Parametri funzionali dei disinfettanti usati nelle industrie alimentari: significato e comparazione degli spettri di azione Kemper Srl Laboratorio R. e S. La fase finale di un processo di sanificazione ambientale o strumentale prevede l utilizzo di prodotti denominati disinfettanti con lo scopo di eliminare le forme vitali (e riproducenti), dei vari microrganismi diffusi in un dato ambiente. L applicazione regolare di tale pratica permette di tenere sotto controllo l insorgenza e la diffusione di infezioni che possono colpire l uomo oppure che possono causare un deterioramento irreversibile dei suoi manufatti (spoilage). Tecnicamente la disinfezione può essere attuata sia con mezzi fisici che con quelli chimici ma, in entrambe i casi, la loro efficacia dipende sempre dalla riuscita della fase che ne precede l applicazione cioè la detergenza. I disinfettanti sono prodotti chimici (liquidi o in polveri idrosolubili), contenenti uno o più principi attivi aventi una spiccata attività biocida che si differenzia significativamente in base alla tipologia dei microrganismi con cui vengono a contatto. Il meccanismo d azione che li coinvolge è collegabile al modello proiettile-bersaglio poiché, per ottenere un valido risultato, la struttura molecolare del disinfettante deve colpire quella del microrganismo, reagire, e portarlo alla morte (quindi con perdita irreversibile della capacità di riproduzione). Se non si verifica questo contatto si ha la sopravvivenza. La reazione, che segue una cinetica del primo ordine, può essere così schematizzata: D + M D - M Essa ci porta a fare alcune importanti considerazioni: 1. la velocità di formazione del complesso DM (disinfettante-microrganismo), a parità di numero di microrganismi presenti in partenza, è dipendente dalla concentrazione del disinfettante; 2. il numero dei microrganismi che muoiono col trascorrere del tempo segue un andamento esponenziale e tanto maggiore sarà la grandezza della popolazione microbica da trattare, tanto maggiore sarà il tempo necessario per ottenere una buona probabilità di eliminazione (a parità di concentrazione del disinfettante); 3. l aumento della temperatura della soluzione d uso contribuisce all aumento della velocità di distruzione per effetti cinetici. Quindi, concentrazione, tempo di contatto e temperatura sono i primi tre parametri funzionali da utilizzare con scrupolo durante l elaborazione di una procedura di sanificazione (tra l altro uno degli errori più frequenti, riscontrato in ambito alimentare, è proprio il mancato rispetto dei tempi di contatto). Per quanto riguarda la concentrazione, occorre precisare che se si sta al di sotto di quella raccomandata si produce un effetto biostatico anziché biocida. Ciò significa che vengono inibiti i processi riproduttivi ma la popolazione microbica rimane vitale e quindi potenzialmente patogena. Gli effetti letali del complesso DM sono influenzati da altri tre parametri: classe di microrganismi coinvolti, loro stato fisiologico e interazioni possibili con lo sporco. Classe di microrganismi: la diversificazione naturale dei microrganismi genera una varia sensibilità nei confronti dei disinfettanti al punto che, questi, vengono suddivisi in virucidi, sporicidi, battericidi e fungici- Kemper Srl R04 Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione anche parziale Pag. 1 di 11
di. Non esiste un disinfettante che sia in grado di agire efficacemente su tutte le classi citate pertanto la sua corretta scelta dovrà tener conto di che cosa si andrà ad eliminare (con particolare riferimento ai marcatori microbici). Lo spettro d azione ne definisce i suoi limiti e la sua capacità d azione. Stato fisiologico: la diversa età dei soggetti di una popolazione microbica porta alla presenza di modifiche sia strutturali che metaboliche caratterizzate da una maggiore o minore resistenza. L alterazione della permeabilità della membrana cellulare delle cellule batteriche più vecchie, ad esempio, induce una resistenza contro quelle sostanze che interferiscono con l attività enzimatica endocellulare. Oppure nelle specie che producono, le forme vegetative giovani, dotate di una forte attività metabolica, rispondono più facilmente alle molecole che interferiscono sul metabolismo. Interazioni con lo sporco: la disponibilità di materiale lipidico e proteico permette ai microrganismi di assestarsi con più stabilità su una superficie; in tali condizioni la formazione del complesso DM viene o- stacolata poiché la molecola del disinfettante ha una maggiore probabilità di interagire prima con lo sporco che con il microrganismo. Inoltre se si è