Adhesion and formation of bacterial biofilms on food processing surfaces functionalized with silver nanoparticles

A nanotecnologia representa um grande avanço na ciência em diversos campos com desenvolvimento de novos materiais com diferentes funcionalidades e potenciais de aplicação. Desta forma, destacam-se as nanopartículas de prata (Ag NPs) como agentes antimicrobianos promissores para inibição de adesão bacteriana em superfícies de processamento de alimentos. A contaminação de superfícies de processamento de alimentos, principalmente com patógenos, é de grande preocupação, por se tratar de um problema de saúde pública. Neste contexto, este trabalho objetivou estudar o efeito antimicrobiano das superfícies de aço inoxidável e de polietileno (PE) funcionalizadas com Ag NPs sobre a adesão de diferentes espécies bacterianas, bem como avaliar possíveis alterações nas características físico-químicas dessas superfícies que possam influenciar no processo de formação de biofilmes de micro-organismos. Observou-se que de acordo com o critério quantitativo, ou seja, com base nos resultados da variação da energia TOT livre da interação hidrofóbica ( Gsas ), tanto as superfícies de aço inoxidável analisadas quanto as superfícies poliméricas foram TOT consideradas hidrofóbicas por apresentarem o valor Gsas negativo; além TOT disso, houve diferença (p < 0,05) entre os valores de Gsas encontrados para ambas as superfícies funcionalizadas quando comparadas às superfícies controles. No estudo das superfícies bacterianas em termos TOT de Gsas , verificou-se que são hidrofílicas. A partir da variação da energia livre de adesão (ΔGadesão), verificou-se que para todas as superfícies analisadas a ΔG adesão foi termodinamicamente favorável (ΔGadesão < 0) sendo que, para todas as superfícies funcionalizadas com Ag NPs, obteve-se diferença (p < 0,05) no valor de ΔGadesão em relação à superfície controle. Em adição, a superfície de PE funcionalizado com Ag NPs tornou a superfície de processamento termodinamicamente mais favorável à adesão para as três bactérias avaliadas em comparação com o controle. Em relação à adesão das células vegetativas de E. coli, S. aureus e P. fluorescens, observou-se que não houve diferença (p < 0,05) entre as superfícies controle e funcionalizadas, embora o resultado da termodinâmica de adesão ter sugerido diferença. No estudo da adesão de P. fluorescens em cilindro de aço inoxidável revestido com Ag NPs, simularam-se as forças de cisalhamento e a turbulência provocadas pelo bombeamento do fluido, encontrando-se 4,47 log UFC.cm-2 no cilindro controle e 4,17 log UFC.cm-2 no cilindro funcionalizado, não havendo diferença entres eles (p < 0,05). A concentração mínima inibitória (CMI) da dispersão de Ag NPs determinada foi de 12,50 mg.L -1 para as três bactérias avaliadas: S. aureus, E. coli e P. fluorescens. Para as em cilindro de aço inoxidável revestido com Ag NPs em pó a CMI foi de 6,25 mg.L-1 para todos micro-organismos. Utilizando a técnica de espectroscopia de absorção atômica, verificou-se que não houve lixiviação de Ag NPs da superfície de aço funcionalizada para os dois simulantes testados (água e leite desnatado reconstituído), reforçando a hipótese de uma forte interação na matriz do aço entre as Ag NPs e o silano, formando uma ligação ordenada e complexa que interferiu na efetividade do antimicrobiano. As topografias das superfícies também foram observadas por meio da microscopia de força atômica (MFA), sendo a rugosidade média da superfície de aço controle de 325 ± 21,9 nm, a de aço funcionalizada de 343 ± 20,6 nm, a de PE controle 370 ± 55,9 nm e a de PE funcionalizado de 425 ± 24,7 nm. Os resultados mostraram que as Ag NPs não foram eficientes para inibição de adesão bacteriana nas superfícies consideradas, necessitando, portanto, de mais estudos físico-químicos para compreensão do aprisionamento da prata nas superfícies de processamento.The nanotechnology represents a huge advance through science in several areas with development in new materials and possible uses. Thus, we can stress the silver nanoparticles (Ag NPs) as promising antimicrobial agents to inhibition of bacteria access in food processes areas. The surface’s contamination of food processes areas, mainly by pathogens, is worry’s target because it is a public health problem. In this sense, this search aimed to study the antimicrobial effect from surfaces made of stainless steel and coated by polyethylene with Ag NPs affected by different bacterial species besides possible changes in the physical- chemical characteristics in these surfaces that could influence the micro- organisms access process. We could observe that according to the quantity criterion, so, based on the energy variety of free hydrophobic TOT interaction results ( Gsas ) both, the stainless steel surfaces analyzed and the polymer surfaces were considered hydrophobic because they present TOT the negative value for ( Gsas ) besides there was a huge difference (p < TOT 0,05) between the values of ( Gsas ) found for both surfaces used when compared to the control surfaces. In the study of bacterial surfaces in TOT Gsas we checked they are hydrophilic. From the variation of free energy of access ΔGadesão, we checked that for all the analyzed surfaces to ΔGadesão was favorable thermodynamicly (ΔGadesão < 0) being for all used surfaces with Ag NPs, we obtained a huge difference (p < 0,05) in the value of ΔGadesão related to the control surface. In addition, the surface of polymer used with Ag NPs became the process surface thermodynamically more favorable to access for three bacteria evaluated. About the access from vegetative cells from E. coli, S. aureus e P. fluorescens, we observed that didn’t have important difference (p < 0,05) between the control surfaces and used, although the results from the thermodynamic access suggested difference. In the study of access from P. fluorescens in stainless steel cylinder functionalized and control, we simulate the forces of deformation and the disturb promoted by pumping fluid, there wasn’t relevant difference between them (p < 0,05). The minimum inhibition concentration (CMI) from the dispersion Ag NPs determined was of 12, 50 mgL -1 for the three bacteria evaluated: S. aureus, E. coli e P. fluorescens. In order to the poder of Ag NPs the CMI was from 6,25 mg.L-1 for all micro-organisms. Using the spectroscopy technique of atomic absorption, we concluded that there wasn’t silver diffusion from the used steel surface to two tested simulants (water and skim reconstituted milk), reinforcing the hypothesis from a strong interaction in the steel matrix between Ag NPs and the silane, making na ordenated and complex connection that interfered in the effectiveness of the antimicrobial. The surface topographies also were observed by the atomic force microscopy (MFA), resulting the media roughness of steel surface control was 325 ± 21,9 nm, the steel one used was de 343 ± 20,6 nm, the control polymer 370 ± 55,9 nm and the used polymer from 425 ± 24,7 nm. The results showed that in this study, the nanoparticles of silver wasn’t efficient to inhibition of bacterial access in the considered surfaces, requiring therefore, from more physical-chemical studies to comprehension of imprisonment of silver in the surface of the processing.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

