L'eau est un composant essentiel d'une grande variété de procédés industriels. Elle peut être utilisée comme ingrédient dans un produit fini, comme agent nettoyant pour préparer des équipements ou des matériaux à leur utilisation ou réutilisation, et comme réactif à des fins d'analyse. Ses multiples utilisations rendent la qualité de l'eau importante pour évaluer la présence de micro-organismes. S'il est tentant de penser que l'eau n'est pas sujette à la contamination microbienne comme le sont des substrats plus riches en nutriments ou plus hospitaliers, ce n'est pas le cas : en effet, les micro-organismes peuvent se développer et se propager dans l'eau pure, voire ultra-pure.

Il existe plusieurs façons de Les micro-organismes qui se développent dans un système de purification d'eau peuvent affecter la qualité de l'eau. Par exemple :

• Ils produisent des métabolites indésirables tels que des pyrogènes, de l’ARNase et d’autres enzymes qui peuvent nuire au produit dans lequel l’eau est utilisée.

• Ils peuvent se développer à travers des filtres de 0,22 µm, ce qui nuit à la capacité des filtres à éliminer les micro-organismes de l’eau.

• À des titres suffisamment élevés , de nombreux micro-organismes peuvent former des biofilms très résistants à l’élimination, peuvent favoriser la croissance et la prolifération d’agents pathogènes et peuvent se détacher périodiquement et être libérés dans le courant d’eau, entraînant des pics soudains de contamination.

La contamination de l'eau affecte non seulement les techniques d'analyse utilisées, mais aussi les éléments et procédés secondaires tels que la préparation des milieux de culture et le nettoyage des équipements et de la verrerie. Il est donc important de surveiller la qualité de l'eau afin de garantir que sa propreté et ses niveaux de contamination microbienne sont acceptables pour l'usage prévu.

Exigences en matière de qualité de l'eau

De nombreux systèmes de purification d’eau sont surveillés en permanence pour une variété d’indicateurs de qualité de l’eau, et des alertes automatiques sont déclenchées par le système lorsque des niveaux inhabituels sont détectés.

Les paramètres utilisés pour définir le niveau de qualité d'eau acceptable peuvent varier selon la sensibilité de l'application et le niveau de qualité requis. L'eau utilisée en milieu industriel, clinique ou de laboratoire est généralement classée en trois types :

• L'eau de type 1, ou ultrapure, est le type le plus pur et convient à une utilisation dans la HPLC, la culture cellulaire, la spectroscopie de masse et d'autres applications qui nécessitent un très haut niveau de pureté.

• L'eau de type 2, ou pure, est généralement utilisée pour fabriquer des milieux, des tampons et d'autres solutions moins sensibles à la qualité de l'eau que celles énumérées ci-dessus.

• L'eau de type 3, ou de qualité primaire, peut être utilisée lorsque la propreté est requise mais que des niveaux élevés de précision ne le sont pas, comme pour le remplissage des bains-marie et le nettoyage de la verrerie.

Il est parfois difficile de comprendre que différentes normes de qualité de l'eau utilisent une terminologie similaire pour désigner des éléments légèrement différents. L'une des normes les plus utilisées est celle définie par ASTM International. La version la plus récente du document définissant ces normes, ASTM La norme D1193-06(2018) a été publiée en 2018. ASTM International définit la pureté de l'eau selon une échelle allant du type 1 au type IV, qui prend en compte divers facteurs tels que la conductivité, le pH et la teneur en minéraux. Elle fournit également une sous-norme qui évalue le niveau de contamination microbienne en fonction des quantités de bactéries hétérotrophes et d'endotoxines (un sous-produit bactérien) présentes dans l'eau.

L'autre échelle la plus couramment utilisée est la norme ISO 3696:1987 pour l'eau destinée aux laboratoires d'analyse, également mise à jour en 2018. L'échelle ISO définit les qualités d'eau des grades 1 à 3, le grade 1 étant le plus élevé. À l'instar des normes ASTM, la norme ISO évalue diverses propriétés de l'eau ; cependant, elle ne précise pas de niveaux appropriés ou tolérables de contamination microbienne pour les différentes qualités d'eau.