avviata la produzione della matrice del biofilm, gli esopolisaccaridi conferiscono anche una maggiore termoresistenza. Già in via sperimentale è possibile riscontrare una sensibile variazione nella risposta all azione dei disinfettanti sui microrganismi adesi alle superfici rispetto a quelli in sospensione. I fenomeni di protezione denominati fat protection e protein protection esprimono chiaramente l acquisita capacità di resistenza da parte dei microrganismi esposti all azione della sola sostanza letale senza ricorrere prima alla detergenza. Spettri e meccanismi d azione dei disinfettanti. I diversi principi attivi utilizzati per la formulazione dei disinfettanti presentano dei limiti nel danneggiare le componenti strutturali dei microrganismi. In pratica, come abbiamo già accennato in precedenza, si parla di spettro d azione. Nelle prassi di laboratorio le prove sperimentali vengono condotte a livello qualitativo e quantitativo; nel primo caso si valuta la capacità d azione: è attivo o non è attivo nei confronti del tal gruppo. Nel secondo caso si valuta invece la forza del biocida attraverso la misura della minima concentrazione inibente (MCI), oppure viene comparata con quella di un altro principio, il tutto in condizioni operative ben stabilite (es.: determinazione del coefficiente fenolico). Per poter fare delle comparazioni a carattere qualitativo degli spettri d azione, si è fatto uso dei dati disponibili in letteratura utilizzando la rappresentazione grafica polare che porta alla formazione di un area la cui e- stensione permette di caratterizzare il principio attivo. Secondo questa procedura, il disinfettante ideale è quello che genera un area avente la massima estensione, viceversa quello totalmente inefficace non ne genera alcuna. I microrganismi che proliferano in ambito a- limentare, sono stati suddivisi in 5 gruppi (corrispondenti ai poli del grafico): batteri Gram +, batteri Gram -,, e. L utilità di questo tipo di rappresentazione consiste nella possibilità di caratterizzare a colpo d occhio lo spettro d azione di un disinfettante oppure di confrontarlo per sovrapposizione con un altro allo scopo di ottimizzare l esito finale della procedura di sanificazione ambientale (fig. 2). Spettro d'azione ideale Così, ad esempio, se i microrganismi marker presenti in un determinato ambiente di lavorazione appartengono prevalentemente ai batteri del gruppo Gram -, il prodotto disinfettante da scegliere sarà quello con lo spettro d azione più esteso verso il corrispondente polo mentre andranno esclusi quelli con la minore estensione. Kemper Srl R04 Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione anche parziale Pag. 2 di 11
In linea generale i disinfettanti a base di: donatori di cloro (CRAs), di iodofori e di perossidi sono quelli che configurano un area sufficientemente vasta per essere applicati efficacemente nei confronti dei marcatori microbici del settore alimentare. Gli altri vanno utilizzati là dove la distribuzione delle popolazioni dei marcatori è meno ampia e presentano quindi una forte predominanza di un gruppo rispetto agli altri. di composti a base di perossidi di composti a base di quaternari Quello che è importante ribadire, ancora una volta, è che la presenza di materiale organico sulle superfici da trattare (inteso come sporco), indebolisce la loro efficacia per cui la sua rimozione risulta un passaggio operativo importante. Per quanto riguarda i donatori di cloro e gli iodofori la loro scelta, oltre a soddisfare i requisiti del potere abbattente delle cariche microbiche e di compatibilità con i materiali vari, non devono, al dosaggio applicato, inibire l attività del depuratore biologico. Contrariamente i composti contenenti i perossidi (acido peracetico, acqua ossigenata), non presentano tale problematica poiché i residui provenienti dalle reazioni di degradazione (acido acetico, acqua e ossigeno) non alterano l attività depurativa. Per quanto concerne i fenomeni di resistenza da parte dei microrganismi ai disinfettanti, occorre valutare attentamente la possibilità di sviluppo di popolazioni che riescono a sopportare le basse concentrazioni e che, anche se stressate, proliferano gradualmente nell ambiente (alcuni autori, tuttavia, negano tale possibilità). Nel caso dei prodotti a base di sali d ammonio quaternario, ad esempio, è possibile riscontrare in letteratura (in ambito ospedaliero) dei fenomeni di sopravvivenza da parte degli individui appartenenti al genere Pseudomonas qualora si faccia uso di soluzioni vecchie. Se comunque ciò si dovesse verificare, risulterà opportuno cambiare la concentrazione