Biofilm u industriji

Sposobnost formiranja biofilmova je drevna karakteristika bakterija i drugih prokariota, koja sa evolucione tačke gledišta predstavlja strategiju preživljavanja u promenljivim i često veoma nepovoljnim uslovima okruženja. Nasuprot karakteristikama koje bakterije pokazuju tokom rasta u medijumima koji obiluju hranljivim materijama, bakterije u biofilmovima pokazuju drugačije osobine u pogledu ekspresije gena i karakteristika rasta.

Zahvaljujući ovim razlikama, bakterije u biofilmovima pokazuju povećanu rezistenciju na antibiotike i dezinficijense, zbog čega je danas izuzetno teško izlečiti infekcije izazvane bakterijama koje formiraju biofilm primenom konvencionalnih antibiotika, kao što se i primenom dezinficijenasa u preporučenim koncentracijama vrlo teško mogu kontrolisati bakterije u bolničkim okruženjima i mestima na kojima se proizvode namirnice. U medicinskoj i industrijskoj mikrobiologiji, koncept biofilmova koje formiraju bakterije prihvaćen je devedesetih godina prošlog veka i on je danas jedan od najvećih izazova u oblasti zaštite zdravlja ljudi i proizvodnje zdravstveno bezbedne hrane.

Formiranje biofilmova
Činjenica da bakterije formiraju biofilm na površinama koje dolaze u kontakt sa hranom, kao i na opremi u prehrambenoj industriji, otvara novu oblast istraživanja o ulozi biofilma kao potencijalnog izvora kontaminacije namirnica bakterijama. Sposobnost adhezije i formiranja biofilma bakterija na različitim vrstama materijala koji se uobičajeno koriste u prehrambenoj industriji kao što su nerđajući čelik, staklo, polistiren, polietilen, polipropilen, mermer i granit dokumentovana je u velikom broju istraživanja.
Biofilmovi koje bakterije formiraju na različitim površinama u industrijskim pogonima predstavljaju dugotrajan izvor kontaminacije namirnica, ne samo bakterijama koje izazivaju njihovo kvarenje, već i vrstama koje se prenose hranom: Salmonella spp., Campylobacter spp., Escherichia coli i Listeria monocytogenes. Poznato je da pojedini sojevi patogenih vrsta bakterija u industrijskim pogonima mogu egzistirati tokom dužeg vremenskog perioda. Ovakvi sojevi su poznati kao „house strains“, a pretpostavlja se da je egzistencija takvih sojeva omogućena upravo njihovom sposobnošću da formiraju biofilm. Jednom formirani biofilmovi u industrijskim pogonima se teško uklanjaju i dovode do pojave perzister populacija. Egzistencija sojeva sa sposobnošću produkcije biofilma je najčešći uzročnik unakrsnih i postprocesnih kontaminacija.

Ovom skrivenom biološkom opasnošću neizostavno može biti pogođena svaka grana industrije: mesa, mleka, voća i povrća, piva, vina, vode, ali i industrije koju generalno karakteriše „suva proizvodnja“, kao što su mlinska industrija i industrija hrane za životinje. Kontaminacija industrijskih pogona biofilm produkujućim sojevima najčešće nastaje preko kontaminirane ulazne sirovine čija se kontaminacija može dogoditi na bilo kojoj tački od farme/polja pa do finalnog proizvoda, aerosolom, ali i ljudskim faktorom. Kao potencijalna mesta razvoja biofilma najčešće su identifikovana mesta: prijema sirovina, podovi, zidovi, slivnici, cevi, ventilacioni sistemi, radne površine, pokretne trake, spoljašnja i unutrašnja površina procesne opreme, naročito u mrtvim uglovima, šupljinama, spojnicama, pukotinama i mestima sklonim kondenzaciji.

Razlog nastanka
Kao razlozi nastanka biofilma u okviru industrijskih postrojenja najčešće se navode nepravilno očišćena i sanitanizirana oprema. Neredovno i neadekvatno sprovođenje sanitarnih mera uzrokuje zaostajanje različitih organskih materija, što u velikoj meri olakšava egzistenciju mikroorganizama, a takođe doprinosi smanjenju efikasnosti primenjenih dezinfekcionih sredstava. Iako se mlinska industrija i industrija proizvodnje hrane za životinje uglavnom baziraju na proizvodnji „suve hrane“, što u velikoj meri ograničava rast i razvoj mikroorganizama, na određenim površinama pojava kondenzacije uzrokovane varijacijama temperature do kojih neminovno dolazi tokom proizvodnog procesa može obezbediti vlažnost bakterijskih niša u kojima je omogućen opstanak mikroorganizama. Istraživanja su pokazala da mikroorganizmi, posebno Salmonella spp. prevazilazi prisustvo stalnih fluktuacija temperature i vlage u proizvodnim pogonima ulaskom u vijabilno, ali nekultivabilno stanje („viable but nonculturable state“ – VBNC).

