Gıda İşleme Tesislerinde Biyofilm Kontrolü İçin Hipokloröz Asit

Biyofilmler, gıda işleme ortamlarında karşılaşılan en kalıcı hijyen problemlerinden biridir.

Serbest halde bulunan mikroorganizmaların aksine biyofilm hücreleri yüzeylere tutunur ve koruyucu bir hücre dışı matriks içerisinde yaşamaya başlar. Biyofilm geliştikten sonra bu mikroorganizma topluluklarının uzaklaştırılması zorlaşabilir ve normalde serbest bakterilere karşı etkili olan sanitasyon işlemlerine karşı daha dayanıklı hale gelebilirler.

Gıda işleme tesislerinde biyofilmler; paslanmaz çelik, plastik, kauçuk, cam, konveyör sistemleri, boru hatları, drenajlar, tanklar, vanalar, kesim ekipmanları ve nem ile besin maddelerine maruz kalan diğer yüzeylerde gelişebilir.

Bu nedenle biyofilm kontrolü yalnızca rutin dezenfeksiyondan ibaret değildir. Etkili temizlik, organik kalıntıların uzaklaştırılması, uygun sanitasyon ürününün seçilmesi, yeterli temas süresi ve işlemin etkinliğinin düzenli olarak doğrulanması gerekir.

Bu amaçla bilimsel olarak yoğun şekilde araştırılan teknolojilerden biri, hipokloröz asit (HOCl) gibi aktif klor türleri içeren elektrolize sudur.

Bilimsel çalışmalar, elektrolize su sistemlerinin Listeria monocytogenes, Pseudomonas fluorescens, Staphylococcus aureus ve Bacillus cereus gibi gıda sektörü açısından önemli mikroorganizmaların biyofilmleri üzerinde antimikrobiyal ve antibiyofilm aktivite gösterebildiğini ortaya koymaktadır. [1]

Biyofilm Nedir?

Biyofilm; bir yüzeye tutunmuş, kendi ürettikleri hücre dışı bir matriks içerisinde yaşayan organize mikroorganizma topluluğudur.

Bu matriks:

• hücre dışı polimerik maddeler
• proteinler
• polisakkaritler
• hücre dışı DNA
• su
• hücresel kalıntılar

Bu yapı, mikroorganizmaların ekipman yüzeylerine tutunmasını kolaylaştırabilir ve antimikrobiyal ajanlara maruz kalmalarını azaltabilir.

Biyofilm oluşumu genellikle mikroorganizmaların bir yüzeye tutunmasıyla başlar. Çevresel koşullar uygun kalmaya devam ederse hücreler çoğalır, hücre dışı materyal üretir ve daha olgun bir biyofilm yapısı oluşturur.

Gıda işletmelerinde nem, besin maddeleri, sıcaklık, yüzey pürüzlülüğü ve yüzeylerin sürekli gıda kalıntılarına maruz kalması bu süreci destekleyebilir.

Gıda işleme ortamlarında paslanmaz çelik yüzeyleri ele alan bilimsel bir derlemede bakteriyel biyofilm oluşumu, gıda güvenliği ve ürün kalitesi açısından devamlılık gösteren bir tehdit olarak tanımlanmaktadır. Yüzey özellikleri, gıda kalıntıları, proses koşulları ve mikroorganizmaların özellikleri yüzeye tutunma ve biyofilm gelişimini etkileyebilir. [7]

Biyofilmler Gıda İşleme Tesisleri İçin Neden Problemdir?

Biyofilmler hem operasyonel hem de gıda güvenliği açısından çeşitli problemlere yol açabilir.

Kalıcı mikroorganizma rezervuarları haline gelerek aşağıdaki alanlarda tekrar eden kontaminasyona katkıda bulunabilirler:

• gıda temas yüzeyleri
• hammaddeler
• proses suyu
• ekipmanlar
• konveyörler
• araç ve gereçler
• nihai ürünler

Araştırmalar Listeria monocytogenes'in paslanmaz çelik, Teflon, naylon ve zemin kaplama malzemeleri dahil gıda işleme tesislerinde bulunan çeşitli yüzeylerde biyofilm oluşturabildiğini göstermiştir. Nispeten düşük sıcaklıklarda dahi paslanmaz çelik ve diğer bazı yüzeyler biyofilm oluşumunu destekleyebilmiştir.

