Il CIP (cleaning-in-place) impiega trattamenti termici e sostanze chimiche non biodegradabili (acidi e alcali), che richiedono un’adeguata neutralizzazione prima dello smaltimento, con conseguenti sfide di sostenibilità. Inoltre, i biofilm rappresentano una delle principali fonti di contaminazione e deterioramento nelle industrie lattiero-casearie e si ritiene che gli attuali protocolli CIP chimici non li distruggano completamente.

L’uso degli enzimi come agenti efficaci per la CIP e come alternativa più sostenibile ai trattamenti chimici e termici sta guadagnando interesse. Gli enzimi offrono numerosi vantaggi se utilizzati per il CIP, come un ridotto consumo di acqua richiesta per il risciacquo, temperature operative più basse con conseguente risparmio energetico, tempi di pulizia più brevi e costi inferiori per il trattamento delle acque reflue. Inoltre, derivano generalmente da fonti naturali, sono facili da neutralizzare e non producono rifiuti pericolosi. Tuttavia, nonostante tali vantaggi, gli enzimi per il CIP nel settore della lavorazione lattiero-casearia continuano a concentrarsi principalmente sulla pulizia delle membrane. Si prevede un’adozione crescente del CIP a base enzimatica per le industrie casearie in attesa di una maggiore conoscenza relativa ai costi, al controllo del processo (cinetica di inattivazione), alla riutilizzabilità delle soluzioni enzimatiche e al potenziale di attività residua, compresi i possibili effetti sui successivi lotti di prodotto. Tali studi sono essenziali affinché l’industria casearia si muova verso soluzioni di pulizia più efficienti dal punto di vista energetico e sostenibili. 

Un’alternativa agli agenti chimici

Gli impatti ambientali primari sulla lavorazione del latte e sulla produzione lattiero-casearia sono associati all’elettricità, all’energia termica, all’acqua e ai prodotti per la pulizia, senza considerare gli impatti della produzione di latte. Pertanto, l’utilizzo di enzimi come alternativa agli agenti chimici nel CIP presenta alcuni vantaggi, come ridurre il potenziale inquinamento causato dai rifiuti chimici ed evitare i problemi associati alla natura corrosiva degli agenti chimici. Anche la rimozione di biofilm può trarre giovamento dall’utilizzo di preparati a base di enzimi, in combinazione con biocidi. I processi CIP utilizzati regolarmente nell’industria lattiero-casearia mostrano, infatti, risultati variabili contro i biofilm a causa della resistenza ai trattamenti chimici e fisici. 

Gli enzimi possono essere utilizzati per abbattere i depositi organici sulle superfici di lavorazione, riducendo la necessità di prodotti chimici aggressivi e migliorando la sostenibilità. Il CIP mediante una combinazione di enzimi e disinfezione chimica a base acida ha dimostrato di avere il più basso impatto ambientale e potenziale di acidificazione in una LCA delle procedure di pulizia utilizzate nelle industrie lattiero-casearie, compreso l’utilizzo di energia e acqua. Ulteriori vantaggi derivanti dall’utilizzo degli enzimi per il CIP includono la minore manipolazione di prodotti chimici detergenti corrosivi e pericolosi da parte dei lavoratori e la riduzione dello stress chimico e termico sulle apparecchiature di lavorazione. Gli studi si stanno focalizzando sull’ottimizzazione della dose di enzimi, del controllo del processo e dei costi. Le proteasi si sono dimostrate utili nel CIP in vari settori ma, per livelli di efficacia più elevati, diversi studi suggeriscono l’integrazione con una miscela di altri enzimi, l’aggiunta di tensioattivi o l’implementazione di una fase di pulizia aggiuntiva. Studiando approfonditamente parametri quali gli impianti di lavorazione, le metodologie di produzione, il tipo di prodotto alimentare e i rischi specifici dell’attività enzimatica residua sui prodotti alimentari, la pulizia enzimatica ha un grande potenziale per essere utilizzata per il CIP in combinazione con i metodi di sanificazione tradizionali per migliorare l’igiene delle piante.