Processus de traitement de l'eau et surveillance de la qualité de l'eau

Des systèmes de purification utilisant différentes technologies de purification sont utilisés pour atteindre des niveaux de qualité de l'eau conformes aux normes décrites ci-dessus. Idéalement, le système de purification de l'eau traitera divers contaminants, tels que les minéraux, les composés organiques et les particules, ainsi que, bien sûr, les micro-organismes.

Pour éliminer spécifiquement la contamination microbienne de l’eau, un processus optimal de traitement de l’eau utilisera des techniques telles que :

• L'osmose inverse (OI) , qui force l'eau à travers une membrane avec de très petits pores qui bloquent le transit de la plupart des bactéries et des virus.

• La lumière ultraviolette, qui tue directement les bactéries et les virus (bien que cette approche n'élimine pas les micro-organismes tués de l'eau). Les lampes UV émettant une longueur d'onde de 185 nm génèrent de l'ozone à partir de l'oxygène, un oxydant qui tue les microbes, tandis que les lampes émettant à 254 nm ciblent l'ADN des virus, des champignons et des bactéries .

• Filtration, généralement avec un filtre de 0,22 µm, qui élimine les bactéries de la solution.

Maintenir un débit élevé en concevant la distribution d’eau purifiée via une boucle de recirculation est un moyen efficace de maintenir la qualité de l’eau. La prévention de la stagnation de l’eau limite la formation potentielle de biofilms .

Il est à noter que les systèmes d'échange, généralement à lit mixte, à usage unique ou régénérable, qui éliminent les ions chargés de la solution, n'ont aucun effet sur les microbes et peuvent même être, dans certaines circonstances, une source de prolifération microbienne .

Contrairement à d'autres contaminants comme les particules ou les minéraux dissous, l'élimination de la majorité des micro-organismes n'est pas une étape définitive, car des traces peuvent repeupler l'eau et générer des niveaux de contamination détectables. Ainsi, les systèmes devraient idéalement être surveillés en permanence pour détecter la présence de microbes afin de garantir que les différentes techniques appliquées maintiennent efficacement la teneur microbienne à des niveaux suffisamment bas pour ne pas avoir d'impact négatif sur le produit final.

Malheureusement, la plupart des systèmes de surveillance existants ne sont pas conçus pour évaluer la concentration de micro-organismes. Par conséquent, la nécessité d' entretenir en permanence les systèmes de purification de l'eau, et notamment de surveiller les concentrations microbiennes, peut représenter une charge considérable pour une organisation dynamique. Heureusement, il existe désormais des systèmes de surveillance autonomes, faciles à utiliser et ne nécessitant ni équipement spécialisé ni enregistrement manuel fastidieux. L'intégration d'un tel système à votre processus de purification de l'eau pourrait être la clé pour prévenir efficacement la prolifération de contaminants microbiens dans les réservoirs de stockage, les canalisations de distribution et autres équipements.

Conclusion

• La qualité de l’eau est essentielle pour de nombreuses applications et la contamination microbienne constitue une menace sérieuse pour la qualité de l’eau utilisée dans une gamme de processus industriels.

• La présence de micro-organismes dans un système de purification de l’eau peut avoir un impact sur la qualité de l’eau de plusieurs manières, comme la production de métabolites indésirables, l’altération de la fonction de filtration et la formation de biofilms.

• De nombreux indicateurs de qualité de l'eau actuellement utilisés peuvent être mesurés en continu par le système de purification d'eau et déclencher des alertes automatiques lorsque les niveaux dépassent les limites spécifiées. Cependant, la plupart des indicateurs couramment utilisés n'évaluent pas le niveau de contamination microbienne des systèmes de purification d'eau ; une approche alternative est donc nécessaire.

• Maintenir la propreté et la stérilité des systèmes de purification de l’eau, et surveiller les niveaux microbiens en particulier, peut être un fardeau pour une organisation très occupée.

• Des solutions de surveillance faciles à utiliser, autonomes, sans équipement et sans stylo sont désormais disponibles. Elles peuvent enregistrer et analyser les numérations microbiennes pour aider à prévenir la repousse microbienne dans les réservoirs de stockage et les canalisations de distribution.

La pasteurisation est le traitement d'un aliment ou d'une boisson pour le rendre propre à la consommation et en améliorer la durée de conservation. Contrairement à la stérilisation, qui utilise un traitement à haute température pour éliminer tous les micro-organismes, permettant ainsi une conservation indéfinie du produit à température ambiante, la pasteurisation est réalisée à des températures plus basses et vise à réduire la population microbienne globale à des niveaux acceptables, pouvant être maintenus à des températures réfrigérées.