d uso (ammesso che non insorgano problemi di incompatibilità impiantistica), oppure cambiare radicalmente il principio attivo avviando dei cicli applicativi di alternanza. Ai fini pratici, il responsabile addetto alla elaborazione dei protocolli di detergenza e sanificazione ambientale di un industria alimentare, dopo aver convalidato in laboratorio l uso di un disinfettante dovrebbe elaborare una scheda, come quella proposta in fig. 3, da spiegare e affidare a chi esegue materialmente la procedura. Essa divide in due tempi la prassi operativa: la preparazione e l applicazione; nella prima vengono descritti: la concentrazione, il tempo di contatto e la temperatura alla quale la soluzione d uso verrà applicata. Inoltre, ai fini della sicurezza, vengono elencati anche i D.P.I. (Dispositivi di Protezione Individuale) che il personale dovrà indossare prima di dare il via alla procedura. A questo proposito è essenziale disporre delle relative schede di sicurezza aggiornate dei prodotti acquistati (emesse dal fornitore), allo scopo di poter acquisire tutte le informazioni necessarie per la corretta manipolazione e stoccaggio. Nella seconda parte -l applicazione- vengono descritti: i reparti interessati al trattamento, le modalità d applicazione e di risciacquo e le modalità da attuare per la chiusura della procedura. Ogni tipo di disinfettante accettato in azienda deve indurre alla compilazione di una scheda operativa specifica il cui livello di revisione ne garantisce l aggiornamento e, di conseguenza, l attendibilità. Questa seconda parte dell articolo presenta delle schede nelle quali vengono riassunte le varie caratteristiche dei principi attivi sanificanti presenti nelle formulazioni dei disinfettanti impiegati nell industria alimentare. Ciascuna è stata suddivisa nelle seguenti tre sezioni: caratteristiche, meccanismo d azione-spettro d azione (con relativo grafico polare) e fattori negativi. Kemper Srl R04 Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione anche parziale Pag. 3 di 11
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Scheda 1 - SALI QUATERNARI D AMMONIO Sono molecole tensioattive cationiche che si differenziano per i gruppi alchilici che sostituiscono gli atomi di idrogeno dello ione ammonio. La lunghezza della catena alchilica influenza l attività biocida; in particolare il radicale C 10 è quello che mostra un maggior valore di attività (es.: didecil dimetil ammonio cloruro). L attività cresce con l aumentare della temperatura e raggiunge il massimo in un intervallo di ph compreso tra 7 e 9. Producono alterazioni a livello della membrana cellu-lare che causa la perdita del materiale citoplasmatico, o la modifica dell equilibrio osmotico del microrganismo. Nei Gram questo processo è ostacolato dalla presenza del consistente strato lipidico della parete cellulare. Inoltre le molecole dei sali d ammonio quaternario sono in grado di esplicare a- zione denaturante nei confronti degli enzimi di membrana e di quelli deputati alla regolazione del metabolismo. Non hanno alcuna azione nei confronti delle. Per quanto riguarda l azione virucida essa è molto debole sui nonenveloped idrofili e debolmente lipofili (Picorna, Coxackie, Calici). Durezza dell acqua usata per preparare le soluzioni d uso. Abbassamento del valore di ph. Potere schiumogeno accentuato (difficoltà di risciacquo). Reazione di complessazione con gli ioni metallici delle soluzioni. Sono sensibili alla presenza di sporco organico. Tendenza alla filmazione residuale delle superfici (aspetto negativo se entrano poi a contatto con gli alimenti). In letteratura sono stati segnalati casi di resistenza. Kemper Srl R04 Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione anche parziale Pag. 5 di 11
Scheda 2 - COMPOSTI A BASE DI ALCOLI Sono molecole idrosolubili caratterizzate dalla presenza del gruppo OH su un radicale alchilico. Ad esclusione dell alcol metilico, che è tossico, l attività battericida cresce con l aumentare del peso molecolare ma, contemporaneamente diventano sempre meno idrosolubili e quindi inutili per questo fine. Un ruolo importante è giocato anche dal valore della costante dielettrica. Nell'industria alimentare non vengono mai utilizzati puri ma abbinati a principi attivi detergenti e/o sanificanti. L alcol etilico, propilico e isopropilico sono i più indicati per questi scopi. Le molecole degli alcoli agiscono attraverso tre tipi di meccanismi: denaturante, solvente e disidratante. Denaturante: le proteine di membrana e gli enzimi citoplasmatici si disattivano formando dei precipitati colloidali. Solvente: le strutture della