Bu özellikle önemlidir; çünkü Listeria monocytogenes gıda üretim ortamlarında karşılaşılan çeşitli çevresel stres koşullarında hayatta kalabilir ve adapte olabilir.

Araştırmalar farklı Listeria monocytogenes suşlarının paslanmaz çelik üzerinde gıda işleme ortamlarıyla ilişkili stres koşullarında hayatta kalabildiğini, çoğalabildiğini ve biyofilm oluşturabildiğini göstermektedir.

Biyofilm Hücrelerini Kontrol Etmek Neden Daha Zordur?

Biyofilm içerisindeki mikroorganizmalar serbest haldeki hücrelerden farklı davranabilir.

Hücre dışı matriks, dezenfektanın biyofilmin iç bölgelerine ulaşmasını azaltan fiziksel ve kimyasal bir bariyer oluşturabilir.

Biyofilm içerisindeki hücrelerin metabolik aktiviteleri ve stres yanıtları da değişebilir.

Pseudomonas fluorescens üzerinde yapılan bir çalışmada serbest hücreler, yüzeyden ayrılmış biyofilm hücreleri ve yüzeye yapışmış biyofilmler asidik elektrolize suya karşı karşılaştırılmıştır.

Araştırmada yüzeye yapışmış biyofilmlerin serbest hücrelere ve yüzeyden ayrılmış biyofilm hücrelerine göre asidik elektrolize suya daha dirençli olduğu belirlenmiştir. [3]

Bu durum elektrolize suyun etkisiz olduğu anlamına gelmez.

Olgunlaşmış bir biyofilm sıradan yüzey kontaminasyonu gibi değerlendirilmemelidir.

Biyofilm yönetiminde, antimikrobiyal işlem öncesinde veya işlemle birlikte koruyucu biyofilm yapısının temizlenmesi ve parçalanması gerekir.

Hipokloröz Asit ve Elektrolize Su

Hipokloröz asit, uygun şekilde kontrol edilen elektrolize su çözeltilerinde bulunan aktif klor türlerinden biridir.

Elektrokimyasal sistemin tasarımına ve çalışma koşullarına bağlı olarak asidik, hafif asidik, nötr veya alkali özelliklere sahip elektrolize su üretilebilir.

Antimikrobiyal uygulamalarda etkinliği etkileyen önemli parametreler şunlardır:

• aktif klor konsantrasyonu
• pH
• oksidasyon-redüksiyon potansiyeli
• temas süresi
• sıcaklık
• organik yük
• biyofilmin olgunluk seviyesi
• hedef mikroorganizma
• yüzey malzemesi

Bu nedenle belirli bir konsantrasyon veya temas süresinin her gıda işletmesinde aynı sonucu vereceği söylenemez.

Bilimsel Kanıtlar: Paslanmaz Çelik Yüzeylerde Listeria Biyofilmleri

Gıda işleme tesisleri açısından önemli çalışmalardan biri tip 304 paslanmaz çelik üzerinde oluşturulan Listeria monocytogenes biyofilmlerine karşı elektrolize suyu incelemiştir.

Araştırmacılar alkali elektrolize suyu, asidik elektrolize suyu ve alkali uygulamadan sonra asidik elektrolize su kullanılan ardışık sistemi karşılaştırmıştır.

Deney koşulları altında 30-120 saniyelik asidik elektrolize su uygulaması, biyofilm içerisindeki canlı Listeria monocytogenes popülasyonunu yaklaşık 4,3-5,2 log CFU/kupon azaltmıştır.

Alkali elektrolize suyun ardından asidik elektrolize su kullanılması bazı koşullarda ilave 0,3-1,2 log CFU/kupon azalma sağlamıştır. [1]

Bu sonuçlar, temizlik veya ön işlem aşamasının daha sonraki antimikrobiyal işlemin etkinliğini artırabileceğini göstermektedir.

