Effect of ultrasound stimulation on the growth of Gram positive and Gram negative bacteria

• Autorzy: Miernik Anna , Kiełbasa Paweł , Drożdż Tomasz , Pysz Paweł , Akinsunamade Akinniyi , Kovalyshyn Stepan

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2025.02.20

Warianty tytułu

PL

Wpływ stymulacji ultradźwiękami na wzrost bakterii Gram dodatnich i Gram ujemnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the food industry, ultrasonic technology is widely used for processing, cooling and preserving food products due to its high efficiency. Ultrasound can be used as an alternative method to heat treatment to eliminate microorganisms and enzymes without destroying nutrients in food [1]. The purpose of the present study was to determine the effect of ultrasonic waves of different amplitudes and pulse durations on the cell growth of selected microorganisms. The scope of the study was to subject selected microbial strains to ultrasonic waves with different values of ultrasonic wave amplitude (2 µm and 10 µm) and pulse duration (5 min, 10 min and 15 min). For each of the above-mentioned interaction combinations, the growth rate represented by the optical density was determined. Subjecting microorganisms such as Escherichia coli and Staphylococcus aureus to ultrasound interaction affected the cell growth capacity of these microorganisms. Based on the study, it was observed that subjecting Escherichia coli to ultrasound regardless of the magnitude of the wave amplitude and regardless of the exposure time, increased the value of the optical density of this bacterium. Exposure of Staphylococcus aureus to ultrasound with a wave amplitude size of 2 µm and 10 µm, and regardless of the exposure time, increased the value of the optical density of this bacterium.

PL

W przemyśle spożywczym technologia ultradźwiękowa, ze względu na swoją wysoką wydajność, jest szeroko stosowana do przetwarzania, chłodzenia i konserwowania produktów spożywczych. Ultradźwięki mogą być stosowane jako metoda alternatywna do obróbki cieplnej w celu wyeliminowania mikroorganizmów i enzymów bez niszczenia składników odżywczych w żywności [1]. Celem niniejszego badania było określenie wpływu fal ultradźwiękowych o różnej amplitudzie i czasie trwania impulsu na wzrost komórek wybranych mikroorganizmów. Zakres pracy obejmował poddanie wybranych szczepów drobnoustrojów działaniu fal ultradźwiękowych o różnych wartościach amplitudy fali ultradźwiękowej (2 µm i 10 µm) oraz czasu trwania impulsu (5 min, 10 min i 15 min). Dla każdej z wyżej wymienionych kombinacji interakcji określono szybkość wzrostu reprezentowaną przez gęstość optyczną. Poddanie mikroorganizmów takich jak Escherichia coli i Staphylococcus aureus oddziaływaniu ultradźwięków wpłynęło na zdolność wzrostu komórek tych mikroorganizmów. Na podstawie przeprowadzonych badań zaobserwowano, że poddanie Escherichia coli działaniu ultradźwięków niezależnie od wielkości amplitudy fali i niezależnie od czasu ekspozycji, zwiększyło wartość gęstości optycznej tej bakterii. Poddanie Staphylococcus aureus działaniu ultradźwięków o wielkości amplitudy fali 2 µm i 10 µm oraz niezależnie od czasu ekspozycji, zwiększa wartość gęstości optycznej tej bakterii.

Słowa kluczowe

EN

ultrasound; bacterial growth; Gram positive bacteria; Gram negative bacteria

PL

ultradźwięk; wzrost bakterii; bakteria gram dodatnia; bakteria gram ujemna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 101, nr 2
• Strony: 80--83
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Miernik Anna

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Production and Power Engineering, Balicka Av. 116B, 30-149 Krakow
• Centre for Innovation and Research on Prohealthy and Safe Food, University of Agriculture in Kraków, Balicka 104, 30-149 Kraków

autor

Kiełbasa Paweł

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Production and Power Engineering, Balicka Av. 116B, 30-149 Krakow
• Centre for Innovation and Research on Prohealthy and Safe Food, University of Agriculture in Kraków, Balicka 104, 30-149 Kraków

autor

Drożdż Tomasz

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Production and Power Engineering, Balicka Av. 116B, 30-149 Krakow
• Centre for Innovation and Research on Prohealthy and Safe Food, University of Agriculture in Kraków, Balicka 104, 30-149 Kraków

autor

Pysz Paweł

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Production and Power Engineering, Balicka Av. 116B, 30-149 Krakow

autor

Akinsunamade Akinniyi

• University of Agriculture in Krakow, Faculty of Production and Power Engineering, Balicka Av. 116B, 30-149 Krakow

autor

Kovalyshyn Stepan

• Lviv National Agrarian University, Vol. Velykogo str., 1, 80381 Dubliany, Ukraine

