FYSISCHE DESINFECTIE GEWIKT EN GEWOGEN

Voor- en nadelen van hitte, UV-licht en ultrasone ontsmetting

Wanneer oppervlakken van procesapparatuur gereinigd worden, worden naast de zichtbare onzuiverheden ook een deel van de micro-organismen verwijderd. Dit volstaat weliswaar niet om een eventuele contaminatie van levensmiddelen te voorkomen. Een fysische of chemische desinfectie is vereist om pathogenen en microbiële bedervers, sporen en virale populaties in aantal te reduceren. In dit artikel bespreken we de mogelijkheden en beperkingen van die eerste variant.

Warmte

Bij desinfectie door middel van hitte worden micro-organismen geïnactiveerd door denaturatie van proteïnen in het cytoplasmatische membraan en het cytoplasma (behandelen met stoom of warm water), ofwel gebeurt de ontsmetting ten gevolge van schade door vrije zuurstofradicalen, uitdroging en zelfs verbranding (behandeling met hete lucht). Net zoals bij sterilisatie en pasteurisatie, moeten bij desinfectie met hitte de vereiste temperatuur-tijdbarema’s strikt worden toegepast. Zoals bij alle fysische desinfectiemethoden heeft men hierbij geen last van chemische residuen, wat een belangrijk nadeel kan zijn bij chemisch ontsmetten.

Stoom

Droge, verzadigde stoom (< 5% vocht; max. 100°C bij 1 atm) heeft een heel goede desinfecterende werking, maar de vereiste contacttijd is redelijk lang. Om een perfecte steriliteit te bekomen (ook inactivering van sporen van Clostridia, Bacilli en schimmels), moeten levensmiddelen bij sterilisatie 20 min lang bij 121°C behandeld worden. Om enkel vegetatieve micro-organismen af te doden, volstaat het evenwel dat interne en externe apparaat-oppervlakken gedurende 1 min. minstens een temperatuur van 85 °C bereiken. Hoewel de behandeling met stoom actief is tegen een ruime waaier aan micro-organismen, is die niet geschikt om endotoxines te inactiveren.

Door zijn excellent penetratievermogen is stoom vooral interessant om moeilijk bereikbare plaatsen in situ te ontsmetten. Niettemin kan het toch noodzakelijk zijn om de installatie te demonteren. Stoom is hierbij slechts een effectieve ontsmettingsmethode als alle productresten verwijderd zijn. Residuen kunnen niet alleen micro-organismen afschermen van direct contact met de stoom; ze kunnen zich ook sterker op het behandelde oppervlak gaan hechten. Er bestaan vaste systemen om transportbanden te reinigen en te desinfecteren met stoom. Die zijn ook voorzien van een vacuümunit om productresiduen te verwijderen en de transportband te drogen. De hoeveelheid restvocht en -warmte kunnen voldoende groot zijn om bacteriën te laten overleven of te laten groeien in aanwezigheid van achterblijvende productresten.

Een belangrijk voordeel van fysische desinfectie ten opzichte van chemisch ontsmetten, is de afwezigheid van eventuele chemische residuen

Stoom is niet corrosief voor roestvast staal, maar plastics en rubberen dichtingen kunnen aangetast worden na één of een herhaalde blootstelling aan hoge temperaturen gedurende langere tijd. Gezien oppervlakken zoals roestvast staal bij desinfectie met stoom ook een heel hoge temperatuur bereiken, gaan die snel opdrogen. Op koude oppervlakken kan stoom wel gaan condenseren, wat vooral een probleem is als die oppervlakken bij voorkeur droog moeten blijven. Desinfectie met stoom mag uiteraard niet resulteren in microbiële groei op productcontactoppervlakken die ongewenst nat zijn geworden.

Stoom is vrij duur om te produceren en het risico op brandwonden bij manueel gebruik is hoog. Een ander nadeel is dat stoom smeermiddelen van bewegende onderdelen kan wegspoelen, verf van niet-productcontact oppervlakken kan losweken en scheuren in beton kan veroorzaken. Behuizingen met elektrische onderdelen moeten een voldoende hoge Ingress Protection (IP) rating hebben om te vermijden dat vocht bij gebruik van hogedruk stoom naar binnen dringt.

