Una vez que una sustancia química es utilizada para producir mortalidad microbial, la posibilidad de estimular la resistencia existe. Esto se debe a que no todos los microorganismos se mueren. Una reducción del 99.999% significa que de un millón de microorganismos presentes, diez han sobrevivido, aunque el proceso ha reducido la población a lo que puede considerarse un nivel inocuo.

El sanitizante pudo permitir que sobrevivan esos diez microorganismos o ya son inmunes. Si esos microbios son inmunes, con el paso del tiempo, proliferarán y la concentración usual de sanitizante, a la larga, no producirá la mortalidad esperada. En este punto, deben tomarse medidas para desinfectar las superficies en cuestión. Se vuelve entonces imperativo saber específicamente que microorganismos son los que están presentes para utilizar el desinfectante adecuado y mantenerlo en la superficie el tiempo adecuado.

En ocasiones, se cree que la resistencia bacterial se presenta cuando los organismos evaden el contacto con el sanitizante debido a que se encuentra presente una biopelícula. Las biopelículas son polisacáridos que permiten la adhesión a la mayoría de las superficies. Bacterias tales como la Escherichia coli, Salmonella spp., Listeria spp., Campylobacter spp. y otros pueden producir biopelículas. Con el tiempo, las películas aumentan y pueden mantener diferentes tipos de bacterias, permitiendo una constante fuente de contaminación.

Para concluir.

Como probablemente han notado, no se hizo mención de otra sustancia química utilizada de forma extensiva, cuyo nombre es, agua. El agua se pueden utilizar para sanitizar en diversas formas, pero, el foco de esta serie de entradas fue relativo a las demás sustancias químicas tradicionalmente utilizadas para sanitizar.

Referencias.

US Environmental Protection Agency. Antimicrobial Pesticide Products Fact Sheets

Code of Federal Regulations, Title 21, Sec. 110.3

AOAC International Official Methods of Analysis 2009. AOAC International, Gaithersburg, MD.

Venkibachar, C. L. Iyengar and A. V. S. P. Rao. 1977 Mechanism of disinfection: Effect of chlorine on cell membane functions.

Virto, R., P. Mañas, I. Alvarez, S. Condon and J. Raso. 2005. Membrane damage and microbial inactivation by chlorine in the absence and presence of a chlorine-demanding subsrate.

Berg, J. D., P. V. Roberts and A. Matin. 1986. Effec of chlorine dioxide on selected membrane functions of E. coli.

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McDonnel, G. E. 2007. Antisepsis, disinfection and sterilization.

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Block, S. S. 2001. Disinfection, sterilization and preservation.

Los compuestos cuaternarios de amonio (QAC) son químicos bastante complejos en los cuales el nitrógeno es enlazado a cuatro grupos orgánicos. Los cationes en los compuestos se atan con el ácido fosfolípido en la pared celular del microbio. Esta acción bloquea el consumo de nutrientes en la pared microbiana y previene la descarga de desecho. En general, los QACs son efectivos contra un amplio rango de microorganismos, aunque la fase de espora no es afectada. A bajas concentraciones, las bacterias Gram-positiva son más sensibles que las Gram-negativa. Los QACs son formulados en muchas variaciones para situaciones específicas.

Los QACs se pueden aplicar en concentraciones que varían desde las 100 hasta las 400 ppm. Como sanitizantes, los QACs son aplicados comúnmente a 200 ppm a superficies de contacto con alimentos, y se deja la solución hasta que seque. Una vez seco, el residuo de los QAC permanece y proporciona una actividad germicida hasta que ocurre la degradación. Los QACs también funcionan como detergentes cuando se presentan en concentraciones altas debido a que los compuestos poseen dos componentes químicos, los hidrofílicos y los lipofílicos.

Los QACs son usualmente inodoros, no manchan, no son corrosivos y son relativamente no tóxicos a los usuarios. Funcionan en un amplio rango de temperatura y pH, aunque su actividad es mayor a temperaturas cálidas y en ambientes alcalinos. Mientras que los QACs son tolerantes con ligeras cargas orgánica, una gran suciedad decrecerá su actividad de forma significativa. Algunos QACs no funcionan de manera adecuada en agua dura, pero otros son formulados con agentes quelantes, que permiten su uso.

Dado que los QACs se combinan con compuestos orgánicos y son descargados al ambiente, las concentraciones son bajas y las bacterias heterotrópicas no impactan de forma negativa. Algunas bacterias como la Pseudomonas spp. y Xanthomonas spp. pueden degradas a los QACs. Además, las bajas cantidades de QACs fluyen en las instalaciones de plantas de tratamiento de aguas residuales comerciales para combinar con otros surfactantes aniónicos presentes para formar complehos que reducen o eliminan la toxicidad.

