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Oktober, 2011
Biofilm in Waschmaschinen
Caroline AmbergEmpa testmaterials ag, St. Gallen, Schweiz
Frankfurt am Main, 28. Oktober 2011 Kolloquium ‘Waschen bei niedrigen Temperaturen’
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Oktober, 2011
Was ist ein Biofilm?
Definition Biofilm: Gemeinschaft von Mikroorganisme n eingebettet in eine extrazellulären polymere Matrix (EPS)
EPS (Polysaccharide, Proteine, Lipide, Nukleinsäuren = ‘Hydrogel’ ist der Hauptbestandteil des Biofilms)
Biofilme können aus Bakterien, Pilze, Algen, Protozoen bestehen
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Oktober, 2011
Wo findet man Biofilme?
• Biofilme werden an Grenzflächen gebildet (Wasser – Oberfläche, Luft-Oberfläche, Öl-Wasser etc.)
• Biofilme in der Natur (Sediment von Seen, mikrobielle Matten, Grundwasserreinigung)
• Nützliche Biofilme (Bioremediation, Kläranlage, Essigproduktion, etc)
• Biofilme als Krankheitserreger • Karies• Legionellen im Trinkwasser• Cystische Fibrose• Bewuchs von Implantaten, Herzklappen etc.
• Wirtschaftliche Schäden durch Biofilme• Biokorrosion• Fassadenschäden• Papierindustrie• Membrane• Erdöl
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Oktober, 2011
Entstehung eines Biofilms
1. Konditionierung und reversibles Attachment
2. Irreversibles Attachment
3. Junger Biofilm
4. Reifer Biofilm
5. Detachment
University of Colorado, Boulder: http://mathbio.colorado.edu
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Oktober, 2011
Wechselwirkung von Biofilm und Oberfläche
• Hydrophobe Oberflächen (free surface energy isnegative)
• Oberflächentextur: Rauheit, Unregelmässigkeiten (Risse, Vertiefungen)
• Ladung der Oberfläche (Bakterienzelle hat eine negative Ladung)
• Auswaschbare Nährstoffe (Gummi, Kunststoffe)
• Oxidation / Reduktion (Metalle, Legierungen)
• Antimikrobiellen Oberflächen, Anti-Adhäsion Eigenschaften
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Oktober, 2011
• Oberflächen / Materalien in Kontakt mit Wasser oder > 90 % relativer Luftfeuchte
• Temperaturen zwischen 4°und 60°C
• Organische oder Inorganische Nährstoffe im Wasser, Luft oder Material
• Licht (Wachstum von Algen und Cyanobakterien)
• Materialien: • Metalle z.B. Eisen, Edelstahl, Aluminium, sogar
Kupfer• Beton, Sandstein, Glas• Kunststoffe, Farben, Kleber• Holz, Leder, Textilien• Mineralische Öle, Fette, Emulsionen
Biofilm muss erwartet werden…
Quelle: Flemming, H.C., Heitz, E., and Sand, W. (1996). Microbially influenced Corrosion of Material. Springer Verlag, Berlin.
� Jede Oberfläche wird früher oder später bewachsen!
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Oktober, 2011
• Wasser / Feuchtigkeit• Ablauf, Pumpe, Schlauchsysteme, Bottich,
Trommel, Einschubkasten• Konsument: Handling und Pflege der Maschine
• Temperaturen zwischen 4°C und 60°C• Niedrigtemperaturwaschen bei 20°C bis 40°C
• Organische / Inorganische Nährstoffe• Schmutzladung in der Wäsche• Gummidichtungen und Schläuche• Anfällige Metalle (Drehkreuz)
• Ungenügende Desinfektion • Waschmittel ohne Bleichmittel• Kurze Waschzyklen• Wenig Wasserverbrauch
� Biofilm in Waschmaschinen muss erwartet und kann nicht völlig verhindert werden
Biofilm in Waschmaschinen
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Oktober, 2011
Ist Biofilm in Waschmaschinen ein Problem?
• Biofilm Bildung � Geruchsbelastung � Kunden-reklamationen
• Besiedlung von Waschmaschinen - Keimen auf der Wäsche (Geruchsbelastung von frisch - gewaschener Wäsche)
• Biokorrosion• Resistenz gegenüber Desinfektionsmitteln / Cleanern
/ Bleichmitteln ist im Biofilm höher als in Suspensionen � potentielles Gesundheitsrisiko (IFH Report 2011)
• Desinfektion (Abtötung der Keime) alleine ist nicht DIE Lösung � Biofilm baut sich schnell wieder auf totem organischem Material auf
� Biofilm in der Waschmaschine ist ein Problem!� Biofilmkontrolle muss das Ziel sein
Source: IFH report (2011).The infection risks associated with clothing and household linens in home and everyday life settings, and the role of laundry
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Oktober, 2011
‘Marktreaktionen’ auf Biofilm in Waschmaschinen
• Waschmaschinen • Steam (whirlpool, LG, Bauknecht, V-Zug)• Silver-ions (Samsung)• Ultrasound (Sharp, sanyo)• Ozone (Sanyo)• Soil level sensors (viele Anbieter)
• Waschmittel und Zusatzprodukte• IO-Biofilmentferner (Aktivsauerstoff +
Fruchtsäuren)• Wasch-Maschinen Pflegereiniger (Dr.
Beckmann)• Affresh™ Washing Machine Cleaner
(Whirlpool)• TW: Clearwhite Waschmaschinen Reiniger
Tabs• Clorox, Tide, Oust etc.
Überprüfung der Effizienz von neuen Technologien, Reinigungszyklen und Produkten?