Warm water

Het gebruik van warm water (± 85 °C) is makkelijker dan stoom, maar dan moet de contacttijd wel voldoende lang zijn opdat ook de oppervlakken die bevochtigd worden deze temperatuur zouden bereiken. Het probleem is dat het te behandelen oppervlak niet overal deze temperatuur bereikt (niet-uniforme temperatuurverdeling) en dat sommige bacteriën en vooral sporen bestand zijn tegen temperaturen van 85 °C; zelfs gedurende langere tijd. Niettemin is desinfectie met warm water heel goed haalbaar in gesloten circuits die vooraf gereinigd werden door middel van cleaning-in-place (CIP). Demonteerbare onderdelen kunnen ook thermisch gedesinfecteerd worden door ze lang genoeg onder te dompelen in een warmwaterbad bij 85 °C. Het is dan wel noodzakelijk dat het volledige oppervlak gedurende lange tijd aan die temperatuur blijft blootgesteld.

Droge hitte

Hete lucht heeft een beperkte ontsmettende werking, omdat voor een goede ontsmetting vooral vochtige warmte nodig is. De vereiste temperatuur en contacttijd zijn hierdoor hoger en langer. Een 4.5 log-reductie van Salmonella spp. is haalbaar na 2 uur bij 100°C, terwijl een > 6 log-reductie kan worden bekomen na 1 uur behandelen bij 120 °C. Het afdoden van vele andere micro-orga­nismen vergt behandelingstijden van 2 uur bij 160 °C of 1 uur bij 170 °C, en een relatieve vochtigheid van 20-40%. Het ontsmetten van oppervlakken bij die hoge temperaturen vereist een perfect zuiver oppervlak.

Het gebruik van droge hitte is natuurlijk niet haalbaar bij apparaten met veel plastic componenten en rubberen dichtingen. Dit kan wel bruikbaar zijn voor de ontsmetting van oppervlakken die geconstrueerd zijn uit materialen die heel goed hoge temperaturen kunnen verdragen en op plaatsen waar desinfectie met verzadigde stoom niet mogelijk is (bv. procesapparatuur gebruikt voor de productie van droge voeding). Ondanks het feit dat de oppervlakken droog blijven, is de kost van deze vorm van ontsmetten hoog; zowel qua productie van de hete lucht als qua behandelingstijd. Lucht laat zich minder makkelijk verhitten dan water, hoewel componenten na ontmanteling van de procesapparatuur eenvoudig gedesinfecteerd kunnen worden in een oven.

UV C-licht

Om transportbanden, werk- en apparaat­oppervlakken te desinfecteren, kan ook worden gebruikgemaakt van uv-licht. Vooral uv-licht met een golflengte tussen 240 en 280 nm (maximale piek bij 265 nm) is optimaal om bacteriën af te doden. In dit deel van het spectrum (uv C) wordt het licht maximaal geabsorbeerd door het DNA in de celkern, waarbij dit ook beschadigd wordt (dimerisatie van naast elkaar liggende thymine-groepen in het microbieel DNA). Hierdoor kan het micro-organisme niet langer repliceren.

Om alle op het oppervlak aanwezige micro-organismen af te doden, moet de ontvangen uv-dosis voldoende hoog zijn. Deze dosis is afhankelijk van de intensiteit van het uv-licht (uitgedrukt in mJ/cm2) en de blootstellingstijd. Hoe hoger de intensiteit van het gebruikte uv C-licht, hoe korter de blootstellingstijd kan zijn. De vereiste uv-dosis is voor elk micro-organisme verschillend. De dosis om sporen en virussen af te doden, bedraagt 10-12 mJ/cm2. Om vegetatieve cellen van bacteriën te vernietigen, is dit 2–5,5 mJ/cm2. Wanneer de UV-dosis die nodig is om 90% van de micro-organismen af te doden verdubbelt, dan worden 99% van de micro-organismen geïnactiveerd. Een verdrievoudiging van die dosis leidt tot een reductie van 99,9%. Micro-organismen en virussen kunnen geen resistentie ontwikkelen tegen uv C-licht. Uv C-desinfectie is wel minder effectief in omgevingen met een hoge relatieve vochtigheid, wat dikwijls het geval is in de voedingsindustrie.

