L’uso di detergenti enzimatici nell’industria alimentare può rappresentare una valida alternativa?

L’innovazione e lo sviluppo di nuovi prodotti per l’igiene nell’industria alimentare forniscono nuove soluzioni per la pulizia e la disinfezione, migliorando così la sicurezza, l’efficienza e la sostenibilità di questi processi. L’innovazione nel campo della detergenza e della disinfezione esplora l’applicabilità e le prestazioni di nuove tecnologie come gli enzimi, proteine che agiscono come biocatalizzatori (accelerano reazioni chimiche come l’idrolisi delle biomolecole). Grazie alla grande varietà di enzimi disponibili a livello industriale e alla specificità delle reazioni che catalizzano, l’uso degli enzimi si è diffuso in molti campi, tra cui la produzione alimentare (ad esempio, coagulazione del latte, esaltatori del sapore e della consistenza del formaggio, riduzione della consistenza dell’impasto e chiarificazione dei succhi di frutta), le biotecnologie, il biorisanamento delle acque reflue, la produzione di biocarburanti, la detergenza e persino nel campo della cosmesi (1).

Nel campo della detergenza, le caratteristiche più interessanti degli enzimi sono la loro capacità di lavorare a valori moderati di pH e la loro biodegradabilità. Inoltre, sono ottenuti da fermentazioni effettuate da microrganismi in coltura, il che consente di generarli su scala sufficientemente ampia per l’uso industriale (2). Grazie a queste caratteristiche, l’aggiunta di enzimi alle formulazioni dei detergenti è possibile e fattibile, poiché sono necessarie basse quantità di enzimi per ottenere l’effetto desiderato. I detergenti enzimatici possono quindi agire in modo specifico sullo sporco o su altri substrati, rompendoli in particelle più piccole e aumentando l’efficacia del detergente.

Il settore delle lavanderie ha più di 30 anni di esperienza nell’uso di detergenti enzimatici (3), con risultati favorevoli in termini di efficienza, rimozione dello sporco e sostenibilità del processo. In questo campo, è stato osservato che l’uso degli enzimi ha permesso di ridurre il tempo e la temperatura di lavaggio, con conseguente risparmio di energia e acqua (4). Nell’industria alimentare lo scenario è diverso. Sebbene i detergenti enzimatici rappresentino un’alternativa ecologica e altamente efficiente ai detergenti convenzionali, il loro uso per la pulizia generale è limitato e i detergenti enzimatici trovano la loro nicchia di mercato in applicazioni specifiche, come il controllo dei biofilm o degli allergeni e la pulizia delle membrane.

Trattamento di controllo del biofilm

Una delle applicazioni più importanti dei detergenti enzimatici nell’industria alimentare è il controllo dei biofilm, a causa del rischio microbiologico che rappresentano per l’industria alimentare. Per comprendere il ruolo di questi prodotti nel controllo del biofilm, è necessario innanzitutto sapere cosa sono..

Adesione reversibile → Adesione irreversibile → Proliferazione e produzione dell’esopolimero → Maturazione → Dispersione

I biofilm sono strutture microbiche che si formano sulle superfici quando i microrganismi vi si attaccano e iniziano a raggrupparsi, dividersi e secernere sostanze polimeriche extracellulari (EPS). Queste sostanze permettono ai microrganismi di aderire l’uno all’altro e alla superficie e creano anche uno strato protettivo contro gli agenti fisici e chimici esterni. I biofilm, a causa di questo strato di EPS, sono strutture molto difficili da rimuovere con detergenti e disinfettanti convenzionali. Inoltre, possono ospitare diversi microrganismi patogeni come Listeria monocytogenes, Salmonella o Campylobacter. Pertanto, la loro presenza rappresenta un rischio significativo per l’industria alimentare.

I biofilm trovano l’ambiente ideale per la loro formazione nei punti della catena di produzione delle industrie alimentari; la formazione dei biofilm richiede la presenza di sostanze nutritive, umidità e superfici a cui aderire. Pertanto, il controllo dei biofilm sta diventando sempre più importante nei piani di igiene delle industrie alimentari. A causa della difficoltà di attaccare i biofilm e della loro resistenza ai prodotti convenzionali, sono stati sviluppati prodotti e protocolli di pulizia e disinfezione specifici per ottenere il loro controllo utilizzando soluzioni come la tecnologia enzimatica. In questo caso, i detergenti enzimatici presentano una combinazione di enzimi che rompono la matrice EPS dei biofilm, agendo su proteine, lipidi e zuccheri, i principali componenti dell’EPS. Rompere la matrice EPS significa rimuovere lo strato protettivo dei biofilm ed esporre i microrganismi al loro interno all’ambiente esterno, in modo che se viene applicato un disinfettante, questo sarà in grado di raggiungere i microrganismi che hanno formato il biofilm, agire su di essi ed eliminarli (5).

