Biyofilm oluşumu ve süt endüstrisi için önemi

Biyofilm; basit olarak, herhangi bir yüzeyde oluşan mikroorganizma toplulukları (bakteri, maya, protozoa vb.) olarak tanımlanmaktadır.

Dişlerde oluşan plak tabakası ya da ıslak zeminlerdeki mukoz yapılar biyofilm materyaller için örnek teşkil etmektedir. Bu mukoz yapılar protein, karbonhidrat ve/veya DNA yapısından oluşan ekstraselüler matriks (ekzopolisakkarit benzeri) şeklindedir.

Biyofilm matriksindeki mikroorganizmalar katı-sıvı ya da sıvı sıvı ara yüzeylerinde lokalize olabilirler. Biyofilm mantar benzeri bir yapıya sahiptir ve araları su kanalları ile ayrılmış durumdadır.

Planktonik canlılar 30 dakika içerisinde yüzeye tutunmaya başlamaktadır. 8 saat içerisinde de stabil biyofilm oluşumu gerçekleşmektedir.

Biyofilm oluşumu 5 temel aşamada gerçekleşmektedir. Bunlar;

1. Mikroorganizmanın yüzey ile ya da kendi arasında temasının başlaması,
2. Film tabakasının agregasyonu,
3. Hücrelerin ekstraselüler matriks oluşturması,
4. Bakteri ve/veya ortam koşullarına bağlı olarak biyofilmlerin modifikasyonu ve
5. Biyofilmin ortamdan (yüzeyden) ayrılmasıdır (detachment).

Biyofilm matriksi içerisindeki mikroorganizmalar birbirleri ile elektro-kimyasal iletişim halindedir. Mikroorganizmalar arasında bir nevi konuşma gerçekleşmektedir. Bu olay quorum sensing olarak tanımlanmaktadır. Biyofilm matriks içerisindeki bakteri kolonisi ortamı algılayıp genetik değişime gidebilmektedir. Örneğin; Pseudomonas aureginosa planktonik (serbest hareketli) formda toksik değildir ama biyofilm yapısı içinde oldukça toksik karakter kazanmaktadır.

Biyofilm oluşumunda, ortam ve sistem sıcaklığı, hidrodinamik koşullar (kütle transferi, kayma güçleri vb.), yüzey pürüzlülüğü ve yüzey elektrokimyasal özelliği, besin elementi varlığı ve pH, partiküllü materyal varlığı vb. faktörler etkilidir.

Süt işletmelerinde biyofilm oluşumunun önlenmesi için iyi malzeme seçimi ve doğru kurulum önemlidir. Proses ekipmanlarında ulaşılması güç ölü noktaların olabildiğince az olmasına dikkat edilmelidir.

Biyofilm tabakasının ortamdan uzaklaştırılmasında birçok yöntem kullanılmaktadır. Etkin bir temizlik ve sanitasyon yöntemi uygulanması biyofilm etkinliğinin azaltılması bakımından önemlidir ancak asıl olan biyofilm oluşumunun engellenmesidir. Bu nedenle; mikroorganizma türü (sporlu- sporsuz), ürün özelliği (protein, yağ, karbonhidrat içeriği vb.), işleme koşulları (süre, sıcaklık vb.), yüzey materyali (paslanmaz çelik yüzey pürüzlülüğü, contaların ve elastomerlerin aşınma durumu vb.) ve temizlik ve sanitasyon koşullarının optimizasyonu önem taşımaktadır. Özellikle, doğru temizlik ajanlarının kullanımı kritik öneme sahiptir. Bu amaçla; klorin (50-200 ppm) ve iyodin (25 ppm) kısmen etkili olurken, hidrojen peroksit/perasetik asit karışım ajanları biyofilm içine penetre olabilmekte ve temizlik etkinliğini artırmaktadır.

Ayrıca, enzimatik yolla biyofilm tabakasının ortamdan uzaklaştırılması da etkin bir biçimde uygulanmaktadır. Biyofilm uzaklaştırılmasında etkili enzimler selülaz (Maxazyme CL2000, Trichoderma viride), polisakkarit depolimeraz (Bakteriyofaj kökenli), aljinat liyaz (P. auroginosa), disagregataz enzimi (Methanosarcina mazei), dispersin B (Actinobacillus actinomycetemcomitans) ve DNAse I’dır.

Ayrıca, biyofilm oluşumunu engelleyen biyosidal yüzeyler, yüzey topografyası ya da yüzey kimyası nedeniyle bakteri tutunumunu sınırlayan ya da engelleyen yüzeyler (Antibiofouling surfaces) süt ve gıda endüstrisi proses alanlarında kullanılmaktadır.

Kuru yüzeyler için N,N-dimethyl-2-morpholinone (CB ring) ile kaplama, ıslak yüzeyler için ise Zwitterionic carboxybetaine (CB-OH ring) kaplama etkili sonuçlar vermektedir. Gümüş, titanyum, hidroksiapatit, antibiotikler, dörtlü amonyum bileşikleri ya da florür iyonları ile kaplı yüzeylerde de biyofilm oluşumu sınırlanmaktadır. Ancak bu bileşenlerin gıda güvenliği riskleri net olarak tanımlanmadığından kullanımı risk teşkil edebilmektedir.