Bibliografia

• [1] Bhargava, N., Mor, R. S., Kumar, K., & Singh Sharanagat, V. (2020). Advances in application of ultrasound in food processing: A review. Ultrasonics Sonochemistry, 105293
• [2] P.S. Negi, Plant extracts for the control of bacterial growth: efficacy, stability and safety issues for food application, Int. J. Food Microbiol. 156 (1) (2012) 7–17.
• [3] Lemessa Addis, Popardowski Ernest, Hebda Tomasz, Jakubowski Tomasz: The Effect of UV-C Irradiation on the Mechanical and Physiological Properties of Potato Tuber and Different Products, Applied Sciences-Basel, MDPI, vol. 12, nr 12, 2022, Numer artykułu: 5907, s. 1-19, DOI:10.3390/app12125907
• [4] Giełżecki Jan, Jakubowski Tomasz: The simulation of temperature distribution in a ground heat exchanger -GHE using the Autodesk CFD Simulation programs, W: Renewable Energy Sources: Engineering, Technology Innovation ICORES 2017 / Mudryk Krzysztof, Werle Sebastian (red.), Springer Proceedings in Energy, 2018, Springer, ISBN 978-3-319- 72370-9, s. 333-343, DOI:10.1007/978-3-319-72371-6_32
• [5] Sobol Zygmunt, Jakubowski Tomasz: The effect of storage duration and UV-C stimulation of potato tubers, and soaking of potato strips in water on the density of intermediates of French fries production, Przegląd Elektrotechniczny, Sigma NOT, vol. 96, nr 1, 2020, s. 242-245, DOI:10.15199/48.2020.01.55
• [6]F.J. Barba, Microalgae and seaweeds for food applications: challenges and N. Bhargava, et al. Ultrasonics - Sonochemistry 70 (2021) 105293 9 perspectives, Food Res. Int. (Ottawa, Ont.) 99 (Pt 3) (2017) 969.
• [7] N.N. Misra, O. Schlüter, P.J. Cullen (Eds.), Cold Plasma in Food and Agriculture: Fundamentals and Applications, Academic Press, 2016.
• [8] A.R. Jambrak, Application of high power ultrasound and microwave in food processing: extraction, J. Food Process. Technol. 2012 (2012) 3.
• [9] S. Condón-Abanto, C. Arroyo, I. Álvarez, S. Condón, J.G. Lyng, Application of ultrasound in combination with heat and pressure for the inactivation of spore forming bacteria isolated from edible crab (Cancer pagurus), Int. J. Food Microbiol. 223 (2016) 9–16.
• [10] I.S. Arvanitoyannis, K.V. Kotsanopoulos, A.G. Savva, Use of ultrasounds in the food industry–methods and effects on quality, safety, and organoleptic characteristics of foods: a review, Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 57 (1) (2017) 109–128.
• [11] V. Buckin, E. Kudryashov, B. O'Driscoll, High-resolution ultrasonic spectroscopy for material analysis. Am. Lab. 34(5; SUPP) (2002) 28–31
• [12] S.M. Alzamora, S.N. Guerrero, M. Schenk, S. Raffellini, A. López-Malo, Inactivation of microorganisms, Ultrasound Technologies for Food and Bioprocessing, Springer, New York, NY, 2011, pp. 321–343.
• [13] Taha, A., Mehany, T., Pandiselvam, R., Anusha Siddiqui, S., Mir, N. A., Malik, M. A., … Hu, H. (2023). Sonoprocessing: mechanisms and recent applications of power ultrasound in food. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 64(17), 6016–6054
• [14] Brennen, C. E. Cavitation and Bubble Dynamics; OxfordUniversity Press: New York, 1995; p 282
• [15] Elder, S. A. Cavitation Microstreaming. J. Acoust. Soc.Amer. 1959, 31(1), 54-64
• [16] Nyborg, W. L. Ultrasonic Microstreaming and Related Phenomena. Br. J. Cancer 1982, 45(Suppl. V), 156-160
• [17] Korzeniewska, E.; Szczęsny, A.; Lipiński, P.; Dróżdż, T.; Kiełbasa, P.; Miernik, A. Prototype of a Textronic Sensor Created with a Physical Vacuum Deposition Process for Staphylococcus aureus Detection. Sensors 2021, 21, 183. https://doi.org/10.3390/s21010183