Zespół naukowców z Wydziału Chemicznego prowadzi badania nad metodą traktowania zimną plazmą atmosferyczną m.in. soków owocowych i napojów roślinnych. Udowodnili już, że takie napoje mają nie tylko większą wartość odżywczą i dłuższy okres przydatności do spożycia, ale także właściwości przeciwnowotworowe. To dopiero obiecujące badania wstępne, ale już dziś ich wynikami są zainteresowane firmy z branży spożywczej.

Naukowcy z Katedry Chemii Analitycznej i Metalurgii Chemicznej PWr sprawdzili na razie wpływ zimnej plazmy na soki kilku polskich producentów, a obecnie prowadzą badania z wykorzystaniem soków świeżych, czyli jednodniowych. Pierwsze wyniki opublikowali w prestiżowym czasopiśmie naukowym poświęconym chemii żywności „Food Chemistry” wydawnictwa Elsevier, powstały też inne prace na ten temat.

Do tej pory naukowcy wykazali np., że w poddanym takiej obróbce soku, np. pomarańczowym, wzrasta (od kilku do nawet 40 proc.) zawartość frakcji kationowej wybranych metali, m.in. magnezu, manganu czy cynku. Zawiera ona ich związki kationowe (proste jony, jony kompleksowe z małocząsteczkowymi związkami organicznymi).

Wzrasta także zawartość tzw. frakcji pozostałych form takich metali jak wapń, miedź i żelazo (nawet do 95 proc.), która zawiera związki anionowe i lub obojętne, również będące kompleksami z małocząsteczkowymi związkami organicznymi.

W takim soku bioprzyswajalność wymienionych metali jest zatem zwiększona, ma więc lepsze wartości odżywcze.

Zdrowsze soki – pod wieloma względami?

– Zajmowaliśmy się do tej pory sokami buraczanymi, jabłkowymi i pomarańczowymi, które w określonych warunkach potraktowaliśmy zimną plazmą atmosferyczną, czyli zjonizowanym gazem, uważanym za czwarty stan skupienia materii – opowiada dr hab. inż. Piotr Jamróz, prof. uczelni. – Wyniki różnią się w zależności od rodzaju soku, ale niezmienne jest to, że dzięki plazmie następuje dysocjacja kompleksów jonów metali z wielkocząsteczkowymi związkami organicznymi, np. związkami fenolowymi. Dotyczy to pierwiastków, których potrzebuje nasz organizm, ale kiedy są one zwykle związane w tego rodzaju matrycy przez różnego rodzaju wielkocząsteczkowe związki organiczne, utrudnia to ich przyswajalność przez organizm. Dzięki działaniu plazmy dochodzi do dysocjacji tych kompleksów jonów metali ze związkami organicznymi, co w efekcie sprawia, że metale te stają się bardziej bioprzyswajalne.

A to nie wszystko – bo plazma wpływa także na wydłużenie okresu przydatności soków do spożycia po otwarciu. W przypadku soków pomarańczowych mowa jest o co najmniej 26 dniach (czas ten jest różny dla poszczególnych napojów, a badania naukowcy z PWr prowadzą wspólnie z naukowcami z Uniwersytetu Gdańskiego).

Co najbardziej jednak zaskakujące – zimna plazma atmosferyczna sprawia, że sok staje się cytotoksyczny dla komórek nowotworowych, jednocześnie nie wpływając na komórki prawidłowe.

– Zaczęliśmy od analizy właściwości fizyko-chemicznych soków, m.in. barwy, zawartości całkowitej cukrów i polifenoli, ale równie ważne było dla nas to, czy takie „poplazmowe” soki są bezpieczne do spożycia – opowiada dr hab. inż. Anna Dzimitrowicz. – Badania pod tym kątem prowadzimy wspólnie z Instytutem Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN, ponieważ to ośrodek, który specjalizuje się w analizach związanych z komórkami nowotworowymi. Od razu sprawdzono, czy aby taki sok nie powoduje procesów nowotworzenia. Wyniki badań pokazały, że nie tylko nie wpływa on na komórki prawidłowe, ale dodatkowo ma właściwości antynowotworowe!

Jak tłumaczą badacze, testy MTT (do oceny aktywności metabolicznej komórek) wykazały, że funkcje życiowe komórek nowotworowych, które miały kontakt z sokiem poddanym plazmowej obróbce, ulegają zaburzeniu.

– Tempo ich proliferacji, czyli namnażania się, ulega zahamowaniu – wyjaśnia doktorant Dominik Terefinko. – Wykazaliśmy to m.in. w przypadku prac z sokiem buraczanym i komórek gruczolaka nabłonka jelita grubego. Teraz sprawdzamy, czy soki potraktowane zimną plazmą atmosferyczną mogą także pomóc w zahamowaniu zdolności do migracji komórek nowotworowych, czyli przerzutowania.

