Rubrica di appunti per la detergenza professionale in allevamento
Dalla schiuma apparente al valore misurabile
La domanda
Quando parliamo di biofilm siamo portati a pensare soprattutto ai microrganismi che lo costituiscono.
Tuttavia – dal punto di vista del detergente – c’è un’altra domanda altrettanto importante: perché alcune matrici associate al biofilm risultano più difficili da distaccare e allontanare dalla superficie?
La risposta non riguarda soltanto quali microrganismi sono presenti.
Un biofilm è una comunità saprofitaria organizzata protetta da una matrice extracellulare (EPS – Extracellular Polymeric Substance), la cui struttura può presentare caratteristiche fisiche e meccaniche differenti.
Anche la matrice biofilm presenta un comportamento reologico: la sua risposta viscoelastica descrive come può deformarsi sotto sollecitazione. Coesione, adesione e porosità completano il quadro delle proprietà fisiche che condizionano il comportamento della matrice durante la detergenza [1-3].
Le condizioni in cui il biofilm cresce possono inoltre modificare struttura e resistenza al distacco dalla superficie [1,2].
NOTA REGOLATORIA
DETERGERE NON SIGNIFICA DISINFETTARE
Il Regolamento (UE) n. 528/2012 (BPR) dsciplina i prodotti biocidi.
In questo FAQCheck il detergente è descritto esclusivamente per la funzione di pulizia su sporco, residui e matrice aderente.
Bagnatura e mobilizzazione dipendono dalla formulazione; disgregazione fisica, distacco e allontanamento derivano dalla combinazione tra formulazione, azione meccanica e risciacquo.
Al detergente non sono attribuite attività antimicrobiche, disinfettanti o biocide. La disinfezione costituisce un momento distinto e successivo del protocollo C&D.
Il biofilm è anche una struttura fisica complessa
Considerare il biofilm soltanto come popolazione microbica sottovaluta il ruolo della matrice e delle sue proprietà fisiche e meccaniche.
Sotto l’azione di un fluido, di una sollecitazione meccanica o di una soluzione detergente, la matrice può deformarsi, comprimersi, frammentarsi in alcune zone e rimanere fortemente aderente in altre [1,3].
Implicazione operativa. Rilevare la presenza di biofilm segnala una criticità. Comprendere struttura e comportamento reologico della matrice aiuta a interpretarne la resistenza fisica al distacco dalla superficie.
Le condizioni di crescita modellano la matrice
Flusso dei fluidi, disponibilità di nutrienti, tipo di superficie e le condizioni di crescita possono contribuire a modificare struttura e organizzazione del biofilm [1,2].
Condizioni dinamiche sono generalmente associate a biofilm più compatti, con caratteristiche di adesione, contenuto di matrice e resistenza al distacco differenti. Sono tendenze generali, non regole universali [1].
La domanda non è soltanto “C’È BIOFILM?” ma anche “QUALE RESISTENZA FISICA OPPONE LA MATRICE?”
Anche la matrice del biofilm ha un profilo reologico: deformarsi non significa rompersi
VISCOELASTICITÀ
Dopo aver osservato in FAQCheck #06 il comportamento reologico del detergente, qui cambiamo prospettiva: anche la matrice biofilm presenta proprietà reologiche Molti biofilm presentano contemporaneamente una componente elastica e una componente viscosa: sotto sollecitazione la matrice può deformarsi e adattarsi prima di rompersi; a sollecitazioni più intense o prolungate assumendo un comportamento più simile a quello di un fluido [1,3].
Per chi vuole saperne di più
Modulo elastico (G’), punto di transizione, deformazione critica e tensione di snervamento descrivono diversi aspetti della stabilità meccanica della matrice biofilm.
In generale, valori più bassi di modulo elastico e del punto di transizione sono stati associati a una maggiore facilità di distacco; non esistono però soglie universali e i risultati dipendono dal metodo di misura [1].
Perché conta: applicare una sollecitazione idrodinamica alla matrice — ad esempio mediante il getto dell’idropulitrice — non significa automaticamente distaccarla dalla superficie: una parte della sollecitazione può essere assorbita attraverso la sua deformazione viscoelastica.
