L’igiene alla base della qualità alimentare

Nella prima parte di questo articolo abbiamo parlato dell’importanza dell’igiene nella produzione alimentare e di come le procedure di sanificazione siano fondamentali per perseguire la Qualità e la Sicurezza alimentare. Ci siamo soffermati sulla teoria dell’igiene e sulle caratteristiche base di un processo di sanificazione opportuno. Proseguiamo entrando nel dettaglio e descrivendo i passaggi fondamentali delle procedure di sanificazione.

Sanificazione step by step
Per ottenere una sanificazione ottimale è necessario procedere per step secondo passaggi ben definiti che assicurino: a) il contatto tra soluzione lavante e sporco, b) la penetrazione del detergente e disgregazione dello sporco, c) la dispersione dei residui disgregati di sporco in soluzione, d) la prevenzione della rideposizione e l’allontanamento definitivo dello sporco.
A questo scopo, la prima fase di detersione può essere scomposta in 5 fasi: a) risciacquo iniziale, per l’asportazione di sporco organico/inorganico meno adeso alle superfici; b) detergenza alcalina, per la solubilizzazione e l’asportazione dello sporco organico (lipidi, proteine e carboidrati); c) risciacquo intermedio, per rimuovere lo sporco solubilizzato e i residui dei detergenti utilizzati; d) detergenza acida, per la rimozione dei residui minerali originati da alimenti e acqua (disincrostazione); e) risciacquo finale, a completamento della fase di detergenza, per allontanare definitivamente lo sporco e i detergenti residui. Successivamente alla detersione, segue la disinfezione con altre 4 fasi: a) risciacquo iniziale; b) distribuzione del principio attivo disinfettante; c) azione del principio attivo secondo il proprio tempo di contatto necessario; d) risciacquo finale (ove previsto).

Tecniche operative della sanificazione
La sanificazione nell’industria alimentare può essere gestita con differenti tecniche a seconda del tipo di produzione e di impiantistica. A partire dalle procedure più semplici, quelle manuali (spesso più a rischio per la non completa standardizzabilità), passando per quelle a pressione, per mezzo di prodotti schiumogeni per la sanificazione di ampie superfici, fino a quelle completamente automatizzabili (CIP – clean in place, tunnel di lavaggi, COP – clean out of place), in cui tutti i parametri di cui in precedenza abbiamo parlato possono essere controllati e standardizzati (temperatura, azione meccanica->pressioni di impatto, concentrazione del detergente->conducibilità, ecc…).
In un sistema di sanificazione CIP (clean in place) specifico per impianti alimentari che prevedono serbatoi e tubazioni difficili da raggiungere, per esempio, sarà necessario ottimizzare la velocità del liquido (detergente o sanificante a seconda della fase) per esercitare una turbolenza adeguata allo sviluppo di una forza meccanica in grado di rimuovere lo sporco o i residui; la portata del liquido stesso sarà mantenuta sotto controllo per generare una efficace pressione di impatto; la temperatura sarà adeguata alla fase di detergenza/disinfezione in base anche al prodotto utilizzato, così come per la conducibilità della soluzione, specialmente se si sta parlando della fase di disinfezione in cui è necessario garantirne l’efficacia e valutare il recupero o lo scarico.

L’acqua
Un capitolo intero andrebbe destinato all’importanza dell’acqua nei processi di sanificazione. Essa è parte fondamentale di tutto il processo, dalle fasi pre-durante e post detergenza e disinfezione. Spesso se ne trascurano erroneamente caratteristiche che influenzano negativamente la procedura o che potrebbero portare a un danno gli impianti. Tra le tante possiamo citare la durezza, ovvero il contenuto totale di ioni di calcio e magnesio, che alla lunga danno luogo alla formazione di calcare con incrostazioni che diminuiscono il potere detergente dei prodotti e per i quali vi è la necessità di ricorrere ad additivi sequestranti. Queste sostanze controllano e stabilizzano i cationi polivalenti presenti in soluzione agendo quindi sulla durezza dell’acqua. Tra di esse ricordiamo, per esempio, i polifosfati e i fosfonati. Importanti risultano anche la salinità, l’alcalinità, la conducibilità, il pH. I solfati e i silicati sono causa di depositi e nel caso di questi ultimi, come per i cloruri, anche di fenomeni di corrosione degli impianti. Sostanze come i colloidi e in generale tutte quelle che possono dar luogo a depositi possono favorire la formazione dei biofilm, pertanto la loro presenza va tenuta sotto controllo.

