Pleins feux sur la désinfection physique
Avantages et inconvénients de la désinfection thermique, par UV, par ultrasons
Lorsque les surfaces des équipements de traitement sont nettoyées, on n‘élimine pas seulement les impuretés visibles mais aussi une partie des micro-organismes. Toutefois, cela ne suffit pas pour prévenir une éventuelle contamination des denrées alimentaires. Une désinfection physique ou chimique est nécessaire pour réduire le nombre d‘agents pathogènes et de putréfacteurs microbiens, de spores et de populations virales. Dans cet article, nous examinons les possibilités et les restrictions de la première variante.
Chaleur
Avec la désinfection thermique, les micro-organismes sont inactivés par la dénaturation des protéines de la membrane cytoplasmique et le cytoplasme (traitement à la vapeur ou à l‘eau chaude) ou alors la désinfection s‘effectue suite à une dégradation causée par des radicaux d‘oxygène libres, le dessèchement et même la combustion (traitement à l‘air chaud). A l‘instar de la stérilisation et de la pasteurisation, la désinfection thermique nécessite d‘appliquer de manière stricte les barèmes de température et de temps requis. Comme avec toutes les méthodes de désinfection physique, on n‘est pas gêné par des résidus chimiques, ce qui peut être un inconvénient important pour la désinfection chimique.
Vapeur
La vapeur sèche et saturée (< 5% d‘humidité; max. 100 °C à 1 atm) a un très bon effet désinfectant, mais le temps de contact nécessaire est assez long. Afin d‘obtenir une stérilité parfaite (inactivation des spores de Clostridia, Bacilli et champignons), les aliments doivent être traités à 121 °C pendant 20 minutes avec la stérilisation. Toutefois, pour tuer uniquement les micro-organismes végétatifs, il suffit que les surfaces internes et externes des dispositifs atteignent une température d‘au moins 85 °C pendant 1 minute. Bien que le traitement à la vapeur soit actif contre un large éventail de micro-organismes, il ne convient pas pour inactiver les endotoxines.
Vu son excellente capacité de pénétration, la vapeur est très intéressante pour désinfecter in situ les zones difficiles d‘accès. Néanmoins, il peut être nécessaire de démonter l‘installation. La vapeur n‘est une méthode de désinfection efficace que lorsque tous les résidus de produits ont été éliminés. Non seulement les résidus peuvent protéger les micro-organismes du contact direct avec la vapeur mais en plus, ils risquent d‘adhérer davantage à la surface traitée. Il existe des systèmes fixes pour nettoyer et désinfecter les tapis roulants à la vapeur. Ils sont également équipés d‘une unité sous vide pour éliminer les résidus de produits et sécher le tapis roulant. La quantité d‘humidité et de chaleur résiduelles peut être suffisante pour permettre aux bactéries de survivre ou de se développer en présence de résidus de produits.
Un avantage important de la désinfection physique par rapport a la désinfection chimique est l‘absence de de résidus chimiques
La vapeur n‘est pas corrosive pour l‘acier inoxydable, mais les plastiques et les joints en caoutchouc peuvent être altérés après une exposition unique ou répétée à des températures élevées. Les surfaces comme l‘acier inoxydable atteignent également une température très élevée lorsqu‘elles sont désinfectées à la vapeur. Elles s‘assèchent donc rapidement. Sur les surfaces froides, cependant, la vapeur peut se condenser, ce qui est particulièrement problématique si ces surfaces doivent rester sèches. Bien sûr, la désinfection à la vapeur ne doit pas entraîner de développement microbien sur les surfaces en contact avec le produit qui sont devenues humides alors qu‘elles ne doivent pas.
La vapeur est assez coûteuse à produire et le risque de brûlure est élevé en cas d‘utilisation manuelle. Un autre inconvénient est que la vapeur peut enlever les lubrifiants des pièces mobiles, détacher la peinture des surfaces qui ne sont pas en contact avec le produit et provoquer des fissures dans le béton. Les boîtiers comprenant des composants électriques doivent avoir un indice de protection (IP) suffisamment élevé pour empêcher la pénétration de vapeur lors de l‘utilisation de vapeur à haute pression.
Eau chaude
L‘utilisation d‘eau chaude (± 85 °C) est plus facile que la vapeur, mais le temps de contact doit être suffisamment long pour que les surfaces humidifiées atteignent cette température. Le problème est que la surface à traiter n‘atteint pas cette température partout (répartition non uniforme de la température) et que certaines bactéries et surtout les spores résistent à des températures de 85 °C; même pendant des périodes plus longues. Néanmoins, la désinfection à l‘eau chaude est tout à fait possible dans les circuits fermés qui ont été préalablement nettoyés par cleaning-in-place (CIP). On peut aussi désinfecter les composants amovibles thermiquement en les immergeant suffisamment longtemps dans un bain d‘eau chaude à 85 °C. Il est alors nécessaire que toute la surface reste longtemps exposée à cette température.
Chaleur sèche
L‘air chaud a un effet désinfectant limité car une bonne désinfection nécessite principalement une chaleur humide. La température et le temps de contact requis sont donc plus élevés et plus longs. On peut atteindre une réduction de 4,5 log de Salmonella spp. Après 2 heures à 100 °C, tandis qu‘une réduction > 6 log peut être obtenue après 1 heure de traitement à 120 °C. Pour tuer de nombreux autres micro-organismes, il faut des durées de traitement de 2 heures à 160 °C ou 1 heure à 170 °C, et une humidité relative de 20 à 40%. La désinfection des surfaces avec ces températures élevées nécessite une surface parfaitement propre.