I detergenti enzimatici utilizzati nell’industria alimentare sono detergenti neutri, non danneggiano le superfici e sono più sicuri per gli operatori. Sono inoltre biodegradabili e non lasciano residui. Vengono generalmente applicati a temperature comprese tra 45-55°C e utilizzando le stesse apparecchiature schiumogene o i sistemi CIP dei detergenti convenzionali. La temperatura di applicazione del prodotto è fondamentale per i detergenti enzimatici. Poiché gli enzimi sono proteine, se il detergente enzimatico viene applicato a temperature superiori a 55°C o inferiori a 45°C, gli enzimi possono denaturarsi e perdere la loro funzione.

Esistono diversi prodotti e protocolli per il controllo del biofilm, a seconda del trattamento richiesto. Esistono protocolli d’urto e protocolli preventivi. I primi vengono applicati quando sono stati individuati i biofilm ed è necessaria una rapida rimozione degli stessi. I secondi vengono applicati per prevenire la formazione di nuovi biofilm o la loro ricomparsa. Questi protocolli si differenziano per i prodotti utilizzati o le concentrazioni applicate e per la frequenza di applicazione del prodotto: i trattamenti d’urto sono più concentrati nel tempo, mentre i trattamenti preventivi vengono applicati regolarmente con una frequenza specifica che può variare da settimanale a mensile, a seconda del tipo di industria.

Eliminazione degli allergeni

Crostacei, uova, pesce, arachidi, soia, latticini, noci, sedano, senape, semi di sesamo, anidride solforosa e solfiti, molluschi, lupini, glutine, ecc.

Un’altra applicazione della tecnologia enzimatica nell’industria alimentare è la rimozione degli allergeni. Gli allergeni sono delle proteine contenute negli alimenti che provocano una risposta da parte del sistema immunitario di alcuni consumatori: le allergie alimentari.

Attualmente, la presenza di allergeni negli alimenti e la loro dichiarazione sono regolamentate dall’UE (Regolamento (UE) 1169/2011). L’allegato II di questo regolamento descrive i 14 allergeni più importanti presenti negli alimenti (6). Tra questi allergeni, il glutine, i latticini, le uova, i crostacei, la soia, le noci e le arachidi sono alcuni degli allergeni a cui la maggior parte della popolazione è allergica. Tracce di queste sostanze in un prodotto possono scatenare una reazione immunologica nella persona interessata. Questa reazione avversa può causare sintomi e situazioni di salute molto gravi. È per questo motivo che la presenza di allergeni non dichiarati sulle etichette degli alimenti dovrebbe essere pari a zero. Sarebbe più opportuno poter garantire l’assenza di questi allergeni nei prodotti fabbricati, cosa che si può ottenere disponendo di linee di produzione specifiche ed evitando la contaminazione crociata.

Una corretta igiene, che includa in particolare protocolli specifici per la rimozione degli allergeni, è di vitale importanza per evitare la contaminazione crociata degli alimenti, soprattutto nei casi in cui non sia possibile separare le linee di produzione. Questi protocolli specifici richiedono l’uso di prodotti per allergeni. Questo non è un compito facile. In questi casi, ancora una volta, gli enzimi possono contribuire molto. Gli allergeni sono proteine e possono quindi essere scomposti dall’azione degli enzimi, contribuendo ad aumentare l’efficienza di rimozione degli allergeni da parte dei detergenti. È sempre necessario verificare l’assenza di allergeni nell’area di produzione quando si cambiano i prodotti. Se l’assenza di allergeni non può essere garantita, l’eventuale presenza dell’allergene deve essere correttamente indicata sull’etichetta (etichettatura di precauzione) secondo le norme dell’Unione Europea (regolamento (UE) 1169/2011), al fine di raggiungere un elevato livello di protezione della salute dei consumatori e di fornire la massima informazione agli stessi.

Nell’industria alimentare, l’uso di detergenti enzimatici aumenta la sicurezza del prodotto finito, aiutando a evitare la presenza di biofilm e allergeni, in modo efficace e più ecologico.

