Biofilm – Ständige Quelle von Mikroorganismen und potenziellen Krankheitserregern

Was ist Biofilm?

Biofilme sind komplexe Gemeinschaften von Mikroorganismen, die an Oberflächen haften und von einer Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) umgeben sind.
EPS spielt eine entscheidende Rolle bei der Bildung, der Stabilität und dem Schutz von Biofilmen.
Abhängig von den Umweltbedingungen kann ein Biofilm aus Listeria monocytogenes, Bacillus cereus und Mykosen, Salmonella spp, Campylobacter, Pseudomonas aeruginosa, Leuconostoc oder Cronobacter (Enterobacter sakazakii), die die Biofilm-Matrix (organische Polymere, Polysaccharide, Proteine, DNA, Lipide usw.) aufbauen, und anderen (pathogenen) Mikroorganismen, Phagen, verderblichen Enzymen, Sporen, Schimmelpilzen und Hefen, die innerhalb der Matrix leben.
Dank dieser Struktur sind Biofilme weitaus resistenter gegen biozide Substanzen als die gleichen Bakterien in einem flüssigen Medium.
Diese komplexe Konstruktion gewährleistet das Überleben auch unter extremen Bedingungen.

Die 3 Stadien des Biofilms

1. Adhäsion/Attachment In dieser Phase kommen einzelne Mikroorganismen zum ersten Mal mit einer Oberfläche in Kontakt und beginnen, an ihr zu haften.
Diese erste Anhaftung ist reversibel und schwach.
Die Mikroorganismen können Geißeln, Pili oder andere Anhängsel verwenden, um die Anhaftung zu erleichtern.
Wenn sich mehr Mikroorganismen ansammeln und an der Oberfläche anhaften, beginnen sie, extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) zu produzieren, die eine schützende Matrix um den Biofilm bilden.

2. Akkumulation/Reifung Während sich der Biofilm weiterentwickelt, beginnen die Mikroorganismen innerhalb der Biofilmgemeinschaft zu wachsen und sich zu vermehren.
Die EPS-Matrix wird immer umfangreicher und komplexer und verleiht dem Biofilm strukturelle Stabilität.
Die Mikroorganismen innerhalb der Biofilm-Gemeinschaft beginnen durch einen Prozess namens Quorum Sensing zu kommunizieren, bei dem sie Signalmoleküle freisetzen, um ihr Verhalten zu koordinieren.
Diese Kommunikation trägt zur Regulierung der Genexpression bei und führt zur Bildung spezialisierter Mikroumgebungen innerhalb des Biofilms.
In dieser Phase wird der Biofilm sehr resistent gegen antimikrobielle Wirkstoffe und die Immunantwort des Wirts.

3. Dispersion Die Dispersionsphase, in der sich die Mikroorganismen innerhalb des Biofilms vom Biofilm lösen, kann grob in aktive und passive Dispersion unterteilt werden.
Passive Dispersion liegt vor, wenn sich Teile des Biofilms aufgrund physikalischer Kräfte oder der Umweltbedingungen auf natürliche Weise ablösen.
In der Phase der aktiven Ausbreitung erfahren einige Mikroorganismen innerhalb des Biofilms physiologische Veränderungen und leiten den Prozess der Ablösung vom Biofilm ein.
Dazu gehört die Produktion von Enzymen und Tensiden, die dazu beitragen, dass sich einzelne Mikroorganismen oder Zellverbände vom Biofilm lösen.
Sobald die Mikroorganismen dispergiert sind, können sie neue Oberflächen besiedeln und die Bildung neuer Biofilme einleiten.

Die Fähigkeit von Biofilmen, sich auszubreiten, ist eine wichtige Überlebensstrategie für die Mikroorganismen innerhalb des Biofilms. Er ermöglicht es ihnen, neue Umgebungen zu besiedeln oder ungünstigen Bedingungen zu entkommen. Der Biofilm ist also eine ständige Quelle der Kontamination, da er unvorhersehbar Mikroorganismen freisetzt.

