Cosa sono i biofilm?
I biofilm sono colonie di microrganismi unite tra loro, incorporate in una matrice extracellulare e adese ad un substrato solido. Rappresentano per i batteri un perfetto sistema strategico, poiché forniscono stabilità e protezione in un ambiente umido e ricco di sostanze nutritive.
È un meccanismo di difesa utilizzato dai microorganismi contro il loro ambiente.
Per di più, la matrice si comporta come una protezione che facilita la sopravvivenza nei confronti degli agenti esterni, come i disinfettanti e altri prodotti.
A causa dei rischi di una contaminazione crociata, è importante rilevarli e rimuoverli dalle superfici di lavoro dove vengono manipolati i prodotti alimentari.
Fasi della formazione
Adesione. In condizioni favorevoli, i microrganismi rimangono su una superficie e iniziano ad aderirvi.
Colonizzazione. Le singole cellule microbiche creano colonie. A questo punto il processo di adesione diventa irreversibile.
Formazione. Le cellule microbiche iniziano a produrre la matrice extracellulare, dando vita a un biofilm maturo.
Crescita. Per trasportare acqua e sostanze nutritive, si formano all'interno della matrice del biofilm interstizi e canali.
Dispersione. Frammenti di biofilm si staccano e si vanno ad attaccare ad altre superfici, facilitando così l'espansione del biofilm.
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Factores de formación de los biofilms
Ci sono diversi fattori coinvolti nello sviluppo di un biofilm:
1. Caratteristiche della superficie di contatto
Il substrato influenza l’adesione. Così ad esempio, i batteri tendono ad aderire alle superfici idrofile creando un unico strato uniforme, mentre formano aggregazioni su superfici idrofobiche.
2. Tempo di contatto
Un tempo di contatto più lungo tra le cellule e il substrato comporta la creazione di un numero maggiore di legami. Oltre a ciò l'adesione col tempo diventa irreversibile.
Altri fattori come le condizioni ambientali, il tipo di microrganismo, il substrato e la pressione sulle superfici di lavoro o sulle attrezzature, possono avere un impatto considerevole sulla formazione di un biofilm.
3. Caratteristiche microbiche
Anche le caratteristiche della superficie cellulare come flagelli, pili, proteine di adesione e capsule possono influenzare il processo. I pili agiscono come un velcro per ancorare i batteri su alcune superfici. Possono anche agire come chemiorecettori, indirizzando i batteri verso siti specifici.
4. Disponibilità di nutrimento
Le sostanze nutritive hanno una grande influenza sulla struttura e composizione del biofilm. Alcuni progetti di ricerca effettuati su biofilm di Listeria hanno rivelato che bassi livelli di fosfato favoriscono lo sviluppo del biofilm, sebbene l'effetto diminuisca dopo pochi giorni.
5. Composizione della comunità microbica
I biofilm multispecie mostrano uno spessore maggiore e sono più stabili ai fattori ambientali rispetto a quelli con una sola specie.
6. Disponibilità di acqua
Questo è un fattore cruciale per lo sviluppo del biofilm in quanto un'umidità relativa compresa tra il 90 e il 100% ne facilita la crescita.
Pertanto, la maggior parte dei biofilm si trova in ambienti acquosi, come ad esempio le tubazioni nelle industrie lattiero-casearie.
Tuttavia, anche valori intorno al 70-80% si sono rivelati sufficienti per lo sviluppo del biofilm. Ciò indica che ambienti con un'elevata umidità relativa (ad esempio gli spray) possono aumentare significativamente il rischio di formazione.
Composizione
I biofilm comprendono cellule microbiche, come batteri e funghi, e una matrice extracellulare. La matrice rappresenta l'80% della composizione del biofilm ed è costituita da esopolisaccaridi, con canali interni per la circolazione dell'acqua, enzimi, nutrienti e rifiuti.
Si sviluppano su superfici che ne favoriscono l'adesione (porose, graffiate o ruvide) o che sono state sottoposte ad un programma di lavaggio e disinfezione inefficace.
Inoltre forniscono una funzione protettiva ai microrganismi che ospitano, riducendo l'efficacia dei trattamenti di disinfezione.
Rischi
La presenza di biofilm nell'industria alimentare è tanto comune quanto preoccupante.
La loro presenza sulle line produttive, rappresenta un rischio importante per la sicurezza alimentare e può anche causare problemi operativi ai sistemi gestionali e alle apparecchiature.
Le condizioni ambientali che si possono trovare all'interno di uno stabilimento favoriscono in molti casi la presenza di svariate forme microbiche. Ciò facilita lo sviluppo di biofilm multispecie, che possono ospitare microrganismi patogeni, come Listeria monocytogenes, Salmonella, o Pseudomonas aeruginosa.
Principali problemi
- La contaminazione degli alimenti o prodotti, abbassano la qualità e riducono la shelf life.
- Infezioni da microrganismi patogeni.
- Intasamento delle tubazioni, con conseguente riduzione della velocità di flusso e aumento dei costi energetici.
- Intasamento e deterioramento delle membrane, con conseguente riduzione della permeabilità.
- Riduzione del trasferimento di energia ed efficienza energetica.
- Corrosione delle superfici metalliche quando i batteri solfato riduttori o acido riduttori crescono nel biofilm.
Controllo
- Prevedere e identificare dove possono formarsi i biofilm: luoghi con presenza di acqua, materia organica e microrganismi contaminanti. Luoghi caratterizzati da scarsa pulizia e disinfezione.
- Implementare strategie per prevenire la formazione di un nuovo biofilm.
- Ottimizzare i programmi di pulizia e disinfezione per rimuoverli.
- Alternare l'uso di prodotti chimici per evitare che i microrganismi si adattino ad essi.
- Ispezione visiva e microbiologica dei macchinari e delle attrezzature dopo il lavaggio.
- Verificare regolarmente l'efficacia dei metodi di lavaggio e disinfezione.
