Nettoyage en place des lignes agro-industrielles : Etude Cinétique d'élimination des biofilms négatifs au sein des installations fermées dans les industries agroalimentaires.

par Yahaya Sylla

Thèse de doctorat en Génie des Procédés

Sous la direction de Thierry Bénezech.

Le président du jury était Marie-Laure Lameloise.

Le jury était composé de Thierry Bénezech, Jack Legrand, Christine Faille.

Les rapporteurs étaient Francine Fayolle, John T. Holah.


  • Résumé

    Les travaux présentés traitent des cinétiques de décrochement des biofilms bactériens formés au sein des équipements communément utilisé dans les agro-industries. Deux espèces bactériennes Pseudomonas et Bacillus ayant une forte capacité à former des biofilms dont la présence quasi permanente est reportés dans les industries alimentaires (viande, lait, légumes frais…) ont servi de modèles pertinent pour ces travaux. Par ailleurs Bacillus, bactéries potentiellement pathogènes capable de former des spores dont les capacités à adhérer et résister aux environnements chimiques et thermiques défavorables (détergents, traitement de pasteurisation, stérilisation) sont reconnues pour présenter un risque sanitaire majeur pour l’agro-industrie du fait de la contamination des produits alimentaires par l’outil de fabrication lui-même. Deux type d’études ont été effectués sur le nettoyage d’équipements utilisés en industrie agroalimentaire.Une première approche cinétique a été mise en œuvre pour étudier l’élimination de ces biofilms des surfaces au cours du nettoyage. Nous avons cherchés à identifier les rôles respectifs de l’action mécanique via la contrainte pariétale générée par l’écoulement ou chimique via différentes concentrations en NaOH puis la combinaison des deux actions chimiques et mécaniques. Un modèle biphasique a été proposé pour décrire ces cinétiques de nettoyage en pertinence avec deux phases très distinctes que nous interprétons comme l’élimination de deux fractions différentes du biofilm. Un détachement plus ou moins rapide (1 à 5 min) correspondrait à l’élimination de structure tridimensionnelles composées ou non d’exopolymères suivi par un détachement lent des cellules directement en contact avec les surfaces.Dans le cas des biofilms à Bacillus, il existe une fraction du biofilm composée par des spores pouvant représenter près de 90% du biofilm. Cette fraction particulière semble s’éliminer plus rapidement dans la première phase et pas du dans la seconde phase. Les données préliminaires sur biofilms mixtes montrent une résistance accrue de l’ensemble qui se traduit par une plus grande résistance de la partie de biofilm constituée par des cellules à Pseudomonas.La seconde thématique développée traite de la possible récontamination par les sopres de Bacillus décrochées lors du processus de nettoyage.La réadhésion des bactéries à pu être prouvée par le positionnement des tubes dans le circuit de nettoyage, ainsi que par l’utilisation d’un matériel complexe (vanne bidirectionnelle) communément utilisé dans les agro-industries. Ces travaux ont permis d’identifier les conditions présidant à cette récontamination. La conception hygiénique des outils de transformation prend tout son sens ici.

  • Titre traduit

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  • Résumé

    This work deals with removal kinetics of bacterial biofilms potentially formed in commonly used equipment in agro-industries. Two bacterial species Pseudomonas and Bacillus with a strong ability to form biofilms in which the almost permanent presence is reported in the food industry (meat, milk, vegetables…) were chosen as relevant models for the study. Moreover Bacillus, potentially pathogenic bacteria can form spores which are known to strongly adhere to solid surfaces and for their ability to withstand adverse environments as thermal and chemical detrimental conditions (detergents, pasteurization or sterilization temperatures). Bacillus species are known to pose a major health risk for agro-industry is contamination of food by the technical equipment itself.Two main areas were considered in the field of food processing equipment cleaning.At first a kinetic approach was implemented to study the removal of biofilms from surfaces during cleaning operations. Thus respective roles of the mechanical action (wall shear stress under turbulent flow regime), the chemical action (different NaOH concentrations) and the combination of both chemical and mechanical actions were studied. A biphasique model was proposed to describe cleaning kinetics according to the observation of two very different phases which we interpreted as the elimination of two different fractions of the biofilm. A more or less fast detachment in 1 to 5 min would correspond to the three-dimensional elimination of structure with more or less exopolymeric materials followed by a slow detachment of bacteria cells directly in contact with solid surfaces. In the case of Bacillus, can represent about 90% of the total biofilm. Spores removal appeared to be a two phases phenomenon as the whole biofilm. However, the removal was essentially observed during the short first phase of the kinetics. Preliminary data on mixed biofilms with both species Bacillus and Pseudomonas had shown an increase in their resistance to cleaning comparing to the corresponded monospecies biofilm counterpart. This is really significant for Pseudomonas. The second developed theme considered as a consequence of the above one deals with possible equipment re-contamination by Bacillus spores removed during cleaning operations. Post contamination of food processing equipment during cleaning was thus observed In pipes located at different places in the cleaning loop, as well as in more complex materials as a mixproof valve commonly encountered in Dairies. This work allowed us to identify all the conditions explaining such phenomenon. Equipment hygienic design issues appeared to be here.


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