Biofilm in der Lebensmittelindustrie

Die wirtschaftlichen Verluste, die durch Biofilm verursacht werden, sind enorm.
47% der Rückrufe von Lebensmitteln stehen im Zusammenhang mit Biofilmen, 1,3 Milliarden Tonnen Lebensmittel landen aufgrund von Kontaminationen im Abfall und die direkten finanziellen Auswirkungen (Rücksendung und entgangener Umsatz) belaufen sich auf durchschnittlich 30 Millionen Euro.
In den USA gibt es jede Woche 30 Rückrufe, wobei 27% auf nicht deklarierte Allergene, 27% auf Salmonellen, 10% auf Listerien, 10% auf nicht deklarierte Stoffe und 26% auf andere Gründe zurückzuführen sind. [1, 2, 3] Biofilme sind also ein wichtiges Thema für die Lebensmittelindustrie, da sie sich direkt auf die Lebensmittelsicherheit und -eignung auswirken.
Biofilm wirkt sich auch auf die Anlagen aus: Er kann den Durchfluss von Flüssigkeiten in den Leitungen und CIP-Anlagen behindern, indem er die Rauheit der Oberflächen erhöht.
Die Schleimbildung verringert die thermische Leistung in Wärmetauschern.
Es kann auch zu Gas- und Geruchsentwicklung kommen.
Biofilm korrodiert auch Metalloberflächen, was zur Freisetzung von Mikropartikeln und Legierungselementen führen kann.

Biofilm im Wassersystem

Biofilme wachsen leicht in Pflanzenwassersystemen, da sie viele Verästelungen enthalten und schwer zu reinigen sind, was es dem Biofilm erleichtert, sich an den nassen Oberflächen des Wasserverteilungssystems festzusetzen.
Unter diesen Umständen beeinträchtigen die Bakterien die Wasserqualität und können auch Korrosion verursachen.
Um ihre Entwicklung zu verhindern, wird das Trinkwasser behandelt und seine Qualität sollte überwacht werden.
Kersia bietet Lösungen für die Entfernung bestehender Biofilme durch die Anwendung spezifischer enzymatischer Produkte, die die Matrix, die den Biofilm schützt, hydrolysieren, organische Materialien abbauen und Mineralboden und Polysaccharide auflösen.

Biofilm auf Bauernhöfen

Biofilme sind in landwirtschaftlichen Betrieben an verschiedenen Stellen zu finden, da sie sich auf einer Vielzahl von Oberflächen entwickeln können, auf denen Wasser, Nährstoffe und Mikroorganismen vorhanden sind.
Einige häufige Orte, an denen Biofilme auf Bauernhöfen zu finden sind, sind:

  • Wassersysteme: Biofilme bilden sich oft in Wasserverteilungssystemen, wie Bewässerungsrohren, Schläuchen und Tanks, wo der Wasserfluss langsam ist oder stagniert.
  • Tierhaltungsanlagen: Biofilme können sich auf Oberflächen in Tierställen bilden, wie z.B. auf Futtertrögen, Tränken und Wänden, wo organische Materialien eine Nährstoffquelle für mikrobielles Wachstum bieten.
  • Gülleverarbeitungssysteme: Biofilme können sich in Güllelagern bilden, einschließlich Gruben, Lagunen und Rinnen, in denen sich organische Stoffe aus tierischen Abfällen befinden.
  • Silos und Lagerbehälter: Landwirtschaftliche Lagerstrukturen können ebenfalls Biofilme auf Oberflächen beherbergen, die mit gelagertem Getreide, Futtermitteln oder anderen organischen Materialien in Berührung kommen.

Die Verhinderung der Biofilmbildung ist von entscheidender Bedeutung, um die Gesundheit der Tiere und die Produktivität der landwirtschaftlichen Umgebung zu erhalten und die Einschleppung von (lebensmittelbedingten) Krankheitserregern in die Nahrungskette zu vermeiden.

