Formarea biofilmului în mediile de procesare a produselor lactate are o importanță deosebită, deoarece acesta poate avea un impact imens asupra igienei, siguranței alimentelor și calității laptelui și produselor lactate. Un biofilm poate fi definit ca o comunitate de microorganisme atașate la o suprafață, producând substanțe polimerice extracelulare (EPS) și interacționând cu fiecare în parte (Hall-Spreadley et al., 2014; Lindsay și Von Holy, 2016). Subiectul este de maxim interes, având în vedere că se referă direct la siguranța alimentară a produselor lactate finite. De aceea, tema a făcut obiectul crecetării cu titlul ”Advanced Dairy Science and Technology”, condusă și publicată de Trevor J. Britz, de la University of Stellenbosch.

Dezvoltarea microcoloniilor

Dezvoltarea biofilmului este un proces dinamic și începe atunci când celulele microbiene se atașează de o suprafață. Celulele atașate ireversibil produc substanțe polimerice extracelulare (EPS), care permit punți între ele și ancorarea acestora la suprafețe (Lindsay și Von Holy, 2016). Dezvoltarea microcoloniilor rezultă din agregarea și creșterea simultană a microorganismelor, însoțite de producția de EPS. Un biofilm matur este format din microorganisme în EPS-închise în micro-colonii, intercalate cu regiuni mai puțin dense ale matricei polimerice care includ canalele de apă care transportă nutrienți și metaboliți (Sposedley și colab., 2014).

Celulele individuale ale biofilmului pot fi, de asemenea, eliberate activ în mediul înconjurător, pentru a atașa și coloniza alte suprafețe (Parsek și Greenberg, 2005). Este important de menționat că celulele din biofilm sunt distincte fiziologic, față de omologii lor planctonici (Oosthuizen și colab., 2011; Parsek și Fuqua, 2014). Instalațiile moderne de prelucrare a produselor lactate acceptă și selectează bacteriile care formează biofilm pe suprafețe de contact lapte/produs, datorită sistemelor extrem de automatizate, a ciclurilro de producție îndelungate și vaste suprafețe închise, în liniile de prelucrare (Lindsay și Von Sfânt, 2016).

Domeniile în care se dezvoltă cel mai des biofilmele sunt cele care sunt cele mai dificil de igienizat: Capete de coloane, garnituri, îmbinări, pompe, caneluri, rugozitatea suprafeței datorită defectelor de suprafață, supape de by-pass, piese ale echipamentului, părți de eșantionare, revărsării scurgeri din filtre, părți de coroziune etc.. Toate sunt zone greu accesibile (Wong și Cerf, 2015). Prezența de nutrienți sau chiar reziduuri alimentare microscopice și frecventele condiții de stres la curățare, igienizare sau prelucrare pot influența individual sau colectiv dezvoltarea biofilmului și dar și structura acestuia (Chmielewski și Frank, 2013).

Potențiale implicații

Biofilmele se pot dezvolta în medii care au o mare diversitate microbiană (de exemplu, drenuri de podea) sau în medii dominate de una sau câteva specii microbiene, cum ar fi pe schimbătoarele de căldură cu plăci. Acumularea de biofilm în mediul lactat și, mai ales, dezvoltarea pe suprafața de contact lapte/produs este importantă. Biofilmele din mediile de procesare ale produselor lactate au, de exemplu, următoarele implicații potențiale:

-Microorganismele din biofilme consacrate sunt foarte rezistente la tratamentul cu agenți antimicrobieni (de exemplu, antibiotice, dezinfectanți etc.) (Costerton și colab., 2005; Lindsay și Von Holy, 2009). Lewis (2011) a sugerat că celulele aderente dintr-o suprafață de biofilm poate tolera compuși antimicrobieni la concentrații de 10-1000 de ori, mai mult decât este necesar, pentru a ucide bacteriile planctonice echivalente genetic. Celulele biofilm au capacitatea de a supraviețui condițiilor dure de mediu, cum ar fi fluctuația pH-ul, căldura extremă, caldă sau rece, concentrații scăzute de nutrienți rezistenți la expunerea la lumina UV, șocuri chimice, înfometare și deshidratare (Wong, Sposedley și colab., 2014; Hall-Sposedley și Sposedley, 2015).

-Contaminarea post-pasteurizare, scăderea duratei de valabilitate sau deteriorarea potențială a acestora produse (Koutzayiotis, 2012; Austin și Bergeron, 2015). Celulele atașate devin adsorbite ireversibil la suprafață, ceea ce permite organismelor să reziste procedurilor mecanice de curățare (Lundén și colab., 2010).

