УДК 579.674/575.21
Табл. 2. Ил. 1. Библ. 23.
DOI: 10.21323/2071-2499-2024-2-52-56

Эффективность использования ферментных дезинфицирующих средств для борьбы с многовидовыми биоплёнками микроорганизмов на пищевых предприятиях 

Юшина Ю.К., доктор техн. наук, Зайко Е.В., канд. техн. наук, Демкина Е.В., Насыров Н.А., Батаева Д.С., канд. техн. наук, Махова А.А.
ФНЦ пищевых систем имени В.М. Горбатова
Ключевые слова: микроорганизмы, биоплёнки, ферментные дезинфицирующие средства,
Реферат:
В пищевой промышленности присутствие биоплёнок на объектах производственной среды приводит к повышению вероятности загрязнения пищевых продуктов патогенными микроорганизмами, что в конечном итоге ставит под угрозу их безопасность. Повышенная устойчивость бактерий к дезинфицирующим средствам, применяемым в настоящее время для санитарной обработки, подчёркивает необходимость в новых альтернативных и/или дополнительных методах обеззараживания. В этом исследовании оценили эффективность использования на пищевых предприятиях ферментов и ферментных дезинфицирующих средств для борьбы с многовидовыми биоплёнками микроорганизмов Brochothrix thermosphacta 2726/Salmonella typhimurium 38, Staphylococcus equorum 2736/Salmonella typhimurium 38. Была отмечена зависимость антимикробного эффекта от температуры выращивания биоплёнок. Биоплёнки, сформированные при 8 ˚С, были более чувствительны к воздействию комбинаций Протеиназы К и дезинфицирующих средств по сравнению с биоплёнками, выращенными при 30 ˚С. Наилучшей антимикробной эффективностью, при которой рост клеток отсутствовал как при 30 ˚С, так и при 8 ˚С, обладала комбинация Протеиназы К и бензалкония хлорида. Комплексный ферментный препарат на основе карбогидраз и ЧАС в рекомендованной производителем концентрации, а именно 0.085 %, не оказывал значимого дезинфицирующего действия на бинарные биоплёнки исследованных микроорганизмов. Снижение численности жизнеспособных клеток в бинарных биоплёнках возрастом 9 суток наблюдали всего на порядок. Поскольку это первое исследование, которое оценивает эффективность ферментов для разрушения матрикса исследуемых бинарных биоплёнок микроорганизмов, в дальнейшем планируется провести углублённые исследования влияния температуры применения, концентраций ферментов и экспозиции для ингибирования роста биоплёнок.

The effectiveness of the use of enzyme disinfectants to combat multi-species biofilms of microorganisms in food enterprises

Yushina Yu.K., Zaiko E.V., Demkina E.V., Nasyrov N.A., Bataeva D.S., Makhova A.A.
Gorbatov Research Center for Food Systems
Key words: microorganisms, biofilms, enzyme disinfectants
Summary:
In the food industry, the presence of biofilms at production facilities leads to an increased likelihood of contamination of food products by pathogenic microorganisms, which ultimately jeopardizes their safety. The increased resistance of bacteria to disinfectants currently used for sanitary treatment underscores the need for new alternative and/or additional disinfection methods. In this study, the effectiveness of the use of enzymes and enzyme disinfectants in food enterprises to combat multi-species biofilms of microorganisms Brochothrix thermosphacta 2726/Salmonella typhimurium 38, Staphylococcus equorum 2736/Salmonella typhimurium 38 was evaluated. The dependence of the antimicrobial effect on the temperature of biofilm cultivation was noted. Biofilms formed at 8 ℃ were more sensitive to the effects of combinations of Proteinase K and disinfectants compared to biofilms grown at 30 ℃. The combination of Proteinase K and benzalkonium chloride had the best antimicrobial efficacy, in which cell growth was absent at both 30 and 8 ℃. A complex enzyme preparation based on carbohydrases and quaternary ammonium compounds (QACs), in the concentration recommended by the manufacturer, namely 0.085 %, did not have a significant disinfecting effect on the binary biofilms of the studied microorganisms. A decrease in the number of viable cells in binary biofilms aged 9 days was observed by only an order of magnitude. Since this is the first study that evaluates the effectiveness of enzymes for the destruction of the matrix of the studied binary biofilms of microorganisms, in the future it is planned to conduct in-depth studies of the effects of application temperature, enzyme concentrations and exposure to inhibit biofilm growth.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ / REFERENCES:

1. Mazaheri T., Listeria monocytogenes biofilms in the food industry: is the current hygiene program sufficient to combat the persistence of the pathogen? / T. Mazaheri, R.H. Bryan, M. Bermudez-Capdevila, C. Ripolles-Avila, J. Rodriguez-Jerez // Microorganisms. – 2021. – V. 9. – V. 1. – P. 181. DOI: 10.3390/microorganisms9010181.