Ancak bu değerler tüm endüstriyel tesislerde garanti edilen sonuçlar olarak yorumlanmamalıdır.

Gerçek performans tesis koşullarına, biyofilmin yaşına, yüzey durumuna, çözelti özelliklerine, organik madde miktarına ve uygulama yöntemine bağlıdır.

Organik Maddenin Etkisi

Organik madde, klor bazlı sanitasyon ürünlerinin etkinliğini önemli ölçüde etkileyebilir.

Gıda işleme ortamlarında:

• proteinler
• yağlar
• kan kalıntıları
• bitkisel materyal
• nişasta
• şekerler
• süt kalıntıları
• balık veya et kalıntıları
• diğer organik kirleticiler

Organik madde varlığında elektrolize suyun Listeria monocytogenes üzerindeki etkisini inceleyen bir çalışmada tavuk serumu miktarı arttıkça asidik elektrolize suyun oksidasyon-redüksiyon potansiyelinin ve klor konsantrasyonunun azaldığı ve antimikrobiyal etkinliğin düştüğü gösterilmiştir. [2]

Bu sonuç endüstriyel hijyendeki temel prensiplerden birini desteklemektedir:

Önce temizlik, sonra dezenfeksiyon.

HOCl'nin yoğun şekilde kirlenmiş yüzeylere doğrudan uygulanması etkinliği azaltabilir; çünkü aktif klor hedef mikroorganizmaya ulaşmadan önce organik maddelerle reaksiyona girebilir.

Çok Türlü Biyofilmler

Gerçek endüstriyel biyofilmler, yalnızca tek bir mikroorganizmanın bulunduğu laboratuvar biyofilmlerinden daha karmaşık olabilir.

Farklı bakteri türleri aynı biyofilm içerisinde birlikte yaşayabilir ve birbirlerini etkileyebilir.

2022 yılında yapılan bir çalışmada hafif asidik elektrolize suyun Listeria monocytogenes ve Staphylococcus aureus içeren çok türlü biyofilmler üzerindeki etkisi incelenmiştir.

Araştırmada hafif asidik elektrolize su antibiyofilm aktivite göstermiş; ancak çok türlü biyofilmlerde gözlenen bakteri azalmalarının tek türlü biyofilmlere göre daha düşük olduğu görülmüştür.

25 mg/L aktif klor ve beş dakikalık uygulama altında tek türlü biyofilmlerde L. monocytogenes ve S. aureus için yaklaşık 2,45 ve 2,57 log CFU/mL azalma görülürken, çok türlü biyofilmde azalmalar sırasıyla yaklaşık 1,95 ve 1,43 log CFU/mL olmuştur. [5]

Bu sonuç, endüstriyel biyofilm kontrolünde yalnızca laboratuvar konsantrasyonlarına güvenmek yerine doğrulanmış prosedürler kullanılmasının neden önemli olduğunu göstermektedir.

Pseudomonas ve Bozulma Biyofilmleri

Biyofilm kontrolü yalnızca gıda kaynaklı patojenlerle ilgili değildir.

Bozulmaya neden olan mikroorganizmalar da ciddi operasyonel ve ürün kalitesi sorunlarına yol açabilir.

Pseudomonas türleri bu açıdan özellikle önemlidir; çünkü birçok suş gıda temas yüzeylerinde biyofilm oluşturabilir.

Pseudomonas fluorescens biyofilmlerini inceleyen bir çalışmada asidik elektrolize suyun hücre zarı geçirgenliğini, membran potansiyelini, hücre içi ATP seviyelerini ve hücre dışı polimerik maddeleri etkilediği gösterilmiştir.

Araştırmada yüzeye yapışmış biyofilmlerin serbest veya ayrılmış hücrelere göre daha dirençli olduğu da belirlenmiştir. [3]

Bu nedenle Pseudomonas özellikle şu sektörlerde önemlidir:

• süt işleme
• deniz ürünleri
• taze sebze ve meyve işleme
• soğutulmuş gıdalar
• yüksek nemli üretim ortamları

Bacillus Sporları ve Biyofilmleri

Bazı gıda işleme ortamlarında Bacillus cereus gibi spor oluşturan bakteriler de önemli bir hijyen problemidir.