L'objectif principal de la pasteurisation est de réduire la « biocharge » du produit. La biocharge est définie comme le nombre d'organismes contaminants présents dans une quantité donnée de matière avant la stérilisation ou la pasteurisation. Ces organismes peuvent inclure des bactéries, des levures et des moisissures, qui peuvent tous contribuer à la détérioration des aliments ou des boissons. Certains contaminants microbiens sont également pathogènes et peuvent provoquer des maladies en cas d'ingestion ; il est donc impératif de les éliminer des produits destinés à la consommation.

Micro-organismes courants résistants à la chaleur

Certains des micro-organismes les plus courants responsables de la contamination dans l'industrie alimentaire et des boissons sont bien connus, en raison d'épidémies et de rappels de produits, et comprennent, entre autres :

• La salmonelle , qui provoque la classique « intoxication alimentaire » et est liée à une propreté et une stérilisation inadéquates ;

• Clostridium botulinum , qui est souvent associé aux conserves mal conservées ; et

• Les bactéries coliformes telles que E. coli , qui sont généralement introduites par contamination fécale.

Il est important de connaître les types de microbes contaminants susceptibles d'être présents dans votre produit, car les micro-organismes présentent des degrés de sensibilité variables à la destruction par la chaleur. En général, les bactéries Gram positives sont plus résistantes à la chaleur que les bactéries Gram négatives, comme dans les trois exemples cités ci-dessus. Par conséquent, si votre produit a déjà été contaminé par des bactéries Gram positives, une pasteurisation plus intense peut être nécessaire. De même, les bactéries sporulées sont plus résistantes à la chaleur que celles qui n'en forment pas et nécessitent des températures plus élevées et/ou une pasteurisation plus longue pour être éliminées correctement.

Un autre facteur à prendre en compte est la nature du produit lui-même, car sa composition peut influencer la facilité ou la rapidité avec laquelle les contaminants microbiens sont éliminés. Par exemple, le pH d'une solution peut avoir un effet marqué sur la vitesse d'élimination des bactéries, la pasteurisation étant plus efficace à des pH élevés et faibles et moins efficace à des pH moyens. La présence d'huile, de matières grasses et d'autres substances dans le produit peut également affecter l'efficacité des processus de pasteurisation, d'où l'importance de concevoir un protocole de pasteurisation spécifique et adapté à votre produit.

Comment déterminer les paramètres de pasteurisation optimaux

Le principe de la pasteurisation consiste à réduire la charge microbienne de x logs par application de chaleur pendant une durée définie. Un paramètre clé dans la conception d'un procédé de pasteurisation est de déterminer la durée optimale d'application de chaleur nécessaire pour atteindre le niveau souhaité de destruction microbienne.

D'une manière générale, cette période est définie comme suit :

i) Le temps nécessaire pour réduire la charge biologique de l'organisme le plus résistant dans la solution de 1 log ; ou

ii) Le temps nécessaire pour réduire la charge biologique maximale dans le produit de 1 log.

iii) Nombre cible (N) de survivants après pasteurisation (N = 1, lorsque le nombre cible de survivants est de 0, comme dans l'exemple ci-dessus)

Une fois ce calcul effectué, il est important d'ajouter un facteur de sécurité (FS), qui correspond à une période de traitement supplémentaire au-delà de ce qui a été calculé comme strictement nécessaire, afin d'éviter toute contamination résiduelle. En règle générale, un FS de 6 log est considéré comme une stérilisation .

Lors de la sélection d'un SF cible, gardez à l'esprit qu'une valeur intermédiaire est probablement la meilleure, car viser un SF élevé peut entraîner une dégradation indésirable du produit ; dans le cas des produits alimentaires et des boissons, appliquer trop de chaleur ou trop longtemps peut affecter négativement leurs propriétés sensorielles, telles que la couleur, le goût et l'odeur.

Viser un SF trop élevé peut également réduire l'efficacité du procédé, car cela nécessite plus d'énergie et de temps qu'une étape de pasteurisation plus courte. En revanche, il est important de ne pas sous-estimer le SF optimal, car une application de chaleur insuffisante ou trop courte peut entraîner une contamination résiduelle du produit.

La meilleure façon de définir le SF approprié pour votre produit et de garantir que le processus de pasteurisation atteint son objectif est de surveiller le processus.

