Biofilms aanpakken in productieomgevingen

In productieomgevingen kunnen biofilms een persistente bron zijn van microbiële contaminatie. Gelukkig zijn er via een goede materiaalkeuze en via chemische en/of mechanische reiniging en desinfectie verschillende mogelijkheden om biofilms aan te pakken.

Materiaalkeuze

Een eerste belangrijk wapen in de strijd tegen biofilms is de keuze van het processing materiaal. De materiaaleigenschappen bepalen immers in belangrijke mate het potentieel voor biofilm vorming. Eigenschappen zoals oppervlakteruwheid, reinigbaarheid, desinfecteerbaarheid, bevochtigbaarheid en gevoeligheid voor slijtage hebben een invloed op het vermogen van cellen om zicht vast te hechten aan een oppervlak. Daarom kunnen deze eigenschappen bepalend zijn voor de hygiënische status van het materiaal. Het is echter niet mogelijk om een algemene rangschikking van materialen op te stellen omdat de vorming van een biofilm niet alleen afhankelijk is van het type contactoppervlak maar ook van het type micro-organisme (celoppervlak) en van omgevingsfactoren zoals bv temperatuur en beschikbaarheid van nutriënten. In processing omgevingen wordt de aanhechting van micro-organismen ook beïnvloed, zowel in positieve als negatieve zin, door voedingsmatrices. 

Rationeel design van proceslijnen en leidingen die bv laminaire productstromen beperken, productstilstand beperken en reiniging en CIP (Cleaning in Place) processen faciliteren, kunnen resulteren in een verminderde aanhechting van bacteriën. De hygiënische parameters van een materiaal kunnen ook aangepast worden door het bv. antibacterieel te maken en/of door het minder gevoelig te maken voor aanhechting. De toepassing van zulke oppervlakte-actieve systemen is echter beperkt tot enkele ‘food contact’ materialen en hun robuustheid en kosten moeten zeker ook in beschouwing genomen worden. 

Reiniging

Het reinigingsproces dient voornamelijk om productresten te verwijderen. Het verwijderen van deze resten is indirect ook een kritisch punt voor de verwijdering, afdoding en controle van biofilms. Geschikte methoden die productresten en biofilms losmaken en verwijderen zijn zeer belangrijk voor de voedingsindustrie omdat onvolledige verwijdering het opnieuw aanhechten van bacteriën en de vorming van een nieuwe biofilm bevorderen, zelfs indien de bacteriën van een vorige biofilm afgedood werden. Bovendien is desinfectie minder efficiënt indien voedingspartikels of vuilresten nog aanwezig zijn op oppervlaktes. 

De standaard methoden die in de voedingsindustrie gebruikt worden (alkali en zuur gebaseerde reiniging) zijn enkel adequaat in het verwijderen van biofilms wanneer de correcte procesparameters (formulaties, concentraties, tijd, temperatuur en kinetische energie) worden toegepast. Het verwijderen van biofilms wordt significant verbeterd wanneer mechanische krachten gebruikt worden (bv borstelen en schrobben).

Chemische desinfectie

In de voedingsindustrie wordt een ruim gamma aan desinfectantia aangewend (zie kader) De efficiëntie van een desinfectie wordt beïnvloed door pH, temperatuur, concentratie, contacttijd en interfererende substanties zoals voedingspartikels en vuilresten (zie hoger). Desinfectantia worden vaak gecombineerd met reinigingsproducten zoals detergenten en enzymen om de desinfectie efficiëntie te verhogen (synergistische werking). 

Er wordt algemeen aangenomen dat cellen binnen een biofilm resistenter zijn tegen biociden dan vrije cellen (planktonisch). Dit kan toegeschreven worden aan verschillende mechanismen: een trage of onvolledige penetratie van het desinfectans in de biofilm, een veranderde fysiologie van de biofilm cellen, expressie van een ’stress response’ door sommige cellen of de ontwikkeling van persistente cellen binnen een bepaalde populatie. In ieder geval is het zo dat het efficiëntste desinfectans tegen planktonische cellen, niet noodzakelijk het meest actief is tegen cellen in een biofilm. In bepaalde studies werd de effectiviteit van desinfectantia om biofilm cellen af te doden gerangschikt. Er werd geconcludeerd dat de effectiviteit steeg van quaternaire ammonium componenten (minst efficiënt) over amfotere verbindingen, chloor, biguandines tot peroxizuren (meest efficiënt)

Momenteel zijn er veelbelovende ontwikkelingen aangaande de desinfectie van biofilms. Enkele voorbeelden zijn het toepassen van moleculen die interfereren met ‘quorum sensing’ (communicatie tussen micro-organismen) en het aanwenden van natuurlijk voorkomende biociden met ofwel een zeer breed actiespectrum of een meer specifieke actie tegen een bepaald pathogeen of bederf micro-organisme.

Fysische reiniging en desinfectie

Fysische behandelingen worden soms voorgesteld als alternatieve of aanvullende behandelingen voor het gebruik voor chemische desinfectantia. In de voedingsindustrie lijkt vooral de fysische desinfectie van oppervlaktes interessant. Voorbeelden zijn plasma inactivatie, toepassen van ioniserende straling, UV licht, ultrasone geluiden in combinatie met enzymen of ozon. Het toepassen van elektrische velden blijkt ook de effectiviteit van bepaalde biociden te versterken. 

Biofilm detectiesysteem

Een efficiënt controle programma vertrouwt uiteraard op een adequaat detectiesysteem voor biofilms. Op dit moment worden verschillende methoden gebruikt zoals de bepaling van het totaal kiemgetal, microscopische en spectroscopische technieken, impedantie metingen en ATP-metrie. Iedere techniek voor de bepaling van de microbiologische of organische belasting heeft zijn voor en nadelen. Enkel een weloverwogen combinatie van detectiemethoden op plaatsen waar biofilms kunnen voorkomen, zal een duidelijk beeld geven.   

Eerdere STW artikels:

Reiniging van de proceslijn: kan het efficiënter?

Kenmerken van hygiënische transportbanden  

Zelfreinigende deklagen helpen hygiëne vooruit  

Is uw productie- en verpakkingsproces voldoende hygiënisch?  

Aantasting van roestvast staal

Flanders’ FOOD project CleanGuideFood

Efficiënte praktijkrichtlijnen voor reiniging en desinfectie in levensmiddelenbedrijven http://www.flandersfood.com/projecten/cleanguidefood 

Bron

• Van Houdt, R. and Michiels, C. (2010), Biofilm formation and the food industry, a focus on the bacterial outer surface. Journal of Applied Microbiology, 109: 1117–1131. doi: 10.1111/j.1365-2672.2010.04756.x