Sporlar genel olarak vejetatif bakteri hücrelerinden daha dayanıklıdır ve Bacillus türleri aynı zamanda biyofilm oluşturabilir.

Hafif asidik elektrolize suyun Bacillus cereus üzerindeki etkisini araştıran bir çalışma, etkinliğin aktif klor konsantrasyonu, temas süresi ve bakterinin gelişim formuna bağlı olduğunu göstermiştir.

Çalışmada hafif asidik elektrolize suyun ılımlı ısı gibi ek uygulamalarla kombine edilmesinin bazı durumlarda spor ve biyofilm azaltımını tek başına uygulamalara göre artırabildiği görülmüştür. [6]

Bu sonuç zor kontrol edilen kontaminasyonlarda entegre sanitasyon stratejilerinin önemini göstermektedir.

Gıda Tesislerinde Biyofilm Nerelerde Oluşabilir?

1. Paslanmaz Çelik Ekipmanlar

Paslanmaz çelik gıda endüstrisinde en yaygın kullanılan malzemelerden biridir.

Şu ekipmanlarda kullanılır:

• tanklar
• kesim masaları
• mikserler
• üretim makineleri
• pastörizatörler
• konveyörler
• dolum sistemleri
• gıda temas ekipmanları

Paslanmaz çelik yüksek temizlenebilirliğe sahip olsa da yüzey pürüzlülüğü, çizikler ve birikintiler bakterilerin yüzeye tutunmasını etkileyebilir.

Farklı paslanmaz çelik yüzey yapılarını inceleyen araştırmalar, yüzey özelliklerinin Listeria monocytogenes tutunması ve biyofilm oluşumu üzerinde etkili olabileceğini göstermektedir.

2. Boru Hatları ve Kapalı Sistemler

Gıda üretim tesislerinde gözle kontrol edilmesi zor olan boru hatları, pompalar, vanalar ve iç yüzeyler bulunur.

Temizlik işlemi yetersiz kalırsa bu bölgeler mikroorganizmaların tutunabileceği korunaklı alanlara dönüşebilir.

Kapalı sistemlerdeki biyofilmler özellikle önemlidir; çünkü kontaminasyon, ürün kalitesi veya mikrobiyolojik analizlerde problem ortaya çıkana kadar fark edilmeyebilir.

3. Konveyör Bantları ve Taşıma Ekipmanları

Konveyörler sık sık nemli kalabilir ve sürekli gıda kalıntılarıyla temas edebilir.

Bağlantı noktaları, rulolar, alt yüzeyler ve ulaşılması zor parçalar kalıcı mikrobiyal kontaminasyonu destekleyebilir.

Uygun şekilde temizlendikten sonra, ekipman uyumluluğu ve mevzuat izin verdiği durumlarda HOCl bazlı sanitasyon değerlendirilebilir.

4. Drenajlar ve Islak Üretim Alanları

Drenajlar su, besin maddeleri ve mikroorganizmaları aynı anda barındırabildiğinden birçok gıda işletmesinde önemli mikrobiyal alanlardır.

Drenajlar genellikle gıda temas yüzeylerinden farklı şekilde çevresel kontaminasyon kaynağı olarak değerlendirilmelidir.

Drenaj hijyeninin yetersiz olması; aerosol, ekipman, ayakkabı veya temizlik işlemleri aracılığıyla mikroorganizmaların farklı bölgelere taşınmasına katkıda bulunabilir.

5. Tanklar, Kazanlar ve Konteynerler

Proses tankları ve konteynerlerde ürün kalıntıları birikebilir.

Bu kalıntılar tamamen uzaklaştırılmadığında antimikrobiyal ürünlerin yüzeye ulaşması zorlaşabilir.

Bu durum:

• et işleme kazanları
• süt tankları
• deniz ürünü konteynerleri
• karıştırma tankları
• içecek üretim ekipmanları

için de geçerlidir.