membrana cellulare e l envelop virale vengono alterate per solubilizzazione delle componenti lipidiche. Disidratante: l acqua viene estratta dalla cellula con alterazione dell equilibrio osmotico. Se si applicano concentrazioni elevate di alcol, le cellule si disidratano al punto tale da impedire la sua diffusione nel citoplasma. In tali condizioni si genera un effetto batteriostatico. Gli alcoli non sono attivi sulle ; essi presentano una debole attività virucida sui tipi enveloped mentre sui non-enveloped puramente idrofili (entero) è ancora più ridotta. Per entrambi i casi, la temperatura gioca un ruolo molto importante. Sono infiammabili. Se utilizzati puri risentono della presenza di materiale organico proteico. Contrariamente a quanto si crede, l uso di alcol etilico denaturato come sanificante superficiale (es. su: affettatrici, vassoi, etc.), è da considerarsi poco efficace in quanto gioca un ruolo principalmente sgrassante. Kemper Srl R04 Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione anche parziale Pag. 6 di 11
Scheda 3 - COMPOSTI DONATORI DI CLORO ATTIVO Vengono utilizzati principalmente gli ipocloriti di sodio o di calcio in soluzioni liquide alcaline. Esse liberano acido ipocloroso il quale, per ulteriore decomposizione (catalizzata dai raggi UV), forma ossigeno nascente dotato di forte potere ossidante. Le soluzioni liquide sono destinate a una graduale perdita del titolo in cloro attivo soprattutto se esposte alla luce solare e se conservate in ambienti caldi e recipienti sporchi. Diversamente i cloroisocianurati sono molto più stabili poiché solo quando vengono sciolti in acqua cominciano la liberazione di a- cido ipocloroso. In entrambe i casi il ph delle soluzioni non deve essere acido al fine di evitare l innesco di fenomeni corrosivi delle superfici metalliche. L attività antimicrobica dei donatori di cloro attivo (CRAs: chlorine releasing agents) viene esplicata dalla formazione di ossigeno nascente e dalla presenza di cloro. L ossigeno nascente, essendo allo stato atomico, è molto reattivo e, una volta che viene a contatto con le strutture microbiche, le destabilizza per ossidazione. Il cloro agisce sulle proteine di membrana e citoplasmatiche combinandosi con esse e esplicando il suo potere ossidante sui gruppi sulfidrilici R-SH trasformandoli in legami a ponte R-S-S-R. Si induce in tal modo una disattivazione funzionale per modifica della struttura proteica; in pratica le attività enzimatiche vengono bloccate. Esso è in grado di agire anche sulla parete delle diminuendone la capacità protettiva, mentre a livello virale attacca la struttura del capside e del genoma. Luce solare, calore e sporco fanno perdere titolo in cloro attivo alle soluzioni acquose d uso. Il risciacquo deve essere accurato poiché i residui danno il via a fenomeni corrosivi sulle superfici in acciaio (pitting corrosion) e a tal proposito, è bene effettuare periodiche ispezioni sugli impianti. I surdosaggi vanno evitati al fine di non interferire sull attività degradativa del depuratore biologico. Prestare molta attenzione a non miscelare con prodotti a ph acido (disincrostanti). Kemper Srl R04 Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione anche parziale Pag. 7 di 11
Scheda 4 - COMPOSTI CON IODOFORI Gli iodofori sono un complesso composto da una molecola di tensioattivo (carrier) che trasporta lo iodio ad essa combinato. Sono attivi e stabili in ambienti a ph acido (da 2 a 3); al suo aumentare diminuiscono la stabilità e l efficacia. Sono corrosivi con metalli tipo alluminio e rame, mentre su materiali in plastica tendono a colorarli. Una volta preparate le soluzioni d uso, comincia a liberarsi lo iodio, pertanto devono essere utilizzate al più presto. Lo iodio, liberato dal complesso carrier-j, agisce sulle strutture dei microrganismi attraverso il suo potere ossidante e la possibilità di combinarsi con le proteine. L attività virucida in particolare è condizionata dal rapporto tra le concentrazioni delle specie I 2 e HIO (reazione dipendente dal ph). Il suo potere ossidante viene esercitato sempre a livello dei gruppi sulfidrilici delle proteine e inoltre sembra che possa reagire con i gruppi della tirosina formando la di-iodiotirosina. Vengono così bloccate le attività enzimatiche. Il potere sporicida è inferiore rispetto a quello del cloro (CRAs); sui agisce a livello del capside. È necessario allontanare il più possibile il materiale proteico estraneo, residui di sangue in particolare. Tende a colorare in giallo le plastiche e a screpolare le componenti in gomma. I surdosaggi possono dare dei problemi di risciacquabilità e interferenze sull attività degradativa del depuratore biologico. Kemper Srl R04 Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione anche parziale Pag. 8 di 11