Per la rimozione del biofilm

Gli enzimi potrebbero essere utilizzati anche come soluzione alla resistenza del biofilm ad alcuni agenti chimici, in sostituzione o in combinazione con questi. La complessità della composizione dell’EPS nei biofilm può variare tra le specie batteriche. Gli enzimi possono degradare i componenti della matrice dell’EPS nei biofilm, il che facilita l’inattivazione e la rimozione delle cellule staccate durante le procedure di pulizia e disinfezione industriale. Recenti studi su preparati a base di enzimi hanno dimostrato risultati promettenti per la rimozione dei biofilm microbici formati su varie superfici. Talvolta gli enzimi stessi potrebbero non essere in grado di eliminare i biofilm, ma piuttosto consentire l’ingresso del disinfettante nella matrice del biofilm. Gli enzimi funzionano prendendo di mira la matrice dei biofilm e allentandola per innescare il rilascio di cellule planctoniche; questo aiuta gli agenti disinfettanti standard a raggiungere le loro cellule bersaglio planctoniche. Alcuni dei vantaggi dell’utilizzo degli enzimi per degradare i biofilm sono la loro elevata specificità e velocità di reazione rapide in condizioni moderate di temperatura, pH e concentrazione. È stato dimostrato che una combinazione di ossidoreduttasi con enzimi idrolizzanti i polisaccaridi agisce efficacemente contro biofilm modello di organismi patogeni come Staphylococcus epidermide, Pseudomonas aeruginosa, S. aureus e Pseudomonas fluorescens su superfici in polipropilene e acciaio, come confermato mediante microscopia a fluorescenza e un’analisi indiretta test di conduttanza o test delle emissioni di anidride carbonica. Tuttavia, gli enzimi sono stati ampiamente studiati come strategia antibiofilm nei biofilm monospecie, ma i biofilm misti sono più comuni negli ambienti reali. Uno studio ha valutato l’efficacia di nove preparazioni enzimatiche commerciali nel trattamento di sette tipi di biofilm a doppia specie contenenti L. monocytogenes e batteri associati provenienti da impianti di trasformazione alimentare. Lo studio ha rilevato che i ceppi di L. monocytogenes erano ugualmente suscettibili all’attacco enzimatico nei biofilm giovani sia mono che bispecie, ma l’effetto dell’associazione è stato benefico per alcuni dei suoi partner come E. coli e S. saprophyticus. Sebbene l’uso di enzimi non abbia ottenuto buoni risultati in termini di riduzioni del registro delle cellule vitali attaccate nei biofilm a doppia specie, le immagini al microscopio confocale a scansione laser (CLSM) hanno mostrato un danno strutturale significativo dopo il trattamento enzimatico con DNasi I, pronasi e pectinasi. Gli enzimi potrebbero essere uno strumento utile per indebolire la struttura dei biofilm sulle superfici degli impianti di trasformazione alimentare, in combinazione con un trattamento di disinfezione, e possono essere utilizzati per sondare la struttura esterna o accessibile del biofilm. Le classi di enzimi con il maggior potenziale che possono essere utilizzate per l’eliminazione del biofilm sono cellulasi, proteasi, amilasi, lipasi o DNasi. In particolare, considerando che le proteine sono il componente strutturale più vitale, soprattutto nella matrice dei biofilm dei latticini, le proteasi sono considerate gli enzimi più potenziali contro i biofilm. Questi enzimi legano e idrolizzano le molecole proteiche e le convertono in unità più piccole che escono attraverso la membrana cellulare e vengono metabolizzate. Studi suggeriscono che la proteasi funziona in maniera più ottimale in modo indipendente, richiedendo quindi un ritardo nel suo rilascio per consentire agli enzimi che degradano i polisaccaridi di funzionare. Sebbene questi enzimi siano parzialmente in grado di degradare i biofilm da soli, la combinazione degli enzimi di degradazione dei polisaccaridi riduce significativamente le cellule del biofilm. Alcuni studi hanno valutato l’attività delle cellulasi contro i biofilm. Questi enzimi danneggiano la cellulosa che è uno dei componenti principali dei biofilm. I tre gruppi di cellulasi che possono distruggere la cellulosa sono esoglucanasi, endoglucanasi e β-glucosidasi. Il bersaglio principale delle cellulasi sono i legami β-1,4 nella struttura della cellulosa. Le cellulasi si sono dimostrate particolarmente efficaci nell’inibizione dei ceppi ad alto contenuto di polisaccaridi. Anche in questo caso, gli studi raccomandano una combinazione di cellulasi con altri enzimi per aumentare l’efficacia della bonifica del biofilm. Il gruppo di enzimi più studiato nelle procedure di pulizia enzimatica sono le amilasi. La glucoside amilasi e l’α-amilasi rappresentano il 25% del mercato globale della pulizia enzimatica. Le amilasi idrolizzano i legami α-1,4-glicosidici nelle strutture dei biofilm provocandone la rottura. Diversi studi hanno studiato l’effetto dell’α-amilasi e della cellulasi in combinazione contro i biofilm provando una significativa riduzione della biomassa del biofilm a causa della rottura dei legami glicosidici nella matrice EPS e della dispersione e del rilascio di batteri planctonici, aumentando così l’efficacia dei successivi trattamenti antibiotici. Anche i lipidi sono un componente importante della struttura dell’EPS nei biofilm e contribuiscono alla struttura e alla stabilità dei biofilm batterici e formano il doppio strato lipidico delle membrane batteriche. Di conseguenza, le lipasi hanno un alto potenziale per la distruzione dei biofilm. Il DNA extracellulare (eDNA) è un altro componente importante dei biofilm poiché facilita l’adesione, il trasferimento genico e l’aggregazione dei batteri e funge da impalcatura strutturale per loro. L’uso delle DNasi potrebbe rivelarsi uno strumento efficace contro i biofilm. Tuttavia, in diversi studi si fa notare che la degradazione dei biofilm da parte della DNasi dipende dalla maturità dei biofilm; i biofilm giovani sono principalmente suscettibili al trattamento con DNasi, mentre man mano che il biofilm invecchia, la suscettibilità alla DNasi diminuisce. 