Frammentare la matrice non equivale a distacco dalla superficie
Questa distinzione è molto importante per comprendere il comportamento fisico della matrice durante la pulizia. La letteratura distingue tra rottura coesiva, che avviene all’interno della matrice e distacco adesivo, che avviene all’interfaccia tra biofilm e superficie [1].
| ROTTURA COESIVA | Avviene all’interno della matrice. Se la forza applicata supera la resistenza interna, possono staccarsi porzioni o frammenti. Tuttavia le parti sottostanti possono rimanere aderenti alla superficie. |
| DISTACCO ADESIVO | Avviene all’interfaccia tra matrice biofilm e superficie. In questo caso vengono superate le forze che mantengono la matrice ancorata al supporto. Per una pulizia completa della superficie questo passaggio è particolarmente rilevante. |
MATRICE FRAMMENTATA NON SIGNIFICA
MATRICE COMPLETAMENTE DISTACCATA DALLA SUPERFICIE
Una superficie che appare più pulita non è sufficiente per dimostrare che l’eventuale matrice aderente sia stata completamente distaccata e rimossa.
Lo strato basale
Negli strati a contatto con la superficie può persistere, in alcuni biofilm, una porzione basale più compatta, coesa e aderente rispetto agli strati superiori [1].
Quando presente, può diventare una delle principali criticità per la pulizia: una maggiore adesione rende più difficile il distacco e una minore presenza di spazi vuoti può limitare il passaggio della soluzione detergente [1].
Perché conta: il miglioramento visivo della superficie dopo il lavaggio non consente, da solo, di stabilire se l’eventuale matrice aderente sia stata completamente distaccata e allontanata. Ciò che rimane all’interfaccia può ostacolare una corretta preparazione della superficie alla successiva fase di disinfezione [4].
Porosità: la via di accesso non è sempre aperta
Un biofilm non è mai una massa completamente uniforme. La matrice può contenere pori e canalicoli attraverso i quali avviene il trasporto di acqua e sostanze. Queste strutture possono anche rappresentare vie potenziali di accesso per una soluzione detergente [1].
Porosità e distribuzione dei canalicoli non sono però distribuiti uniformemente all’interno del biofilm: alcuni studi riportano una maggiore porosità negli strati esterni e una struttura meno porosa in prossimità della superficie su cui il biofilm cresce [1].
Perché conta: gli strati più aderenti e meno porosi possono essere più difficili da raggiungere e distaccare; il miglioramento visivo della superficie non basta, da solo, a dimostrare che la matrice aderente sia stata completamente allontanata [1,4].
All’interfaccia si decide il distacco
Il distacco dipende dall’interazione tra la resistenza fisica della matrice e le condizioni del processo detergente.
| LA MATRICE PUÒ | Deformarsi Restare Coesa Aderire Limitare La Diffusione |
| IL PROCESSO DETERGENTE DEVE FAVORIRE | Bagnatura Contatto con la matrice Mobilizzazione dei residui Disgregazione della matrice Distacco e allontanamento con il risciacquo |
Il risultato della pulizia dipende dalla combinazione tra struttura della matrice, formulazione detergente, superficie, tempo, temperatura e azione fluidodinamica e meccanica [1-3].
Cosa sappiamo – e cosa non sappiamo ancora
Possiamo misurare diverse proprietà meccaniche della matrice del biofilm e comprendere meglio come contribuiscano alla sua stabilità.
Non possiamo però trasformare automaticamente un valore reologico della matrice in una precisa condizione operativa di detergenza: metodi, specie, superfici e condizioni di crescita possono produrre risultati difficilmente confrontabili [1].
In letteratura non esistono ancora correlazioni univoche tra proprietà meccaniche della matrice e parametri di processo necessari al distacco e all’allontanamento. Il valore della ricerca è comprendere le relazioni, non proporre equivalenze premature [1].
Dalla presenza di biofilm
al comportamento fisico e reologico della matrice
Rilevare la presenza e caratterizzare spessore o biomassa del biofilm è importante, ma non descrive completamente come la matrice reagisce alle sollecitazioni fisiche.
