Hygiène des équipements : nettoyabilité et nettoyage Comment appréhender l aptitude au nettoyage

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1 Processus aux Interfaces et Hygiène des Matériaux, Lille, France (1) Hygiène des équipements : nettoyabilité et nettoyage Comment appréhender l aptitude au nettoyage Bénézech Thierry (1), Faille Christine (1), John Holah (2), Walid Blel (3), Daniel Pierrat (4) (2) Campden BRI, UK; (3) Nantes University GEPEA, Fr; (4) CETIM, Fr 18 / 1 / 213 Sécurité des aliments, un sujet sensible Consommateurs exigeants : qualité, flexibilité, santé, production respectueuse de l environnement Responsabilités? o Equipementiers o Transformateurs o Détaillants o Consomateurs 1

2 Dangers à contrôler le long de la chaîne alimentaire: Microbiologique Chimique Corps étrangers Allergènes Contexte Biofilms, un risque reconnu - Spores (formes de résistence) and cellules végétatives - Fortement adhérent aux surfaces - Resistance potentielle: chaleur, chimie, action mécanique Nettoyage et désinfection des lignes de production Elimination complète de la contamination microbienne pour éviter les contaminations croisées des aliments au cours de sa transformation Deux stratégies, actions préventives comme la conception hygiénique et curatives via le nettoyage et la désinfection 2

3 Je dois le nettoyer pour les 2 années à venir? A quoi ont-ils pensé? Cycle de vie d un équipement? Durant les 2 années du cycle de vie de l équipement nous avons à: Être proactif c est: Reconcevoir pour améliorer l efficacité Enseigner aux responsables les risques Budgetiser la gestion des risques Reconcevoir pour améliorer la nettoyabilité Re-développer les procedures de nettoyage Produire 2 milliards de repas Former 25 employés sur comment nettoyer Accueillir et former 8 chefs de production Passer 33 h à nettoyer Passer 25 h en inspection avant production Générer 57 million l d effluent + DBO Générer 21.6 million de réparation Générer 2.4 million de déchets Une bonne conception hygiénique? Sécurité: prévenir les dangers L art de transformer l aliment sans addition d éléments non souhaités Efficacité: faciliter le nettoyage pour un temps économiquement viable Accessibilité (démontage si besoin) de toutes les zones en contact avec l aliment Qualité : assurer un temps de séjour acceptable du produit L art de transformer l aliment sans changements non souhaités 3

4 Hygiène des surfaces, qui / quoi / où? Structures encrassantes (aliments, bactéries) composition, résistance, localisation Dynamique des interactions Processus d adhésion et de décrochement Matériaux récepteurs Topographie, physico-chimie Film conditionnant, vieillissement Hétérogénéités Risque microbien, à qui a t-on affaire? 4

5 Biofilms à Bacillus (C. Faille, INRA) Biofilm terrain IAA sur acier inoxydable 5

6 Pseudomonas grimontii, biofilms incubés à 15 C (R. Briandet, INRA) J J1 J9 J14 Les matériaux, quels rôles, quelles propositions? 6

7 Topographie de surface Paramètres Ra, Rz * normes * guides 1,5 Ra ~ μm 1.15 µm Ra Courbe d Abbot-Firestone Rvk, Rpk (profondeur des creux ou hauteur des pics «réduits») Relations positives entre le fini de surface (RA) et la nettoyabilité RA =.5 μm RA 1. μm RA = 3. μm 7

8 Hétérogénéités de surfaces (existant vs «sur mesure») Topographie Acier inoxydable en fini 2B Micro structuration Physico-chimie Matériaux nano-patternés (Galopin, 21) Matériaux hydrophobes/hydrophiles, h d hil Hétérogènes / homogènes, modifiables hydrophobic hydrophilic 1µm Influence de la physicochimie sur l aptitude au nettoyage (C. Faille) %spores résiduelles Matériaux hydrophiles Matériaux hydrophobes Verre Acier Nylon PVC PEHD Teflon B. cereus B. subtilis Résistance des spores adhérentes à une procédure de nettoyage 8

9 Résistance aux agents antimicrobiens / matériau (C. Faille, INRA) B. cereus A B. cereus B B. cereus 4 -log(n/n) En suspension (Ikalin 1% ) Adhérées acier (Ikalin 2% ) Spores de B. cereus (dormance) adhérentes à l acier inoxydable Résistance accrue aux désinfectants oxydants, T par simple protection physique du matériau Résistance aux agents antimicrobiens / matériau (C. Faille, INRA) C. freundii sur acier inoxydable C. freundii sur Téflon Rôle de la nature du matériau due en partie aux différentes structures des dépôts? 9

