Βιοφίλμ: Ο "ύπουλος εχθρός" της βιομηχανίας τροφίμων - Τρόποι εξάλειψης

Της Κατερίνας Κουδούνα*

Τα σχέδια ασφάλειας των τροφίμων και οι διαδικασίες παρασκευής που περιγράφονται στα Συστήματα Διαχείρισης Ασφάλειας Τροφίμων, αποσκοπούν στην καταπολέμηση των παθογόνων παραγόντων — συμπεριλαμβανομένων των στελεχών Listeria, Salmonella και E. coli — που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ανακλήσεις ή εστίες μόλυνσης.

Σπάνια τα ΣΔΑΤ αναφέρουν συγκεκριμένα τα “βιοφίλμ” ή “βιοϋμένια”, σε πολλές όμως περιπτώσεις αποτελούν τη βασική αιτία μόλυνσης στις εγκαταστάσεις τροφίμων. Περίπου το 60% των εστιών των τροφιμογενών ασθενειών προκαλούνται από βιοφίλμ, σύμφωνα με έρευνα για την ασφάλεια των τροφίμων. Επιπρόσθετα, το 65% όλων των λοιμώξεων που αποκτώνται στο νοσοκομείο (νοσοκομειακές λοιμώξεις) αποδίδονται σε αυτά.

Τι είναι τα βιοφίλμ;

Ουσιαστικά, τα βιοφίλμ είναι κοινότητες μικροοργανισμών που κολλάνε στις επιφάνειες – από τις επιφάνειες των φυτικών ιστών και του κρέατος, μέχρι και τον εξοπλισμό επεξεργασίας τροφίμων που δεν καθαρίζεται επαρκώς.

Ο Boce Zhang, ο οποίος ηγήθηκε μιας σχετικής μελέτης, δήλωσε ότι το βιοφίλμ είναι ένας φυσικός μηχανισμός επιβίωσης που ενισχύει το πλεονέκτημα των βακτηρίων.

Οι παθογόνοι παράγοντες που προσκολλούνται σε φυτικές επιφάνειες, μπορούν και συχνά σχηματίζουν βιοφίλμ στους φυτικούς ιστούς. Επειδή τα βιοφίλμ είναι πλούσια στη δομή τους και δεν αφαιρούνται εύκολα με τις απλές τεχνικές πλύσης, οι τροφιμογενείς ασθένειες που σχετίζονται με τα φρέσκα φρούτα και λαχανικά, έχουν αυξηθεί δραματικά τα τελευταία 30 χρόνια.

Τα στάδια ανάπτυξης των βιοϋμενίων είναι τα εξής πέντε:

η αναστρέψιμη προσκόλληση των κυττάρων στις επιφάνειες
τα προσκολλημένα κύτταρα ξεκινούν να σχηματίζουν ένα στρώμα στην επιφάνεια και να παράγουν την εξωκυτταρική μήτρα
τα κύτταρα συνεχίζουν να αναπτύσσονται και πλέον σχηματίζουν πολλαπλά στρώματα
τα κύτταρα είναι μη αναστρέψιμα προσαρτημένα στην επιφάνεια και το βιοφίλμ χαρακτηρίζεται ώριμο
σε αυτό το στάδιο, τα κύτταρα είναι πλέον σε θέση να αποσπαστούν και να αποικίσουν σε νέες επιφάνειες

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η κυτταρική διαίρεση είναι ασυνήθιστη σε ώριμα βιοφίλμ.

Τα βιοφίλμ μπορούν να φιλοξενούν συστάδες συγκεκριμένων παθογόνων παραγόντων ή συνδυασμό αυτών. Στις εγκαταστάσεις παραγωγής, οι επιφάνειες επαφής με τρόφιμα είναι τα «κέντρα υποδοχής» των παθογόνων, στα οποία πρέπει να επικεντρωθούν οι προσπάθειες απολύμανσης των βιοϋμενίων, λόγω της πιθανότητας διασταυρούμενης μόλυνσης, η οποία μπορεί να συμβεί επανειλημμένα.

Γιατί είναι τόσο δύσκολο να εξαλειφθούν τα βιοφίλμ;

Τα μικροβιακά κύτταρα μέσα σε ένα βιοφίλμ, είναι οργανωμένα σε σύνθετες δομές, στις οποίες είναι ενσωματωμένα με τη βοήθεια μιας αυτο-παραγόμενης μήτρας εξωκυττάριων πολυμερών ουσιών (EPS), η οποία είναι υπεύθυνη για την πρόσφυση στις επιφάνειες και τη συνοχή στο βιοϋμένιο.