Naukowcy zastrzegają jednak, że zanim możliwe będzie stwierdzenie, czy poddane obróbce plazmowej soki mogą wspierać profilaktykę nowotworową albo stanowić wspomaganie leczenia, koniecznych będzie jeszcze wiele badań.

– To, czym się obecnie zajmujemy, to badania wstępne – podkreśla dr hab. Anna Dzimitrowicz. – Szukamy teraz finansowania m.in. na projekt, w ramach którego przeprowadzimy złożone testy biologiczne, które dadzą nam pewność, że spożywanie soków poddanych działaniu zimnej plazmy atmosferycznej jest na pewno bezpieczne.

Badaczka zaznacza też, że wynikami ich badań już interesują się duże firmy z branży spożywczej.

Naukowcy prowadzą też testy z wykorzystaniem tzw. medium hodowlanego, czyli roztworu służącego do hodowli komórek (w tym przypadku rakowych), który stanowi dla nich najlepsze warunki do rozwoju. Takie medium wcześniej traktują zimną plazmą atmosferyczną, a następnie wstrzykują je do nowotworowych tkanek.

– Wyniki prowadzonych badań pokazują, że takie medium wykazuje dość selektywny efekt cytotoksyczny – mówi Dominik Terefinko. – Na pewno będziemy więc chcieli kontynuować te badania.

Nowa, większa instalacja

Jednocześnie zespół rozwija samą instalację służącą im do generowania zimnej plazmy atmosferycznej. Do niedawna badacze korzystali wyłącznie z laboratoryjnej, a przed dwoma tygodniami uruchomili taką, która umożliwia pracę w znacznie większej skali. Budowa instalacji była możliwa dzięki wsparciu z Wrocławskiego Centrum Transferu Technologii PWr w ramach dofinansowania do prowadzenia prac przedwdrożeniowych.

Prof. Jamróz podkreśla, że aby wytłumaczyć działanie plazmy, najlepiej posłużyć się metaforą rzeki, w którą uderzają pioruny.

– Nasza instalacja to taka mikrorzeka z mikropiorunami – wyjaśnia obrazowo. – Szereg takich mikropiorunów uderza w ciecz, w naszym przypadku sok, a ponieważ wyładowanie zachodzi w powietrzu, to tworzą się różnego rodzaju reaktywne formy tlenu i azotu, m.in. tlenki azotu, ozon czy niewielkie ilości nadtlenku diwodoru, i następuje transport tych składników z powietrza do cieczy.

Profesor zaznacza, że ta technologia jest bardzo obiecująca, mimo bariery jaką jest konieczność wykorzystywania energii elektrycznej – bo jej koszt można obniżyć, stosując moduły fotowoltaiczne do zasilania generatora.

– Z pewnością więc zimna plazma atmosferyczna z czasem zacznie być wykorzystywana nie tylko w przemyśle spożywczym, ale być może także w rolnictwie – dodaje.

Nie tylko soki, czyli co jeszcze może plazma

Soki nie są jedynym produktem, który badają naukowcy z Katedry Chemii Analitycznej i Metalurgii Chemicznej w kontekście działania zimnej plazmy atmosferycznej.

W zespole trwają m.in. analizy roślinnych napojów (tzw. mlek roślinnych) w celu opracowania nowego procesu pasteryzacji, a kolejną „gałęzią” badań mają być badania produktów zbożowych, ryżu i makaronu (do czego naukowcy chcą zbudować specjalną instalację wykorzystującą druk 3D), by wydłużać ich przydatność do spożycia.

- Przed nami zatem bardzo wiele prac. Cieszymy się, że w nasze badania możemy angażować studentów i doktorantów, którzy włączając się w nie, jednocześnie pracują nad swoimi dyplomami czy rozprawami – dodaje dr hab. Dzimitrowicz. – Wspólnie przygotowujemy nawet wnioski grantowe, co pokazuje, w jak zaawansowanych projektach mogą uczestniczyć młodzi badacze na początku swojej kariery, działając w naszym zespole.

Tak szerokie badania wymagają dużej grupy badwczej. Nad wykorzystaniem zimnej plazmy atmosferycznej do celów spożywczych i rolniczych wspólnie pracują: dr hab. Anna Dzimitrowicz, prof. Paweł Pohl, prof. Piotr Jamróz, dr hab. inż. Piotr Cyganowski, mgr inż. Dominik Terefinko i mgr inż. Mateusz Bykowski.

Ze szczegółowymi wynikami badań zespołu naukowego można się zapoznać w tych artykułach:

• Application of cold atmospheric pressure plasmas for high-throughput production of safe-to-consume beetroot juice with improved nutritional quality,
• How does direct current atmospheric pressure glow discharge application influence on physicochemical, nutritional, microbiological, and cytotoxic properties of orange juice?,
• Do we need cold plasma treated fruit and vegetable juices? A case study of positive and negative changes occurred in these daily beverages,
• Comprehensive studies on the properties of apple juice treated by non-thermal atmospheric plasma in a flow-through system.

Lucyna Róg