10 De l évaluation de la nettoyabilité aux actions possibles Géométries complexes, exemple de méthode culturale Bol d entrée d un échangeur de chaleur à surface raclée o Contamination initiale des surfaces o Lait + spores de Bacillus cereus (1 2 UFC/cm², 1h de contact) o Conditions de nettoyage «douces» Soude(,5%) 1 min à 6 C o Moulage avec un milieu nutritif gélosé + Chlorure de triphenyltetrazolium 1

11 Evaluation de l action mécanique de l écoulement: mesure des contraintes pariétales (Blel et al., 213) Technique électrochimique Microsondes Exemple de nettoyabilité d une vanne de séparation de circuits(blel et al., 29) Zoning à partir de la quantité de spores résiduelles après nettoyage bien mauvais 11

12 Action mécanique à la paroi parties haute (a) et basse (b) Amélioration de la nettoyabilité Forte contrainte pariétale Fortes fluctuations Identification de la contamination au cours du NEP (Lelièvre et al., 21) A- B.cereus ATCC 14579T B- B.cereus 98/4 C- b.cereus 5832 o Encrassement: spores µm CFU.ml -1 o 3 souches de Bacillus cereus strains: 98/4, 5832 & ATCC 14579T o NEP (3 min, NaOH,5%, 5 Pa) Location Position Location 1 Flow Tube Soiled 1 pipes 7 ufc.ml ufc.ml -1 Vanne Valve Position 2 Location 2 Importante contamination de la ligne: role du design 12

13 Densité spectrale du gradient de vitesse, role de la turbulence (Blel et al., 21) détermination de la taille des tourbillons Petites échelles de Kolmogorov (micro de l ordre de 6.2 μm) possible deposition des spores Patron d écoulement défavorable à l arrachement Modélisation de l écoulement, un outil pour le concepteur de machine? (Pierrat et al., 29) Bas Kep SST RSM-w RSM-BSL RSM-BSL-U CFD calculs 4 2 S [s^-1] Abscisse curviligne [m] Experiences 13

14 Conséquences du mauvais alignement: calculs pertinents Tau haut Partie haute Expé geo de base S1.5mm J1 1mm x/h Protubérence du joint de ~1 mm Partie Tau bas basse Expé geo de base S1.5mm J1 1mm x/h Pa) Tau (P Tau droite Expé geo de base side S1.5mm J1 1mm Experimental data x/h Re-design? High contact time> 1 mean residence time Temps de séjour Intensité de turbulence Low dynamics / fluctuations Nouvelles géometries? 14

15 . Pas. Nouvelles conditions de nettoyage? Ecoulements pulsés en conduites (NEP) (Blel et al. 29) N (a) (c) (i) () (j) Pulsation condition 5-5 ms (16-26 l.h -1 ) 1-5 ms (16-26 l.h -1 ) 1-3 ms (3-26 l.h -1 ) Steady (22 l.h -1 ) Mean velocity (m s -1 ) Amplitude of the pulsations (m s -1 ) Frequency of the pulsations (Hz) Re max Re Ecoulements pulsés en NEP: amélioration significative N (CFU.cm -2 ) de pulse τw identique N (CFU.cm -2 ) Pas de pulse Vitesse moyenne identique fréquences & amplitudes optimales.5 1 Steady flow (22 L.h-1) 1-3 ms (3-15 L.h-1) Steady flow (22 L.h-1) 5-5 ms (16-26 L.h-1) 1-5 ms (16-26L.h-1) 15

16 Conséquences sur les cinétiques d élimination des spores de Bacillus N Pulsation condition (i) (j) 1-3 ms (3-26 l.h -1 ) Steady (22 l.h -1 ) Mean velocity (m s -1 ) (j) Amplitude of the pulsations (m s -1 ) Frequency of the pulsations (Hz) Re max Steady flow Pulsating flow Theoretical curve Re Experimental value (trial 1) Theoretical curve Experimental value (trial 1) N(t) (CFU.cm -2 ) (i) Time (min) Conclusions cuso s&ta travaux au futurs utus 16

17 Mécanismes impliqués dans l élimination des contaminants de surface au travers des roles des surfaces et des géométries o identifier cinétiques / temps de nettoyage o proposer de nouvelles conditions de nettoyage (physique / chimie) o proposer de nouvelles géométries / surfaces Amélioration indispensable des écoulements identifiée de l échelle de la bactérie à celle de la machine o via un nouveau design (topographie des surfaces à l organisation des lignes de production) o via des outils d aide à la décision Réduire l impact environemental des opérations d hygiène Remerciements: otechnical assistants Laurent Wauquier, Jean-François Migdal, Gilles Ronse o Financed by the Region Nord-Pas de Calais (Programme ARCir: Constitution des dépôts alimentaires et bactériens sur les surfaces) and the National Agency for Research Merci pour votre attention! Pour plus d informations: Thierry.benezech@lille.inra.fr 17