Om effectief te zijn, moeten micro-organismen direct blootgesteld zijn aan het uv C-licht. Dit impliceert dat het te desinfecteren oppervlak volledig vrij moet zijn van levensmiddelenresten. Oppervlakken die niet rechtstreeks aan uv C-licht worden blootgesteld, worden uiteraard ook niet gedesinfecteerd. Om een uniforme ontsmetting te bekomen, moet er op worden toegezien dat alle oppervlakken in dezelfde mate worden belicht. Om schaduwvorming te vermijden, kan het noodzakelijk zijn om het te desinfecteren voorwerp tijdens de blootstelling minimaal één keer te draaien of te keren, of de positie van de uv C-bron te wijzigen.

Uv C is minder effectief in het ontsmetten van poreuze oppervlakken dan in het desinfecteren van gladde oppervlakken. In krassen, scheuren of topografische elementen van dezelfde grootteorde als micro-organismen (enkele µm) kunnen micro-organismen afgeschermd worden van directe blootstelling aan het uv C-licht. Uv C kan huidweefselbeschadiging, complicaties in het immuunsysteem en oogschade veroorzaken. Uv C-licht zet ook zuurstof om in ozon. Bijgevolg moeten uv C-bronnen afgeschermd worden, of operatoren moeten uit de te behandelen ruimte worden gehouden.

Sommige plastics (polycarbonaat, polyvinylchloride, polyethyleen, polypropyleen enz.) en rubbers (neopreen, nitril) zijn gevoelig voor uv-licht.

Pulserend licht

Licht (golflengte 200 – 1.000 nm) met hoge intensiteit (12 J/cm2), pulserend à rato van 2 ms, wordt reeds gebruikt in de decontaminatie van levensmiddelen (goedgekeurd door de FDA in 1996).

De uv-component in dit licht, gegenereerd door een xenon-bron (25% van het geproduceerde licht), is essentieel om een microbiële reductie te bewerkstelligen. Pulserend uv C-licht heeft opnieuw het beste ontsmettingsresultaat door zijn fotochemisch en fotothermisch antimicrobieel effect, waarbij weer dimerisatie van aangrenzende thyminegroepen in het microbieel DNA optreedt, evenals destructie van andere cellulaire structuren.

Het inactiverend effect, verkregen met pulserend uv C-licht, is hoger dan bij continue belichting met uv C. Dit vooral door de hogere energie-intensiteit van de ‘flashes’ binnen een kort tijdsbestek. Dicht bij het te desinfecteren oppervlak geplaatst, kunnen 2 - 6 log reducties bekomen worden in een korte tijdspanne van 1 - 5 sec. Het effect is evenwel opnieuw kleiner op ruwere en poreuzere oppervlakken.

Ultrasoon

Hoogenergetische ultrasone golven (25 kHz), gegenereerd door sonotroden, planten zich in vloeistoffen voort in een afwisseling van hogedruk- en lagedrukcycli, zoals bepaald wordt door de frequentie. Tijdens de lagedrukcyclus ontstaan door de hoge intensiteit van de ultrasone golven kleine vacuümbelletjes in de vloeistof. Wanneer die belletjes een volume bereiken waarbij ze geen energie meer kunnen absorberen, bezwijken ze heftig tijdens een hogedrukcyclus (compressiefase). De implosie van de belletjes (cavitatiefase) creëert lokaal hoge temperaturen en drukken van ongeveer 5.000 K en 2.000 atm. Bij de implosie van de microbellen vormen zich ook microstralen met snelheden tot 280 m/s, waardoor intense schuifkrachten ontstaan die de celwand van micro-organismen doen openscheuren. Een 6 - 7 log reductie in bacteriën en virussen kan gerealiseerd worden na 1 uur behandelingstijd.

Met medewerking van enviolet GmbH en FijnTechniek Fijnaart bv