Appunti detergenza e sanificazione degli impianti - settore alimentare

JP ‘18 appunti di Detergenza e sanificazione degli impianti

Buiatti Stefano A.A. 2018/2019

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Con il termine sanificare includiamo i termini: pulire, lavare e disinfettare.

Definizione di termini

• Sterilizzare: il processo diretto alla distruzione di tutte le forme di vita microbica. Un oggetto sterile, in senso microbiologico, è privo di microrganismi viventi. I termini sterile, sterilizzare, e sterilizzazione si riferiscono perciò alla completa assenza o distruzione di tutti i m.o. e non dovrebbero essere usati in senso relativo. Un oggetto o una sostanza o è sterile o non è sterile; non può mai essere ‘’quasi sterile’’. (uccide ogni forma di vita)
• Disinfettante: un agente, di solito una sostanza chimica, che uccide le forme in accrescimento, ma non necessariamente le forme sporali resistenti dei microrganismi patogeni. Il termine è applicato comunemente a sostanze usate su oggetti inanimati: disinfezione è il processo diretto a distruggere gli agenti infettivi.
• Antisettico: una sostanza che contrasta la sepsi o impedisce l’accrescimento o l’azione dei m.o., o distruggendo i m.o. o inibendo il loro accrescimento e la loro attività. È di solito associato a sostanze applicate al corpo.
• Sanitizzante (sanitizer): un agente che riduce la popolazione microbica a livelli di sicurezza giudicati in base ai requisiti della sanità pubblica. Di solito è un agente chimico che uccide il 99.9% dei batteri in accrescimento. Sono applicati su oggetti inanimati e vengono applicati per il trattamento giornaliero di apparecchiature e utensili nelle industrie alimentari. (sinonimo di disinfettante)
• Germicida o microbicida: un agente che distrugge le forme in accrescimento ma non necessariamente le forme sporali resistenti dei germi; in pratica un germicida è quasi uguale a un disinfettante, ma i germicidi vengono comunemente impiegati per tutti i tipi di germi (microbi) per qualunque applicazione.
• Battericida: un agente che distrugge batteri. In modo analogo, fungicida e sporicida si riferiscono a funghi e spore. (un battericida può diventare batteriostatico se usato in conc. troppo piccole)
• Batteriostatico: un agente che impedisce l’accrescimento dei batteri.
• Agente antimicrobico: agente che interferisce con l’accrescimento e l’attività dei microbi. Nell’uso comune antimicotico (contro funghi).

Sicurezza alimentare

Un alimento si può definire sicuro quando è privo di patogeni e quindi non causa danni all’organismo che lo ha ingerito e nello stesso tempo mantiene inalterati tutti i principi nutrizionali che lo caratterizzano.

Sanificazione: è lo strumento per ottenere l’igiene dei prodotti alimentari e si compone di tre parti: risciacquo, detersione, disinfezione. (riduco i rischi igienici degli alimenti a livelli non pericolosi per la salute del consumatore e per la conservabilità e qualità del prodotto destinato poi alla vendita).

Per detergenza si intende l’eliminazione totale dei residui di lavorazione e dello sporco delle superfici (la sterilità non esiste fuori dalla conf.).

Una superficie risulterà pulita se sarà:

• Fisicamente priva di sporco.
• Chimicamente priva di residui chimici (provare con cartina tornasole).
• Biologicamente i m.o. saranno a livello accettabile.

JP ‘18 concetto di sterilità e inattivazione batterica

L’inattivazione batterica si calcola in scala logaritmica:

99,9% 3 log, 99% 2 log, 90% 1 log (es. Oust uccide il 99,9% dei batteri ma non sterilizza).

Valore D value: misura tempo, riduzione di 1 log, se la T° non è espressa è 121 C° e fa riferimento al patogeno più importante.

Valore Z value: aumentando di tot gradi, ridurrò di 10 volte il tempo necessario per ridurre di 10 volte la popolazione microbica.

La sterilità è un grado assoluto, non si parlerà mai di sterilità perché non è dimostrabile ma di ‘’assenza di forme di vita’’. La sterilità si ottiene tramite qualunque processo che distrugge (trattamenti di calore ecc.) o allontana (filtro) tutti i m.o. dal substrato. La sterilità si ha con 1 microrganismo vitale su 1 milione di unità.

Concetto di morte microbica: quando il m.o. non è in grado di riprodursi.

Esempio: ho una fiala con 1 ml di soluzione con 10² batteri/fiala; D value = 121°C la contaminazione che tolleriamo è 10^-6. Come facciamo? Da 10² a 10^-6 ci sono 8 cicli di logaritmi. Per ridurre un ciclo occorre 1 minuto a 121°C, quindi per 8 cicli me ne servono 8 di minuti.