2. González‐Rivas, F. Biofilms in the spotlight: Detection, quantification, and removal methods / F. González‐Rivas, C. Ripolles-Avila, F. Fontecha-Umana, A.G. Rios-Castillo, J. Rodriguez-Jeres // Comprehensive reviews in food science and food safety. – 2018. – V. 17. – № 5. – P. 1261-1276. DOI: 10.1111/1541-4337.12378.

3. Maillard, J.Y. Bacterial target sites for biocide action / J.Y. Maillard // Journal of applied microbiology. – 2002. – V. 92. –№ s1. – P. 16S-27S. DOI: 10.1046/j.1365-2672.92.5s1.3.x.

4. Coughlan, L.M. New weapons to fight old enemies: novel strategies for the (bio) control of bacterial biofilms in the food industry / L.M. Coughlan, P.D. Cotter, C. Hill, A.A. Ordonez // Frontiers in microbiology. – 2016. – V. 7. – P. 1641. DOI: DOI:10.3389/fmicb.2016.01641.

5 Capita, R. Antibiotic-resistant bacteria: a challenge for the food industry / R. Capita, C. Alonso-Calleja // Critical reviews in food science and nutrition. – 2013. – V. 53. – № 1. – P. 11-48. DOI: 10.1080/10408398.2010.519837.

6. Torres, C.E. Enzymatic treatment for preventing biofilm formation in the paper industry / C.E. Torres, G. Lenon, D. Craperi, R. Wilting, A. Blanco // Applied Microbiology and Biotechnology. – 2011. – V. 92. – P. 95-103. DOI: 10.1007/s00253-011-3305-4.

7. Huang H., Aging biofilm from a full-scale moving bed biofilm reactor: characterization and enzymatic treatment study / H. Huang, H. Ren, L. Ding, J. Geng, K. Xu, Y Zhang // Bioresource technology. – 2014. – V. 154. – P. 122-130. DOI: 10.1016/j.biortech.2013.12.031.

8. Meireles, A. The current knowledge on the application of anti-biofilm enzymes in the food industry / A. Meireles, A. Borges, E. Giaouris, M. Simoes // Food Research International. – 2016. – V. 86. – P. 140-146. DOI: 10.1016/j.foodres.2016.06.006.

9. Galie, S. Biofilms in the food industry: health aspects and control methods / S. Galie, C. Garcia-Gutierrez, E.M. Miguelez, C.J. Villar, F. Lombo // Frontiers in microbiology. – 2018. – V. 9. – P. 898. DOI: 10.3389/fmicb.2018.00898.

10. Kocot, A.M. Interaction of Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus with Listeria innocua in dual species biofilms and inactivation following disinfectant treatments / A.M. Kocot, M.A. Olszewska // Lwt. – 2020. – V. 118. – P. 108736. DOI: 10.1016/j.lwt.2019.108736.

11. Pang, X. Survival of Listeria monocytogenes in dual-species biofilms with Pseudomonas fluorescens at different colonization sequences during desiccation and disinfection / X. Pang, H. G. Yuk. // IAFP 2018 Annual Meeting. – IAFP, 2018. DOI:10.4315/JFP-21-071.

12. Laganenka, L. Autoinducer 2-dependent Escherichia coli biofilm formation is enhanced in a dual-species coculture / L. Laganenka, V. Sourjik // Applied and environmental microbiology. – 2018. – V. 84. – № 5. – P. e02638-17. DOI: 10.1128/AEM.02638-17.

13. Galiè, S. Biofilms in the food industry: Health aspects and control methods / S. Galiè, C. García-Gutiérrez, E.M. Miguélez, C.J. Villar, F. Lombó // Front. Microbiol. – 2018. – V. 9. – P. 1-18. DOI: 10.3389/fmicb.2018.00898.