Pulizia delle membrane

Un altro importante impiego degli enzimi è l’igiene delle membrane utilizzate in alcune industrie alimentari. Oggi i processi di separazione a membrana sono molto diffusi nell’industria lattiero-casearia grazie ai loro numerosi vantaggi: la semplicità, l’elevata selettività, le condizioni operative miti, la facilità di scalabilità e il ridotto consumo energetico rispetto ai metodi convenzionali.

Le membrane sono barriere semipermeabili e selettive al passaggio di varie sostanze che devono essere ricondizionate periodicamente per rimuovere lo sporco sia dalla loro superficie che dall’interno della loro struttura porosa al fine di recuperare le loro proprietà. Ad esempio, i processi di pulizia delle membrane UF sono una fase fondamentale dell’intero processo produttivo dell’industria alimentare. In genere, i protocolli di pulizia devono essere eseguiti su base giornaliera, da cui l’importanza di progettare buoni protocolli di pulizia in base al tipo di incrostazione (superficiale o interna alla struttura porosa) e alla composizione dell’alimento stesso. Entrambi portano a una diminuzione della quantità di flusso di permeato nelle membrane, che si traduce in una diminuzione della produzione complessiva e della durata delle membrane, nonché in un aumento dei costi operativi e del consumo energetico.

L’uso di prodotti enzimatici nelle operazioni di pulizia delle membrane è un’opzione appropriata e meno aggressiva rispetto ad altri tipi di prodotti, grazie alle loro caratteristiche naturali; non richiedono temperature elevate e livelli di pH più blandi. In questo modo, possiamo sottolineare che l’uso di prodotti enzimatici comporta un minor consumo energetico (grazie al funzionamento a temperature miti) e un minimo impatto ambientale (trattandosi di composti biodegradabili), oltre a prolungare la vita utile delle membrane.

Efficienza, alternative ecologiche e convenienza sono le caratteristiche che l’industria alimentare cerca nei suoi protocolli di pulizia. I prodotti enzimatici si inseriscono perfettamente in questo contesto, diventando un’alternativa ad altri prodotti chimici. Oltre ad essere in grado di controllare biofilm e allergeni e alla pulizia delle membrane, questo tipo di prodotti è adatto anche a compiti di pulizia generale nell’industria alimentare, rimuovendo lo sporco da diversi tipi di superfici negli impianti di produzione.

Bibliografia

Chapman, J., Ismail, A. E. & Dinu, C. Z. (2018) Applicazioni industriali degli enzimi: progressi recenti, tecniche e prospettive. Catalyst 8 (238)

Kirk, O., Vedel Borchert, T. & Crone Fuglsang, C. (2002), Applicazioni industriali degli enzimi. Current Opinion in Biothechnology 13: 345-351.

Kumar, D., Savitri, N., Thakur, N., Verma, R & Bhalla T.C. (2008) Microbial proteases and apllication oas Laundry detergent additive. Research Journal of Microbiology 3 (12): 661-672.

Olsen, H. S. & Falholt, P. (1998) Il ruolo degli enzimi nella moderna detergenza. Journal of Surfactants and Detergents 1: 555-567.

Delhalle, L., Taminiau, B., Fastrez, S., Fall, A., et al., (2020). Valutazione della pulizia enzimatica sugli impianti di lavorazione degli alimenti e sulla microflora batterica dei prodotti alimentari. Frontiere della microbiologia. Doi: 0.3389/fmicb.2020.01827.

Corbatón Báguena, María José (2015). Pulizia di membrane di ultrafiltrazione applicate all’industria alimentare mediante tecniche non convenzionali e caratterizzazione del fouling di membrana. Tesi di dottorato UPV.

Regolamento (UE) 11669/2011 del Parlamento europeo e del Consiglio (25 ottobre 2011)

Autori

Mercè Berga

Laurea in Biologia presso l’Università di Girona. Dottorato di ricerca in biologia marina e limnologia presso l’Università di Uppsala (Svezia) con la tesi “Assembly mechanism in aquatic bacterial communities – The role of disturbances, dispersal and history”. Microbiologo R&D presso CHRISTEYNS Spagna.

Joan Estornell

Marketing Manager Food Hygiene in CHRISTEYNS. Laurea in Scienze dell’informazione. Master in Advertising Account Management. Strategic Innovation in Marketing and Advertising (UAB). Master in Digital Business. Digital Marketing (ESIC Business & Marketing School). Corso di igiene nell’industria alimentare (Betelgeux).