Atmospheric Cold Plasma Treatment of Skim Milk for Enrofloxacin Reduction Using a Multiple Plasma Jet–Bubble Column Reactor

La leche que ha sido tratada con antibióticos para una vaca enferma no puede venderse para el consumo humano. Esta "leche de desecho" plantea un problema serio: si se alimenta a los terneros, puede engendrar bacterias que resistan futuros medicamentos, y si se vierte, puede contaminar el medio ambiente. El desafío es que los métodos de calentamiento estándar, que matan gérmenes, no destruyen de manera confiable estos residuos de antibióticos. Los científicos han estado buscando una forma de limpiar esta leche sin cocinarla, buscando un método que pueda descomponer las moléculas del fármaco minimizando el daño a la calidad de la leche. Una vía prometedora es el plasma frío atmosférico, un estado de la materia a menudo llamado el cuarto estado de la materia, que se crea electrificando un gas. A diferencia del plasma de un letrero de neón o un rayo, esta versión permanece lo suficientemente fría como para tocarla. Está lleno de partículas altamente reactivas que pueden atacar y romper los enlaces químicos, lo que lo convierte en una herramienta potencial para limpiar contaminantes de líquidos sin elevar su temperatura.

En un estudio reciente, investigadores de la Universidad de Shiraz en Irán probaron si este gas frío y cargado eléctricamente podía eliminar la enrofloxacina, un antibiótico común, de la leche descremada. Construyeron un dispositivo especializado que parece un grupo de diminutos tubos de vidrio que rodean una varilla metálica central. Cuando bombearon aire a través de estos tubos y aplicaron una corriente eléctrica de alto voltaje, el aire se convirtió en un plasma frío. En lugar de simplemente soplar este plasma sobre la superficie de la leche, lo burbujearon directamente a través del líquido dentro de una columna. Esta acción de burbujeo aseguró que las partículas reactivas generadas por la electricidad se mezclaran completamente con la leche, atacando las moléculas del antibiótico desde adentro hacia afuera. El equipo quería ver si podían ajustar la máquina —ajustando la velocidad del aire, la fuerza de la electricidad y la duración del tratamiento— para despojar a la leche de sus propiedades antibióticas causando el menor daño posible a la leche misma.

Los resultados mostraron que el método funcionó notablemente bien para eliminar el poder del antibiótico. Bajo las mejores condiciones, que involucraron un voltaje específico y una tasa de flujo de aire de 700 mililitros por minuto, el tratamiento redujo la capacidad del antibiótico para matar bacterias en un 95 por ciento después de solo 20 minutos. Para confirmar esto, los investigadores utilizaron dos formas diferentes de observar la leche. Primero, utilizaron una prueba biológica donde colocaron gotas de la leche tratada en una placa con bacterias; las bacterias crecieron libremente donde el antibiótico había sido destruido. Segundo, utilizaron una técnica basada en láser llamada espectroscopia Raman, que actúa como un escáner de huella dactilar molecular, para ver si la forma real de las moléculas de enrofloxacina había cambiado. Este escáner mostró que las moléculas del fármaco habían sido descompuestas en aproximadamente un 84 por ciento. La estrecha coincidencia entre la prueba biológica y el escaneo molecular sugirió que el antibiótico no estaba simplemente siendo ocultado o enmascarado; estaba siendo desmantelado químicamente.

Sin embargo, el estudio también reveló que este poderoso proceso de limpieza conlleva un costo para la calidad de la leche. A medida que el plasma burbujeaba a través del líquido, no solo se dirigía al antibiótico; también interactuaba con los ingredientes naturales de la leche. La leche se volvió notablemente más ácida, con su pH descendiendo de un 6.38 neutro a un 5.53. El azúcar de la leche, conocido como lactosa, disminuyó significativamente, cayendo de 56.9 gramos por litro a 47.3 gramos por litro dentro de los primeros cinco minutos de tratamiento. La leche también se volvió más espesa, con su viscosidad aumentando de 1.61 a aproximadamente 2.05 milipascales-segundo, y la cantidad total de sólidos disueltos disminuyó. Visualmente, la leche cambió de color, tomando un tono amarillento-marrón. Este pardeamiento ocurrió porque las partículas reactivas descomponen los azúcares, que luego reaccionan con las proteínas de la leche para formar nuevos compuestos, un proceso similar a cómo la tostada se vuelve marrón cuando se calienta, aunque aquí fue impulsado por la actividad química del plasma en lugar del calor.

Los investigadores encontraron que los ajustes de la máquina importaban mucho. Si el aire fluía demasiado lento, el plasma no generaba suficientes partículas reactivas para limpiar la leche de manera efectiva. Si el aire fluía demasiado rápido, el gas pasaba demasiado poco tiempo en el campo eléctrico para volverse potente, y las burbujas se volvían demasiado grandes para mezclarse bien con la leche. Del mismo modo, aumentar el voltaje eléctrico más allá de cierto punto hacía que el proceso fuera menos eficiente. Aunque un mayor voltaje crea más energía, también calienta el gas y causa que las partículas reactivas se destruyan entre sí antes de que puedan alcanzar al antibiótico. El punto ideal fue un voltaje moderado de 8.6 kilovoltios, que proporcionó el equilibrio adecuado de energía para descomponer el fármaco sin desperdiciar las partículas reactivas o sobrecalentar el sistema.

En última instancia, el estudio demuestra que el plasma frío atmosférico es una forma viable y no térmica de neutralizar los residuos de antibióticos en la leche, ofreciendo una solución potencial para gestionar la leche de desecho que actualmente es difícil de manejar. La técnica destruyó con éxito la gran mayoría de la enrofloxacina, demostrando que la estructura del fármaco fue alterada y su actividad biológica eliminada. Sin embargo, los cambios significativos en la química, textura y color de la leche significan que esta tecnología no puede simplemente encenderse sin un ajuste cuidadoso. Los investigadores concluyeron que, si bien el método es efectivo, el trabajo futuro debe centrarse en refinar el proceso para eliminar el contaminante preservando al mismo tiempo las cualidades naturales de la leche, asegurando que la solución a un problema no cree otro.