ביופילם במפעלי מזון: מדוע הניקוי לא תמיד מסלק את החיידקים

חיידקים אינם חיים בבדידות

במעבדה אנו נוטים לדמיין חיידקים כתאים הצפים במרק. במפעל מזון המצב הנפוץ הוא אחר: תאים הנצמדים למשטח, מקובצים ועטופים במטריצה שהם עצמם מייצרים. זהו ביופילם. סקירה שפורסמה ב-Biofouling מגדירה אותו כקהילה של מיקרואורגניזמים הנצמדת למשטח ומוקפת במטריצה מורכבת של חומרים פולימריים חוץ-תאיים.

ההבדל אינו רק בצורה. חיידק בתוך ביופילם סובל טוב יותר התייבשות, זרם מים בשטיפה וחומרי חיטוי מאשר אותו חיידק בתרחיף. לכן קו ייצור יכול להיראות נקי, לעבור בדיקה חזותית ועדיין לשחרר מיקרואורגניזמים אל המוצר.

ממה עשוי ביופילם

Flemming ו-Wingender תיארו ב-Nature Reviews Microbiology את מטריצת הביופילם כרשת לחה של חומרים פולימריים חוץ-תאיים (EPS), המורכבת בעיקר מפוליסכרידים, חלבונים, חומצות גרעין ושומנים. למטריצה זו כמה תפקידים בו-זמנית:

• היא מעניקה יציבות מכנית ומקבעת את התאים למשטח.
• היא יוצרת רשת תלת-ממדית ששומרת על התאים יחד.
• היא פועלת כמערכת עיכול חיצונית: היא שומרת אנזימים בקרבת התאים כדי לנצל שאריות של חומר אורגני.

במפעל, החומר האורגני הזה בשפע: שאריות חלב, בשר, מיץ או בצק שנשארים באטמים, בשסתומים ובמשטחים שרוטים לאחר הייצור.

כיצד הוא נוצר, שלב אחר שלב

הסקירה של Galié ושותפיו ב-Frontiers in Microbiology מסכמת את הרצף בתעשיית המזון:

• התניית המשטח: חלבונים, שומנים ושאריות אחרות של המזון מכסים את החומר ומשנים את תכונותיו.
• הדבקות הפיכה: התאים הראשונים מתקרבים ונצמדים בחולשה; עדיין אפשר להסירם בשטיפה.
• הדבקות בלתי הפיכה ומיקרו-מושבות: התאים מייצרים מטריצה ומתחילים להתרבות במקום.
• התבגרות: נוצר מבנה תלת-ממדי עם מדרגים של חומרי מזון וחמצן.
• פיזור: חלק מהתאים משתחררים ומיישבים משטחים אחרים או עוברים אל המוצר.

המסקנה המעשית היא שהזמן לפעול הוא מוקדם. ניקוי המגיע כשהתאים עדיין בשלב ההפיך מצליח הרבה יותר מניקוי הניצב מול ביופילם בוגר. לכן תדירות הניקוי והזמן שציוד נשאר מלוכלך בין סוף הייצור לתחילת הסניטציה משפיעים באותה מידה כמו החומר הכימי שנבחר.

שלב הפיזור מסביר גם דפוס שצוותי איכות רבים מכירים: זיהומי מוצר המופיעים באופן לסירוגין, עם תוצאות שליליות במשך שבועות ותוצאה חיובית בודדת ללא סיבה נראית לעין. ביופילם מבוסס משחרר תאים באופן לא סדיר, ואי-הסדירות הזו גורמת לדגימה ספורדית לפספס אותו.

היכן הוא מופיע במפעל

אותה סקירה מזכירה, בתעשיית החלב, צינורות, צנטריפוגות חמאה, מיכלי גבינה, פסטריזטורים וכלי אריזה, עם מינים שונים כל כך כמו Pseudomonas פסיכרוטרופיים והתרמופיל Geobacillus stearothermophilus. בדגים טריים היא מציינת ביופילם עם Aeromonas hydrophila, L. monocytogenes, Salmonella enterica או Vibrio spp. הסיכונים הייחודיים לכל מגזר מפורטים במאמר על מיקרוביולוגיה בתעשיית החלב.

החומר והגימור שלו חשובים

ביופילם נוצר על נירוסטה, פוליאתילן, פוליפרופילן, גומי, PVC, זכוכית ועץ. גימור המשטח משנה את התוצאה: במחקרים שנסקרו, נירוסטה לא מטופלת או משופשפת הייתה הקלה ביותר ליישוב על ידי Salmonella, ואילו נירוסטה מלוטשת אלקטרוכימית התיישבה מעט מאוד. משטח שרוט, אטם סדוק או ריתוך שגימורו לקוי מציעים מחסה שאף חומר כימי אינו מגיע אליו במלואו.

