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

O leite que foi tratado com antibióticos para uma vaca doente não pode ser vendido para consumo humano. Este "leite de descarte" representa um problema sério: se for alimentado a bezerros, pode criar bactérias que resistem a futuros medicamentos, e se for descartado, pode poluir o meio ambiente. O desafio é que os métodos de aquecimento padrão, que matam germes, não destroem de forma confiável esses resíduos de antibióticos. Cientistas têm procurado uma maneira de limpar este leite sem cozinhá-lo, buscando um método que possa decompor as moléculas do fármaco enquanto minimiza danos à qualidade do leite. Uma via promissora é o plasma frio atmosférico, um estado da matéria frequentemente chamado de quarto estado da matéria, que é criado pela eletrificação de um gás. Diferente do plasma de um letreiro de neon ou de um raio, esta versão permanece fria o suficiente para o toque. É preenchida com partículas altamente reativas que podem atacar e quebrar ligações químicas, tornando-se uma ferramenta potencial para limpar contaminantes de líquidos sem elevar sua temperatura.

Em um estudo recente, pesquisadores da Universidade de Shiraz, no Irã, testaram se este gás eletricamente carregado e frio poderia remover a enrofloxacina, um antibiótico comum, do leite desnatado. Eles construíram um dispositivo especializado que se parece com um aglomerado de minúsculos tubos de vidro envolvendo uma haste central de metal. Quando bombearam ar através desses tubos e aplicaram uma corrente elétrica de alta voltagem, o ar transformou-se em um plasma frio. Em vez de apenas soprar este plasma sobre a superfície do leite, eles o borbulharam diretamente através do líquido dentro de uma coluna. Essa ação de borbulhamento garantiu que as partículas reativas geradas pela eletricidade se misturassem completamente com o leite, atacando as moléculas de antibiótico de dentro para fora. A equipe queria ver se poderiam ajustar a máquina — ajustando a velocidade do ar, a força da eletricidade e a duração do tratamento — para despojar o leite de suas propriedades antibióticas enquanto causava o mínimo de dano possível ao próprio leite.

Os resultados mostraram que o método funcionou de forma notável na remoção do poder do antibiótico. Sob as melhores condições, que envolveram uma voltagem específica e uma taxa de fluxo de ar de 700 mililitros por minuto, o tratamento reduziu a capacidade do antibiótico de matar bactérias em 95 por cento após apenas 20 minutos. Para confirmar isso, os pesquisadores utilizaram duas formas diferentes de observar o leite. Primeiro, utilizaram um teste biológico onde colocaram gotas do leite tratado em uma placa com bactérias; as bactérias cresceram livremente onde o antibiótico havia sido destruído. Segundo, utilizaram uma técnica baseada em laser chamada espectroscopia Raman, que atua como um scanner de impressão digital molecular, para ver se a forma real das moléculas de enrofloxacina havia mudado. Este scanner mostrou que as próprias moléculas do fármaco haviam sido decompostas em cerca de 84 por cento. A correspondência próxima entre o teste biológico e o escaneamento molecular sugeriu que o antibiótico não estava apenas sendo escondido ou mascarado; ele estava sendo quimicamente desmantelado.

No entanto, o estudo também revelou que este poderoso processo de limpeza tem um custo para a qualidade do leite. À medida que o plasma borbulhava pelo líquido, ele não visava apenas o antibiótico; ele também interagia com os ingredientes naturais do leite. O leite tornou-se visivelmente mais ácido, com seu pH caindo de um 6,38 neutro para 5,53. O açúcar do leite, conhecido como lactose, diminuiu significativamente, caindo de 56,9 gramas por litro para 47,3 gramas por litro nos primeiros cinco minutos de tratamento. O leite também se tornou mais espesso, com sua viscosidade subindo de 1,61 para cerca de 2,05 milipascal-segundos, e a quantidade total de sólidos dissolvidos caiu. Visualmente, o leite mudou de cor, assumindo um tom amarelado-acastanhado. Esse escurecimento aconteceu porque as partículas reativas decomporam os açúcares, que então reagiram com as proteínas do leite para formar novos compostos, um processo semelhante a como a torrada fica marrom quando aquecida, embora aqui fosse impulsionado pela atividade química do plasma, em vez do calor.

Os pesquisadores descobriram que as configurações da máquina importavam muito. Se o ar fluísse muito lentamente, o plasma não geraria partículas reativas suficientes para limpar o leite de forma eficaz. Se o ar fluísse rápido demais, o gás passaria pouco tempo no campo elétrico para se tornar potente, e as bolhas tornariam-se grandes demais para se misturarem bem com o leite. Da mesma forma, aumentar a voltagem elétrica além de um certo ponto tornava o processo menos eficiente. Embora uma voltagem mais alta crie mais energia, ela também aquece o gás e faz com que as partículas reativas destruam umas às outras antes que possam alcançar o antibiótico. O ponto ideal foi uma voltagem moderada de 8,6 quilovolts, que forneceu o equilíbrio certo de energia para decompor o fármaco sem desperdiçar as partículas reativas ou superaquecer o sistema.

Em última análise, o estudo demonstra que o plasma frio atmosférico é uma forma viável e não térmica de neutralizar resíduos de antibióticos no leite, oferecendo uma solução potencial para gerenciar o leite de descarte que é atualmente difícil de lidar. A técnica destruiu com sucesso a maior parte da enrofloxacina, provando que a estrutura do fármaco foi alterada e sua atividade biológica eliminada. No entanto, as mudanças significativas na química, textura e cor do leite significam que esta tecnologia não pode simplesmente ser ligada sem um ajuste cuidadoso. Os pesquisadores concluíram que, embora o método seja eficaz, o trabalho futuro deve focar no ajuste fino do processo para remover o contaminante enquanto preserva as qualidades naturais do leite, garantindo que a solução para um problema não crie outro.