Prodotti per la sanificazione nell’industria alimentare. Quali scegliere per la rimozione del biofilm? La guida completa.

By | 6 novembre 2021

La presenza di biofilm sulle superfici può rappresentare un grosso problema in particolare per le produzioni alimentari. Dalle ultime ricerche effettuate si è potuto capire di più riguardo alla struttura e alla composizione di questa sorta di slime batterico che può crescere sulle superfici.

La conoscenza approfondita della struttura e le esperienze accumulate negli anni hanno reso possibile una maggiore consapevolezza riguardo i mezzi ed i metodi per prevenire ed eliminare il potenziale problema rappresentato dal biofilm.

Le ultime ricerche volte alla comprensione della formazione e della crescita del biofilm sulle superfici, ha rivelato la
complessità di questa struttura, dovuta alla produzione da parte di alcune specie di microrganismi, di una serie di
sostanze polimeriche che hanno il ruolo di proteggere le colonie batteriche, creando un ambiente idoneo allo sviluppo dei microrganismi.

Osservazioni al microscopio, hanno permesso di definire un modello in cui da un letto di polisaccaridi aderente alla
superficie, si sollevano delle colonie batteriche a loro volta immerse in strutture polimeriche a forma di cono o di fungo.

Nello spazio tra queste strutture (una sorta di “canali”), fluiscono i nutrienti, l’ossigeno e tutte le sostanza necessarie
al metabolismo microbico. La struttura di protezione è costituita essenzialmente da polisaccaridi, da altre sostanze
polimeriche e da acqua, e viene prodotta dai microrganismi nel momento in cui questi si attaccano alle superfici in
seguito all’attivazione di geni specifici. L’esempio riprodotto nella fotografia sotto riportata è costituito dal tipico materiale metabolico prodotto da un’ifa di muffa.

 


Il materiale glico-proteico va considerato a tutti gli effetti una contaminazione organica da rimuovere. Il biofilm organico formato dai microrganismi ed in cui questi vivono, va trattato quindi dal punto di vista della detergenza e non solo dal punto di vista della disinfezione.

Fattori che influenzano la formazione e la crescita del biofilm.

Materiali:

Il materiale con cui è costituita la superficie, ha un effetto molto limitato sulla presenza del biofilm che può svilupparsi sull’acciaio inossidabile così come su pareti in materiale plastico.
In passato è stata anche proposta una soluzione che prevedeva di utilizzare un additivo microbicida incorporato al materiale plastico delle superfici al fine di eliminare o comunque rallentare lo sviluppo di biofilm.
Tale soluzione tuttavia non ha raccolto consensi, poiché comunque non si ha la certezza di escludere lo sviluppo di slime batterici.

Caratteristiche della superficie:

Anche le caratteristiche della superficie non incidono in maniera signifi cativa sulla
quantità di materiale che può svilupparsi sulla superficie. Una superficie liscia, rispetto ad una rugosa, può rallentare solo fase iniziale di formazione del
biofilm, ma una volta che si è sviluppato un primo “germe” la velocità di crescita delle colonie batteriche non evidenzia differenze significative. La rappresentazione schematica di quanto succede è dedotta da quanto si osserva nella realtà. Lo sviluppo, per esempio, di Pseudomonas aeruginosa segue preferenzialmente la rugosità della superficie che, seppur levigata con cura, mantiene sempre zone di rugosità lungo i segni della levigazione.

Condizioni ambientali:

Lo sviluppo di biofilm può verificarsi sia in condizioni di staticità della soluzione (ad esempio in un tank di stoccaggio), sia in condizioni di turbolenza (ad es. lungo una tubazione).

Infatti anche nel caso di una tubazione in cui passa acqua ad una velocità elevata, la turbolenza in prossimità della
superficie della tubazione è comunque molto bassa ( stato laminare ) e non raggiunge una forza meccanica tale da
evitare che i microrganismi si attacchino sulla superficie dando così il via al processo di formazione del biofilm.
La presenza di turbolenza può invece limitare lo spessore dello slime batterico, che risulterà tanto più sottile quanto
maggiore sarà il flusso in prossimità della superficie.

