Alimentos, Meio ambiente

Biofilmes

O que são biofilmes?

Estratégia de defesa de micro-organismos para sobrevivência em condições adversas: formação de uma comunidade complexa e estruturada de micro-organismos, envoltos por uma matriz extracelular de polissacarídeos, aderidos entre si a uma superfície ou interface.

Não existe uma definição exata de biofilme, porém existe um consenso de que ocorram duas etapas na formação dos biofilmes, sendo a 1ª etapa reversível e a 2ª etapa irreversível.

Etapas

Adesão reversível:
– Interação inicial e fraca entre a bactéria e o substrato são facilmente removidas pela aplicação de forças mínimas

Adesão irreversível:
– Interações forte por EPS entre a bactéria e o substrato

Exopolissacarídeo (EPS) = material polimérico extracelular ou glicocálix

EPS é produzido pelos micro-organismos e são compostos por polissacarídeos, proteínas, ácidos nucleicos, lipídios, fosfolipídios e substâncias húmicas; protege as células contra estresses mecânico, irradiações, variações de temperatura, agentes químicos utilizados nos procedimentos de higienização, agentes antimicrobianos

  • Presença de poros e canais à circulação de água, presença de oxigênio e nutriente no interior do biofilme: permite a multiplicação de micro colônias
  • Micro-organismos aderidos são capazes de produzir mais EPS o que facilita a ancoragem de outras células e protegem a comunidade do ambiente

Quais os fatores que influenciam na formação de biofilmes?

Tipo de alimento produzido:

Rico em nutrientes favorece o desenvolvimento bacteriano e consequentemente a formação de biofilme: orgânico (proteína e gordura) e/ou inorgânico (minerais)

Características do ambiente de produção:
– Presença de oxigênio: maioria das superfícies de equipamentos e utensílios estão em contato com o ar atmosférico
– Temperatura: maior formação de biofilme na temperatura ótima de crescimento de pelo menos um dos micro-organismos envolvidos no biofilme
– Tempo:  a adesão do micro-organismo pode ocorrer a partir de 20 minutos de contato, a etapa de maturação leva em média 3 a 6 dias (chegando até 10 dias)  e o desprendimento espontâneo: 9 a 12 dias (Oliveira et al., 2010)
– pH: afeta o crescimento e multiplicação dos micro-organismos e interfere na produção de flagelos que é importante na formação do biofilme

Características das superfícies: composição, rugosidade, porosidade, hidrofobicidade, carga elétrica superficial,etc

Quais as causas do desprendimento das bactérias do filme?

  •   Espontâneo por envelhecimento
  •   Por estresse na estrutura do biofilme: a própria limpeza mecânica ou por pressão de ar ou de água, pode levar ao desprendimento.

Quais as consequências do desprendimento das bactérias do filme?
Contaminação chamada de “fantasma”:

  •   Contaminação do alimento que está sendo processado
  •   Colonização de outras regiões, dando origem a um novo biofilme em uma nova superfície

Pesquisa da Unicamp com financiamento da Fapesp.
Pesquisadores Monica A. Costa, Alessandra Alves de Souza e Carlos Lenz Cesar

Onde se formam os biofilmes?
Locais de difícil higienização

Quais os materiais passíveis de formação de biofilmes?
Aço inox, borracha, nylon, teflon, alumínio, PVC, vidro, mármore, poliuretano, etc

Quais micro-organismos envolvidos na formação de biofilmes?
Quase todos os micro-organismos em condições favoráveis podem formar-se biofilmes de uma espécie (monoespécie) ou várias (multiespécie).

Quais as consequências dos biofilmes na Indústria de Alimentos?

  •   Aumento da resistência à sanitizantes
  • Entupimento de membranas e filtros: aumento da resistência de fluxo do líquido (maior demora no processo) e aumento da transferência de calor (maior gasto de mais energia)
  • Processos corrosivos em tubulações e equipamentos (biofilme favorece crescimento de bactérias redutoras de sulfato que causam biocorrosão)
  • Contaminação de alimentos (deteriorantes e patogênicos)

Quais os impacto dos biofilmes na Indústria de Alimentos?

