Εφαρμογή νανοτεχνολογίας για την απολύμανση επιφανειών βιομηχανίας τροφίμων

Abstract

Οι μικροοργανισμοί υπάρχουν κυρίως σε κοινότητες πολλαπλών ειδών στο φυσικό περιβάλλον. Τα περισσότερα βακτηριακά είδη μπορούν να σχηματίσουν μικροβιακές κοινότητες σε κάθε επιφάνεια με επαρκή υγρασία και θρεπτικά συστατικά που ονομάζονται βιοϋμένια. Σε περιβάλλοντα επεξεργασίας τροφίμων, τόσο αλλοιογόνοι όσο και παθογόνοι μικροοργανισμοί προσκολλώνται στις επιφάνειες, επιβιώνουν, αναπτύσσονται και σχηματίζουν βιοϋμένια. Τα βιοϋμένια μικτών καλλιεργειών είναι συνήθως πιο σταθερά από αυτά των μονών καλλιεργειών, ενώ οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διαφορετικών κυττάρων έχει αποδειχθεί ότι παίζουν σημαντικό ρόλο στην αρχική προσκόλληση των κυττάρων, την ανάπτυξη, τη δομή ενός βιοϋμενίου, τη διασπορά των κυττάρων, καθώς και την αντοχή του βιοϋμενίου σε απολυμαντικές καταπονήσεις. Η ύπαρξη βιοϋμενίων αλλοιογόνων και παθογόνων μικροοργανισμών σε χώρους επεξεργασίας τροφίμων σχετίζονται με προβλήματα επιμόλυνσης των τροφίμων που οδηγούν στην μείωση της διάρκειας ζωής των προϊόντων και στη μετάδοση λοιμώξεων. Γι’ αυτό κρίνεται πολύ σημαντικό να αναπτυχθούν σύγχρονες μέθοδοι καθαρισμού και απολύμανσης και συστήματα ελέγχου σε μονάδες επεξεργασίας τροφίμων και περιβάλλοντα. Αντικείμενο της παρούσας μελέτης ήταν η αξιολόγηση της απολυμαντικής δράσης ενός καινοτόμου απολυμαντικού με κύριο αντιμικροβιακό παράγοντα το νανοσωματίδιο TiO2, έναντι βιοϋμενίων. Για το σκοπό αυτό δημιουργήθηκαν βιοϋμένια από μονή και μικτή καλλιέργεια 3 τροφιμογενών παθογόνων βακτηρίων Listeria monocytogenes, Salmonella enterica serovar. Enteritidis και Escherichia coli με 10 είδη αλλοιoγόνων βακτηρίων όπως Serratia liquefaciens, Serratia proteomaculauns, Citrobacter freundii, Hafnia alvei, Proteus vulgaris, Brochothrix thermosphacta, Leuconostoc spp, Lactobacillus sakei και Pseudomonas fragi σε πλακίδια ανοξείδωτου εμβαπτισμένα σε θρεπτικό υπόστρωμα TSB για 6 ημέρες. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η ικανότητα του κάθε μικροοργανισμού να δημιουργεί βιοϋμένιο πάνω σε πλακίδια ανοξείδωτου χάλυβα, μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας στον σχηματισμό βιοϋμενίου (20°C και βέλτιστη θερμοκρασία ανά μικροοργανισμό) καθώς και η επίδραση που έχει η παρουσία μικτής καλλιέργειας κατά τον σχηματισμό τους. Στην συνέχεια τα βιοϋμένια διαβρέχθηκαν με απολυμαντικό και εκτέθηκαν στην υπεριώδη ακτινοβολία για 2h για την κάθε πλευρά ξεχωριστά. Ως μάρτυρας αποτελεσματικότητας του απολυμαντικού χρησιμοποιήθηκε η δράση της υπεριώδους ακτινοβολίας. η απαρίθμηση των βιοϋμενικών κυττάρων πραγματοποιήθηκε με την μέθοδο στροβιλισμού με γυάλινα σφαιρίδια. Από τα αποτελέσματα φάνηκε ότι όλοι οι μικροοργανισμοί κατάφεραν και δημιούργησαν βιοϋμένια, και ότι η θερμοκρασία διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην δημιουργία βιοϋμενίου , η έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία μείωνε τον πληθυσμό των βιοϋμενικών κυττάρων τις περισσότερες φορές κάτω από το όριο ανίχνευσης και στις περιπτώσεις οπού δεν ήταν αποτελεσματική η δράση της, η παρουσία του απολυμαντικού ενίσχυε τη θανάτωση του βιοϋμενικού πληθυσμού. Τέλος παρατηρήθηκε ότι η παρουσία πάνω από ένα είδος μικροοργανισμών επηρεάζει τόσο την δημιουργία βιοϋμενίου όσο και τη θανάτωση των βιοϋμενικών κυττάρων κατά την έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία και τη χρήση του απολυμαντικού παράγοντα. Συμπερασματικά, η χρήση του απολυμαντικού με το φωτοκαταλυτικό παράγοντα TiO2 ως εναλλακτικό τρόπο απολύμανσης μολυσμένων επιφανειών παρουσιάζει μια ενδιαφέρουσα περίπτωση η οποία με περαιτέρω ανάπτυξη μπορεί να προσφέρει ισχυρά μέσα απολύμανσης κατά τον σχηματισμό βιοϋμενίων.