Suivi de l'efficacité de la pasteurisation

La surveillance des entrées et sorties du processus est essentielle pour garantir le bon fonctionnement des conditions de pasteurisation sélectionnées et éviter toute contamination imprévue tout au long du processus ou au fil du temps. Des tests réguliers de la chaîne de production à différentes étapes permettent d'obtenir un aperçu du niveau global de microbes dans le produit et de déclencher une alerte précoce en cas de problème imprévu.

La première étape consiste à surveiller et à enregistrer la charge microbienne du produit d'origine, non pasteurisé, afin de déterminer la quantité de microbes entrant dans le processus. Pour ce faire, nous recommandons de tester régulièrement les produits avant leur entrée dans le processus et de tenir un registre complet et détaillé de l'historique des données de prépasteurisation.

Une fois le processus de pasteurisation terminé, le produit doit être surveillé systématiquement afin de garantir que l'objectif de réduction de la charge microbienne a été atteint et que les paramètres sélectionnés sont toujours appropriés et efficaces. Comme pour les niveaux de pré-pasteurisation, il est important de conserver un enregistrement précis de ces valeurs afin d'avoir une vision complète de la performance du processus au fil du temps. Si le produit doit subir d'autres étapes après la pasteurisation, comme le conditionnement, il est conseillé de surveiller également l'environnement et les équipements de conditionnement afin de vérifier que le produit ne soit pas recontaminé après la pasteurisation.

Une surveillance régulière de l’environnement de production, des processus et des équipements est essentielle pour améliorer l’efficacité des processus et la conformité des produits, ainsi que pour garantir que vos processus industriels sont sûrs et produisent des produits de qualité constante.

Conclusion

• L'objectif de la pasteurisation est de réduire la charge microbienne d'un produit grâce à la destruction microbienne par la chaleur. Concevoir un procédé de pasteurisation optimisé contribuera non seulement à optimiser l'attrait du produit et à éviter sa détérioration, mais aussi à réduire le gaspillage de ressources.

• Lors de l’optimisation d’un processus de pasteurisation, gardez à l’esprit qu’un SF trop élevé peut détériorer inutilement le produit et/ou dégrader l’efficacité du processus, tandis qu’un SF trop faible peut entraîner une contamination résiduelle du produit.

• Il est important de vérifier régulièrement la charge biologique de pré-pasteurisation pour vérifier que l’étape de pasteurisation aura l’effet escompté.

• Il est essentiel de surveiller la propreté de l’environnement du processus et de l’équipement après la pasteurisation pour garantir que le produit ne soit pas recontaminé entre les étapes de pasteurisation et de remplissage.

Dans notre dernier article, nous avons évoqué l’utilité des kits de terrain et leurs applications potentielles, inspirés de la norme ISO 17381 « Sélection et application de méthodes de kits de test prêts à l’emploi dans l’analyse de l’eau ».

Il y a 4 chapitres principaux dans cette norme que nous devrions considérer :

1. Définir à quoi serviront les kits : c'est le champ d'application
2. Vérifier le fonctionnement du kit, ce qui revient essentiellement à s'assurer qu'un composant de l'échantillon n'interfère pas avec la technique de détection
3. Documenter ce que nous faisons
4. Former ceux qui le feront

Étant donné que ces kits sont généralement conçus pour être simples à utiliser et sont issus de techniques de laboratoire, les interférences potentielles (deuxième chapitre) sont généralement connues en consultant la littérature et peu de travail est nécessaire.

1-Définir ce que nous voulons que le kit fasse en termes pratiques

Quelle est la portée de détection ?
Par exemple, un fournisseur recommande une limite analytique pour l'équipement que nous venons d'acheter : « Nous ne pouvons garantir le bon fonctionnement de l'équipement si la concentration en micro-organismes est supérieure à XX ». Nous souhaitons une plage de détection centrée sur cette limite XX, +/- 1 log.

Le produit que vous souhaitez tester est-il physiquement et chimiquement compatible avec la technique du kit ?
Par exemple, si le produit contient des matières en suspension ou est opaque, un kit basé sur une détection optique peut ne pas être la solution la plus simple.

Sera-t-il facile à vivre une fois utilisé en routine ?

