Révolution ou simple évolution ? Cytométrie en flux et vérification du nettoyage et de la désinfection dans les installations de fabrication de produits alimentaires

La sécurité alimentaire dépend en grande partie des conditions d'hygiène dans les installations de fabrication de denrées alimentaires. Des niveaux élevés de bactéries d'altération peuvent affecter la durée de conservation et la qualité des denrées alimentaires, tandis que la présence d'agents pathogènes (tels que Salmonella et Listeria) peut entraîner des maladies graves. Les fabricants de denrées alimentaires doivent veiller à ce que leur environnement de transformation reste propre et exempt de micro-organismes pathogènes afin d'éviter la contamination croisée du produit final. Mais comment cela se passe-t-il actuellement ?

Inspection visuelle

Si l'inspection visuelle est une condition préalable, elle n'est pas suffisante en soi. Il s'agit d'un moyen subjectif et imprécis de vérifier que le nettoyage a été effectué correctement. Plus important encore, même si une surface ne présente aucun résidu apparent, cela ne signifie pas qu'elle est immaculée. L'inspection visuelle ne permet pas de s'assurer que tous les résidus alimentaires du passage précédent ont été éliminés ou qu'un désinfectant a effectivement réduit le niveau microbien sur la surface.

Dénombrement microbien avec des méthodes basées sur la culture

Il s'agit des méthodes traditionnelles de contrôle de l'hygiène de l'environnement de transformation. En règle générale, il existe deux méthodes d'échantillonnage : par contact et par écouvillonnage. Dans le cas des méthodes par contact, des plaques ou des lamelles sont placées sur la surface à échantillonner, puis incubées. L'échantillonnage par écouvillonnage est réalisé à l'aide de bâtonnets ou d'éponges qui sont rincés dans une solution tampon, puis inoculés dans un milieu stérile et incubés. La principale limite de ces méthodes traditionnelles de détermination microbienne est le temps nécessaire pour obtenir des résultats. En outre, la plupart des espèces de bactéries ne peuvent pas être cultivées sur gélose, un phénomène connu sous le nom d'anomalie du grand nombre de plaques.

Détection de l'ATP

L'adénosine triphosphate (ATP) est un nucléotide que les cellules utilisent pour fournir de l'énergie. Il peut être considéré comme l'"unité monétaire" moléculaire de l'énergie dans toutes les cellules vivantes. L'énergie est transférée lorsque l'ATP se décompose en nucléoside et en phosphate libre. L'hydrolyse des liens covalents des phosphates libère de l'énergie qui est utilisée pour les réactions. Les systèmes commerciaux de test de l'ATP exploitent la réaction luciférine/luciférase, très courante dans la nature, pour produire de la lumière avec l'énergie fournie par l'ATP. Plus la lumière émise est importante, plus l'ATP est présent, ce qui pourrait indirectement indiquer une plus grande quantité de résidus alimentaires ou (potentiellement) de micro-organismes. Il y a cependant une mise en garde importante : comme ces systèmes reposent sur une réaction enzymatique, des inhibiteurs potentiels ou des conditions environnementales non optimales pourraient entraîner des résultats erronés. La température ambiante peut allonger les temps de réaction, tandis que la lumière peut rendre difficile l'obtention de lectures correctes. En outre, les désinfectants peuvent interférer avec la réaction, ce qui signifie qu'il peut ne pas y avoir de réelle corrélation entre les bactéries vivantes présentes sur la surface et les résultats de la mesure de l'ATP. C'est pourquoi les méthodes basées sur l'ATP sont normalement utilisées pour tester les surfaces avant l'application du désinfectant. Les méthodes ATP présentent un autre inconvénient : leur applicabilité dépend de la nature de l'aliment traité. La plupart des aliments laissent des résidus contenant de grandes quantités d'ATP, qui dépassent de plusieurs ordres de grandeur les quantités contenues dans les cellules bactériennes. En pratique, cela signifie que les systèmes ATP ne peuvent pas être utilisés pour évaluer la contamination microbienne des surfaces dans la plupart des installations de transformation des aliments. Bien qu'aucune bactérie ne puisse être directement comptée, les systèmes ATP sont largement utilisés car les résultats sont générés en quelques secondes, un délai de résultat qu'aucune autre technologie couramment disponible n'offrait jusqu'à présent.

Présentation de la cytométrie en flux

La cytométrie en flux (FCM) désigne un groupe de techniques qui utilisent des signaux optiques ou électriques pour détecter et mesurer certaines propriétés physiques ou chimiques des cellules et des particules en suspension dans un fluide. Près de 300 études menées entre 2000 et 2018 ont évalué la CMF comme outil de caractérisation de la qualité microbienne de l'eau. Ces recherches ont permis d'illustrer la valeur de la CMF dans le traitement, la distribution et la réutilisation de l'eau. Il existe désormais un corpus de recherche documentant les applications réussies de la MFQ suffisamment solide pour suggérer qu'elle pourrait raisonnablement et de manière réaliste être adoptée à grande échelle en tant que méthode de routine pour l'évaluation de la qualité de l'eau. Quel est le rapport avec l'évaluation de l'efficacité du nettoyage et de la désinfection dans les installations de fabrication de denrées alimentaires ? Les méthodes utilisées jusqu'à présent pour déterminer la qualité de l'eau étaient souvent limitées par une faible sensibilité, des exigences élevées en termes de main-d'œuvre et de temps, une susceptibilité aux interférences des composés inhibiteurs et des difficultés à distinguer les cellules viables des cellules non viables. (Mais attention : les cytomètres de flux à fluorescence sont généralement des appareils peu maniables et coûteux dont l'utilisation nécessite un personnel hautement qualifié.