Τα ίδια τα παθογόνα λοιπόν, παράγουν την EPS, η οποία αποτελείται από πρωτεΐνες, λιπίδια, πολυσακχαρίτες και νουκλεϊκά οξέα. Οι EPS παρέχουν επίσης διάφορα χαρακτηριστικά στο βιοϋμένιο, όπως η πολυπλοκότητα της δομής, η υψηλότερη αντοχή στην αφαίρεση και την καταστροφή και η αυξημένη αντοχή στα αντιμικροβιακά. Συνεπώς, η EPS παρέχει ουσιαστικά στους παθογόνους παράγοντες ένα προστατευτικό «σπίτι» που αντιστέκεται στις προσπάθειες εξυγίανσης.

Η χαρακτηριστική δομή των μικρο-αποικιών παρέχει στο βιοφίλμ την ιδιότητα να λειτουργεί συλλογικά ως ένα ζωντανό σύστημα. Τα κανάλια μεταξύ των κυτταρικών συστάδων παρέχουν νερό και θρεπτικά συστατικά σε κάθε κύτταρο και διευκολύνουν την απομάκρυνση των αποβλήτων. Αυτά τα χαρακτηριστικά σε συνδυασμό με τις ισχυρές συνεκτικές ιδιότητες και την εξελιγμένη συνεργασία, καθιστούν τα βιοφίλμ ιδιαίτερα ανθεκτικά σε συμβατικούς καθαριστικούς παράγοντες όπως τα βιοκτόνα και τα απολυμαντικά. Τα βιοφίλμ παρουσιάζουν επίσης ανθεκτικότητα στην παρουσία χημικών και φυσικών στρεσογόνων παραγόντων όπως οι τιμές του pH, το οξυγόνο, η πίεση, η θερμότητα και το κρύο.

Σε σχετική έρευνα που πραγματοποιήθηκε, τα αποτελέσματα έδειξαν πως η ξαφνική στέρηση θρεπτικών ουσιών ενίσχυσε την κυτταρική πρόσφυση, ενώ μια παρατεταμένη έλλειψη θρεπτικών ουσιών εμπόδισε την ωρίμανση του βιοϋμενίου. Η προσθήκη αλατιού αύξησε την παραγωγή βιοϋμενίου, και επιπλέον ο περιορισμός των θρεπτικών ουσιών που συμπληρώνεται από το αλάτι έδειξε να διεγείρει σημαντικά το σχηματισμό βιοϋμενίου.

Ποια παθογόνα σχηματίζουν βιοϋμένια;

Η L. monocytogenes είναι σε θέση να σχηματίσει βιοφίλμ σε διάφορες επιφάνειες που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία τροφίμων, γεγονός που δημιουργεί σοβαρή ανησυχία για την ασφάλεια των τροφίμων.

Η L. monocytogenes είναι σε θέση να προσκολληθεί σε πολλές επιφάνειες που έρχονται σε επαφή με τρόφιμα, όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας, το πολυστυρένιο και το γυαλί. Διαπιστώθηκε ότι παραμένει ακόμη και για αρκετά χρόνια στις βιομηχανίες τροφίμων, όπου θα μπορούσε να προκαλέσει υποτροπιάζουσα διασταυρούμενη μόλυνση των τροφίμων.

Θα περίμενε κάποιος η ιδανική θερμοκρασία για την ανάπτυξη βιοϋμενίων από τη L.monocytogenes να ήταν περίπου οι 37C, η ιδανική θερμοκρασία για την ανάπτυξή της. Σχετικά πειράματα όμως, έδειξαν πως αυτό μπορεί να δημιουργηθεί σε ικανό βαθμό και στους 22C, και σε μικρότερη κλίμακα στους 4 και στους 12C, και κυρίως σε γυαλί.

