Plasma Activated Water (PAW) Teknologi Multifungsi Potensial Mulai dari Pangan hingga Lingkungan

Permintaan konsumen atas makanan bernutrisi tinggi dengan kualitas sensori yang mirip dengan produk segar serta bebas zat aditif semakin meningkat. Hal tersebut menyebabkan perkembangan teknologi baru dalam bidang processing makanan dan preservasi seperti teknologi sinar UV, iradiasi, high pressure processing (HPP) yang dapat meningkakan keamanan pangan namun tetap dapat menjaga kualitas produk pangan. Teknologi alternatif lain yang dapat menjadi pilihan adalah Cold atmospheric pressure plasma (CAPP) atau dapat disebut juga Non-Thermal Atmospheric Plasma (NTAP).

Plasma didefinisikan sebagai wujud materi keempat di alam selain tiga wujud: padat, cair, dan gas. Zat ini merupakan ionisasi gas netral ketika intensitas panas meningkat terjadi transisi zat dari gas ke plasma. Radikal bebas, partikel bermuatan (ion dan elektron), foton, dan zat radioaktif lainnya termasuk plasma. Keberadaan materi bermuatan ini membuat plasma bersifat menghantarkan listrik. Namun, muatan secara keseluruhan adalah netral (disebut netralitas plasma) karena masing-masing komponen saling kontradiksi. Ketika treatment plasma dilakukan gas netral diionisasi oleh energi menghasilkan zat kimia plasma yang rumit berupa pembentukan spesies gas reaktif seperti spesies oksigen reaktif (ROS) dan spesies nitrogen reaktif (RNS) atau dikenal juga sebagai spesies oksigen dan nitrogen reaktif (RONS). Spesies kimia reaktif tersebut dapat diklasifikasikan kedalam dua kelompok yaitu spesies berumur pendek dan spesies berumur panjang. Lama hidup spesies reaktif plasma tergantung pada sifat-sifat tipe reaktif dan kondisi penyimpanannya.

Plasma activated water (PAW) adalah metode NTAP menggunakan air sebagai media spesies reaktif yang dihasilkan plasma dimana produk yang ditargetkan tidak terkena langsung dengan pelepasan plasma, tetapi bersentuhan dengan air yang sebelumnya terkena pelepasan plasma. Pemberian perlakuan NTAP terhadap air dapat dilakukan dengan dua cara yaitu pelepasan plasma yang dilakukan diatas permukaan air dan pelepasan plasma didalam air. Ketika plasma bersentuhan dengan air, oksigen reaktif dan spesies nitrogen (RONS) dihasilkan oleh transfer pelepasan plasma dari plasma ke cairan pada antarmuka gas-cair, berinteraksi satu sama lain dan molekul air dan menghasilkan berbagai spesies primer dan sekunder yang berperan peran penting dalam aktivitas dekontaminasi PAW. Larutan yang diberi perlakuan plasma, termasuk air dalam sistem PAW menunjukan komposisi kimia dan sifat fisikokimia yang berbeda dibandingkan dengan larutan sebelum diberi perlakuan plasma. Larutan yang diberi perlakuan plasma akan mengandung senyawa reaktif RONS serta bersifat asam dan menunjukan perubahan pada konduktivitas dan potensi oksidasi-reduksi. Senyawa-senyawa reaktif yang dihasilkan PAW dapat berdifusi melewati mebran sel serta berinteraksi dengan nukleotida dan memicu modifikasi asam nukleotida. Selain itu, kondisi air yang asam karena turunnya pH disebabkan oleh PAW diduga memiliki efek sinergis dengan spesies kimia reaktif dalam menginaktivasi mikroba. pH lingkungan yang rendah akan memberikan kondisi yang tidak ideal bagi mikroba yang telah dirusak struktur membran selnya oleh spesies reaktif.

 

(a) pelepasan plasma diatas permukaan air ; (b) pelepasan plasma didalam air.

diagram-paw-6292653cce96e53d12684dc4.png

Diagram aplikasi teknologi PAW dalam bahan pangan dan hasil pertanian

Efektivitas inaktivasi PAW yang diproduksi pada tingkat skala laboratorium dalam mendekontaminasi produk segar bervariasi, tergantung pada proses pencucian dan langkah-langkah di mana PAW diterapkan. PAW dapat memicu proses stress oksidatif yang menghambat pertumbuhan biofilm. Biofilm yang dimaksud merupakan materi pelindung mikroorganisme yang membuat mikroorganisme biofilm lebih tahan terhadap antibiotik konvensional dibandingkan sel tunggal. Metode pengawetan tradisional menggunakan bahan kimia memiliki kelemahan seperti menimbulan efek resistensi dari spesies yang biasa ditemukan pada produk segar serta kontaminasi dari hasil produk sampingan yang dilepaskan. Tak jarang pula produk segar menghasilkan kerusakan yang lebih cepat daripada perlindungan zat pengawet karena laju respirasi yang cepat.

Pelepasan listrik plasma menciptakan berbagai dampak kimia dan fisik, seperti pembentukan spesies reaktif, ultraviolet, gelombang mikro, dan efek elektrohidraulik. Penerapan PAW pada buah dan sayur tidak merubah warna, dapat menjaga kualitas dan mengurangi pengurangan bobot tekstur jamur kancing selama penyimpanan daripada yang tidak diberi perlakuan PAW. PAW juga tidak mempengaruhi pertumbuhan benih, artinya PAW hanya mengurangi mikroorganisme yang terdapat pada benih tanpa memberikan efek samping pada pertumbuhan benih. Selain itu PAW juga dapat menghilangkan residu pestisida dari suatu produk tanpa mengubah kualitas produk tersebut. Penggunaan teknologi PAW juga dapat diterapkan untuk berbagai fungsi seperti sebagai film pelindung, desinfektan, pupuk cair dan sebagai stimulan, maupun diterapkan pada sistem air sebagai metode sanitasi potensial. Oleh karena itu PAW merupakan teknologi yang sangat potensial dan mendukung sustainibility.

Referensi

Gao Y, Francis K, Zhang X. 2022. Review on formation of cold plasma activated water (PAW) and the applications in food and agriculture. Food Res Int. 157 February:111246. doi:10.1016/j.foodres.2022.111246.

Prieto M, Fern P, Mercedes L. 2022. Plasma-activated water : A cutting-edge technology driving innovation in the food industry. 156 May. doi:10.1016/j.foodres.2022.111368.

Wang Q, Salvi D. 2021. Recent progress in the application of plasma-activated water (PAW) for food decontamination. Curr Opin Food Sci. 42:51–60. doi:10.1016/j.cofs.2021.04.012.