El PAA es un sanitizante efectivo contra muchos microorganismos y sus esporas. Su mortralidad es producida por la ruptura de los enlaces químicos en el interior de la membrana celular. Los sanitizantes basados en el PAA son frecuentemente utilizados a la par con el peróxido de hidrógeno estabilizado. Estos sanitizantes funcionan bien bajo condiciones frías (~ 4°C), produciendo así una mortalidad microbial en equipos que se mantienen a temperaturas inferiores a la ambiente. El PAA es también efectivo en la remoción de biopelículas y es más activo que los hipocloritos.

Las soluciones de PAA pueden ser atenuadas por la carga orgánica y comienzan a perder su actividad conforte el pH se acerca a neutral. Estas soluciones son aplicadas en un rango de concentraciones que van de los 100 a 200 ppm de PAA y de 0 a 600 ppm de peróxido de hidrógeno.

Los sanitizantes basados en el PAA son amigables con el ambiente y sus componentes se desglosan en ácido acético, oxígeno y agua. Estos sanitizantes son también menos corrosivos que los hipocloritos. Así como con todos los productos que son oxidantes altamente activos, el PAA concentrado puede ser un riesgo para la seguridad.

Estos compuestos son menos activos que los hipocloritos, pero son sanitizantes y desinfectantes efectivos. Se adhieren al azufre de las proteínas causando su inactivación a la célula así como daño en sus paredes. Los portadores de estas soluciones permiten un efecto de liberación prolongada o sostenida, resultando en una mortalidad microbial continua.

La ‘tarifa’ de los yodóforos es mejor en situaciones en las cuales el pH es ligeramente ácido, siendo un poco menos activo arriba del pH neutro. La concentración común para sanitizar es de 25 ppm durante un minuto. Desafortunadamente, los compuestos de yodo manchan con mucha facilidad muchas superficies, particularmente, los plásticos. Por el lado benéfico, son sanitizantes comunes en superficies cristalinas, como en las industrias cerveceras. Se han evaluado yodóforos y no se ha encontrado ningún efecto significativo en el medio ambiente.

El componente inorgánico es un sanitizante general efectivo contra bacterias, hongos y virus. El dióxido de cloro es un oxidante  que reacciona con las proteínas y los ácidos grasos en el interior de la membrana celular, resultando en la pérdida del control de la permeabilidad y la ruptura de la síntesis de proteínas

Mientras el dióxido de cloro es un gas explosivo, es relativamente seguro en solución. Se produce en el lugar y no puede comprimirse o almacenarse comercialmente en su forma gaseosa. La mayoría del dióxido de cloro generado es realizado en sistemas complejos. Sin embargo, los recientes avances en los producemientos de formulación permiten la producción de soluciones sin el uso de equipo costoso.

Comparado con los hipocloritos, el dióxido de cloro requiere menos concentración para alcanzar la mortalidad microbial. Por ejemplo, una solución de 5 ppm es efectiva como sanitizante en una superficie para contacto con los alimentos con un intervalo de reposo de un minuto mínimo. Además, se puede alcanzar una desinfección con una solución de 100 ppm en un periodo de 10 minutos.

El dióxido de cloro reacciona de forma selectiva con compuestos presentes en células microbiana en lugar de reaccionar con compuestos orgánicos en general. Esta habilidad le permite funcionar en soluciones con mayores cargas orgánicas aunque conforme se incremente la carga orgánica, su eficacia disminuye. Su funcionamiento óptimo es en el rango de pH 6 a 10, en consecuencia permite incrementar la mortalidad de algunos microorganismos a valores altos. Otra desventaja es que el dióxido de cloro no forma compuestos orgánicos clorados, por lo que no forma un ambiente amigable.

La industria alimenticia frecuentemente utiliza procedimiento de sanitizado, asi que la información aquí presentada se enfocará en los productos más comunes utilizados. Sin importar el producto, la solución sanitizante debe ser evaluada para verificar que la concentración deseada es presente de forma consistente. Poco sanitizante, desde luego, puede resultar en una eficiencia inaceptable, mientras que demasiado sanitizante podría dejar remanentes que no permitan cumplir con los estándares.

Hipocloritos

Su efectividad,  bajo costo y facilidad de manufactura los convierte en los más ampliamente utilizados. El hipoclorito de sodio es el componente más “popular” y es un sanitizante ideal, así como un fuerte oxidante.