Conseguenze:

Le caratteristiche ed il comportamento dei microrganismi organizzati in biofi lm, risentono notevolmente della struttura polimerica che producono e nella quale si trovano immersi.
In particolare, aumenta la resistenza dei batteri ad agenti disinfettanti, che in una struttura
complessa come quella fin qui descritta, non vengono in contatto diretto con il microrganismo, ma devono penetrare
il film polimerico che li protegge. Intreccio di ife di muffa osservate frontalmente ed in sezione ad ingrandimenti progressivi (PET).

Questo spiega ad esempio, come è possibile in alcuni casi rilevare un conta batterica significativa all’interno delle
tubazioni di acqua potabile, anche in presenza di cloro. In questi casi infatti i valori di cloro presenti (circa 0,2 – 2ppm), sono sufficienti ad uccidere i microrganismi presenti in soluzione, ma potrebbero non essere sufficiente ad eliminare quelli organizzati nel biofilm.

Come conseguenza a queste osservazioni, risulta evidente che nella sanificazione di superfici e di impianti è necessario lavorare con prodotti e procedure che attacchino anche la componente polimerica (contaminazione organica) portando alla eliminazione completa del biofilm nelle sue due componenti : chimica e biologica. Ad esempio, far precedere alla disinfezione una pulizia alcalina, o utilizzare un detergente che insieme sia anche disinfettante.

Sanificazione delle superfici:

La prevenzione/eliminazione dello strato di biofilm sulle superfici, ed in particolare negli impianti di produzione può essere ottenuto con una regolare sanificazione in cui si raggiunga la completa eliminazione di tutti i residui organici, inorganici e microbiologici.

Andando ad analizzare la struttura e la composizione del materiale che costituisce il biofilm, risulta evidente che
la rimozione di tale struttura è riconducibile, dal punto di vista chimico, alla rimozione di residui organici, inorganici e microbici che viene eseguita comunemente negli impianti di produzione.
Naturalmente, durante il processo di sanifi cazione la forza chimica (dovuta ad un detergente/ disinfettante) e fisica (la forza meccanica dovuta a pressione, flusso, abrasione,ecc.) insieme con temperatura
e tempo di contatto, devono essere ottimizzate in modo da arrivare al sistema più efficace per la rimozione di ogni
residuo.

Dal punto di vista chimico la scelta del prodotto detergente/ disinfettante più adatto deve essere fatto in funzione
del tipo di sporco che si va ad attaccare.

La classica procedura di sanificazione prevede un primo passaggio con prodotto alcalino che va ad aggredire
il materiale organico, seguito da un passaggio acido che elimina i residui inorganici e da un passaggio biocida.
Tale procedura tuttavia ottiene il miglior risultato utilizzando prodotti opportunamente formulati che possono portare dei vantaggi, sia dal punto di vista dell’efficacia che dal punto di vista dei tempi richiesti dalla sanificazione.

Infatti, formulando opportunamente un prodotto chimico è possibile, per alcune applicazioni, eliminare o almeno ridurre la frequenza di uno dei passaggi sopra descritti.

Passaggio alcalino.

Il passaggio alcalino viene tradizionalmente eseguito con una soluzione a base di soda che rimuove la maggior parte
dello sporco organico. In realtà, l’utilizzo di una soluzione a base di soda presenta alcuni limiti, il primo dei quali è
la scarsa capacità bagnante, che può essere notevolmente aumentata con la presenza di tensioattivi.

In questo caso si riesce ad ottenere un’efficacia sicuramente superiore a parità di condizioni. Particolarmente importante risulta la capacità bagnante dei tensioattivi nel caso della prevenzione/rimozione di biofilm, viste le dimensioni ridotte dello strato organico sul quale si va ad agire.