Reologia, microscopia a forza atomica e tecniche avanzate di imaging possono aggiungere informazioni su elasticità, adesione, porosità e struttura della matrice [1,3].
Questa prospettiva sposta progressivamente l’attenzione da una descrizione statica del problema a una lettura più dinamica della risposta fisica della matrice durante la detergenza. Sono però ancora necessari metodi maggiormente armonizzati e confrontabili [1,3].
Orientamento della ricerca
sul biofilm
Oltre a presenza, spessore e biomassa, tecniche reologiche e di imaging possono descrivere elasticità, adesione, porosità e risposta fisica della matrice [1,3].
Le piattaforme microfluidiche per biofilm (biofilm-on-a-chip) consentono, per esempio, di controllare il flusso, modificare lo sforzo di taglio e applicare differenti formulazioni sperimentali, seguendo nel tempo la risposta fisica della matrice [5].
Questi sistemi non rappresentano oggi uno strumento di routine per la detergenza negli allevamenti. Indicano però una direzione interessante: non limitarsi a descrivere la matrice prima e dopo il lavaggio, ma osservare come si deforma, si frammenta e si distacca durante il processo di pulizia.
Criterio guida NexClean EVO™
Sapere che in allevamento abbiamo un problema di biofilm non basta.
Riconoscere la presenza del biofilm è solo il primo passo. Una detergenza più razionale considera come si è formata la matrice, come è strutturata, quale resistenza fisica oppone, come risponde alle sollecitazioni e che cosa può rimanere aderente dopo il lavaggio.
| CRITICITA’ | IMPLICAZIONE OPERATIVA |
|---|---|
| IN QUALI CONDIZIONI SI È FORMATA? | Flusso dei fluidi • superficie • condizioni di crescita • sforzi di taglio |
| COME È STRUTTURATA? | Matrice EPS • porosità • compattezza • eventuale strato basale |
| QUALE RESISTENZA FISICA OPPONE? | Viscoelasticità • coesione • adesione |
| COME RISPONDE ALLE SOLLECITAZIONI? | Deformazione • rottura coesiva • distacco adesivo |
| COSA RIMANE ADERENTE/RESIDUA? | Residui di matrice • eventuale strato basale • superficie da predisporre alla successiva disinfezione |
PROMEMORIA FAQCheck
SAPERE CHE IN ALLEVAMENTO ABBIAMO UN PROBLEMA DI BIOFILM NON BASTA
La presenza identifica la criticità. Struttura e proprietà meccaniche aiutano a capire come la matrice può resistere al distacco. La detergenza agisce su sporco e matrice aderente. La disinfezione è sempre una fase successiva e distinta del protocollo C&D.
Vuoi capire non soltanto se il biofilm è presente, ma perché la sua matrice può essere difficile da distaccare e allontanare dalla superficie?
Bibliografia
- Bachlechner C, Zand E, Eisenrauch V, Mauermann M, Jäger H, Schottroff F. Biofilm Properties and Their Implications for Cleaning Processes in the Food Industry – A Review. Journal of Food Protection. 2026;89(2):100695.
- Adeboye A, Onyeaka H, Al-Sharify Z, Nnaji N. Understanding the Influence of Rheology on Biofilm Adhesion and Implication for Food Safety. International Journal of Food Science. 2024:2208472.
- Wang X, Xue J, Zhu H, Chen S, Wang Y, Xiao Z, et al. Advances in biofilm characterization: utilizing rheology and atomic force microscopy in foods and related fields. Advanced Composites and Hybrid Materials. 2024;7:143.
- Maillard J-Y, Centeleghe I. How biofilm changes our understanding of cleaning and disinfection. Antimicrobial Resistance & Infection Control. 2023;12:95.
- Nguyen AV, Yahyazadeh Shourabi A, Yaghoobi M, Zhang S, Simpson KW, Abbaspourrad A. A high-throughput integrated biofilm-on-a-chip platform for the investigation of combinatory physicochemical responses to chemical and fluid shear stress. PLoS ONE. 2022;17(8):e0272294.