Farklı Gıda Endüstrilerinde Biyofilm

Et ve Kanatlı İşleme

Protein açısından zengin kalıntılar, yüksek nem ve karmaşık ekipmanlar mikroorganizmaların kalıcılığını destekleyebilir.

Balık ve Deniz Ürünleri İşleme

Soğuk ve ıslak üretim ortamları kalıcı mikroorganizmaları destekleyebilir.

Balık işleme koşullarını simüle eden bir çalışmada Listeria monocytogenes'in paslanmaz çelik üzerinde zamanla biyofilm geliştirebildiği ve oluşan biyofilm topluluklarının dezenfektanlara tolerans gösterebildiği ortaya konmuştur. [8]

Süt ve Süt Ürünleri İşleme

Süt kalıntıları protein, yağ ve mineral içerir ve yüzey birikintileri ile biyofilm oluşumuna katkıda bulunabilir.

Süt endüstrisinde yapılan bir çalışma, alkali elektrolize suyun ardından nötr elektrolize su kullanılmasının paslanmaz çelik yüzeylerde yapılandırılmış bir temizlik ve dezenfeksiyon yöntemi olarak umut verici olduğunu göstermiştir. [4]

Taze Meyve ve Sebze İşleme

Meyve-sebze işleme ortamlarında yoğun su kullanımı, bitkisel kalıntılar ve organik madde bulunabilir.

Nötr elektrolize su, taze kesilmiş sebzelerde bozulmaya neden olan Pseudomonas türlerine karşı da araştırılmıştır.

HOCl Temizliğin Yerini Almamalıdır

HOCl ve biyofilm konusunda en önemli noktalardan biri budur.

Bir yüzey gıda kalıntıları ve biyofilm matriksi ile kaplıysa dezenfektanın mikroorganizmalara güvenilir şekilde ulaşması beklenemez.

Daha uygun bir sıralama:

1. kaba kirlerin uzaklaştırılması
2. uygun temizlik işlemi
3. gerekiyorsa biyofilm ve birikintilerin mekanik veya kimyasal olarak parçalanması
4. gerekli durulama işlemleri
5. doğrulanmış antimikrobiyal uygulama
6. sanitasyon etkinliğinin doğrulanması

Kesin proses sırası üretim ortamına ve temizlik programına göre değişebilir.

Bu nedenle HOCl teknolojisi temizlik işleminin yerine geçmemeli, mevcut sanitasyon sisteminin bir bileşeni olarak kullanılmalıdır.

Neden Yerinde HOCl Üretimi?

Gıda işleme tesisleri önemli miktarda sanitasyon çözeltisi tüketebilir.

Geleneksel dezenfektanların başka tesislerde üretilmesi, taşınması, depolanması ve kullanımdan önce hazırlanması gerekebilir.

Yerinde elektrokimyasal üretim sistemi farklı bir operasyon yaklaşımı sunmaktadır.

Sistemin tasarımına bağlı olarak su, tuz ve elektrik kullanılarak hipokloröz asit bazlı çözelti kullanım noktasına yakın bir yerde üretilebilir.

Potansiyel operasyonel avantajlar şunlardır:

• ihtiyaca göre üretim
• hazır dezenfektan çözeltisi taşıma ihtiyacının azaltılması
• depolama ihtiyacının azaltılması
• çalışma parametrelerinin kontrolü
• mevcut sanitasyon sistemlerine entegrasyon
• büyük tesisler için ölçeklenebilir üretim
• taze üretilen çözeltinin düzenli olarak temin edilebilmesi

Yerinde üretimin uygunluğu:

• su kalitesi
• gerekli üretim hacmi
• hedef konsantrasyon
• ekipman uyumluluğu
• sanitasyon prosedürleri
• bakım gereksinimleri
• yürürlükteki mevzuat

göre değerlendirilmelidir.

Biyofilm Yönetimi İçin EcolyTech Çözümleri

EcolyTech, hipokloröz asit bazlı çözeltilerin işletme içerisinde üretilmesine yönelik elektrokimyasal sistemler geliştirmektedir.