Los hipocloritos causan una mortalidad general microbiana dañando la membrana externa, probablemente produciendo una pérdida del control de permeabilidad y eventual lisis de la célula. Además, estos componentes inhiben las enzimas celulares y destruyen el ADN. Las esporas, sin embargo, son resistentes a los hipocloritos, dado que la cubierta de la espora no es susceptible a la oxidación, excepto en altas concentraciones, acompañados de intervalos largos de contacto a temperaturas elevadas.

Mientras los hipocloritos son muy reactivos, sus propiedades útiles son impactadas de forma negativa por factores tales como sólidos suspendidos, altas temperaturas, luz, impurezas en el agua y niveles inadecuados de pH. En un uso rutinario, la superficies deben estar libres (Tanto como sea posible) de material orgánico, y el pH se debe mantener entre 5 y 7 para asegurar que la mayor cantidad de ácido hipocloroso se encuentre disponible. Así como con cualquier sanitizante, se deben realizar medidas para tener la certeza de que se tiene la superficie libre de cloro (En otras palabras, a los niveles deseados). Para aplicaciones donde no aplique enjuague, la concentración máxima permisible de cloro disponible es 200 ppm.

Otras desventajas de los hipocloritos es que son corrosivos para los metales, afectan la salud (Irritación de la piel, daño en las membranas mucosas y contaminación ambiental). Además, se puede combinar con sustancias orgánicas para formar componentes clorados, tales como trihalometanos y dioxinas. Adicional a esto, el uso del hipoclorito puede ser restringido en el futuro. Se debe tener mucho cuidado cuando se limpien derrames de hipocloritos con materiales orgánicos, tales como paños (telas), aserrín y papel, puesto que se podría presentar una combustión durante el secado.

En la industria alimenticia, las sustancias químicas son utilizadas de forma rutinaria para sanitizar y desinfectar superficies de contacto con el producto. Estas sustancias proporcionan un necesario y requerido paso para asegurar que todos los alimentos producidos son libres (En la medida de lo posible) de microorganismos que puedan causar enfermedades.  El nombre del juego es Prevención. Pero ¿Qué son esas sustancias químicas? ¿Cómo funcionan? ¿Cómo se utilizan?

Sanitizar y Desinfectar

Antes de platicar de sustancias químicas, debemos entender la diferencia entre sanitizar y desinfectar. Desinfectar significa destruir o inactivar de forma irreversible  hongos o bacterias infecciosas, pero no necesariamente las esporas, en superficies duras. Sanitizar significar reducir la presencia de  microorganismos que afecten la salud pública a niveles considerados seguros, basados en parámetros establecidos, sin afectar de forma adversa la calidad del producto o su inocuidad. Mientras que las medidas de desinfección pueden ser utilizadas en la preparación y procesamiento de alimentos, es más común utilizar métodos de sanitización para reducir la presencia microbiana.

Para alcanzar el nivel requerido de sanidad o desinfección, la sustancia química en cuestión debe aplicarse a una cierta concentración durante un cierto intervalo de tiempo. Estos parámetros son descritos en la etiqueta del producto y deben seguirse para alcanzar el control microbial deseado.

La eficacia de una sustancia química utilizada para sanitizar o desinfectar descansa sobre su habilidad para reducir el nivel de contaminación. En el caso de las sustancias para sanitizar, el estándar para la reducción de la contaminación de superficies en contacto con alimentos generalmente aceptado es de 99.999% en 30 segundos, y para superficies de no contacto con alimentos, es de 99.9% en el mismo intervalo de tiempo. Para la desinfección, en contraste, debe destruir o inactivar irreversiblemente a todos los microorganismos especificados en 10 minutos. Algunas sustancias químicas pueden tener ambas funciones (Sanitizantes y desinfectantes).

El proceso de sanitización depende de la preparación de la superficie en cuestión. La mayoría de las sustancias limpiadoras deben aplicarse a la superficie una vez que esté libre de material orgánico y residuos de las sustancias utilizadas en el proceso de limpieza. El orden de eventos generalmente aceptado es: Enjuagar, lavar, enjuagar, sanitizar. La sustancia química utilizada para lavar necesita estar orientada y/o ser la adecuada para suciedad presente. Por ejemplo, un detergente alcalino remueve de forma más eficiente productos con base grasosa o proteíca, mientras que aquellos residuos con mineral, requieren detergentes ácidos. Ahora bien, gracias a la ciencia, los agentes modernos de limpieza son una mezcla de componentes químicos que pueden ser direccionados en una gran varidad de escenarios.

NOTA: Esta entrada participa en la IX edición del Carnaval de Química la cual se alberga este mes en el blog Hablando de Ciencia de la mano de Guillermo Marina, químico y divulgador.