L‘utilisation de la chaleur sèche n‘est pas possible pour les appareils avec de nombreux composants en plastique et des joints en caoutchouc. Toutefois, elle peut être utile pour la désinfection de surfaces construites dans des matériaux pouvant tolérer des températures très élevées et dans des endroits où la désinfection à la vapeur saturée est impossible (par ex. les équipements utilisés pour la production d‘aliments secs).
Bien que les surfaces restent sèches, le coût de ce type de désinfection est élevé, tant en termes de production d‘air chaud que de temps de traitement. L‘air est moins facile à chauffer que l‘eau, même si les composants peuvent facilement être désinfectés dans un four après avoir démonté le dispositif de traitement.
LUMIERE UV-C
La lumière UV peut également être utilisée pour désinfecter les tapis roulants, les surfaces de travail et les appareils. La lumière UV d‘une longueur d‘onde comprise entre 240 et 280 nm (pic maximum à 265 nm) est particulièrement efficace pour tuer les bactéries. Dans cette partie du spectre (UV C), la lumière est absorbée au maximum par l‘ADN dans le noyau de la cellule, celui-ci étant également endommagé (dimérisation des groupes thymine adjacents dans l‘ADN microbien). Par conséquent, le micro-organisme ne peut plus se reproduire.
Afin de tuer tous les micro-organismes présents à la surface, la dose d‘UV reçue doit être suffisamment élevée. Cette dose dépend de l‘intensité de la lumière UV (exprimée en mJ/cm2) et de la durée d‘exposition. Plus l‘intensité de la lumière UV-C utilisée est élevée, plus la durée d‘exposition peut être courte. La dose d‘UV requise est différente pour chaque micro-organisme. La dose nécessaire pour tuer les spores et les virus est de 10-12 mJ/cm2. Pour détruire les cellules végétatives des bactéries, elle est de 2 à 5,5 mJ/cm2. Lorsqu‘on double la dose d‘UV nécessaire pour tuer 90% des micro-organismes, 99% des micro-organismes sont inactivés. En triplant cette dose, on obtient une réduction de 99,9%. Les micro-organismes et les virus ne peuvent pas développer de résistance à la lumière UV-C. Cependant, la désinfection par UV-C est moins efficace dans les environnements à forte humidité relative, ce qui est souvent le cas dans l‘industrie alimentaire.
Pour être efficaces, les micro-organismes doivent être directement exposés à la lumière UV-C. Cela implique que la surface à désinfecter doit être totalement exempte de résidus alimentaires. Les surfaces qui ne sont pas directement exposées à la lumière UV-C ne sont pas désinfectées non plus. Afin d‘obtenir une désinfection uniforme, il faut s‘assurer que toutes les surfaces sont exposées au même degré de lumière. Pour éviter les ombres, il peut être nécessaire de tourner ou de retourner l‘objet à désinfecter au moins une fois pendant l‘exposition, ou de changer la position de la source d‘UV-C.
Les UV-C sont moins efficaces pour désinfecter les surfaces poreuses que pour désinfecter les surfaces lisses. Dans les rayures, les fissures ou les éléments topographiques du même ordre de grandeur que les micro-organismes (quelques µm), les micro-organismes peuvent être protégés de l‘exposition directe à la lumière UV-C. Les UV-C peuvent provoquer des lésions des tissus de la peau, des complications du système immunitaire et des lésions oculaires. La lumière UV-C convertit également l‘oxygène en ozone. Par conséquent, les sources d‘UV-C doivent être protégées, ou les opérateurs doivent être tenus à l‘écart de l‘espace à traiter.
Certains plastiques (polycarbonate, chlorure de polyvinyle, polyéthylène, polypropylène, etc.) et caoutchoucs (néoprène, nitrile) sont sensibles aux rayons UV.
Lumiere pulsee
La lumière (longueur d‘onde 200 - 1 000 nm) de forte intensité (12 J/cm2), pulsée à une fréquence de 2 ms, est déjà utilisée dans la décontamination des aliments (approuvée par la FDA en 1996). La composante UV de cette lumière, générée par une source de xénon (25% de la lumière produite), est essentielle pour obtenir une réduction microbienne. La lumière UV-C pulsée donne de nouveau le meilleur résultat de désinfection en raison de son effet antimicrobien photochimique et photothermique, qui à son tour provoque la dimérisation des thymines adjacentes dans l‘ADN microbien, ainsi que la destruction d‘autres structures cellulaires.
L‘effet d‘inactivation, obtenu avec une lumière UV-C pulsée, est plus élevé qu‘avec une exposition continue aux UV-C. C‘est principalement dû à l‘intensité énergétique plus élevée des ‘flashes‘ sur une courte période de temps. Placé près de la surface à désinfecter, on peut obtenir une réduction de 2 à 6 log dans un court laps de temps de 1 à 5 secondes. Cependant, l‘effet est encore plus faible sur les surfaces plus rugueuses et plus poreuses.
Ultrasons
Les ultrasons de haute énergie (25 kHz), générés par des sonotrodes, se propagent dans les liquides en alternant des cycles de haute et de basse pression, déterminés par la fréquence. Pendant le cycle de basse pression, la forte intensité des ultrasons crée des petites bulles de vide dans le liquide. Lorsque ces bulles atteignent un volume auquel elles ne peuvent plus absorber d‘énergie, elles chutent violemment lors d‘un cycle de haute pression (phase de compression). L‘implosion des bulles (phase de cavitation) crée localement des températures et des pressions élevées d‘environ 5 000 K et 2 000 atm. Lors de l‘implosion des microbulles, des microfaisceaux se forment à des vitesses pouvant atteindre 280 m/s, créant des forces de cisaillement intenses qui déchirent la paroi cellulaire des micro-organismes. Il est possible d‘obtenir une réduction de 6 à 7 log des bactéries et des virus après une heure de traitement.
Avec la collaboration de enviolet GmbH et FijnTechniek Fijnaart bv