Biofilmkontrolle – ein methodischer Ansatz

Biofilm-Kontrolle – ein kritischer und methodischer Ansatz, der für die Aufrechterhaltung von Sauberkeit und Hygiene in allen Branchen unerlässlich ist – vom Bauernhof bis auf den Tisch.
Biofilme, Gemeinschaften von Mikroorganismen, die in einer schützenden Matrix eingeschlossen sind, stellen in vielen Bereichen eine große Herausforderung dar, von landwirtschaftlichen Betrieben über lebensmittelverarbeitende Betriebe bis hin zu Lebensmittelbetrieben.
Kersia bietet Beratung und Lösungen, um diese Herausforderungen durch einen dreidimensionalen Ansatz effektiv anzugehen, der auf Folgendes abzielt

  • Vorbeugende Maßnahmen gegen Biofilmbildung
  • Erkennung und Charakterisierung von Biofilmen
  • Biofilm-Entfernung

Vorbeugende Maßnahmen gegen Biofilmbildung

  • Verhindern Sie die Anhaftung, den ersten Schritt im Lebenszyklus von Biofilmen, durch eine gute hygienische Gestaltung von Oberflächen und Geräten, eine ordnungsgemäße Wartung und, falls erforderlich, einen Austausch.
  • Vermeiden Sie so weit wie möglich organische und mineralische Restverschmutzungen der Oberfläche, die das Anhaften und die Entwicklung von Biofilmen erleichtern.
    Dies setzt voraus, dass die entsprechenden Reinigungsverfahren, die im Vorfeld definiert und validiert wurden, täglich durchgeführt werden, aber auch eine angemessene Überwachung und Überprüfung, um Abweichungen zu erkennen.

Erkennung und Charakterisierung von Biofilmen

Biofilme können sich dennoch bilden, aber ihr Vorhandensein ist oft schwer zu bestätigen und zu lokalisieren.
Der Kontrollplan muss dieses mögliche Ergebnis berücksichtigen, das die Empfindlichkeit des Probenahmeplans verringert.
Das Vorhandensein eines Biofilms sollte vermutet werden, wenn ein ungewöhnliches Kontaminationsmuster auftritt, in der Regel mit einer pseudozufälligen Häufung von nicht konformen Ergebnissen, und wenn andere vernünftigerweise mögliche Ursachen durch eine Ursachenanalyse ausgeschlossen worden sind.
Während es möglich ist, das Vorhandensein von Biofilm auf Oberflächen mit Hilfe des Kersia-Detektionskits visuell zu erkennen, ist das Vorhandensein von Biofilm in Kreisläufen schwer zu bestätigen, da er nicht direkt zugänglich ist, aber er kann durch Probenahme während der enzymatischen Behandlung nachgewiesen werden.

Biofilm-Entfernung

  Die Entfernung von Biofilmen mit chemischen Standardprotokollen ist schwieriger als bei herkömmlichen Böden, und da wir es in der Regel mit einem reifen Biofilm zu tun haben, ist eine enzymatische Heilbehandlung erforderlich.
Eine regelmäßige vorbeugende Behandlung, die darauf abzielt, einen sich bildenden Biofilm zu bekämpfen, bevor sich die Bakterien ablösen oder ausbreiten, kann je nach Situation ebenfalls in Betracht gezogen werden.
Die enzymatische Reinigung ist speziell auf die Bekämpfung von Biofilmen ausgerichtet, wobei Enzyme verwendet werden, die die Matrix, in der die Bakterien eingeschlossen sind, aufbrechen.
Da während der enzymatischen Reinigung wahrscheinlich eine größere Anzahl von Bakterien aus dem Biofilm freigesetzt wird, muss die Desinfektion sorgfältig durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass ihre Anzahl vor der weiteren Lebensmittelverarbeitung auf ein angemessenes Kontaminationsniveau reduziert wird.

Biofilm vor der Behandlung

1 – Enzymatische Zersetzung

2 – Anwendung eines Kersia Desinfektionsmittels mit Oxidationsmittel

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