Il secondo limite della soda risiede nella sua incapacità di controllare la precipitazione del calcare, anzi, ne favorisce
l’evento. Fondamentale risulta la presenza nella soluzione detergente di un sequestrante che ha il ruolo di competere
e di mantenere in soluzione i cationi metallici presenti. Il sequestrante evita quindi la precipitazione sulle superfici
di composti insolubili generata dall’uso della soda come materia prima. In assenza di un sequestrante questi composti, che possono essere allontanati solo dal successivo passaggio acido, rimangono sulla superficie, creano porosità ed offrono un substrato ideale all’instaurazione e crescita dei microorganismi.

In alcune applicazioni, utilizzando un prodotto alcalino fortemente sequestrato è possibile ridurre la frequenza, o in qualche caso, eliminare il passaggio acido.

Il grafico che segue evidenzia la diversità del risultato di pulizia e sanificazione in funzione della completezza del sistema detergente.
La maggiore efficacia viene sicuramente ottenuta con una soluzione in cui siano presenti, oltre alla soda, anche tensioattivi che aumentano notevolmente il potere bagnante, e sequestranti che evitano la precipitazione di sali inorganici.

E il passaggio acido?

Il passaggio acido ha il ruolo di eliminare tutti i residui inorganici presenti. Anche in questo caso, la scelta del prodotto ha effetto sull’efficacia della disincrostazione. In particolare la scelta dell’acido con cui si lavora influenza l’efficienza e la velocità della disincrostazione.

In particolare, a parità di condizioni (concentrazione, temperatura, tempo di contatto) si può indicare, per gli acidi comunemente utilizzati nell’industria alimentare, la seguente scala di efficacia sulla velocità di rimozione dell’inorganico:

cloridrico > nitrico > fosforico > acidi organici

Di recente è stato introdotto un prodotto con un nuovo principio attivo, molto performante, di cui ho già parlato in QUESTO ARTICOLO.

Escludendo il cloridrico per il suo potenziale corrosivo da pitting e gli acidi organici usati solo per eventuali necessità di riduzione di fosforo e azoto allo scarico, il nitrico ed il fosforico (e, più frequentemente, le loro miscele) risultano gli acidi più pertinenti allo scopo. In tutti i casi, l’aggiunta di tensioattivi nella formulazione della soluzione acida, aumenta il potere bagnante della soluzione e, di conseguenza, l’azione dell’acido.

In alcune applicazioni il passaggio acido, può essere utilizzato anche come passaggio detergente, riducendo la frequenza del passaggio alcalino o addirittura eliminandolo del tutto. Questo è possibile utilizzando acido fosforico (il “più detergente” degli acidi) formulato opportunamente con tensioattivi bagnanti e detergenti.

Utilizzando una soluzione del genere è possibile in casi in cui lo sporco non è particolarmente critico, ottenere sia la
disincrostazione che la pulizia della superficie.

Grafi ci di laboratorio, che riproducono il modello di biofilm, si basano sull’efficacia della rimozione dalla riduzione
microbica ottenuta. Nonostante vi siano differenze nella capacità di rimozione in funzione del lavaggio alcalino, alcalino clorinato e acido, il lavaggio permette il raggiungimento della totale sanificazione durante la fase finale di disinfezione [ i microrganismi residui sono inferiori a 30 ufc ( < 1.3 log dagli originali 6 log )].

 

• Sanificazione:

Questo passaggio ha il ruolo fondamentale di eliminare tutti i microrganismi eventualmente presenti alla fine della procedura di lavaggio. I principi attivi possono essere diversi e vengono scelti in base alle loro caratteristiche di efficacia. Nel caso di presenza di biofilm, è essenziale che il biocida riesca a penetrare lo strato di materiale
organico che i microrganismi producono e nel quale sono immersi. Diventa fondamentale
quindi applicare un sistema che attacchi la struttura polimerica e che permetta al principio biocida di raggiungere
ed eliminare i microrganismi. Questo è possibile applicando una delle procedure descritte in precedenza, tenendo conto delle caratteristiche impiantistiche e dei tempi di cui si dispone.