Les sujets suggérés à considérer sont :

• La rapidité de mise en place, de prise en main, des résultats
• Il y a mobile et mobile. Faut-il le tenir dans une poche ou dans une mallette ?
• Coût d'acquisition initial (équipement), coût par test, coût de possession (formation, maintenance, ..).
• De quel degré de confiance dans les résultats avons-nous besoin pour prendre les bonnes décisions ?
  Par exemple, une méthode semi-quantitative peut présenter l'avantage du coût ou de la rapidité, mais générer davantage de faux positifs et de faux négatifs qu'une technique quantitative. Cela peut être acceptable… ou non.
• Fréquence d'utilisation pour les tests de routine ou le dépannage. (fréquence x coût par test) est-elle compatible avec notre budget ?
• Une corrélation avec une référence ou des résultats de laboratoire est-elle essentielle, importante ou agréable à avoir ?
  La question peut être particulièrement importante avec les tests de microbiologie, car différentes techniques peuvent donner des résultats très différents.
• Disponibilité et facilité d'acquisition : si nous optons pour l'utilisation d'un kit de terrain, nous ne voulons pas risquer de retarder nos opérations pour une question d'approvisionnement.

C'est vous qui décidez ce que vous voulez !

« Si l'on ne sait pas vers quel port on navigue, aucun vent n'est favorable. » Sénèque

2- Est-ce que ça va marcher ?

La plus grande prudence concerne les « interférences »

Avec les kits de microbiologie utilisant une méthode par culture, les conservateurs ou les biocides interféreront avec la croissance des micro-organismes, car c'est la raison de leur présence.

On ajoute du chlore à l’eau du robinet pour empêcher les micro-organismes de se multiplier dans les canalisations de distribution, on ajoute des conservateurs aux cosmétiques, des biocides aux bains-marie utilisés pour laver les produits solides…

Les kits de terrain étant souvent issus de techniques de laboratoire, la gestion de ces situations est souvent connue du public. Une solution développée en laboratoire est probablement applicable au kit de terrain, par exemple la neutralisation du chlore au thiosulfate ou la dilution des échantillons dans d'autres cas.

Un gros coup de surveillance, mais pas forcément un gros travail !

3- Document

La liste des choses que nous devrions documenter peut être décomposée :

• Le domaine d'utilisation : que veut-on mesurer, quelle gamme, quelle nature de produits, comment sont évitées les interférences, gamme de températures, pH, précautions de stockage, durée de conservation...
• Utilisation : mode d'emploi du produit, description du réactif et du matériel, réactifs et matériel supplémentaires.
• Échantillonnage : description de la quantité d'échantillon, du volume, de la manipulation.
• Protocole : hygiène et sécurité, manipulation étape par étape (pictogramme), temps de réaction (et intervalles), constatation des résultats, nettoyage et entretien.
• Résultats : méthodes d'évaluation des résultats, tables de conversion, facteurs.
• Élimination (déchets).
• Caractéristiques de la méthode , telles que l'étalonnage, le certificat de qualité, les contrôles (normes)
• Références à la procédure et informations complémentaires (applications possibles).

Nous pouvons gagner du temps en ajoutant cette exigence à la partie 1, comme critère de sélection du kit. Le dernier point est : « Quelle quantité de documentation le fournisseur du kit peut-il fournir ? »

4-Train

Notre organisation est responsable de s'assurer que la méthode est appliquée correctement, ce qui implique que les utilisateurs soient formés.
Les tests sur le terrain sont généralement conçus pour être utilisés dans des conditions inhabituelles : ils sont simples et robustes.

L'ISO souligne que le personnel doit avoir suivi une formation de base (par le fournisseur ou l'entreprise) et comprendre :

• Performances des tests
• Influence de la matrice
• Limites
• Échantillonnage
• Les dangers et comment les éviter
• Élimination
• Assurance qualité
Après quoi les protocoles devraient être pratiques et dans la langue locale

La documentation développée dans la partie 3 fournit les bases de la formation. Il ne reste plus qu'à disposer d'échantillons et de temps pour s'entraîner jusqu'à obtenir des résultats satisfaisants.

La norme ISO 17381 se présente en soulignant que l’utilisation de kits de terrain autonomes peut être très pratique.
Dans la plupart des cas, ce sera parce que le fournisseur du kit est préparé à nos demandes.

N'oubliez pas : la microbiologie, c'est comme la cuisine (il ne faut juste pas lécher la cuillère).