Μια μελέτη του Ινστιτούτου Έρευνας Τροφίμων στο Ηνωμένο Βασίλειο εξέτασε τον τρόπο με τον οποίο το Campylobacter στον «χυμό» από τα κοτόπουλα μπορεί να δημιουργήσει ένα βιοφίλμ στις επιφάνειες μια οικιακής κουζίνας. Το παθογόνο αυτό όμως, απασχολεί εκτενώς και τη βιομηχανία. Τα κιβώτια που χρησιμοποιούνται στις μονάδες πτηνοτροφίας έχει, όπως αποδεικνύεται, μεγάλο αντίκτυπο στην εξάπλωση του Campylobacter. Το νερό που χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό των κιβωτίων δεν ξεπερνά μια συγκεκριμένη τιμή θερμοκρασίας, για να μην τα φθείρει, με αποτέλεσμα τελικά τον πλημμελή καθαρισμό τους, μια και απομακρύνεται μόνο η ορατή βρωμιά. Έτσι δημιουργούνται τα βιοφίλμ, που βοηθούν στην αύξηση των εστιών μόλυνσης από Campoylobacter, που είναι ένας από τους κορυφαίους τροφιμογενείς παράγοντες που απασχολούν το Ηνωμένο Βασίλειο τα τελευταία χρόνια.

Ανεξάρτητα από την πηγή μετάδοσης -βοοειδή, πουλερικά ή ακόμα και οικόσιτα ζώα – από τη στιγμή που θα προσκολληθεί η S. enterica σε πεπόνια, αρχίζει να σχηματίζει βιοφίλμ 24 ώρες μετά από την αποθήκευση μεταξύ 10C και 20C. Τα απολυμαντικά είναι αναποτελεσματικά στην αφαίρεση ή αδρανοποίηση βιοϋμενίων της S. enterica σε πεπόνια, ειδικά εάν ο μικροοργανισμός έχει παραμείνει στη φλούδα για περισσότερο από 24 ώρες.

Οι βιομηχανίες συνήθως χρησιμοποιούν εφαρμογές τριπλού πλυσίματος και απολυμαντικά για τον καθαρισμό φυλλωδών λαχανικών. Οι συμβατικές διαδικασίες υγιεινής για τον καθαρισμό των φυλλωδών προϊόντων μειώνουν τα επίπεδα των παθογόνων παραγόντων, κατά ένα ποσοστό όμως που είναι ανεπαρκές για τη διασφάλιση της μικροβιολογικής ασφάλειας. Η αιτία αυτής της ανεπάρκειας οφείλεται στην ισχυρή μικροβιακή προσκόλληση μέσω βιοϋμενίων. Το E. coli O157:H7 ήταν σε θέση να αποικίσει και να σχηματίσει βιοφίλμ σε φύλλα μαρουλιού που παρέμειναν βυθισμένα στο νερό για μία εβδομάδα στους 4C. Για να μειωθεί η παρουσία βιοϋμενίων σε φυλλώδη προϊόντα, απαιτούνται πιο εμπεριστατωμένες στρατηγικές πλύσης για να ξεπεραστούν οι συνεκτικές ιδιότητες των βιοϋμενίων.

Μελέτη έδειξε πως το υπερακετικό οξύ και το υποχλωριώδες νάτριο δεν ήταν αποτελεσματικά στην πλήρη απομάκρυνση των κυττάρων του Staphylococcus aureus που προσκολλώνται σε επιφάνειες πολυπροπυλενίου και ανοξείδωτου χάλυβα. Από τα αποτελέσματα της έρευνας, τα παρακολουθούμενα στελέχη αποκάλυψαν υψηλή ικανότητα να προσκολλώνται και να σχηματίζουν βιοφίλμ σε επιφάνειες πολυπροπυλενίου και ανοξείδωτου χάλυβα υπό διαφορετικές συνθήκες ανάπτυξης.

Πώς αντιμετωπίζονται τα βιοϋμένια;

Οι οικονομικές συνέπειες μιας επίμονης διασταυρούμενης επιμόλυνσης από βιοφίλμ σε μια μονάδα επεξεργασίας τροφίμων, μπορεί να είναι τεράστιες, να υπάρξουν συνεχόμενες ανακλήσεις προϊόντων και να βλαφθεί η φήμη της εταιρείας.

Η καλύτερη πρόληψη για τη δημιουργία βιολογικών υμενίων, είναι με διαφορά ο αποτελεσματικός καθαρισμός και η απολύμανση, όταν ακόμα η επιμόλυνση βρίσκεται στο πρώτο στάδιο της αναστρέψιμης προσκόλλησης των παθογόνων μικροοργανισμών παραγόντων στις επιφάνειες.

Πρέπει να λαμβάνονται τακτικά δείγματα επιφανειών για την ανίχνευση τυχόν παρουσίας των ύποπτων για δημιουργία βιοφίλμ παθογόνων βακτηρίων, ιδιαίτερα στα σημεία του εξοπλισμού που είναι πιο δύσκολα προσβάσιμα, όπως γωνίες, εγκοπές, συνδέσεις κ.λπ. Ο καλός σχεδιασμός του εξοπλισμού επίσης συμβάλλει τα μέγιστα.

