Formarea biofilmului în mediile de prelucrare a lactatelor are o importanță deosebită deoarece poate avea un impact uriaș asupra igienei, siguranței alimentare și calității laptelui și a produselor lactate produse. Un biofilm poate fi definit ca o comunitate de microorganisme atașate la o suprafață, producând substanțe polimerice extracelulare (EPS) și interacționând cu fiecare cu altele, după cum se arată în raportul cu titlul ”Advanced Dairy Science and Technology”, care i-a avut ca autori pe Trevor Britz și Ricnard Robinson.

Formarea biofilmului

Dezvoltarea biofilmului este un proces dinamic și începe atunci când este planctonic, iar celulele microbiene se atașează de o suprafață. Celulele atașate ireversibil produc substanțe polimerice extracelulare (EPS), care permit punți de legătură de la celulă la celulă și ancorarea celulelelor la suprafață (Lindsay și Von Holy, 2006).

Dezvoltarea micro-coloniilor rezultă din agregarea și creșterea simultană a microorganismelor, însoțite prin producția EPS. Un biofilm matur constă din microorganisme în EPS închis microcolonii intercalate cu regiuni mai puţin dense ale matricei polimerice care includ canale de apă care transportă nutrienți și metaboliți (Stoodley și colab., 1994).

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 remarcat faptul că celulele din biofilme sunt distincte fiziologic de omologii lor planctonici (Oosthuizen et al., 2001; Parsek și Fuqua, 2004).

Instalațiile moderne de procesare a lactatelor sprijină și selectează bacteriile care formează biofilm pe suprafețele de contact cu laptele sau produsul lactat, datorită sistemelor puternic automatizate, o producție îndelungată, cicluri și suprafețe vaste,  închise în liniile de procesare (Lindsay și Von Sfânt, 2006).

Zonele în care biofilmele se dezvoltă cel mai des sunt cele care sunt cel mai greu de utilizat, de curățat și igienizat. Puncte moarte, garnituri, îmbinări, pompe, caneluri, rugozitatea suprafeței din cauza defectelor de suprafață, supape de by-pass, piese de echipamente abrazive, robinete de prelevare, sifoanele de preaplin din filtre, peticele de coroziune etc., sunt zone greu accesibile (Wong și Cerf, 1995).

Prezența nutrienților sau chiar a reziduurilor alimentare microscopice, și condițiile frecvente de stres la curățare, igienizare sau tratamente de prelucrare, pot individual sau colectiv influența dezvoltarea biofilmului și structura biofilmului (Chmielewski și Frank, 2003).

Biofilmele se pot dezvolta în medii care au o mare diversitate microbiană (de exemplu, scurgeri de podea) sau în medii dominate de una sau câteva specii microbiene, cum ar fi pe schimbătoarele de căldură cu plăci.

Implicații potențiale

Acumularea de biofilm în mediul lactat și, mai ales, dezvoltarea pe suprafețele de contact lapte/produs, este importantă. Biofilmele în mediile de prelucrare a lactatelor au, de exemplu, următoarele implicații potențiale:

-Microorganismele din biofilmele odată stabilite sunt foarte rezistente la tratamentul cu agenți antimicrobieni (de exemplu, antibiotice, dezinfectanți etc.) (Costerton și colab., 1995; Lindsay și Von Holy, 1999). Lewis (2001) a sugerat că celulele aderente într-un biofilm pot tolera compuși antimicrobieni la concentrații de 10-1000 de ori mai mari, decât cele necesare pentru a ucide bacteriile planctonice echivalente genetic.

-Celulele biofilm au capacitatea de a supraviețui condițiilor dure de mediu, cum ar fi fluctuațiile de pH, căldură sau frig extrem, concentrații scăzute de nutrienți și sunt foarte rezistenți la expunerea la lumina UV, șoc chimic, înfometare și deshidratare (Wong şi Cerf, 1995; Hall-Stoodley şi colab., 2004; Hall-Stoodley și Stoodley, 2005).

-Contaminarea după pasteurizare, scăderea duratei de valabilitate sau deteriorarea potențială a produselor (Koutzayiotis, 1992; Koutzayiotis et al., 1992; Austin și Bergeron, 1995). Celulele atașate devin adsorbite ireversibil la suprafață, ceea ce permite organismelor să reziste la procedurile de curățare mecanică (Lundén et al., 2000).