Perché certi alimenti hanno patogeni e altri no? Fattore pH, es. latte 6-7 vino 3.5.

Detergenza

Il processo di detergenza prevede cinque fasi:

1. Allontanamento dei residui grossolani dell’alimento e dello sporco e diminuire il carico inquinante attraverso abbondante risciacquo con acqua a temperatura superiore al punto di fusione dei grassi (45°C) ma inferiore alla temperatura di coagulazione delle proteine (60°C); i grassi sono insolubili ma sono liquidi a 45°C e si possono emulsionare, a 60°C le proteine coagulano e creano aderenza.
2. Portare la soluzione detergente in intimo contatto con lo sporco; si parla di detergente per le industrie e detersivo per la casa.
3. Allontanare lo sporco dalla superficie attraverso la reazione chimica o chimico-fisica tra il detergente e lo sporco stesso.
4. Disperdere lo sporco rimosso nel mezzo lavante acqua-detergente.
5. Prevenire la rideposizione dello sporco.

È importante che l’acqua sia accettabile e non inquinata; risciacquare è fondamentale se disinfettiamo; non è da disinfettare sempre mentre si deve risciacquare sempre e non disinfettare se non si ha lavato.

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Bilancio tra le diverse fasi del processo di detergenza di Albert Sinner

Sono quattro i fattori e se uno di questi non può essere rispettato, deve essere compensato dall’altro. (poca acqua calda, più prodotto chimico).

1. Energia chimica (quantità detergente).
2. Energia termica (a che temperatura?).
3. Energia meccanica (la pressione di spruzzo della valvola, il moto che deve essere turbolento e non laminare così da favorire lo staccamento dello sporco, la frizione manuale).

CIP: cleaning in place (classico ciclo di lavaggio senza smontare, 15-20 min).

COP: cleaning out place (smonto e lavo manualmente).

Punti critici della detersione

Regolarità e precocità nell’intervento:

• Evitare che lo sporco si secchi.
• Temperatura acqua >45°C e >60°C.
• Concentrazione dei principi attivi (se supero la concentrazione micellare assoluta cioè le micelle formate dal detergente che non contengono sporco ma solo detergente, butto il detersivo).
• Temperatura di reazione >65°C.
• Tempo di reazione >20-30 minuti.
• Sinergia tra energia meccanica e/o cinetica.

Esempio di pulizia serbatoio del latte

Risciacquo con acqua quando vuoto stando attenta alla coagulazione proteine. Sgrasso con detergente alcalino o detergente complesso o soda (NaOH). Sto attenta alla durezza dell’acqua perché più è dura (25 gradi francesi) più consuma il mio detergente/soda. Poi risciacquo.

Il fatto di avere schiuma è un po’ una perdita di tempo ma in alcune superfici è necessario lavarle direttamente con detergenti schiumogeni (es. miscelatrice polli). Ora si fa il lavaggio acido (minerale/inorganico tipo acido nitrico; organico tipo acido citrico), devo stare attenta che se caldo devo stare sempre più bassa della detergenza alcalina, mai a 60-70°C anzi meglio a temperatura ambiente, questo lavaggio è indispensabile per eliminare i depositi minerali ma a volte non è necessario se non ce ne sono. Risciacquo di nuovo.

Disinfezione temperatura ambiente tranne rari casi. Risciacquo.

Asciugatura (in alcuni casi è necessaria basta pensare che i microbi poi andranno sull’acqua rimasta).

In questo grafico si può vedere come varia la concentrazione di NaOH con t/T (1 minuto a 54°C uso 5.3 di NaOH).

JP ‘18 detergenti

La formulazione di un detergente prevede la presenza, in funzione della destinazione d’uso, di diversi prodotti complementari. Tutti sono composti da:

• Composto alcalino o acido (es. acido nitrico) = dà l’aggressività del detergente.
• Tensioattivi (surfactant) = favorisce la bagnabilità o il distacco dello sporco.
• Sequestranti (builders) = aiutano i lavaggi e riducono la durezza dell’acqua (i sali minerali nell’acqua riducono l’effetto del trattamento, il sequestrante trattiene queste sostanze).

Tra i detergenti alcalini sono divisi in delle sottoclassi: grassi, oli, lubrificanti, proteine che richiedono detergenti alcalini con un pH maggiore o uguale di 11. Noi parliamo sempre di soda non perché sia la migliore ma perché costa poco ed è facile da sciogliere.