Η τήρηση των ορθών πρακτικών υγιεινής από όλους τους εμπλεκομένους, είναι υψίστης σημασίας για την αποφυγή σχηματισμού βιοφίλμ.

Ο Bob Forner, διευθυντής marketing της εταιρείας Sterilex Industries, ανέφερε ότι οργανισμοί, όπως η Διεθνής Ένωση Προστασίας Τροφίμων, στοχεύουν στο να περιληφθεί περιεχόμενο σχετικά με τα βιοϋμένια σε συνέδρια και επίσης να υπάρξει εκπαιδευτική προβολή του θέματος σε επιχειρήσεις τροφίμων.

Οι περισσότερες μέθοδοι αντιμετώπισης βιοϋμενίων, έχουν δημιουργηθεί για νοσοκομειακά περιβάλλοντα, και δεν έχουν εφαρμογή στη βιομηχανία τροφίμων.

Σε περίπτωση που εντοπιστεί βιοφίλμ σε μονάδα παρασκευής τροφίμων, προτείνονται τα ακόλουθα πέντε βήματα για την εξάλειψή του:

Ξηρό καθάρισμα— Πριν χρησιμοποιήσετε χημικές ουσίες, αφαιρέστε όσο το δυνατόν περισσότερο ορατό έδαφος τρίβοντας, βουρτσίζοντας και σκουπίζοντας την προσβεβλημένη επιφάνεια. Ωστόσο, προσέξτε να μην καθαρίσετε τόσο αυστηρά ώστε να ξύσετε ή να χαράξει την επιφάνεια, καθώς αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός ακόμα περιβάλλοντος που θα είναι επιρρεπές στην ανάπτυξη βιοϋμενίου.
Ξεβγάλετε – ξεπλύνετε τον εξοπλισμό χρησιμοποιώντας νερό στους 60C: η θερμοκρασία αυτή είναι η καταλληλότερη για καθαρισμό με χαμηλή πίεση μετά τη διαδικασία μηχανικής δράσης (τρίψιμο). Οι μεγάλοι όγκοι νερού επιτρέπουν στην αποσπώμενη βιομάζα να αποστραγγιστεί.
Εφαρμογή χημικής επεξεργασίας – Η κατάλληλη χημική ουσία που θα χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση βιοϋμενίου θα εξαρτηθεί από τον τύπο των τροφίμων που χρησιμοποιούνται στη μονάδα τροφίμων. Συνεργαστείτε με έναν πάροχο υπηρεσιών απολύμανσης για να προσδιορίσετε τον βέλτιστο συνδυασμό χημικών ουσιών για την συγκεκριμένη εγκατάσταση τροφίμων. Και πάλι, φροντίστε να αποφύγετε το ξύσιμο της επιφάνειας.
Εφαρμόστε ένα τελικό ξέβγαλμα— ξέπλυμα του εξοπλισμό για άλλη μια φορά, ακολουθώντας τις ίδιες οδηγίες θερμοκρασίας με το δεύτερο βήμα.
Ελέγξτε τον εξοπλισμό – Χρησιμοποιήστε μία από τις μεθόδους ανίχνευσης για να επιβεβαιώσετε ότι έχετε εξαλείψει με επιτυχία το βιοφίλμ. Ορισμένες περιπτώσεις ενδέχεται να απαιτούν πολλαπλές επαναλήψεις του καθαρισμού.

Πηγές:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5617998/
https://courses.lumenlearning.com/wm-biology2/chapter/biofilms-and-foodborne-diseases/
https://www.ift.org/news-and-publications/food-technology-magazine/issues/2009/february/features/biofilms-a-threat-to-food-safety
https://meridian.allenpress.com/jfp/article/59/8/827/195827/Growth-of-Listeria-monocytogenes-as-a-Biofilm-on
https://campylobacter.org.uk/the-problems-of-biofilm/
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.02698/full
https://www.foodsafetynews.com/2021/10/__trashed-4/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4059327/
https://www.manufacturing.net/safety/blog/13163020/food-safety-biofilm-formation-and-removal#:~:text=%20If%20you%20detect%20biofilm%20in%20your%20food,cleaning%20with%20low%20pressure%2Fhigh%20volumes%20after…%20More%20

*Κατερίνα Κουδούνα Τεχνολόγος Τροφίμων, MSc Διαχείριση Ποιότητας Τροφίμων, ΜSc Νομοθεσία Τροφίμων και Ποτών