevaioğlu Kasım 2000, 84 sayfa Bu çalışmanın ana amacı, yüksek voltajlı Vurgulu Elektrik Alan Tekniği (PEF) için bir deney düzeneği kurmak ve bu düzeneğin canlı hücre sayılarının azaltılması üzerindeki etkisini incelemektir. Bu çalışmada, 20 kV voltaj üretebilen ve 100 mikrosaniyelik artı ve eksi polariteli logaritmik azalan vurgular veren bir PEF uygulama sistemi kurulmuştur. İki patojenik mikroorganizma; Escherichia coli vı0157:H7 ve Staphylococcus aureus, G(+) ve G(-) modeller olarak sistemin etkinliği çalışmaları için kullanılmıştır. Öncelikle E.coli 0157:H7 ve S. aureus hücrelerinin değişen vurgu sayısı ve elektrik alan şiddetine karşı canlı kalma oranlan ölçülmüştür. S. aureus hücrelerinin E.coli 0157:H7 hücrelerine oranla daha dirençli olduğu görülmüştür. Mikroorganizmalara 20 kV/cm elektrik alan şiddetinde 60 vurguya kadar PEF uygulanmış ve her iki mikroorganizma canlı hücre sayısında da 2 loğa yakın değerde azalma elde edilmiştir. Yaşayan hücrelerin inaktivasyonunda vurgu sayısındaki artma ile artış olmuştur. E.coli 0157:H7 ve S.aureus hücreleri 12, 14, 16 ve 20 kV/cm şiddetindeki elektrik alanlara tabi tutulmuş ve elektrik alan şiddeti için inaktivasyon kinetiği araştırılmıştır. Sonuçlar E.coli 0157:H7 ve S.aureus hücrelerinin birinci dereceden reaksiyon kinetiği izlediğini göstermiştir. Başlangıçtaki hücre konsantrasyonunun inaktivasyon miktarı üzerindeki etkisi araştırmanın diğer bir parçasıydı. E.coli 0157:H7 farklı başlangıç hücre konsantrasyonlarında, 20 kV/cm'de 10 ve 30 vurguya tabi tutuldu. Başlangıç hücre konsantrasyonu azaltıldığında daha fazla inaktivasyon elde edildi. Ayrıca, mikroorganizmalara 20 kV/cm'lik elektrik alan şiddetinde PEF uygulandıktan sonra yaralı hücre olup olmadığı araştırıldı. Sonuç olarak, E.coli 0157:H7 hücrelerinde vurgu sayısına bağlı olarak % 35,92 ile % 43,36 arasında değişen, ve S.aureus hücrelerinde % 17,26 ile % 30,86 arasında değişen miktarlarda yaralı hücre bulunduğu tesbit edilmiştir. viiSonuç olarak, bu araştırma, kurulan deneysel düzeneğin PEF uygulama parametrelerini sağladığını ve canlı hücrelerin inaktivasyonunda etkili olduğunu göstermiştir. Anahtar Kelimeler : Vurgulu Elektrik Alan, patojenler, inaktivasyon, vurgu sayısı, elektrik alan şiddeti, kinetik vııı ABSTRACT DEACTIVATION OF ESCHERICHIA COLI 0157:H7 AND STAPHYLOCOCCUS AUREUS BY PULSED ELECTRIC FIELDS (PEF) Damar, Sibel M.S., Department of Food Engineering Supervisor : Prof. Dr. Faruk Bozoğlu Co-Supervisor: Prof.Dr. Osman Sevaioğlu November 2000, 84 pages The main objective of this study was to construct an experimental set- up for high voltage Pulsed Electric Field Technique (PEF) and study its effect on reducing viable cell counts. In this study, a PEF treatment system having a capacity of producing 20 kV voltage and giving 100 microseconds exponential decaying bipolar pulses was constructed. Two pathogenic microorganisms; Escherichia col i iii0157:H7 and Staphylococcus aureus were used as G(+) and G(-) models for the effectiveness studies of the system. Primarily, survival of E.coli 0157:H7 and S.aureus cells to varying pulse numbers and electric field strengths was measured. It was concluded that S.aureus cells were sligthly more resistant than E.coli 0157:H7 cells. A PEF treatment of 20kV/cm (corresponding to 18.5kV voltage) up to 60 pulses was applied to the microorganisms and nearly 2 log reduction was obtained in viable cell counts of both microorganisms. There was an increase in inactivation of viable cells with the increase in pulse number. E.coli 0157:H7 and S.aureus cells were treated with 12, 14, 16 and 20kV/cm electric field strengths and kinetics of inactivation for electric field strength was investigated. Results showed that E.coli 0157:H7 and S.aureus followed first order kinetics. Effect of initial cell concentration on the inactivation rate was another part of the research. E.coli 0157:H7 was treated with 10 and 30 pulses of 20 kV/cm starting with different initial cell concentrations. More inactivation obtained by decreasing initial cell concentration. Any possible injury by PEF was also investigated after applying 20kV/cm electric field to the microorganisms. As a result, it was determined that there was 35.92 % to 43.36 % injury in E.coli 0157:H7 cells, and 17.26 % to 30.86 % injury in S.aureus cells depending on pulse number. IVAs a result, this research showed that the experimental set-up constructed for the application of PEF technique has satisfied the application parameters and was effective on the inactivation of viable cells. Keywords : Pulsed Electric Field, pathogens, inactivation, pulse number, electric field strength, kinetics 84