ביופילם, התמדה ו-Listeria

Listeria monocytogenes היא הדוגמה הנחקרת ביותר להתמדה במפעל: אותו זן מופיע חודשים או שנים באותו ציוד. Carpentier ו-Cerf, בסקירה ב-International Journal of Food Microbiology, ניתחו מדוע זה קורה והגיעו למסקנה שמשנה את נקודת המבט. הגורמים הקשורים לנוכחות Listeria במפעלים הם אלה המעודדים את גידולה, ותנאים אלה מתקיימים במה שמכונה אתרי מחסה: מקומות המוגנים בשל תכנון לא היגייני של ציוד ומתקנים, או בשל חומרים פגועים, שקשה לסלקם.

המחברים הציעו שאין זנים של L. monocytogenes בעלי תכונות ייחודיות שהופכות אותם לעקשניים, אלא אתרי מחסה שבהם כל זן יכול להתמיד. הם גם טענו שכאשר העומס ההתחלתי נמוך, ניקוי וחיטוי מוקדמים הם הדרך היחידה למנוע את התבססותה. עבור צוות האיכות המסר הוא שהתמדה נלחמים בעיקר באמצעות תכנון היגייני ותחזוקה, ולא רק בחומר חיטוי חזק יותר.

מדוע הוא סובל חומרי חיטוי טוב יותר

הסקירה ב-Biofouling מתארת את עמידות הביופילם לחיטוי כתהליך רב-גורמי, הקשור לארגון המרחבי של הקהילה. בין המנגנונים המצוטטים ביותר:

• המטריצה כמחסום: הפולימרים החוץ-תאיים מקשים על דיפוזיית הביוצייד ועשויים להגיב איתו לפני שיגיע אל התאים.
• הטרוגניות פיזיולוגית: מדרגי חמצן וחומרי מזון יוצרים אזורים עם תאים איטיים בגדילתם ותאים עקשניים (persisters), הפחות רגישים לחומרים רבים.
• קהילות מעורבות: Sánchez-Vizuete ושותפיו סקרו ב-Frontiers in Microbiology כיצד חיידקים שאינם פתוגניים יכולים להגן על פתוגנים. דוגמה: Bacillus subtilis שבודד מציוד הגן על Staphylococcus aureus מפני חומצה פראצטית.
• הסתגלות גנטית: חלק מזני L. monocytogenes שבודדו ממפעלים נושאים גנים כמו qacH או bcrABC, משאבות המסלקות תרכובות אמוניום רבעוני.

קהילות מעורבות הן הכלל במפעל, לא היוצא מן הכלל. Galié ושותפיו מצטטים מחקר שבו שרידותו של E. coli O157:H7 על משטחי התעשייה גדלה עד פי שישה בנוכחות מינים אחרים.

כיצד שולטים בו

למנוע לפני שמסלקים

הבקרה מתחילה בתכנון: משטחים חלקים וללא סדקים, אטמים במצב תקין, ציוד הניתן לפירוק וללא אזורים מתים שבהם מצטבר מוצר. נהלי ייצור נאותים ותחזוקה מונעת הם, הלכה למעשה, הכלי הראשון נגד ביופילם.

קודם מנקים, אחר כך מחטאים

חומר חיטוי שמורחים על לכלוך או על מטריצה שלמה מאבד חלק ניכר מהשפעתו. לכן הניקוי, עם חומר ניקוי מתאים ופעולה מכנית או טורבולנציה במעגלים סגורים, צריך להסיר את החומר האורגני ולשבור את המטריצה לפני החיטוי. הסקירה של Galié מזכירה בין חומרי החיטוי הנפוצים בתעשייה נתרן היפוכלוריט, חומצה פראצטית, כלור דו-חמצני, מי חמצן, אוזון ותרכובות אמוניום רבעוני.

כלים משלימים

לביופילם קשה נחקרים ומשמשים אנזימים המפרקים את המטריצה (פרוטאזות, צלולאזות, גליקוזידאזות, DNases), בקטריופאגים כמו P100 נגד Listeria, בקטריוצינים כמו ניזין ושמנים אתריים. אלה השלמות: אף אחד מהם אינו מחליף תוכנית ניקוי שתוכננה היטב.

כיצד יודעים שהבקרה פועלת

ביופילם אינו נראה לעין עד שהוא גדול מאוד, ולכן האימות תלוי בדגימה. כמה קווים מנחים:

• לדגום לאחר הניקוי והחיטוי, וגם לפני תחילת הייצור, כמתואר במאמר על משטחים לאחר סניטציה.
• לכלול נקודות הניתנות לפירוק: אטמים, חלקים פנימיים של שסתומים, גלילים, מגרדים וניקוזים, בטכניקות של דגימת משטחים.
• להתייחס לתוצאות חיוביות חוזרות באותה נקודה כאות לאתר מחסה ולא כממצא בודד, במסגרת תוכנית הניטור הסביבתי.
• כשבידוד חוזר ומופיע, להשוות אותו לקודמים; ריצוף גנומי מאפשר לדעת אם מדובר באותו זן תושב.

ביופילם אינו פוגע רק בבטיחות. הוא מסביר גם בעיות רבות של קלקול חוזר, כמו אלה שגורמים השמרים העמידים המתוארים במאמר על Zygosaccharomyces.