BIOFILM microbiológico en la Industria Láctea
BIOFILM microbiológico en la Industria Láctea En la formación de Biofilm microbiológico en la industria láctea, los microorganismos procuran superficies sólidas que contienen nutrientes suficientes para su desarrollo, estos microorganismos se adhieren a la superficie y inician su crecimiento y multiplicación formando colonias. Cuando el número de células microbianas es suficiente, estas células envuelven detritos, nutrientes y otros microorganismos, formando un biofilm microbiológico. Desarrollo de los Biofilm. Desde el momento en que se llena un equipo limpio con agua, comienza a desarrollarse una biopelícula. -En primer lugar se produce un acondicionamiento de la superficie por adsorción de trazas de sustancias orgánicas que neutralizan el exceso de carga y energía libre superficiales que pueden evitar el acercamiento de los microorganismos a las mismas. Además, las moléculas orgánicas adsorbidas pueden servir de nutrientes para los microorganismos, que se dirigen hacia ellas. Las proteínas, en especial, favorecen la formación de biopelículas. - Los microorganismos que queden atrapados en, o se dirijan a, la capa de líquido estacionaria que se genera contra todas las paredes, pueden adsorberse reversiblemente y luego desorberse, o bien prepararse para una estadía más prolongada y formar estructuras que llevan a una adhesión irreversible. - Los microorganismos ya adheridos excretan sustancias poliméricas extracelulares (EPS = extracellular polymeric substances) y comienzan a reproducirse. Las EPS son polímeros pegajosos que mantienen a la biopelícula unida y la cementan a la pared del equipo, además concentran nutrientes y protegen a las bacterias de los biocidas. - Finalmente, la biopelícula atrapa también otro tipo de microorganismos o colonizadores secundarios formando un consorcio de especies en las que unas se alimentan de los metabolitos de las otras. - Si bien los microorganismos que forman biopelículas con mayor frecuencia son las bacterias, también pueden formarlos las levaduras, mohos y los virus (que en realidad quedan atrapados en la capa de EPS). Las esporas se adhieren a las paredes hasta en mayor proporción que las células vegetativas debido a su mayor hidrofobia, generando biopelículas muy resistentes a la esterilización. La formación de Biofilm comienza con: 1.- Adherencia inicial: Puede ocurrir en 20 minutos a 2 horas después del contacto bacteriano con la superficie. Ejemplo las Pseudomonas se puede adherir en 30 minutos si hay un flujo constante de leche a temperatura ambiente (25°C), se puede adherir en 2 horas si hay un flujo constante de leche a 4°C 2.- Solidificación de las bacterias en la superficie: Las bacterias producen material extracelular que permite una fuerte adherencia (ej. cimiento) de las células a la superficie. 3.- Colonización bacteriana: Complejos polisacáridos pueden ligarse a iones metálicos, cambiando la naturaleza química del biofilm, mientras los subproductos metabolitos como ácidos orgánicos, pueden ser envueltos en la matriz resultando en una corrosión localizada y el envolvimiento de bacterias localizadas. En este punto, las células adheridas, no son rápidamente removidas por el enjuague. El material extracelular es compuesto por finos filamentos como fibras que se extienden por toda la superficie." Composición de las biopelículas En un biofilm maduro, la mayor parte del volumen está ocupada por la matriz de material polimérico o glicocálix (75% - 95%), mientras que el resto son las células microbianas (5% - 25%). Como la matriz de glicocálix contiene mucho agua, las superficies cubiertas por biopelículas son gelatinosas y resbaladizas. Sin embargo en tuberías donde las velocidades de flujo son elevadas (> 1,5 m/s) las biopelículas se vuelven más densas y menos gruesas, no son visibles a simple vista ni viscosas, por lo que las superficies parecen limpias. En las diapositivas siguientes se ven fotos de biopelículas en diferentes estadios de desarrollo. Se puede observar la típica apariencia de telarañas de los EPS y la formación de racimos de bacterias. Etapas de CIP y niveles de limpieza En una primera etapa de un proceso de CIP se requiere energía para que un agente de limpieza alcalino o ácido remueva la suciedad física, la mantenga en solución y la transporte fuera del equipo o tubería. La energía requerida es cinética (caudal del agente de limpieza), química (concentración del agente de limpieza) y térmica (temperatura del agente de limpieza). Estos tres parámetros, junto con el tiempo del contacto, son los más importantes con respecto a la efectividad de la limpieza física. Varios factores influyen sobre la elección de los parámetros de esta etapa de limpieza principalmente física. Unos pocos ejemplos importantes son el tipo de suciedad, la rugosidad de la superficie, la configuración, la necesidad de limpieza, el tiempo durante el cual se han dejado residuos de producto sobre el objeto a limpiar, así como la calidad del agua. Tras la circulación de los agentes de limpieza se lleva acabo un enjuague para eliminar los residuos de agentes de limpieza y completar la limpieza química. Sin embargo estas dos etapas no generan una superficie microbiológicamente limpia pues las cargas superficiales pueden reducirse unas 200 