Biofilm nell’industria alimentare

Uno dei principali obiettivi dell’industria alimentare è la produzione di alimenti sicuri, sani e con una buona qualità organolettica. Per raggiungere questo obiettivo è essenziale controllare la crescita dei microrganismi al fine di minimizzare il rischio di contaminazioni dell’alimento stesso da parte degli stessi presenti per esempio nell’ambiente di lavorazione.

In natura e nei sistemi alimentari i microrganismi sono in grado di attaccarsi alle superfici solide in cui sono presenti sostanze nutrienti, ioni e materiale organico, sufficienti a sostenere la loro sopravvivenza e moltiplicazione, sulle superfici non adeguatamente pulite questo fenomeno in genere viene definito “sudiciume”. Se il “sudiciume” non viene adeguatamente rimosso durante la sanificazione, il risultato è un accumulo dello stesso sulle superfici con conseguente formazione di biofilm, termine che si riferisce all’adesione di organismi viventi e alla loro crescita su superfici solide. Il biofilm è costituito da microrganismi e sostanze polimeriche, di solito esopolisaccaridi, prodotti dai microrganismi stessi.

La funzione del biofilm è quello di proteggere i microrganismi negli ambienti ostili e di agire come una trappola per le sostanze nutritive, sono spesso causa di problemi in molte industrie, tra cui quella alimentare. Per esempio, quando un biofilm si forma all’interno di tubazioni si può assistere ad una riduzione del flusso: un accumulo di materiale biologico e organico può comportare la riduzione della trasmissione di calore all’interno di scambiatori termici, i prodotti alimentari possono subire delle contaminazioni e a causa della produzione di acido nei biofilm le superfici possono subire delle corrosioni. Questo è il motivo per cui la fase di pulizia è particolarmente importante, in quanto permette di evitare l’accumulo di materiale di origine organica. Inoltre, i microrganismi presenti nei biofilm solitamente sono più resistenti ai biocidi (es. sanificanti, antibiotici, ecc.) rispetto a quelli presenti in forma dispersa. In realtà in questi casi non si tratta di fenomeni di resistenza intrinseca, cioè caratteristica del microrganismo, quanto piuttosto di adattamenti che fanno sì che venga limitata sia la penetrazione del biocida all’interno della matrice del biofilm che la sua azione chimica in seguito all’inattivazione da parte della matrice polisaccaridica del biofilm stesso. Quando un biofilm si stacca da una superficie, i microrganismi possono essere dispersi nell’ambiente. Nel settore delle carni il problema dei biofilm è piuttosto comune e può portare a contaminazione della carne cruda in seguito ad una pulizia inadeguata. Per esempio, è stato dimostrato che il pollame può venire

contaminato da microrganismi quali Salmonella, Campylobacter, Yersinia Enterocolitica, Staphylococcus aureus e Listeria monocytogens in seguito al contatto con biofilm microbici.

Per minimizzare e controllare la contaminazione microbiologica degli alimenti è necessario avere sotto controllo il livello igienico degli ambienti di lavorazione: i microrganismi presenti, infatti, possono mettere a rischio la salubrità dell’alimento e quindi la sicurezza del consumatore; possono inoltre condizionare in modo negativo aspetti organolettici e di shelf life. In utensili e superfici di lavoro, microrganismi alterativi e patogeni possono trovare numerose nicchie di sviluppo e proliferazione persistendo nell’ambiente, riuscendo a resistere, in situazioni particolari, anche alle normali condizioni di lavaggio e disinfezione.

Mi preme sottolineare che, quando si parla di batteri, generalmente il pensiero corre al singolo organismo dalla forma quanto mai varia e originale che può entrare nel nostro organismo e creare una serie di problematiche difficili da gestire nell’immediato. Molti sanno che i batteri si riproducono molto velocemente nelle giuste condizioni e che quindi possono diventare numerosissimi in poco tempo, pochi però considerano che, come noi, i batteri sono esseri “sociali”. La loro socialità è sicuramente di tipo particolare ma è ben definita proprio dal fenomeno del biofilm e non si tratta di una mera questione di crescita numerica.

Un biofilm non è altro che una sorta di comunità di batteri. È forse esagerato parlare di “comunità batterica”?

Questo fenomeno ha la sua peculiare caratteristica nella produzione, che comincia anche poche ore dopo l’adesione dei batteri ad una superficie o matrice organica (in particolare quelle dell’industria degli agro – alimenti, ma anche altre di interesse clinico come protesi, cateteri ecc.), di una sorta di involucro biologico (biofilm appunto) che ingloba al suo interno i batteri e cresce con loro. Questo involucro garantisce ai microrganismi maggiori capacità di sopravvivenza ambientale e protezione dai fattori esterni.

Il biofilm è considerato una problematica di grande importanza, strettamente legata alle procedure di sanificazione, per diversi motivi tecnologici e di sicurezza alimentare:

Ø  costituisce un potenziale “serbatoio” di microrganismi alteranti e patogeni (soprattutto dei generi Pseudomonas, Staphylococcus, Enterobacter, Corynebacterium, Listeria monocytogenes, lieviti);

Ø  il distacco imprevedibile di cellule dal biofilm è causa di contaminazioni irregolari e incontrollabili durante la produzione;

Ø  la sua particolare struttura gli conferisce una schermatura totale;

Ø  la sua formazione genera una resistenza allo scorrimento dei fluidi e un aumento della rugosità delle superfici;

Ø  è in grado di compromettere le performance termiche di impianti (es.: scambiatori) e di filtrazione (nel caso di filtrazione a membrana) inficiando le rese;

Ø  favorisce la corrosione delle superfici (bio-corrosione).

Nell’industria lattiero-casearia le attrezzature non sufficientemente sanificate e la microflora presente nell’aria confinata sono le più frequenti fonti di contaminazione del latte e dei prodotti lattiero-caseari. Molto spesso le linee di questo tipo di industria vengono sanificate attraverso procedure CIP (Cleaning In Place), il cui limite è tuttavia quello di permettere l’accumulo di microrganismi sulle superfici, il che può portare alla formazione di biofilm. L’effetto conseguente di ciò è la contaminazione post-processo, oppure la trasmissione di patogeni attraverso gli aerosol che si producono durante la sanificazione delle superfici. Altre fonti di contaminazione coinvolte nell’accumulo di biofilm possono essere i pavimenti, le tubazioni delle acque reflue, le curve a gomito nelle tubature, le guarnizioni in gomma e in teflon, i nastri trasportatori e le superfici in acciaio inox. Di recente nell’industria alimentare si è cominciato a far uso di tecnologie quali: l’ultrafiltrazione e l’osmosi inversa per il trattamento degli alimenti e per i processi a carico delle acque reflue. La formazione di biofilm in questo tipo di impianti può provocare delle significative riduzioni del flusso del liquido trattato e una decadenza generale delle performance delle membrane.

In conclusione, da prassi mantenere delle buone condizioni igienico sanitarie delle attrezzature dell’intera filiera di trasformazione del comparto agro alimentare e non, fa sì che si riduca notevolmente il proliferare di batteri e di conseguenza la formazione di questi biofilm, che hanno come conseguenza oltre l’alterazione degli alimenti anche la riduzione degli effetti ossidativi nelle apparecchiature.