1) Detergenti fortemente alcalini

Sono molto corrosivi e hanno un potere dissolvente, miscelandoli con acqua sviluppano molto calore e si crea una reazione esotermica. L’inalazione di essi o il contatto prolungato può creare dei danni. Esempi: idrossido di sodio (soda caustica NaOH) e silicati.

L’aggiunta di silicati alla soda riduce la corrosività e migliora la penetrazione del detergente. I detergenti fortemente alcalini sono utili per rimuovere lo sporco difficile e non vanno bene per trattare depositi minerali. La soda inoltre ha un elevato potere battericida, grazie al potere solvente sulle proteine e alle proprietà emulsionanti è usata per rimuovere lo sporco tenace; non si deve usare per la pulizia manuale.

2) Detergenti alcalini multiuso

Poco corrosivi, emulsionanti dello sporco, entrano nella formulazione del detergente. Hanno agente tamponante (blocca il pH). L’aggiunta di solfiti riduce l’effetto corrosivo. Usato con sistemi ad alta pressione o altri sistemi meccanizzati è efficace per rimuovere i grassi ma inefficace per i depositi minerali.

Esempio: carbonato di sodio: blanda alcalinità, effetto tamponato.

Es principi attivi: sodio metasilicato, esaetafosfato, pirofosfato, carbonato ecc.

Borace: agente tamponato che viene addizionato di un chelante (simile a sequestrante), legano gli ioni e agevolano il risciacquo.

3) Detergenti debolmente alcalini

Addolciscono l’acqua. Disponibili in formulazione liquida, sono impiegati per il lavaggio a mano.

Esempio: bicarbonato di sodio, sesquicarbonato, tensioattivi, sequestranti, pirofosfato tetrasodico ecc.

Il cloruro di sodio dentro la lavastoviglie fa scomparire il calcare.

4) Detergenti alcalini cloroattivi

Sono i detergenti alcalini combinati con ipocloriti o composti che sviluppano cloro attivo (candeggina). Molti carboidrati sono caratterizzati dall’aggregazione di un gran numero di macromolecole unite tra loro mediante legami; questi aggregati sono insolubili ma il cloro attivo lo modifica rendendole solubili. A contatto con l’ipoclorito gli atomi di idrogeno legati all’azoto dei gruppi ammidici sono sostituiti dal cloro. Le proteine possono interagire mediante ponti idrogeno diminuendo la loro solubilità. I detergenti cloroattivi reagiscono con le proteine insolubili rendendole solubili e facilitandone la dispersione mediante una rapida degradazione ossidativa dei ponti disolfuro. Sono efficaci con le muffe: unisco la candeggina con un ipoclorito tipo quaternario d’ammonio.

Idonei per la detersione CIP di tubature, cisterne e nella rimozione di grassi ed oli. Eliminano i legami glucidici.

L’ipoclorito è efficace biocida a valori di pH minori di 8.5. (es. l’Ace in commercio ha valore di pH maggiori di 10 perché ha un basicizzante perché se lo avesse più basso danneggerebbe il materiale. Non devo mai unire un acido alla candeggina sennò danneggio il materiale… se unisco l’acido muriatico alla candeggina creo cloro gassoso (tossico). Come unità di misura basterebbe un cucchiaio di candeggina su 10 litri di acqua. Le soluzioni con ipoclorito vanno usate subito.

Il cloro attivo degrada le proteine, rendendole più solubili e facilitandone la rimozione dalle superfici sporche.

Esercizio di esame: Preparare 250 litri di soluzione al 3.5% di soda a partire da una soluzione madre concentrata al 40% (soda liquida) con durezza acqua 25 gradi francesi.

1) Detergenti acidi

Sono utilizzati per la rimozione e/o il distacco di incrostazioni. (posso usare solo la soda per staccare l’incrostazione? sì ma non pulirebbe bene quanto questi detergenti e creerebbe danni). Sono usati per pulire impianti che hanno svolto un trattamento termico sull’alimento e attaccano la cosiddetta ‘’pietra di latte e birra’’ cioè i residui che si trovano nel fondo (es. pastorizzatori e scambiatori di calore). Se non c’è stato trattamento termico, è superfluo usare un detergente acido ed è invece fondamentale usare quello alcalino. In ordine gerarchico ha più valenza il detergente alcalino > acido > altri.

Per quanto riguarda l’H2O se ne usa molto per questi lavaggi ma qui in Italia costa poco rispetto altre utenze perciò non ci interessa…. L’H2O superando gli 80°C fa creare i depositi minerali (carbonato di calcio e calcare).

Detergenti di tipo: acido organico e acido inorganico.

