Desarrollo de superficies funcionalizadas con antimicrobianos naturales para evitar la adherencia de microorganismos que comprometen la calidad y seguridad alimentaria

Abstract

[ES] Dentro de los objetivos de las industrias alimentarias se encuentra garantizar la seguridad y la calidad de los alimentos, evitando su contaminación por organismos patógenos y/o alterantes. De entre todos los microorganismos, en los últimos años han cobrado especial relevancia aquellos que tienen la capacidad de adherirse a los alimentos y a las superficies de los equipos de la industria, dando lugar a una matriz extracelular o biopelícula que dificulta su eliminación. Para evitar la adherencia a superficies de trabajo de la industria alimentaria, en este trabajo se propone la funcionalización de superficies de acero inoxidable con componentes de aceites esenciales que actúen como agentes antimicrobianos naturales (timol, trans-cinamaldehído y vainillina). Con este objetivo, superficies de acero inoxidable fueron pretratadas, mediante lijado o pulido, siguiendo una activación con ácido sulfocrómico o plasma. A continuación, las superficies fueron funcionalizadas con los tres antimicrobianos naturales a través de estrategias de silanización y lavadas. La eficacia de la funcionalización se evaluó mediante análisis elemental realizado con un microscopio electrónico de emisión de campo de alta resolución (HR FESEM), donde se confirmó la funcionalización a través de las alteraciones de la composición química de la superficie. Las imágenes realizadas por el microscopio electrónico (HR FESEM) mostraron modificaciones microscópicas de las superficies tratadas. Para evaluar el efecto de la funcionalización en la capacidad de la superficie para evitar la adhesión de microorganismos presentes en industrias alimentarias, estas placas fueron inoculadas con S. epidermidis, E. coli y A. aceti e incubadas durante 4 días. Tras la incubación, se determinó la adherencia celular mediante un ensayo de tinción con safranina. Estos ensayos mostraron que los tres tipos de funcionalización fueron efectivos para disminuir la adherencia bacteriana al acero inoxidable, siendo el pretratamiento de lijado y funcionalización con trans-cinamaldehído el más efectivo frente a S. epidermidis y A. aceti, y la activación con plasma y funcionalización con timol para E. coli. Este trabajo abre una nueva aproximación a las estrategias de higienización de superficies actuales y, por tanto, se relaciona con el objetivo de desarrollo sostenible 9 (ODS 9) de industria, innovación e infraestructuras. Este ODS persigue mediante la innovación y el progreso tecnológico solucionar de forma duradera y eficaz problemas económicos ambientales o recursos, aumentando la investigación científica de los sectores industriales, en este caso el alimentario. Además, al estar enfocado a la investigación sobre superficies se podría relacionar también con el ODS 6 de agua limpia y saneamiento, al poder utilizar estos resultados en tuberías y contribuir a lograr servicios de saneamiento e higiene adecuados mejorando la calidad del agua y evitando su contaminación por patógenos.

[EN] Guaranteeing food safety and quality by preventing contamination by pathogenic and/or spoilage organisms is one of the objectives of the food industry. Among all microorganisms, in recent years, those that have the capacity to adhere to food and to the surfaces of industrial equipment have gained special relevance, giving rise to an extracellular matrix or biofilm that makes their elimination difficult. To prevent adherence to work surfaces in the food industry, this work proposes the functionalisation of stainless steel surfaces with essential oil components that act as natural antimicrobial agents (thymol, trans-cinnamaldehyde and vanillin). For this purpose, stainless steel surfaces were pretreated, by grinding or polishing, following activation with sulphochromic acid or plasma. The surfaces were then functionalised with the three natural antimicrobials through silanisation and washing strategies. The effectiveness of the functionalisation was assessed by elemental analysis using a high resolution field emission electron microscope (HR FESEM), where functionalisation was confirmed through alterations of the surface chemical composition. Electron microscope (HR FESEM) images showed microscopic modifications of the treated surfaces. To evaluate the effect of functionalisation on the ability of the surface to prevent adhesion of microorganisms present in food industries, these plates were inoculated with S. epidermidis, E. coli and A. aceti and incubated for 4 days. After incubation, cell adhesion was determined by a safranin staining assay. These tests showed that all three types of functionalisation were effective in reducing bacterial adherence to stainless steel, with the pretreatment of sanding and functionalisation with trans-cinnamaldehyde being the most effective against S. epidermidis and A. aceti, and plasma activation and functionalisation with thymol for E. coli. This work opens a new approach to current surface sanitisation strategies and therefore relates to the Sustainable Development Goal 9 (SDG 9) on industry, innovation and infrastructure. This SDG aims, through innovation and technological progress, to provide lasting and effective solutions to economic, environmental and resource problems by increasing scientific research in the industrial sectors, in this case the food sector. Furthermore, its focus on surface research could also be linked to SDG 6 on clean water and sanitation, as these results could be used in pipelines and contribute to achieving adequate sanitation and hygiene services by improving water quality and preventing water contamination by pathogens.