14 Leroy, S. Genetic diversity and biofilm formation of Staphylococcus equorum isolated from naturally fermented sausages and their manufacturing environment / S. Leroy, I. Lebert, J.P. Chacornac, P. Chavant, T. Bernardi, R. Talon // International journal of food microbiology. – 2009. – V. 134. – P. 46-51. DOI: 10.1016/j.ijfoodmicro.2008.12.012.

15. Liu, X. Biofilm Formation and Control of Foodborne Pathogenic Bacteria / X. Liu, H. Yao, X. Zhao, C. Ge // Molecules (Basel, Switzerland). – 2023. –V. 28. – P. 2432. DOI: 10.3390/molecules2 8062432.

16. Bridier, A. Biofilm-associated persistence of food-borne pathogens / A. Bridier, P. Sanchez-Vizuete, M. Guilbaud, J.C. Piard, M. Naïtali, R. Briandet // Food Microbiology. – 2015. – V. 45. – P. 167-178. DOI: 10.1016/j.fm.2014.04.015.

17. Oliveira, I.M. Repurposing ibuprofen to control Staphylococcus aureus biofilms / I.M. Oliveira, A. Borges, F. Borges, M. Simões // Eur. J. Med. Chem. – 2019. – V. 166. – P. 197-205. DOI: 10.1016/j.ejmech.2019.01.046.

18. Yin, W. Ways to control harmful biofilms: Prevention, inhibition, and eradication / W. Yin, S. Xu, Y. Wang, Y. Zhang, S.H. Chou, M.Y. Galperin, J. He // Crit. Rev. Microbiology. – 2021. – V. 47. – P. 57-78. DOI: 10.1080/1040841X.2020.1842325.

19. Craigen, B. He use of commercially available alpha-amylase compounds to inhibit and remove Staphylococcus aureus biofilms / B. Craigen, A. Dash, D.E. Kadouri, M. Simões // Open Microbiology. – 2011. – V. 5. – P. 21-31. DOI: 10.2174/1874285801105010021.

20 Kim, L.H. Effects of enzymatic treatment on the reduction of extracellular polymeric substances (EPS) from biofouled membranes / L.H. Kim // Desalin. Water Treat. – 2013. – V. 51. – P. 6355-6361. DOI: 10.1080/19443994.2013.780996.

21 Lequette, Y. Using enzymes to remove biofilms of bacterial isolates sampled in the food-industry / Y. Lequette, G. Boels, M. Clarisse, C. Faille // Biofouling. – 2010. – V. 26. – P. 421-431. DOI: 10.1080/08927011003699535.

22. Martins, M. Addition of DNase improves the in vitro activity of antifungal drugs against Candida albicans biofilms / M. Martins, M. Henriques, JL, Lopez-Ribot, R. Oliveira // Mycoses. – 2012. – V. 55. – P. 80-85. DOI: 10.1111/j.1439-0507.2011.02047.x.

23 Kim, M.J. Enzymatic inactivation of pathogenic and nonpathogenic bacteria in biofilms in combination with chlorine / M.J. Kim, E.S. Lim, J.S. Kim // Journal of food protection. – 2019. – Т. 82. – № 4. – Р. 605-614. DOI: 10.4315/0362-028X.JFP-18-244.

Контакты:

Юшина Юлия Константиновна
yu.yushina@fncps.ru
Зайко Елена Викторовна
e.zaiko@fncps.ru
Демкина Елена Витальевна
elenademkina@mail.ru
Насыров Назарбай Ахматович
n.nasyrov@fncps.ru
Батаева Дагмара Султановна
d.bataeva@fncps.ru
Махова Анжелика Александровна
a.mahova@fncps.ru

Для цитирования:

Юшина, Ю.К. Эффективность использования ферментных дезинфицирующих средств для борьбы с многовидовыми биоплёнками микроорганизмов на пищевых предприятиях / Ю.К. Юшина, Е.В. Зайко, Е.В. Демкина, Н.А. Насыров, Д.С. Батаева, А.А. Махова // Все о мясе. – 2024. – № 2. – С. 52-56. DOI: 10.21323/2071-2499-2024-2-52-56.

For citation:

Yushina, Yu.K. The effectiveness of the use of enzyme disinfectants to combat multi-species biofilms of microorganisms in food enterprises / Yu.K. Yushina, E.V. Zaiko, E.V. Demkina, N.A. Nasyrov, D.S. Bataeva, A.A. Makhova // Vsyo o myase. – 2024. – № 2. – Р. 52-56. DOI: 10.21323/2071-2499-2024-2-52-56.