Gıda işleme tesislerinde uygun şekilde tasarlanmış HOCl üretim sistemleri potansiyel olarak şu alanlardaki sanitasyon programlarını destekleyebilir:

• paslanmaz çelik üretim ekipmanları
• tanklar
• gıda temas yüzeyleri
• konveyörler
• boru hatları
• dolum sistemleri
• kasa ve konteynerler
• üretim alanı yüzeyleri
• genel çevresel hijyen

HOCl, doğrulanmış bir temizlik ve sanitasyon programına entegre edilmelidir.

Uygun konsantrasyon, temas süresi, pH ve uygulama yöntemi:

• hedef mikroorganizmaya
• biyofilmin türü ve olgunluğuna
• organik kirlilik seviyesine
• yüzey malzemesine
• üretim ortamına
• yürürlükteki mevzuata

göre belirlenmelidir.

Daha Etkili Bir Biyofilm Kontrol Stratejisi

Biyofilm kontrolü rutin dezenfeksiyondan farklıdır.

Etkili bir yönetim sistemi:

7. mikroorganizmaların yüzeye tutunmasının önlenmesi
8. hijyenik ekipman tasarımı
9. organik birikintilerin düzenli olarak uzaklaştırılması
10. temizlenmesi zor bölgelerin belirlenmesi
11. etkili temizlik
12. doğrulanmış antimikrobiyal uygulama
13. izleme ve doğrulama
14. kalıcı kontaminasyon tespit edildiğinde düzeltici faaliyet

Bilimsel çalışmalar, kontrollü koşullar altında elektrolize su teknolojilerinin Listeria monocytogenes gibi biyofilm içerisindeki mikroorganizmaları önemli ölçüde azaltabildiğini göstermektedir. [1]

Araştırmalar aynı zamanda organik madde varlığında antimikrobiyal etkinliğin azalabileceğini ve olgunlaşmış veya çok türlü biyofilmlerin serbest mikroorganizmalara göre daha zor kontrol edilebildiğini göstermektedir. [2][5]

Bu nedenle hipokloröz asit bazlı sanitasyon entegre bir biyofilm kontrol stratejisinin bileşeni olarak değerlendirilmelidir.

HOCl doğru şekilde üretildiğinde, izlendiğinde ve etkili bir temizlik işleminden sonra uygulandığında; gıda işleme tesislerinde kalıcı mikrobiyal kontaminasyonun yönetilmesine ve hijyenik üretim ortamlarının korunmasına yardımcı olabilecek değerli bir araç olabilir.

Kaynaklar

[1] Ayebah, B., Hung, Y-C. & Frank, J. F. (2005). Enhancing the bactericidal effect of electrolyzed water on Listeria monocytogenes biofilms formed on stainless steel. Journal of Food Protection, 68(7), 1375-1380. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16013373/

[2] Ayebah, B. et al. (2006). Efficacy of electrolyzed water in the inactivation of planktonic and biofilm Listeria monocytogenes in the presence of organic matter. Journal of Food Protection. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16995516/

[3] Cai, L-L. et al. (2019). Morphophysiological responses of detached and adhered biofilms of Pseudomonas fluorescens to acidic electrolyzed water. Food Microbiology. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31027824/

[4] García-Fayos, B. et al. (2021). Innovative Control of Biofilms on Stainless Steel Surfaces Using Electrolyzed Water in the Dairy Industry. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33419000/

[5] Stability and Antibiofilm Efficiency of Slightly Acidic Electrolyzed Water Against Mixed-Species of Listeria monocytogenes and Staphylococcus aureus (2022). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35633663/

[6] Inactivation kinetics of slightly acidic electrolyzed water combined with benzalkonium chloride and mild heat treatment on vegetative cells, spores, and biofilms of Bacillus cereus (2019). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30716932/

[7] Bacterial biofilm formation on stainless steel in the food processing environment and its health implications (2021). https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33768506/

[8] Papaioannou, E. et al. (2018). Dynamics of biofilm formation by Listeria monocytogenes on stainless steel under mono-species and mixed-culture simulated fish processing conditions and chemical disinfection challenges. International Journal of Food Microbiology. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29275280/