Intégrer la puissance de la cytométrie en flux dans un appareil portable

Pour que la CMF devienne une solution viable pour la vérification du nettoyage dans les installations de transformation des aliments, elle doit se présenter sous un format portable simple et facile à utiliser, mais suffisamment précis pour fournir des dénombrements fiables de bactéries et de particules de résidus dans les échantillons environnementaux. Cela a été rendu possible par l'utilisation de la cytométrie de flux par impédance. La cytométrie de flux par impédance est un type particulier de cytométrie de flux : au lieu de systèmes optiques tels que la technologie laser, les cytomètres de flux par impédance utilisent un courant alternatif à des fréquences variables qui permet à l'appareil de détecter et de compter les cellules et les particules résiduelles séparément. Alors que les cytomètres de flux optiques ne peuvent compter que les cellules marquées avec des colorants, les cytomètres de flux à impédance peuvent effectuer la même opération sans qu'il soit nécessaire de les marquer. Comparés à d'autres appareils de cytométrie en flux, ils sont compacts, portables et alimentés par une batterie, ce qui permet de les utiliser là où l'échantillon est prélevé.

Comment les cytomètres de flux à impédance peuvent-ils distinguer les cellules des particules de résidus ?

Les propriétés électromagnétiques des bactéries permettent aux cytomètres en flux de les distinguer des autres particules. Le cytoplasme et la membrane cellulaire d'une bactérie modifient le champ électrique de manière unique et identifiable. Alors que le courant électrique se déplace à travers les particules métalliques presque sans entrave, les particules non conductrices résistent au champ. Les bactéries intactes, cependant, ressemblent à la fois à des particules non conductrices et conductrices : la membrane cellulaire empêche les basses fréquences de la pénétrer, ce qui la fait ressembler à des particules non conductrices ; à haute fréquence, cependant, le courant électrique pénètre la membrane. Les microélectrodes du cytomètre de flux à impédance génèrent ces champs électriques et permettent à l'appareil de quantifier les changements de conductivité et de résistance en termes de mesures séparées des cellules intactes et des particules.

Application de la cytométrie en flux par impédance à la sécurité alimentaire : présentation de CytoQuant®.

Comme mentionné ci-dessus, l'un des avantages des cytomètres de flux à impédance par rapport à d'autres types d'appareils cytométriques est leur portabilité. Légers, de petite taille et alimentés par des piles, ils peuvent fonctionner sur le terrain et aux points de contrôle critiques où l'hygiène est une préoccupation majeure. Le cytomètre de flux à impédance CytoQuant® est conçu pour être utilisé dans ces zones, y compris les installations de production alimentaire et les salles blanches. La cytométrie de flux par impédance apporte des avantages considérables aux producteurs de denrées alimentaires qui cherchent à vérifier leurs programmes de sécurité alimentaire et de nettoyage : la quantification rapide et séparée des bactéries et des particules de résidus (qui peut servir d'indicateur de l'efficacité du nettoyage), la sensibilité de la méthode et la robustesse du kit d'écouvillonnage et du cytomètre lui-même. Le système CytoQuant® est facile à utiliser, car l'appareil se charge de tout le travail, à l'exception de l'échantillonnage. Un test commence par l'écouvillonnage d'une zone prédéfinie (par exemple, 20 x 20 cm ou 8 x 8 in) de la surface à tester. Il se poursuit en plaçant l'écouvillon dans un tube contenant une solution conductrice brevetée, puis en agitant le kit d'écouvillonnage pour mettre les bactéries en suspension. Lors de l'analyse des eaux de rinçage, l'échantillon est placé directement dans un flacon vide, puis quelques gouttes de solution électrolytique sont ajoutées. Après avoir mélangé l'échantillon, l'utilisateur insère le flacon dans le CytoQuant®. Deux aiguilles pénètrent au fond du tube, connectant le liquide au système d'écoulement de l'appareil. Une fois la solution introduite dans le système d'écoulement, elle passe par les électrodes de la cellule d'écoulement. Au bout de 30 secondes, l'appareil enregistre des résultats distincts pour les bactéries et les particules et les affiche à l'écran.

Révolution ou évolution ?

Le cytomètre en flux mobile CytoQuant® permet de vérifier immédiatement et sur place les procédures de nettoyage et de désinfection dans les installations de production alimentaire ou dans d'autres domaines où l'hygiène est cruciale. En quantifiant directement les bactéries et les particules de résidus sur les surfaces sans l'influence négative des désinfectants ou de la température, il offre des avantages substantiels par rapport aux appareils ATP, tandis que le délai de 30 secondes avant l'obtention du résultat en fait un complément parfait aux programmes d'hygiène qui utilisent déjà des méthodes culturelles. Compte tenu de l'énorme potentiel de la cytométrie de flux par impédance, elle pourrait un jour être considérée comme la norme en matière de vérification du nettoyage, au même titre que les méthodes culturales, voire les remplacer. Il s'agirait alors d'une véritable révolution dans ce domaine.