Ekonomski gubitak
Osim što biofilmovi formirani u industrijskim pogonima mogu predstavljati opasnost za javno zdravlje, takođe mogu prouzrokovati velike ekonomske gubitke. Poznato je da prisustvo biofilmova u sistemima za distribuciju tečnosti blokira cevovode smanjujući brzinu i kapacitet protoka tečnosti sa posledičnim povećanjem utroška energije; na grejačima i rashladnim uređajima smanjuje prenos toplote, a samim tim i njihovu efikasnost; na membranskim filterima dovodi do redukcije pora sa posledičnim gubicima u kapacitetu i kontaminacijom finalnog proizvoda, dok njihovo prisustvo na metalnim površinama izaziva povećanu stopu korozije.

Prevencija i eliminacija
Spoznaja da biofilmovi bakterija u industrijskim pogonima predstavljaju skrivenu biološku opasnost, prevencija i kontrola biofilmova na mestima prerade i proizvodnje namirnica postaje imperativ u proizvodnji zdravstveno bezbedne hrane. Generalno je prihvaćeno i dokumentovano da su ćelije unutar biofilma otpornije na različite tretmane u odnosu na bujonske kulture istih ćelija.
Poslednjih decenija ubrzan tehnološki napredak uzrokovao je uvođenje novih tehnologija u proizvodnji hrane, što dovodi do povećanja potreba za unapređenjem sanitarnih procedura i higijenskih uslova kako u prehrambenoj tako i u industriji hrane za životinje. Pored napretka u higijenskom dizajnu opreme, uspostavljanja sistema Dobre proizvođačke prakse (DPP) i Dobre higijenske prakse (DHP) u cilju prevencije i kontrole bakterijskog biofilma, često se primenjuju različiti fizički i hemijski tretmani sanitacije. Fizički tretmani sanitacije, pored tradicionalnih tretmana primene mehaničkog čišćenja, uključuju primenu modernijih fizičkih tretmana kao što su: različite frekvence ultrazvuka, magnetna i električna polja kao i različite vrste zračenja. Iako pomenuti fizički tretmani imaju dobre rezultate, često su neprimenjivi iz ekonomskih razloga, odnosno zahtevni su u pogledu troškova, tehničke i prostorne opremljenosti, dok primena iradijacije nailazi i na dodatni problem, a to je neprihvatanje od strane potrošača.

Stoga, metode prevencije i eliminacije se uglavnom svode na upotrebu hemijskih tretmana. Poznato je da sprovođenje konvencionalnih hemijskih metoda sanitacije obično uključuje upotrebu agresivnih jedinjenja kao što su hlor, peroksidi i kvartenerna amonijumova jedinjenja koja osim što mogu imati rezidualan efekat, potencijalno štetan po ljudsko zdravlje, mogu izazvati i nepoželjne senzorne osobine krajnjih proizvoda. Takođe, sukcesivna primena dezinficijenasa iste vrste može prouzrokovati redukciju osetljivosti pojedinih vrsta mikroorganizama koji ostaju na površinama uzrokujući konstantnu kontaminaciju. Osim toga, efikasnost dezinficijenasa u preporučenim koncentracijama je rezultat ispitivanja na bujonskim kulturama bakterija. Dok je njihova primena na bujonske kulture efikasna i do 100%, primena istih koncentracija na bakterije u biofilmu pokazuje neefikasnost, tako da je za njihovu eliminaciju često potrebna znatno veća koncentracija.

Generalno, efikasan program za čišćenje i dezinfekciju će sprečiti stvaranje novih biofilmova, međutim ne postoje efikasne strategije za eradikaciju već formiranih biofilmova. Postoje mesta koja su uvek teško pristupačna za propisno čišćenje i dezinfekciju.
S obzirom na sveprisutnost mikroorganizama, malo je verovatno da se oni mogu u potpunosti iskoreniti iz lanca ishrane. Iako iskorenjivanje možda nije moguće, neophono je sprovoditi preventivne mere kontrole u cilju smanjenja ili onemogućavanja kontaminacije. Mere prevencije i kontrole mikroorganizama u procesu proizvodnje hrane uključuju: obaveznu kontrolu ulaznih sirovina, održavanje higijene, primenu adekvatnih programa sanitacije i dezinfekcije, kontrolu zdravstvenog stanja i kretanja osoblja, kontrolu vazduha i prašine, primenu mera dezinsekcije i deratizacije kao i obezbeđenje dezinfekcije transportnih vozila.

magazin Pekar&Poslastičar broj 20, februar/mart 2019.

Pogledaj i ostale članke iz kategorije reč stručnjaka

ReTRA

Naučnoistraživački projekat posvećen izučavanju hemijskih, mikrobioloških i tehno-funkcionalnih osobina kiselih testa Šta se dešava tokom formiranja spontano fermentisanog...

Pročitaj

Foodsafety4EU

Najnoviji projekat o bezbednosti hrane u Evropskoj uniji Bezbednost i zdrava hrana prioriteti su za zdravlje svih građana...

Pročitaj