Elemente de contaminare

Agenții patogeni de origine alimentară și organismele de alterare se pot atașa și produce EPS pe suprafețele de contact cu alimentele și alte medii ale produselor lactate (Chmielewski și Frank, 2003; Hall-Stoodley și Stoodley, 2005; Lehner şi colab., 2005). Listeria monocytogenes este a agent patogen bine adaptat, având capacitatea de a prolifera în condiții de umiditate rece care sunt ideal pentru formarea de biofilm în diferite medii.

Listeria spp. a fost izolat pe rafturile de lemn din camerele de maturare a brânzeturilor (Noterman, 1994), prelucrare și echipamente de ambalare, și în special în medii umede, greu de curățat, cum ar fi benzi transportoare, scurgeri de podea, condens, rezervoare de stocare etc. (Charlton et al., 1990; Nelson, 1990).

Creșterea L. monocytogenes în biofilmele plantelor alimentare crește nivelul general de contaminare în fabrică și poate fi un indiciu de nesatisfăcător al procedurii de curățare și igienizare. Focare de listerioză și salmoneloză au a fost implicate în contaminarea de după pasteurizare/procesare a laptelui, brânzei și înghețatei, ca factor contributiv (Brocklehurst și colab., 1987; Hedberg și colab., 1992).

Bacteriile patogene pot coexista, de asemenea, într-un biofilm cu alte organisme, de exemplu, Listeria, Salmonella și alteler patogeni s-au găsit în stabilit Biofilme Pseudomonas (Jeong și Frank, 1994; Fatemi și Frank, 1999).

Organismele care formează spori, rezistente la căldură, se găsesc în mod obișnuit în procesarea produselor lactate (Oosthuizen et al., 2001), și chiar în medii extreme, cum ar fi în soluții alcaline din sisteme CIP de reutilizare (Swart, 1995). Bacilii și alte bacterii termodurice pot forma un biofilm dacă fluidul 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 Salmonella se poate stabili în biofilmele de pe suprafețele alimentelor (Joseph și colab., 2001). Semnificația creșterii și activității bacteriilor la interfețele solid-lichid pe suprafețele de contact cu produsele lactate sunt, de asemenea, subliniate de Koutzayiotis et al. (1992).

Acești autori au sugerat că enzimele proteolitice pot să fie produse și eliberate din biofilmele Flavobacterium consacrate. A mai fost a constatat că producția de catalază, de către populațiile atașate de Pseudomonas Biofilmele aeruginosa, pot fi parțial responsabile pentru creșterea rezistenței la dezinfectanți, conţinând peroxid de hidrogen (Steward et al., 2000).

Reducerea eficienței transferului de căldură are loc dacă se acumulează biofilm suficient de gros în locații precum schimbătoarele de căldură cu plăci (Mittelman, 1998). Microorganismele din biofilm pot fi, de asemenea, responsabile pentru coroziunea conductelor metalice ale laptelui și în rezervoare, din cauza reacțiilor chimice și biologice.

Detectarea biofilmelor

Cele mai comune metode disponibile în prezent pentru a detecta biofilmele includ următoarele:

1-Metode de tamponare/tampon-clătire cu plăci. Această metodă poate fi completată și de testul de bioluminiscență pentru ATP total.

2-Metode cu plăci de contact și metoda filmului uscat rehidratabil. Metodele plăcii de contact sunt mai simple decât tamponarea, dar nu este posibil de a eșantiona suprafețele neregulate sau aspre care sunt într-adevăr nișe care adăpostesc biofilmele. În plus, microorganismele nu aderă cantitativ la suprafața agarului la cerere, rezultând din nou selecția pentru o anumită micropopulație sau subestimarea numărului de microbi de pe suprafața eșantionată (Chmielewski și Frank, 2003).

(3) Testul ATP-bioluminiscență. Cea mai rapidă metodă biochimică de detectare a biofilmelor sau îndepărtarea eficientă a acestora poate fi monitorizată prin bioluminiscența ATP test (Chmielewski și Frank, 2003). Acest test este o metodă biochimică de estimare ATP total colectată prin tamponarea unei suprafețe. ATP total este legat de cantitatea reziduurilor de produs lăsate pe suprafețe și, de asemenea, la contaminarea microbiană, colectate de tampon. Rezultatele pot fi obținute în 5-10 minute și sunt, de asemenea, o metodă rapidă de determinare a eficienței curățării și a stării de igienă a suprafețelor din fabrici (Reinemann et al., 2003).