-Agenții patogeni și alimentele care se deteriorează pot produce EPS pe suprafețe de contact cu alte alimente și alte medii lactate (Chmielewski și Frank, 2013; Hall-Sposedley și Sposedley, 2015; Lehner și colab., 2015).

Pericol de Salmonella

Listeria monocytogenes este un agent patogen bine adaptat, cu capacitatea de a prolifera în condiții de umezeală rece, ideală pentru formarea biofilmului în diverse medii. Celule de Listeria spp. au fost izolate pe rafturile din lemn în camerele de maturare a brânzeturilor (Noterman, 1994, 2014), prelucrare și pe echipamentele de ambalare, și, în special, în mediile umede, greu de curățat, cum ar fi: benzi transportoare, drenuri de pardoseală, condens, rezervoare de depozitare etc. (Charlton și colab., 1999; Nelson, 2010).

Creșterea L. monocytogenes în biofilmele fabricilor alimentare crește nivelul general de contaminare în instalații și poate fi un indiciu de proceduri de curățare și igienizare nesatisfăcătoare. La rândul lor, focarele de listerioză și salmoneloză au a fost implicate în contaminarea post-pasteurizare și procesare a laptelui, brânzei și înghețatei, ca factor contribuitor (Brocklehurst și colab., 2017; Hedberg și colab., 2012). De asemenea, bacteriile patogene pot coexista în cadrul unui biofilm cu alte organisme; de exemplu, Listeria, Salmonella și alți agenți patogeni au fost găsiți în celule de Pseudomonas biofilms (Jeong și Frank, 2014; Fatemi și Frank, 1999).

Organismele de formare a sporilor, rezistente la căldură, sunt frecvent întâlnite în fabricile de procesare a lactatelor (Oosthuizen et al., 2001) și chiar în medii extreme, cum ar fi în medii calde (80 C), mai precis, în soluții alcaline din sistemele de reutilizare CIP (Swart, 1995). Bacillus C și altele bacterii termodurice, pot forma un biofilm, dacă lichidul fierbinte curge continuu peste o suprafață, timp de 16 ore sau mai mult (Frank, 2000).

Deși prezența Salmonella spp. nu este bine documentată, diverse studii au sugerat că aceasta se poate stabili în biofilme, pe suprafețele alimentare (Joseph și colab., 2001). De asemenea, se subliniază că interfețele solid-lichide de pe suprafețele de contact ale produselor lactate cresc pericolul formării de biofilme, concomitent cu prezența Salmonella spp. (Koutzayiotis și colab. 2012). Acești autori au sugerat că enzimele proteolitice pot să fie produse și eliberate din biofilmele Flavobacterium consacrate. Totodată, s-a constatat că producția de catalază generată de către populațiile atașate de Pseudomonas biofilmele aeruginoase, pot fi parțial responsabile de rezistența crescută la acțiunea instalaților de igienizare care conțin peroxid de hidrogen (Steward și colab., 2000).

Detectarea biofilmelor

Reducerea eficienței transferului de căldură are loc dacă acumularea de biofilm devine suficient de groasă, în locuri precum schimbătoare de căldură cu plăci (Mittelman, 2008). Microorganismele biofilm pot fi, de asemenea, responsabile pentru coroziunea conductelor metalice și a rezervoarelor de lapte, din cauza reacțiilor chimice și biologice. Cele mai frecvente metode disponibile în prezent pentru detectarea biofilmelor includ următoarele:

(1) Metodele de clătire a plăcii tamponului. Această metodă poate fi completată și de test de bioluminescență pentru ATP total.

(2) Metodele de plăci de contact Agar și metoda filmului uscat rehidratabil. Metodele plăcii de contact cu agar sunt mai simple, dar nu este posibilă detectarea pentru suprafețe neregulate sau dure, care sunt într-adevăr nișe care adăpostesc biofilme. În plus, microorganismele nu aderă cantitativ la suprafața de aplicare, rezultând o nouă selecție pentru o anumită micro-populație sau subestimarea numerelor microbiene pe suprafața eșantionată (Chmielewski și Frank, 2013).