  •  Perdas de energia
  •  Despesas com manutenção e troca de peças
  •  Perdas econômicas devido a deterioração do produto
  •  Diminuição da qualidade dos produtos
  •  Fonte crônica de contaminação por patógenos
  •  Risco à saúde do consumidor

Como prevenir e controlar os biofilmes?

  • Controle de qualidade BPF/POP/APPCC
  • Mínimo de contaminação na linha de processamento
  • Cuidados para não haver recontaminação
  • Treinamento dos funcionários
  • Higienização frequente
  • Revezamento de sanitizantes
  • Técnicas de monitorização (inspeção visual, análise microbiológica)
  • Design de equipamentos
  • Tipo de material (fácil higienização e que não promova corrosão
  • Equipamentos desmontáveis facilmente ou que não necessitem ser desmontados
  • Higienização frequente

Limpeza: detergente alcalino ou neutro para remoção de matéria orgânica, detergente ácido para remoção de incrustações minerais ou de alimentos com elevado teor de resíduo mineral

Sanitização: Química com hipoclorito de sódio, ácido peracético, biguanida, quaternário de amônio, iodóforos, peróxido de hidrogênio, etc e/ou Física com UV, ozônio, água quente, vapor, etc

 

Por que realizar as etapas de limpeza e sanitização corretamente?

Superfícies higienizadas incorretamente fornecem substrato para a formação de novos biofilmes por: re-adesão, matriz de EPS pode reagir e inativar o sanitizante, utilização inadequada pode promover a seleção de bactérias mais resistentes.

Quais os desafios no controle de biofilmes?

  • As células dos micro-organismos em micro-colônias são de 500 até 1000 vezes mais resistentes do que as células solitárias.
  • Biofilmes multi-espécies: uma espécie protege as outras durante a aplicação de agentes químicos.
  • Esporos bacterianos: tornam o biofilme ainda mais resistente à ação de agentes sanitizantes

Depois de formados, qual a melhor forma de remover os biofilmes?

  • Uso de enzimas em detergentes: protease, lipase, celulase, amilase, dentre outras

As enzimas promovem a ruptura da matriz de EPS, facilitando a ação do sanitizante sobre os micro-organismos; devido a heterogeneidade de EPS recomenda-se o uso de uma mistura de enzimas para remoção da matriz do biofilme.

  • Uso de Biossurfactantes.

São subprodutos metabólicos de bactérias, fungos filamentosos e leveduras que apresentam propriedades de diminuir a tensão superficial e tem alta capacidade emulsificante. São biodegradáveis, tem baixa toxicidade, são estáveis em pH, temperatura, concentrações de sal extremos

  • Alteração de superfície pela adição de íons de prata e de cobre

Esse metais possuem propriedades antimicrobianas, reduzem a corrosão, alteram as características físico-químicas da superfície dificultando a adesão de micro-organismos  e formação de biofilme

  • Dicloridrato de octenidina

Composto carregado (+) que se liga na membrana da célula bacteriana carregada (-) causando danos na membrana e levando a morte celular utilizado para combate de placa dental

Quais  enzimas podem ser utilizadas para a remoção de biofilmes?

  • N-acil homoserina lactonases e acilases
  • DNase
  • amilase, alginato liase, celulase, lisozima
  • proteases
  • Enzimas antimicrobianas: lizosima, papaína, bromelina, etc.

Quais as vantagens do uso de enzimas?

  • Não promovem a seleção de bactérias
  • Podem agir como detergente e como sanitizante (dependendo da enzima)
  • Possuem status “verde”
  • Redução do uso de água e de produtos químicos

Quais as desvantagens do uso de enzimas?

  • Ação dependente de pH e Temperatura
  • Requer tempo prolongado de ação
  • Custo
  • Estabilidade
  • Inativação necessária ante do descarte

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