veces, pero no llegan a un valor < 1 ufc/cm2 como requiere la definición de limpieza microbiológica. Para ello es necesaria una desinfección térmica (mediante vapor o agua caliente) o química (mediante biocidas como el cloro, compuestos clorados y yodados, ácidos, peróxido de hidrógeno o compuestos de amonio cuaternario, que a veces pueden afectar la limpieza química). La formación de biopelículas afecta la consecución de la limpieza microbiológica por su adhesión a las paredes de los equipos y la mayor resistencia a los biocidas. Es decir que su eliminación requerirá un mayor efecto mecánico para arrancarlas de la superficie y una elección cuidadosa del biocida. Remoción de biopelículas El efecto mecánico se logra mediante: - cepillado o raspado - chorros de baja y alta presión -caudales que generen un flujo turbulento. La eficiencia de los biocidas puede aumentarse mediante el uso de agentes surfactantes. • El efecto mecánico remueve 90% de la carga microbiana • Uso de desinfectantes elimina el 10% restante Remoción de biopelículas – Efecto mecánico: En general, el medio más eficiente para remover biopelículas es arrancarlas por cepillado. Los chorros de agua a presión también pueden ser eficientes pero si se aplican desde una distancia mayor que 25 cmgeneran aerosoles que dispersan los microorganismos sobre un área más amplia; además sólo son efectivos a presiones menores que 17 bar. Los biocidas sólo serán eficientes para eliminar los restos de biopelícula que no pudieron ser eliminados mecánicamente. Sin embargo, cuando se limpian los equipos sin desarmarlos (CIP), este efecto mecánico sólo se puede lograr generando un flujo turbulento. Para una limpieza física se acepta que una velocidad de flujo de superior a 1,5 m/s genera una turbulencia suficiente como para eliminar costras de proteínas, lípidos y minerales. Esto no necesariamente es válido para biopelículas, que pueden requerir caudales de más de 3,4 m/s para su eliminación, lo cual resulta impracticable en muchos casos por la presión que se genera. Como revomer el biofilm? La efectividad de la limpieza depende de la resistencia de los microorganismos adheridos, de la carga inicial de microorganismos y tiempo de circulación del agente de limpieza. Cuando los intervalos entre las limpiezas son superiores a 8 horas, el número de microorganismos adheridos aumentan, resistiendo a limpieza y sanitización. Entre los Sanitizantes mas eficientes en las células adheridas se pueden encontrar amonio cuaternario y ácido peracético. Intervalos de limpieza y desinfección Si son superiores a 8 - 24 horas, la cantidad de microorganismos en una biopelícula aumenta hasta el punto en que se tornan resistentes al proceso de limpieza. Las paradas de fin de semana son cruciales cuando se tiene por objetivo mantener controlada la contaminación microbiológica en la industria y puede ser necesario volver a limpiar antes de recomenzar la producción. Intervalos de limpieza y esterilización Según lo visto anteriormente, el agua de enjuague que queda estancada en los equipos contiene suficientes microorganismos y nutrientes como para generar una biopelículas, que deben ser eliminadas antes de recomenzar la producción. Según se ha visto estas pueden formarse rápidamente (en 8 h ó menos); resultan más fáciles de eliminar antes de que cumplan 24 h y no deberían dejarse desarrollar durante más de 48 h. Lo mismo vale para líneas asépticas en producción en las que pudieran haber quedado microorganismos por problemas de limpieza u otra causa de inesterilidad: no es recomendable extender los ciclos de producción más allá de las 48 h si se quiere mantener bajo el riesgo de desarrollo de biopelículas tenaces. Métodos de verificación de la limpieza • Visual • Bacteriológico. • Ensayo de hisopado directo. La verificación de la efectividad de la limpieza debe ser considerada como una parte esencial de las operaciones de limpieza. Puede adoptar tres formas: inspección visual, inspección bacteriológica y ensayos de hisopado directo. Debido a los avances de la automatización, las líneas de procesamiento hoy en día son raramente accesibles a la inspección visual. La inspección visual debe ser reemplazada por una inspección bacteriológica, concentrándose en un cierto número de puntos estratégicos en la línea producción. Los resultados del CIP se controlan habitualmente mediante cultivos de bacterias coliformes. Si se hace un ensayo de hisopado sobre una superficie, el criterio es encontrar menos que una bacteria coliforme por cada 100 cm2 de la superficie controlada. El resultado es inaceptable si el recuento es mayor. Estos controles pueden hacerse sobre las superficies del equipo tras finalizar el programa de limpieza. Esto se aplica a tanques y tuberías, especialmente cuando se detectan recuentos excesivamente altos de bacterias en los productos. A menudo se toman muestras del agua de enjuagado final o del primer producto que pasa por la línea tras la limpieza. Debe verificarse la calidad bacteriológica de todos los productos en sus envases para lograr un control de calidad completo del proceso de fabricación. El programa de control de calidad completo incluye, además del ensayo de coliformes, la determinación del recuento total de microorganismos y un control organoléptico (cata) del producto.