Controlul și îndepărtarea biofilmului

Cei mai importanți factori care contribuie la formarea biofilmului sunt inadecvați îndepărtării pământului rezidual de pe suprafețe (curățare), igienizarea ineficientă și sterilizarea suprafetelor de contact lapte/produs. Microorganisme rămase pe echipamente și suprafeţele lor pot supravieţui perioade prelungite, în funcţie de cantitate şi natura solului rezidual, temperatura și umiditatea relativă.

Laptele este o substanță foarte hrănitoare în mediu, deci orice reziduu neeliminat poate favoriza creșterea bacteriană, aderența la suprafață și, în consecință, dezvoltarea biofilmului (Wong și Cerf, 1995; Frank, 2000).

Nu este practic să curățați și să igienizați suficient de frecvent, pentru a preveni atașarea microbilor la suprafețe, deoarece atașarea celulelor poate avea loc în câteva minute, până la ore. Aceasta a sugerat totuși că îndepărtarea biofilmelor în timpul curățării este semnificativ îmbunătățită prin aplicarea unei forțe mecanice pe o suprafață, cum ar fi pulverizatoarele de înaltă presiune si scrubere.

Detergenții care nu generează aerosoli, cum ar fi spuma, precum și utilizarea dezinfectanților, vor duce la o ucidere mai mare a bacteriilor, atunci când sunt utilizate împreună cu cele mecanice metode (Meyer, 2003).

Formarea de aerosoli sau picături mici se întâlnește adesea în timpul spălării și stropirea suprafețelor, podelei și canalelor de scurgere. Trebuie avut grijă să nu contamineze curățarea zonelor sau echipamentelor de procesare igienizate. În mod normal, apa de înaltă presiune, cu volum redus folosit pentru clătirea suprafețelor, este de ajuns. Cu toate acestea, Gibson et al. (1999) au găsit că fluxul de mai sus, cu o presiune de 17,2 bari nu îmbunătățește îndepărtarea biofilmului.

Igienă prin proiectare

În mod ideal, configurația și echipamentul instalației ar trebui proiectate pentru a preveni acumularea de sol și apă și pentru a permite operațiuni ușoare de curățare și igienizare. Problemele apar adesea în locații cum ar fi punctele moarte, pompele și îmbinările unde garniturile trebuie utilizate și zonele în care suprafețele nu pot fi expuse suficient la curățare și substanțe chimice de igienizare (Kumar și Anand, 1998).

În plus, modificarea suprafețelor echipamentelor prin acoperiri antimicrobiene și idei noi pentru îmbunătățirea igienei suprafeței, pot ajuta în cele din urmă la inhibarea formării biofilmului (Carpentier et al., 1998; Kumar și Anand, 1998; Meyer, 2003).

Procedurile de curățare ar trebui să îndepărteze în mod eficient reziduurile alimentare și alte murdărie care poate conține microorganisme sau favoriza creșterea microbiană. Cel mai curente regimuri de curățare includ îndepărtarea cu apă rece sau caldă urmată de aplicarea agenților chimici, clătirea și igienizarea (Frank, 2000). Curațarea poate poate fi realizată prin utilizarea substanțelor chimice sau a unei combinații de forțe chimice și fizice (turbulența apei sau spălarea).

Temperaturile ridicate pot reduce nevoia de froță fizică. Detergenții chimici suspendă și dizolvă reziduurile alimentare prin scăderea tensiunii suprafeței, grăsimi emulsionante și proteine peptizante (Chmielewski și Frank, 2003). Probleme precum coroziunea și încrustarea biologică în sistemele de răcire de către biofilmele microbiene sunt în mod normal prevenite/controlate prin tratament chimic (Mattila-Sandholm și Wirtanen, 1992; Hiddink, 1995).

Cercetări privind mecanismele moleculare complexe care reglează sinteza a EPS, atașarea microorganismelor, precum și dezvoltarea și detașarea biofilmelor vor duce în cele din urmă la strategii îmbunătățite pentru controlul biofilmelor.