In alternativa alla procedura completa (alcalino + acido + sanifi cante), sono valide anche le soluzioni in cui, utilizzando opportuni formulati, vengono eliminati dei passaggi. In particolare, l’alcalino con sequestrante può eliminare il passaggio acido mentre l’acido tensioattivato può eseguire in fase unica il lavaggio e la disincrostazione.

Può anche essere una valida soluzione di routine utilizzare formulati acidi o alcalini (comunque con caratteristiche
detergenti) in cui sia presente un principio biocida. Si attacca la struttura polimerica del biofilm e contemporaneamente si abbatte la carica microbica.

Nella operatività pratica, la bonifica va intesa come differente metodica applicativa a
seconda che ci si riferisca alla routine di trattamento o alla manutenzione periodica ed energica dell’impianto. Infatti,
il biofilm è uno strato organicomicrobico che, se si trova allo stato iniziale (strato di pochi micron di spessore ) può essere facilmente controllabile e rimovibile dal solo passaggio del sanificante.

Occorre però che il passaggio sanificante sia effettuato regolarmente (procedura di routine) e non quando inizia
l’evidenza di problemi microbiologici.
Quando si evidenzia macroscopicamente un inquinamento microbiologico, lo spessore del biofi lm può essere già critico e, di conseguenza, il solo passaggio sanificante può non essere più sufficiente (l’eccesso di organico presente consuma il principio attivo e impedisce che venga in contatto con i microrganismi immersi in esso).

In questo caso occorre predisporre il trattamento completo alcalino-acido-sanifi cante (manutenzione periodica di
ripristino delle condizioni ideali) nelle modalità già descritte.

I principi sanificanti si dividono
in due grandi categorie:

● quelli ad alta risciacquabilità   (es. perossido)

● quelli ad effetto residuale quali i derivati con carica azotata con principi attivi quali sali quaternari d’ammonio, derivati biguanidinici, poliammide e anfoteri.

Riassumendo quanto fin qui riportato, si può concludere che:

● la rimozione del biofilm, nota la struttura e il modo in cui si sviluppa, è comunque riconducibile alla rimozione di
residui misti organici, inorganici e microbiologici;

● l’eliminazione e la prevenzione del biofilm, è possibile seguendo una corretta e regolare procedura di sanificazione
degli impianti mediante l’utilizzazione di prodotti opportunamente formulati;

● la procedura non è univoca ma va adattata alle condizioni dell’impianto;

● la combinazioni tra controllo del biofi lm e le necessità produttive orientano verso la
scelta di procedure di routine e di manutenzione periodica più energica;

● le procedure di routine prevedono la disinfezione con adeguati principi biocidi (disinfettanti)
atti a sanifi care in tempi brevi l’impianto in modo che questi ritorni nelle condizioni standard di operatività;

● la procedura di manutenzione periodica va eseguita due o più volte all’anno ed ha lo scopo di rimuovere
ogni traccia di biofilm (organico, inorganico e microbico) in modo da ripristinare anche lo stato ideale della cie
(rimozione di rugosità per accumulo di calcare) e di interrompere eventuali fenomeni di assuefazione;

● i disinfettanti vanno scelti in base al tipo di impianto da trattare;

● circuiti chiusi vanno trattati con disinfettanti ossidanti ad effetto rapido ma estremamente
facili da risciacquare (cloro, iodio, perossidi, aldeidi, anidridi);

● circuiti aperti vanno trattati preferibilmente con attivi aventi cariche azotate (quaternari d’ammonio, biguanidi,
poliammine, poliammine anfoteriche) che assicurano anche un prolungato controllo della ricaduta della contaminazione ambientale.

Sei vuoi migliorare ed ottimizzare le procedure di sanificazione,

non esitare a contattarmi per una consulenza personalizzata.

Dott. Riccardo Saraceno

tel. 335347823

saracenozep@libero.it

 

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