Nanopartículas de prata: método alternativo de sanitização para couve minimamente processada

O processamento mínimo de hortaliças visa, basicamente, a estender a vida útil dos alimentos, o que depende de uma série de fatores, como, por exemplo, a sanitização, a qual é considerada etapa fundamental para a qualidade microbiológica do alimento. No entanto, os agentes antimicrobianos usuais reduzem a população microbiana em, no máximo, dois ciclos logarítmicos. Dessa forma, existe a necessidade de desenvolvimento de sanitizantes alternativos. O presente trabalho objetivou aumentar a inocuidade de couve minimamente processada, por meio de sanitização com nanopartículas de prata. Observou-se que as nanopartículas promoveram três reduções logarítmicas, ou seja, 99,9 % de redução, na população de Escherichia coli inoculada na superfície da couve. Quando comparadas com outros agentes antimicrobianos (dicloroisocianurato de sódio e hipoclorito de sódio), as nanopartículas mostraram-se mais eficientes na sanitização da couve minimamente processada, apresentando menor contagem de mesófilos aeróbios. Observou-se, também, que a superfície da couve apresenta características hidrofóbicas, resultando em maior propensão para adesão bacteriana, o que foi confirmado na avaliação da termodinâmica de adesão favorável para Staphylococcus aureus, Escherichia coli e Listeria innocua.The minimal processing of vegetables basically aims to extend food shelf life, which depends on a number of factors, such as sanitization, that is considered a critical step for food microbiological quality. However, the usual antimicrobial agents reduce the microbial population in a maximum of two logarithmic cycles. Therefore, it is necessary to develop alternative sanitizers. This study aimed to increase the innocuity of minimally processed cabbage through sanitization with silver nanoparticles. It was observed that the nanoparticles promoted three logarithmic reductions, i.e. a 99.9 % reduction rate, in the Escherichia coli population inoculated on the cabbage surface. When compared to other antimicrobial agents (sodium dichloroisocyanurate and sodium hypochlorite), the nanoparticles were more efficient in sanitizing minimally processed cabbage, showing a lower count of aerobic mesophils. It was also observed that the cabbage surface presents hydrophobic characteristics, resulting in a higher propension for bacterial adhesion, which was confirmed in the thermodynamic evaluation of favorable adhesion for Staphylococcus aureus, Escherichia coli and Listeria innocua

