Atmospheric Cold Plasma Treatment of Skim Milk for Enrofloxacin Reduction Using a Multiple Plasma Jet–Bubble Column Reactor
Cette étude démontre que le traitement par plasma froid atmosphérique utilisant un réacteur à colonne à bulles et jets de plasma multiples peut réduire efficacement les résidus d'enrofloxacine dans le lait écrémé jusqu'à 95 %, bien que cette décontamination s'accompagne d'altérations significatives des propriétés physico-chimiques du lait, soulignant la nécessité d'optimiser les conditions de fonctionnement pour équilibrer l'efficacité et la préservation de la qualité.
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Le lait ayant été traité avec des antibiotiques pour une vache malade ne peut pas être vendu pour la consommation humaine. Ce « lait de rebut » pose un problème sérieux : s'il est destiné aux veaux, il peut favoriser la prolifération de bactéries résistantes aux futurs médicaments, et s'il est jeté, il peut polluer l'environnement. Le défi réside dans le fait que les méthodes de chauffage standard, qui tuent les germes, ne détruisent pas de manière fiable ces résidus d'antibiotiques. Les scientifiques recherchent un moyen de nettoyer ce lait sans le cuire, à la recherche d'une méthode capable de décomposer les molécules de médicaments tout en minimisant les dommages à la qualité du lait. Une voie prometteuse est le plasma froid atmosphérique, un état de la matière souvent appelé quatrième état de la matière, qui est créé en électrifiant un gaz. Contra'irement au plasma d'un néon ou d'un éclair, cette version reste assez fraîche pour être touchée. Il est rempli de particules hautement réactives qui peuvent attaquer et briser les liaisons chimiques, ce qui en fait un outil potentiel pour nettoyer les contaminants des liquides sans augmenter leur température.
Dans une étude récente, des chercheurs de l'Université de Shiraz en Iran ont testé si ce gaz froid et électriquement chargé pouvait éliminer l'enrofloxacine, un antibiotique courant, du lait écrémé. Ils ont construit un dispositif spécialisé qui ressemble à un amas de minuscules tubes de verre entourant une tige métallique centrale. Lorsqu'ils ont pompé de l'air à travers ces tubes et appliqué un courant électrique à haute tension, l'air s'est transformé en plasma froid. Au lieu de simplement souffler ce plasma à la surface du lait, ils l'ont fait bouillonner directement à travers le liquide à l'intérieur d'une colonne. Cette action de bouillonnement a permis de s'assurer que les particules réactives générées par l'électricité se mélangeaient parfaitement au lait, attaquant les molécules d'antibiotiques de l'intérieur vers l'extérieur. L'équipe voulait voir s'ils pouvaient régler la machine — en ajustant la vitesse de l'air, la force de l'électricité et la durée du traitement — pour dépouiller le lait de ses propriétés antibiotiques tout en causant le moins de dommages possible au lait lui-même.
Les résultats ont montré que la méthode fonctionnait remarquablement bien pour éliminer le pouvoir de l'antibiotique. Dans les meilleures conditions, impliquant une tension spécifique et un débit d'air de 700 millilitres par minute, le traitement a réduit la capacité de l'antibiotique à tuer les bactéries de 95 % après seulement 20 minutes. Pour confirmer cela, les chercheurs ont utilisé deux manières différentes d'observer le lait. Premièrement, ils ont utilisé un test biologique où ils ont placé des gouttes de lait traité sur une plaque avec des bactéries ; les bactéries ont poussé librement là où l'antibiotique avait été détruit. Deuxièmement, ils ont utilisé une technique basée sur le laser appelée spectroscopie Raman, qui agit comme un scanner d'empreinte moléculaire, pour voir si la forme réelle des molécules d'enrofloxacine avait changé. Ce scanner a montré que les molécules de drogue avaient été décomposées d'environ 84 %. La correspondance étroite entre le test biologique et le scan moléculaire suggérait que l'antibiotique n'était pas simplement caché ou masqué, mais qu'il était chimiquement démantelé.
Cependant, l'étude a également révélé que ce puissant processus de nettoyage a un coût pour la qualité du lait. À mesure que le plasma bouillonnait à travers le liquide, il ne ciblait pas seulement l'antibiotique ; il interagissait également avec les ingrédients naturels du lait. Le lait est devenu nettement plus acide, son pH chutant de 6,38 (neutre) à 5,53. Le sucre du lait, connu sous le nom de lactose, a diminué de manière significative, passant de 56,9 grammes par litre à 47,3 grammes par litre au cours des cinq premières minutes de traitement. Le lait est également devenu plus épais, sa viscosité augmentant de 1,61 à environ 2,05 millipascal-secondes, et la quantité totale de solides dissous a chuté. Visuellement, le lait a changé de couleur, prenant une teinte jaunâtre-brune. Ce brunissement s'est produit parce que les particules réactives ont décomposé les sucres, qui ont ensuite réagi avec les protéines du lait pour former de nouveaux composés, un processus similaire à la façon dont une tartine devient brune lorsqu'elle est grillée, bien qu'ici il soit piloté par l'activité chimique du plasma plutôt que par la chaleur.
Les chercheurs ont constaté que les réglages de la machine importaient énormément. Si l'air coulait trop lentement, le plasma ne générait pas assez de particules réactives pour nettoyer le lait efficacement. Si l'air coulait trop vite, le gaz passait trop peu de temps dans le champ électrique pour devenir puissant, et les bulles devenaient trop grosses pour bien se mélanger au lait. De même, augmenter la tension électrique au-delà d'un certain point rendait le processus moins efficace. Bien qu'une tension plus élevée crée plus d'énergie, elle chauffe également le gaz et provoque la destruction mutuelle des particules réactives avant qu'elles ne puissent atteindre l'antibiotique. Le point d'équilibre était une tension modérée de 8,6 kilovolts, qui fournissait le bon équilibre d'énergie pour décomposer la drogue sans gaspiller les particules réactives ou surchauffer le système.
En fin de compte, l'étude démontre que le plasma froid atmosphérique est une méthode non thermique viable pour neutraliser les résidus d'antibiotiques dans le lait, offrant une solution potentielle pour gérer le lait de rebut qui est actuellement difficile à traiter. La technique a réussi à détruire la grande majorité de l'enrofloxacine, prouvant que la structure de la drogue a été altérée et son activité biologique éliminée. Pourtant, les changements importants apportés à la chimie, à la texture et à la couleur du lait signifient que cette technologie ne peut pas simplement être activée sans un ajustement minutieux. Les chercheurs ont conclu que, bien que la méthode soit efficace, les travaux futurs doivent se concentrer sur l'ajustement précis du processus afin d'éliminer le contaminant tout en préservant les qualités naturelles du lait, garantissant ainsi que la solution à un problème n'en crée pas un autre.
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