Microorganisms exist in multi-species communities in the natural environment. Most bacterial species can form microbial communities on any surface with sufficient moisture and nutrients called biofilm. In food processing environments, both pathogenic and spoilage microorganisms adhere to the surfaces, survive, grow and form biofilm. Mixed species biofilm are usually more stable than mono species biofilm, whereas interactions between different cells have been shown to play an important role in the initial cell adhesion, growth, structure of a bio-cell, cell dispersion, and endurance of biofilm to disinfectant stresses. The existence of bio-contaminants of allogeneic and pathogenic microorganisms in food processing establishments is related to food contamination problems that lead to a reduction in the shelf life of products and the spread of infections. That is why it is very important to develop modern cleaning, new disinfection methods and control systems in food processing environments. The aim of the present study was to evaluate the disinfecting action of an innovative disinfectant with the main antimicrobial factor TiO2 nanoparticle, against biofilm. For this purpose biofilm were created from single and mixed culture of 3 food pathogenic bacteria Listeria monocytogenes, Salmonella enterica serovar. Enteritidis and Escherichia coli with 10 species of spoilage bacteria such as Serratia liquefaciens, Serratia proteomaculauns, Citrobacter freundii, Hafnia alvei, Proteus vulgaris, Brochothrix thermophacta, Leuconostoc spp, Lactobacillus sakei and Pseudomonas fragi in stainless steel troughs immersed in TSB broth for 6 days . In brief, the ability of each microorganism to form biofilm on stainless steel slides under different temperature conditions (20°C, optimum growth temperature for each microorganism), and the effect of the presence of mixed culture upon formation were studied. The biofilms were wetted with the disinfectant and exposed to ultraviolet radiation for 2h for each side separately. The effect of ultraviolet radiation on biofilm cells was used as a control of the effectiveness of the disinfectant. The biofilm cells were enumerated by the glass bead spinning method. From the obtained results, it was showed that all micro-organisms were able to form biofilm, whereas the temperature seemed to play an important role in biofilm formation. Furthermore, the exposure to ultraviolet radiation reduced the population of biofilm cells below the limit of detection of the method in most cases, , whereas the used of the disinfectant strengthened the antimicrobial activity of UV. Finally, it was observed that the presence of more than one species affects both cell biofilm ability and their resistance to ultraviolet radiation and disinfectant. In conclusion, the use of the disinfectant with the photocatalytic TiO2 agent as an alternative way of disinfecting contaminated surfaces presents an interesting case which, with further development, can provide powerful disinfecting agents in the formation of biofilm.