Sanitização de cenoura minimamente processada com nanopartículas de prata

<p>A produção de cenoura em grande escala na região de Rio Paranaíba coloca essa região em posição de destaque no cenário nacional. No entanto, é relatado que ocorre significativa quantidade de sobras após a colheita. O aproveitamento do material descartado na cadeia de alimentos pode se concretizar pelo processamento mínimo, como uma alternativa de agregação de valor. A etapa de sanitização é de extrema importância durante a produção de vegetais minimamente processados. Nesse contexto, objetivou-se estudar o efeito antimicrobiano de nanopartículas de prata na sanitização de cenoura minimamente processada, obtida a partir do aproveitamento das sobras de cenouras da colheita da cidade de Rio Paranaíba, bem como o estudo da termodinâmica de adesão de diferentes estirpes bacterianas na superfície da cenoura sanitizada. Observou-se que as nanopartículas de prata (6mg L^-1)apresentaram bons resultados, quando comparadas aos sanitizantes hipoclorito de sódio (100mg L^-1) e dicloroisocianurato de sódio (150mg L^-1), na descontaminação da cenoura minimamente processada sobre microrganismos mesófilos aeróbios;<bold> Pseudomonas</bold>spp.; bactérias láticas; e coliformes a 35ºC. Verificou-se também que a superfície da cenoura apresenta características hidrofílicas que podem dificultar a adesão bacteriana. Esse fato foi confirmado na avaliação de termodinâmica de adesão, que foi desfavorável para<bold>Staphylococcus aureus</bold>,<bold> Escherichia coli</bold>e<bold> Listeria innocua</bold>, sendo mais desfavorável para as interações envolvendo as superfícies de cenoura sanitizadas com nanopartículas de prata.</p

Work of adhesion of dairy products on stainless steel surface

The adhesion of the solids presents in food can difficult the process of surface cleaning and promotes the bacterial adhesion process and can trigger health problems. In our study, we used UHT whole milk, chocolate based milk and infant formula to evaluate the adhesion of Enterobacter sakazakii on stainless steel coupons, and we determine the work of adhesion by measuring the contact angle as well as measured the interfacial tension of the samples. Inaddition we evaluated the hydrophobicity of stainless steel after pre-conditioning with milk samples mentioned. E. sakazakii was able to adhere to stainless steel in large numbers in the presence of dairy products. The chocolate based milk obtained the lower contact angle with stainless steel surface, higher interfacial tension and consequently higher adhesion work. It was verified a tendency of decreasing the interfacial tension as a function of the increasing of protein content. The pre-conditioning of the stainless steel coupons with milk samples changed the hydrophobic characteristics of the surfaces and became them hydrophilic. Therefore, variations in the composition of the milk products affect parameters important that can influence the procedure of hygiene in surface used in food industry

Work of adhesion of dairy products on stainless steel surface

The adhesion of the solids presents in food can difficult the process of surface cleaning and promotes the bacterial adhesion process and can trigger health problems. In our study, we used UHT whole milk, chocolate based milk and infant formula to evaluate the adhesion of Enterobacter sakazakii on stainless steel coupons, and we determine the work of adhesion by measuring the contact angle as well as measured the interfacial tension of the samples. Inaddition we evaluated the hydrophobicity of stainless steel after pre-conditioning with milk samples mentioned. E. sakazakii was able to adhere to stainless steel in large numbers in the presence of dairy products. The chocolate based milk obtained the lower contact angle with stainless steel surface, higher interfacial tension and consequently higher adhesion work. It was verified a tendency of decreasing the interfacial tension as a function of the increasing of protein content. The pre-conditioning of the stainless steel coupons with milk samples changed the hydrophobic characteristics of the surfaces and became them hydrophilic. Therefore, variations in the composition of the milk products affect parameters important that can influence the procedure of hygiene in surface used in food industry