Scheda 5 - COMPOSTI CON PEROSSIDI L acido peracetico, in soluzione acquosa con acqua ossigenata e acido acetico, è il perossido più utilizzato nell industria alimentare. È un forte ossidante e la sua stabilità è regolata dall equilibrio tra le componenti di cui sopra ma, soprattutto, dall assenza di cationi metallici (Fe, Cu) e dal tenore di cloruri. Le soluzioni d uso vanno preparate al momento e comunque consumate nel più breve tempo possibile. La molecola di a. peracetico, degradandosi libera ossigeno che danneggia i microrganismi. A contatto con superfici in rame, ferro zincato e leghe d alluminio, sviluppa una violenta reazione esotermica di decomposizione. I residui che libera nelle acque reflue non alterano l attività dei depuratori biologici. L ossigeno sviluppato dalla decomposizione della molecola di acido peracetico, è in grado di attraversare le barriere naturali dei microrganismi (capsula, parete, membrana cellulare, envelope e capsomero) e liberarvi tutto il suo potenziale ossidante. Agisce sulle proteine denaturandole (disattivazione enzimatica). Quando raggiunge il citoplasma altera la funzionalità dei citocromi e, nel caso degli, anche la struttura dei ribosomi. Nei, una volta attraversato l envelope e il capsomero, denatura la struttura del genoma. I perossidi sono molto sensibili alla presenza di sporco e alla matrice del biofilm che sviluppano un efficace barriera protettiva; il loro potere biocida è mantenuto intatto solo dopo un accurata fase di detergenza seguita da risciacquo. È attivo solo se sono stati allontanati i residui di sporco. Gli imballi del prodotto devono essere conservati in ambienti freschi, lontano dalla luce solare diretta. Prima dell utilizzo, occorre accertarsi dell assenza dei particolari in rame, bronzo, ferro zincato, ferro, alluminio e rispettive leghe. Le soluzioni d uso vanno preparate preferibilmente il momento prima dell applicazione. Il prodotto tal quale esala vapori pungenti per cui deve essere manipolato con cautela da parte degli operatori. Kemper Srl R04 Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione anche parziale Pag. 9 di 11
Scheda 5 - COMPOSTI CON SALI DI CLOREXIDINA È un derivato cationico caratterizzato dalla presenza di gruppi i- drofili e lipofili. Il più utilizzato è quello salificato con il digluconato. I sali della clorexidina mostrano il massimo di stabilità e di attività biologica con un valore di ph compreso nel range 5-8. La solubilità nelle soluzioni acquose è influenzata dalla presenza degli anioni: carbonati, solfati e fosfati che ne causano la precipitazione. L attività battericida viene amplificata dalla temperatura. A livello strutturale i derivati della clorexidina sono in grado di agire sulla membrana cellulare, sul citoplasma e sull envelope di alcuni. A livello del citoplasma induce fenomeni di coagu- lazione che altera completamente l attività enzimatica, mentre sulla membrana cellulare viene alterata la struttura per cui si verificano delle perdite di materiale citoplasmatico. La distruzione dell envelope dei è tale da non creare danni significativi per cui l attività virale è considerata trascurabile. Sulle risulta inattiva. L attività biocida della clorexidina può essere incrementata con l utilizzo di alcol isopropilico; questa associazione è utilizzata nella formulazione dei saponi lavamani sanificanti. In presenza di materiale organico mantiene attiva la sua efficacia biocida. Precipita e si disattiva con i sali indurenti dell acqua. È incompatibile con i residui dei detergenti anionici per cui il risciacquo dopo la fase di sgrassaggio deve essere accurato. Kemper Srl R04 Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione anche parziale Pag. 10 di 11
SCHEDA OPERATIVA PER L UTILIZZO DEI DISINFETTANTI Livello di revisione: Data di revisione: Responsabile operativo: Nome del prodotto: Concentrazione d uso: Quantità da preparare: PREPARAZIONE Tempo di contatto: Temperatura della soluzione: Strumenti da usare per la preparazione: Verifiche prima dell utilizzo: D.P.I. da far indossare al personale: Reparti interessati al trattamento: Attrezzature su cui operare: APPLICAZIONE Modalità di applicazione: Strumenti da usare per l applicazione: Modalità di applicazione del risciacquo: Destinazione delle rimanenze della soluzione Modalità e verifiche di chiusura della procedura: Kemper Srl R04 Tutti i diritti riservati. Vietata la riproduzione anche parziale Pag. 11 di 11