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Oktober, 2011
Empfehlungen Waschmaschinen Hygiene
• Empfehlungen zur Maschinenhygiene• ≥ 60°C Waschzyklus mit Pulver-
Vollwaschmittel einmal pro Monat• ≥ 60°C / Pulvervollwaschmittel bei
Geruchsbildung• Nicht nur Niedrigtemperaturprogramme
und / oder Flüssigwaschmittel verwenden
• Gerätehygiene - Programme (ohne Waschmittel)
• 80°C, wenig Wasser, Dampf• 70°C - Waschzyklus• STEAM-Selbstreinigungsprogramm
• Fehlermeldungen / Hygieneanzeige• Kochwäsche, ohne Wäsche, Pulver-
Vollwaschmittel
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Oktober, 2011
Überprüfung der Prozess Hygiene / Biofilm Entfernung
Normen und Richtlinien :• Suspensiontests � Überschätzung der Effizienz
von antimikrobiellen Produkten / Technologien
• ASTM E2799 – 11: Standard Test Method for Testing Disinfectant Efficacy against Pseudomonas aeruginosa Biofilm using the MBEC Assay (Microplate assay) � ein Testkeim
• Verschiedene ‚Richtlinien zur Erfassung der Prozesshygiene’ in Waschmaschinen in situ mit kontaminierten Keimträgern (DGHM, RKI, EPA, NSF, Hohenstein, Henkel - Methode)
• ASTM E2647 – 08, ASTM E2562 – 07 and ASTM E2196 - 02: Standardisierte Anzucht von Pseudomonas aeruginosa Biofilm in verschiedenen Bioreaktoren mit hohen / niedrigen Scherkräften
Es existiert kein Standard / Richtlinie zur Erfassung der Biofilm-Entfernung / Prävention in Waschmaschinen
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Oktober, 2011
Neue Methode um die Biofilmentfernung zu erfassen
ROBI-Protokoll: Erfassung der Biofilm-Entfernung in Haushalts - waschprozessen:
• Protokoll um Waschmaschinen -Reinigungszyklen / Reinigungsmittel bezüglich der Effizienz gegenüber Biofilmen zu erfassen (Labor Testmethode)
• Vergleich von verschiedenen Materialien in situ in der Waschmaschine
• Transfer-Raten kontaminierte Textilien � Wasch-maschine oder Biofilm-Coupon � Waschmaschine erfassen
� Waschmaschinen müssen mit Biofilm-Ports ausgestattet werden
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Oktober, 2011
Protokoll um die Biofilm -Entfernung zu beurteilenBiofilm-Wachstum in Bioreaktoren ( Pseudomonas putida, Rhodotorula mucilaginosa)
Waschtest
Model- Biofilm
Biofilm Quantifizierungund Vergleich mit un-gewaschenem Biofilm
Transfer in Waschmaschine
Biofilme in Halterung
• Lebendkeim-zahlen
• Protein -Menge
• EPS - Menge
Waschmaschine mit ROBI-ports ausgerüstet an 3 Positionen
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Oktober, 2011
Biofilm Kontrolle und Entfernung
Universität Duisburg Essen: Biofilm Center
�Keim- und Schmutzbeladung der Wäsche lassen sich nicht minimieren
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Oktober, 2011
Biofilm Kontrolle und Entfernung
1. Prävention: Oberflächeneigenschaften• Hydrophile, glatte Oberflächen• Dynamische Oberflächen (hydrophob / hydrophil,
negative/positive Ladung, …)
2. Schwächung der Biofilm-Matrix• Chlor, Ozon, H2O2
• Tenside• Enzyme• Komplexbildner
3. Physikalische Methoden zur Biofilmentfernung• Ultraschall• UV• Temperatur• Scherkräfte: Spülen / Schwingen
Maschinenreinigungszyklen: Chemie (Waschmittel mit Bleiche, Zusatzprodukte) schwächt Biofilmmatrix, hohe Temperatur tötet Keime ab, intensive Mechanik löst den Biofilm ab
A. Rumpf Ph.D. thesis 2009
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Oktober, 2011
Zusammenfassung
• Geruchsbildung durch Biofilme in Waschmaschinen ist ein Problem
• Neue Reinigungszyklen / Reiniger wurden entwickelt• Es existieren keine Standards um deren Wirksamkeit in situ
gegenüber Biofilmen zu überprüfen• EMPA Testmaterialien hat eine neue Methode zur
Überprüfung solcher Produkte und Zyklen entwickelt
• Biofilmbildung muss in der Waschmaschine erwartet u nd kann nicht verhindert werden
• Es braucht eine Strategie um Biofilme zu kontrollieren und zu entfernen
– Material / Adhäsion– Kombination von Chemie, Temperatur und starker
Mechanik – Überprüfung der Effizienz der Biofilmstrategie
• Empfehlungen Waschmaschinenhersteller• ≥ 60°C• Vollwaschmittel• Einmal im Monat
• Maschinenhygieneprogramme• >70°C• Mechanik• Chemie fehlt!
R. Donlan, (2002). Biofilms: Microbial Life on Surfaces.
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Oktober, 2011
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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Oktober, 2011
Exkurs: Antimikrobielle Oberflächen
• Anti-adhäsive Materialien (z.B. Lotus-Effekt)
• Aktive Antimikrobielle Oberflächen• Release-Mechanismus: Wirkstoffe diffundieren aus der Oberfläche• Kontakt-Mechanismus: Wirkstoffe sind kovalent an die Oberfläche
gebunden
• Dynamische Oberflächen• Oberflächen-Ladung• Hydrophobizität• Morphologie