Un piano di sanificazione efficace deve essere redatto, validato e monitorato
Per far sì che le procedure di sanificazione siano correttamente applicate e ottengano i risultati desiderati, è necessario che, a monte, vi sia uno studio puntuale di tutte le fasi e che il piano di sanificazione sia redatto con l’ausilio di una planimetria riportante il layout produttivo, con tutti i dati necessari per avere sempre sotto controllo i lavori da effettuare. Tale piano dovrà contenere anche le schede tecniche e di sicurezza dei prodotti e riporterà le seguenti informazioni:

• identificazione dell’area / fase di produzione
• identificazione dell’attrezzatura (macchinari, utensili, pavimenti e pareti)
• identificazione delle operazioni
• frequenza
• identificazione dei prodotti utilizzati e loro gestione (concentrazione, tempi di contatto, temperature d’utilizzo)
• modalità/sistema utilizzato (impianti ad alta/bassa pressione acqua calda/fredda, sistema di diluizione prodotti, sistema di erogazione prodotti, ecc…).

La validazione
Dopo aver effettuato l’analisi e redatto il piano sarà necessario applicarlo e definire opportune procedure di addestramento degli operatori che dovranno effettuare i lavori. Una volta redatto e applicato sarà necessario validare il piano di sanificazione definendo i parametri standard di conformità che si vogliono ottenere e quali strumenti saranno utilizzati per misurarli.
Possiamo distinguere tre tipi di parametri:

• quelli visibili, come l’odore, la vista e il tatto;
• quelli microbiologici, tra cui la CBT (carica batterica totale), la presenza di patogeni, altri indicatori biologici di pulizia;
• parametri chimici, cioè l’assenza di residui di prodotti utilizzati.

La validazione sancisce che la pianificazione e la conseguente messa in opera delle operazioni di sanificazione assicurano il raggiungimento degli obiettivi prefissati.

Il monitoraggio
Per valutare e garantire il risultato delle operazioni di pulizia, il monitoraggio deve essere eseguito a monte delle operazioni produttive (in fase pre-operativa). Esso può prevedere una registrazione anche in fase operativa per accertare l’andamento della lavorazione e la conformità degli ambienti e delle attrezzature. Per il monitoraggio vengono utilizzati metodi di analisi differenti a seconda della necessità, che riassumiamo qui in: metodi microbiologici convenzionali (conte su piastra, tamponi, piastre a contatto, ecc…); metodi rapidi (ATP test, Protein test, ecc…); test per residui chimici; test per allergeni.

 Criticità in sanificazione
Alcuni fattori possono limitare l’attività biocida dei prodotti disinfettanti, per esempio la natura del substrato (superfici di lavoro o superfici di attrezzature in genere non perfettamente levigate, porose, irregolarità di superficie o angoli morti) o le non corrette proprietà tensioattive delle stesse soluzioni disinfettanti.
Procedure di sanificazione errate o incomplete sono la principale causa di sopravvivenza di microrganismi che, organizzati in comunità, sono in grado di comunicare (cell-to-cell comunication) attraverso molecole segnalatrici definite “Autoinduttori” (AHL acil-omoserina-lattoni) se presenti in quantità sufficienti.
Questa capacità è definita “quorum sensing”: comunicare per mettere in atto efficaci reazioni di difesa contro le aggressioni esterne rappresentate per esempio dai principi attivi microbicidi.
I microrganismi rimasti illesi da una sanificazione scorretta attuano strategie adattative per resistere alle aggressioni esterne per mezzo di resistenze batteriche apparenti (soprattutto in caso di sottodosaggio dei principi attivi) e formazione di biofilm batterici (soprattutto in caso di presenza sul substrato di residui proteici).

Il biofilm
Il biofilm è una pellicola viscosa che aderisce alle superfici destinate al contatto con gli alimenti. Esso si può sviluppare su sistemi di raffreddamento, tubazioni alimentari, strumenti chirurgici, filtri a membrana, superfici aperte, ecc…
É composto da lieviti, batteri e polimeri organici (EPS: eso-poli-saccardi), ovvero conglomerati polimerici costituti essenzialmente di proteine, polisaccaridi, glicoproteine e acidi nucleici. Costituisce nello stesso tempo la protezione dei microrganismi dagli eventi esterni e riserva di nutrimento, una “trappola” per la materia organica e minerale e un solido punto di ancoraggio per microrganismi ospiti.
La formazione di un biofilm è un fenomeno del tutto naturale che si realizza quando microrganismi e superfici su cui possono aderire vengono tra di loro a contatto. La presenza di sostanze nutrienti derivati dagli alimenti che sono stati a contatto con la superficie interessata contribuisce a questa formazione e la favorisce, sebbene sia stato dimostrato che per dare origine a un biofilm è sufficiente anche solo la minima frazione di sostanza organica presente nell’acqua potabile. Come già accennato, la struttura di un biofilm si definisce essenzialmente come un insieme di microrganismi adeso a un substrato e incapsulati in una matrice amorfa polisaccaridica adesiva (definita anche glicocalice) che viene secreta dalle cellule stesse. Il processo di adesione batterica che porta all’insediamento del biofilm parte da un supporto glicoproteico chiamato “film condizionante”, la cui formazione richiede come condizioni essenziali la presenza di una superficie a cui aderire con presenza anche minima di sostanze nutrienti (residui proteici soprattutto) e acqua libera (substrato umido).