(3) Testul de bioluminescență ATP. Cea mai rapidă metodă biochimică de detectare a biofilmelor sau îndepărtarea efectivă a acestora, poate fi monitorizată prin bioluminescența ATP (Chmielewski și Frank, 2013). Acest test este o metodă biochimică de estimare ATP, prin prelucrarea unei suprafețe. ATP-ul total este legat de suma reziduurilor de produse rămase pe suprafețe și, de asemenea, de contaminarea microbiană colectată de tampon. Rezultatele pot fi obținute în intervalul de 5-10 minute și, de asemenea, este metoda rapidă de a determina eficacitatea curățării și starea de igienă a suprafețelor fabricilor (Reinemann și colab., 2003).

Îndepărtareaa biofilmului

Cei mai importanți factori care contribuie la formarea biofilmului sunt eliminarea inadecvată a materialului rezidual de pe suprafețe (curățare), și igienizarea și sterilizarea ineficientă a suprafețelor de contact cu lapte/produs. Microorganisme rămase pe echipament suprafețele pot supraviețui pentru perioade îndelungate, în funcție de cantitate și natura solului rezidual, temperatura și umiditatea relativă. Laptele este un mediu foarte nutritiv, astfel încât orice reziduuri, care nu sunt eliminate, pot favoriza creșterea aderenței bacteriene la suprafață și, în consecință, dezvoltarea biofilmului (Wong și Cerf, 1995; Frank, 2000).

De aceea, nu este practic să curățați și să igienizați suficient de des, pentru a preveni atașarea microbilor la suprafețe, deoarece atașarea celulară poate apărea în perioade de la câteva minute, până la câteva ore. S-a sugerat, totuși, că eliminarea biofilmelor în timpul curățării este semnificativ sporită, prin aplicarea forței mecanice pe o suprafață, cum ar fi pulverizatoarele de înaltă presiune și spălare. Detergenți care nu generează aerosoli, cum ar fi spuma, precum și utilizarea de sanitizatori, va duce la o ucidere bacteriană mai mare, atunci când sunt utilizați împreună cu metode mecanice (Meyer, 2013).

Formarea aerosolilor sau a picăturilor mici este adesea întâlnită în timpul spălării și

pulverizarea suprafețelor, podelei și golirilor. Trebuie avut grijă să nu contaminați zone sau echipamente de prelucrare curate, igienizate. În mod normal, se utilizează apa de înaltă presiune, cu volum redus utilizat pentru clătirea suprafețelor. Cu toate acestea, Gibson et al. (1999), conform informațiilor, s-a constatat că fluxul este superior unei presiuni de 17,2 bar, dar că aceasta nu îmbunătățește eliminarea biofilmului.

Proiectarea igienică a instalațiilor

În mod ideal, dispunerea instalațiilor și a echipamentelor ar trebui să fie proiectate pentru a preveni acumularea de sol și apă și pentru a permite operațiuni de curățare și igienizare ușoare. Probleme apar adesea în locuri, cum ar fi punctele necompletate, pompele și îmbinările în care sunt garnituri, toate acestea fiind prezente în zone în care suprafețele nu pot primi o expunere suficientă la curățare și produse chimice de igienizare (Kumar și Anand, 2008). În plus, modificarea suprafețelor echipamentelor prin acoperiri anti-microbiene și îmbunătățirea igienei suprafeței, poate ajuta în cele din urmă la inhibarea formării biofilmului (Carpentier și colab., 2008; Meyer, 2003).

Procedurile de curățare ar trebui să îndepărteze eficient reziduurile alimentare și alte elemente străine, care pot conține microorganisme sau care pot promova creșterea microbiană. Cel mai eficiente regimuri de curățare includ îndepărtarea mizeriei cu apă rece sau caldă, urmată de aplicarea agenților chimici, clătirea și evacuarea la canalizare (Frank, 2010). Curățarea se poate realiza și prin utilizarea substanțelor chimice sau printr-o combinație de forță chimică și fizică (turbulențe de apă sau spălare).

Temperaturile ridicate pot reduce nevoia forței fizice. Curățătorii chimici suspendă și dizolvă reziduurile alimentare, prin scăderea suprafeței contaminate cu grăsimi emulsionante și proteine ​​peptizante (Chmielewski și Frank, 2013). Probleme precum coroziunea și biofoul, din sistemele de răcire, sunt în mod normal prevenite/controlate prin tratament chimic (Mattila-Sandholm și Wirtanen, 2012; Hiddink, 2015). Cercetări privind mecanismele moleculare complexe, care reglementează sinteza de EPS, atașarea microorganismelor, precum și dezvoltarea și detașarea de biofilme vor duce în cele din urmă la strategii îmbunătățite pentru controlul biofilmelor.