Conclusioni

Poiché sono state condotte poche ricerche sull’efficacia e la fattibilità del CIP enzimatico nel settore lattiero-caseario, gli enzimi sono attualmente utilizzati prevalentemente nella pulizia delle membrane. Anche se studi di laboratorio e su scala pilota hanno rivelato un grande potenziale negli enzimi come agenti CIP, sono necessarie maggiori informazioni per la loro applicazione, in particolare nell’industria casearia. Le proteasi sono gli enzimi più studiati poiché sono efficaci nella rimozione dei depositi proteici formati negli impianti lattiero-caseari e aiutano anche a rimuovere lo strato EPS dei biofilm. La pulizia enzimatica è interessante come agente igienizzante efficace per l’industria casearia e lattiero-casearia in generale, con vantaggi come una maggiore sostenibilità, tra cui una migliore gestione/biodegradabilità dei rifiuti, uso di energia e acqua e relativi costi economici rispetto al CIP tradizionale. Altri vantaggi includono processi CIP specifici del substrato, la possibilità di rottura mirata dei biofilm per l’ingresso di disinfettanti e così via. Prima di poter stabilire protocolli CIP enzimatici nell’industria casearia, è necessario considerare i costi, il potenziale di riutilizzo, l’impatto dell’attività enzimatica residua sui prodotti successivi e l’inattivazione/rimozione degli enzimi dopo l’uso. 

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