Gli acidi organici (poco impiegati) sono i più deboli, facili da risciacquare, non sono irritanti e sono di facile uso ma non sono efficaci sui depositi minerali. (es. nitrico il più usato tartarico, gluconico con potere sequestrante rimuove il film di alcali o proteine, citrico non è efficace come l’acido ossalico nella rimozione della ruggine ma non è tossico).

Gli acidi inorganici sono corrosivi e possono causare la precipitazione dei residui proteici così da rendere la loro eliminazione ancora più difficile. Alcuni esempi sono:

• Acido fosforico: usato per pulire e lucidare metalli prima della verniciatura per rimuovere la ruggine. Ha effetto passivante cioè rende inerte una superficie con un film protettivo di ossido che protegge il metallo.
• Acido ossalico: problema riscontrato nella formazione di ossalato di calcio.

2) Detergenti fortemente acidi

Corrosivi per il cemento, i metalli e i tessuti. Con il calore producono gas tossici che causano gravi lesioni. Sono impiegati per eliminare incrostazioni delle superfici, soprattutto depositi calcarei spesso presenti negli impianti per la produzione di vapore. Esempi: acido cloridrico, fluoridrico, sulfamminico, solforico, nitrico e fosforico.

Il nitrico e il solforico hanno potere corrosivo notevole, no per pulizia manuale e viene addizionato ad altri elementi. Il fluoridrico è tra i più pericolosi perché sviluppano idrogeno, utile per la pulizia di metalli. Il fosforico non è corrosivo come il precedente ed è compatibile con i tensioattivi, sì all’uso manuale ed industriale.

3) Detergenti debolmente acidi

Moderatamente corrosivi, aggressivi per la pelle, possono essere addizionati con agenti bagnanti e inibitori della corrosione. Esempi: citrico, lattico, idrossiacetico, acetico e gluconico.

Ripasso delle nozioni sopra citate

Prima di iniziare gli esercizi facciamo un ripassino delle nozioni sopra citate …

• La soluzione detergente deve essere preparata alla concentrazione consigliata dal produttore (vedi etichetta o scheda tecnica), perché una soluzione troppo diluita è inutile e può corrodere i metalli.
• La temperatura ottimale è circa 45-55°C (sopra i 45 ci scottiamo le mani), a temperature più basse i grassi non si sciolgono, sopra i 60 si coagulano le proteine. Nel caso particolare dei macelli non si superano i 40 gradi sennò si coagula il sangue.
• Il tempo di contatto è di circa 5-20 minuti e può essere necessario associare un intervento meccanico di spazzolatura (olio di gomito).
• Se non si risciacqua i residui del detergente possono inattivare i disinfettanti che saranno poi applicati e inoltre il residuo può alterare il prodotto alimentare.
• Al termine del ciclo di produzione la pulizia non va rinviata per più di una ora per evitare che lo sporco si secchi e divenga più tenace e aderente.
• Le parti smontabili delle attrezzature vanno rimosse prima di essere pulite.
• Evitare di usare getti d’acqua ad alta pressione (idropulitrici) perché le goccioline prodotte rimangono in sospensione nell’aria per lungo tempo e possono inquinare le superfici sanificate.

Esercizio 1

Preparare 250 L di idrossido di sodio (soda caustica) con una concentrazione al 4% (p/v).

- Calcolo la quantità in peso di NaOH necessaria per preparare un litro di soluzione.

X:1000 = 4:100 quindi x = 40 g/L quindi la quantità di soda necessaria per preparare 250 litri al 4% sarà di: 40 g x 250 litri = 10'000 g e cioè 10 kg.

Esercizio 2

Preparare 10 litri di ipoclorito di sodio (candeggina) con una concentrazione di 200 mg/L a partire da una soluzione madre di 5% di principio attivo.

- Per prima cosa calcolo la quantità di NaClO presente in un litro di soluzione madre:

x:1000 = 5:100 x = 50 g/L (cioè 50'000 mg/L).

- A questo punto calcolo quanta candeggina devo diluire in un litro di acqua per avere 200 mg/L:

x:200 = 1'000:50'000 x = 4 ml quindi la quantità di candeggina sarà 4 x 10 mL = 40 mL.

Esercizio 3

Esprimere la concentrazione di 200 litri di perossido di idrogeno (H2O2) a 3 volumi anche in g/L e in %. I volumi sono i litri di ossigeno che si possono sviluppare da un litro di soluzione acquosa di acqua ossigenata, i volumi che esprimono la concentrazione sono quelli dell’ossigeno molecolare che si libera dalla reazione di dissociazione dell’acqua ossigenata ad acqua e ossigeno. 2H2O2 → 2H2O + O2.

Troviamo il peso molecolare dell’acqua.