La formazione di un biofilm passa attraverso cinque stadi che possiamo qui descrivere brevemente come:

1. Colonizzazione primaria della superficie da parte di alcune cellule planctoniche.
2. Adesione reversibile allo strato glicoproteico dei colonizzatori primari (cellule microbiche planctoniche) mediante cariche elettriche superficiali, forze di Van Der Waals e attrazioni elettrostatiche, con successivo potenziamento della adesione (adesione irreversibile) e cattura di altre cellule planctoniche, colonizzatori secondari.
3. Accumulo di esopolisaccaridi con formazione della matrice polimerica amorfa (EPS o struttura a glicocalice)
4. Successiva formazione del biofilm maturo.
5. Distacco dall’aggregato batterico di singole cellule prive di esopolisaccaridi in maniera casuale in grado di colonizzare siti vicini per costituire nuovi biofilm.

Questo fa sì che il biofilm rappresenti una potenziale fonte di contaminazione costante in quanto da esso possono distaccarsi in modo casuale parti di materiale contaminato in grado di dar vita a nuove formazioni. Gli studi sinora condotti portano a concludere che i biofilm possono formarsi su qualunque tipo di superficie presente nell’industria alimentare, in particolar modo i pavimenti, i chiusini di scolo delle acque, i nastri trasportatori e tutte le superfici interne degli apparecchi e degli impianti di lavoro al cui interno si possa avere accumulo di sostanza organica.
Biofilm sono stati riscontrati su superfici a contatto con alimenti come guarnizioni, nastri trasportatori, pastorizzatori e attrezzature con fessure e spazi morti. Queste zone spesso sono difficili da raggiungere durante la pulizia e la sanificazione creando così condizioni ideali per lo sviluppo di biofilm. Anche le superfici corrose, rotte, fessurate, come già accennato, trattengono particelle di cibo e costituiscono siti ideali per permettere la formazione del biofilm (Sofos, 2009).
Sulle superfici sottoposte a regolari procedure di detersione e sanificazione, la massima densità microbica che si può raggiungere all’interno di un biofilm è circa 107 ufc/cm2. Per quanto riguarda i microrganismi più diffusi all’interno dei biofilm in varie industrie alimentari possiamo annoverare soprattutto Pseudomonas, Staphylococcus, Enterobacter, Corynebacterium, Listeria monocytogenes, Lieviti, ecc… e dunque sia saprofiti alteranti sia patogeni.
Il biofilm va considerato dunque una delle problematiche più importanti legate alle procedure di sanificazione, per diversi motivi tecnologici e di sicurezza alimentare:

• è causa di contaminazioni irregolari e incontrollabili durante la produzione;
• casi di contaminazione delle acque durante l’utilizzo (linee acqua) non sono rari;
• possiede una resistenza alla disinfezione attraverso la neutralizzazione dei biocidi;
• genera una resistenza allo scorrimento dei fluidi e un aumento della rugosità delle superfici;
• è in grado di compromettere le performances termiche di impianti (es.: scambiatori) e di filtrazione (nel caso di filtrazione a membrana);
• favorisce la corrosione delle superfici (bio-corrosione);
• costituisce un potenziale “serbatoio” di microrganismi alteranti e patogeni.

Rimozione del biofilm
Per combattere l’instaurarsi di biofilm nell’industria alimentare vi sono alcune strategie di intervento che prevedono l’uso di batteriocine, piccoli peptidi prodotti da determinati microrganismi, che inibiscono la crescita o uccidono specie correlate o ceppi differenti della stessa specie (es.: nisina) e di miscele di enzimi (alfa amicasi e beta glucanasi in primis) capaci di digerire i polimeri extracellulari di cui è formata la matrice del biofilm. Nella prossima parte di questo articolo tratteremo la parte relativa ai detergenti enzimatici e al loro utilizzo per la rimozione efficace dei biofilm nell’industria alimentare, focalizzando l’attenzione ad alcuni interessanti casi studio.

* PhD, Tecnologa Alimentare-Consulente