A Limpeza CIP com água ozonizada na indústria de alimentos tem um grande potencial de inclusão devido ao fato de não deixar resíduos e promover a economia de água no processo. Limpeza CIP” (do inglês: “clean-in-place”, em português: “limpeza no local”): Neste tipo de limpeza são utilizados métodos automatizados que utilizam uma sequência de diferentes soluções para limpeza de superfícies internas de equipamentos, sem necessidade de desmontagem.

O CIP é comumente usado para equipamentos como tubulações, tanques e enchimentos, oferecendo oportunidades significativas para as indústrias de alimentos. O processo de limpeza difere-se de acordo com o produto a ser processado, por exemplo: alimentos líquidos, polpas, cerveja, sucos e produtos lácteos.

O potencial de inclusão da água ozonizada nos processos de “Limpeza CIP” (do inglês: “clean-in-place”, em português: “limpeza no local”).

Os operadores controlam a limpeza CIP de forma totalmente automática fornecendo vários ciclos de lavagem com diferentes produtos e enxágue com água entre cada um deles. O processo visa limpar e sanitizar as superfícies internas dos equipamentos de processamento, como tanques de limpeza, tubulações, máquinas de envase, pasteurizadores e misturadores sem desmontagem prévia.

Sistema CIP – Fonte: http://beveragesmachine.com.br/6-1-vertical-cip-system/176129/

Os sistemas CIP eliminam amplamente o contato humano com os agentes de limpeza e podem economizar custos de mão de obra significativos. Uma das principais vantagens dos sistemas CIP é que eles podem recircular a solução de limpeza através de uma série de tanques de retenção e bombas e tubulações associadas para permitir o reaproveitamento de produtos químicos e água, reduzindo assim seu consumo.

Etapas da Limpeza CIP

Diversas pesquisas científicas já demonstraram a eficiência do ozônio substituindo sanitizantes como o ácido peracético, quaternário de amônia e cloro, e, em alguns casos reduzindo o consumo de produtos químicos como detergentes ácidos e alcalinos.

As principais soluções utilizadas no processo são:

1. solução alcalina (exemplos: detergente alcalino ou soda cáustica)

Promove o deslocamento de resíduos por emulsificação, sanificação e peptização. Removem os resíduos proteicos e gordurosos das superfícies, além de ter propriedades germicidas. Sua aplicação é sempre efetuada na concentração de 1% a 2% em água a 80ºC. (GERMANO, 2003)

1. solução ácida (exemplos: detergente ácido ou ácido nítrico)

A aplicação de agentes ácidos é efetuada quando existe a possibilidade de formação de incrustações minerais como as de água dura, depósitos calcários ocasionados por álcalis entre outros, os quais não são removidos por detergentes alcalinos. As soluções ácidas são produtos compostos de ácidos orgânicos e inorgânicos que podem ser usados individualmente ou em combinações. (GERMANO, 2003)

1. c) água potável

A água potável é o veículo usado como solvente de todos os agentes de limpeza e desinfecção e também para lavagens intermédias e para a lavagem final do equipamento. A qualidade química e microbiológica da água é muito importante e decisiva para a eficiência dos processos de Limpeza CIP. Em princípio, a água usada no processo deve ser potável.

Incompatibilidade do ozônio com a água dura

É recomendável que se tire a dureza da água antes de aplicar o ozônio. Isto se deve pelo fato de que os materiais presentes na dureza da água consumirão boa parte do ozônio dissolvido, reduzindo significativamente sua concentração e prejudicando sua ação microbiana.

Sendo assim, é necessária a instalação de “filtros abrandadores” para retirar a dureza (sais de metais alcalinos terrosos: cátions de cálcio e de magnésio, ou de outros metais como Bário, Ferro, Manganês, Zinco e Alumínio) da água antes de aplicar o ozônio.

A “água dura” além de prejudicar a incorporação do ozônio na água, também não dissolve bem os sabões ou detergentes usados, tem um sabor desagradável e promove a deposição de calcário nas tubulações contribuindo para a formação de biofilme profundo. Além disso, a presença desses sais em grande quantidade na água pode interferir na eficácia dos produtos químicos usados. Sendo assim, a “água dura” já costuma ser filtrada com filtros abrandadores pelas indústrias alimentícias e a aplicação do ozônio deve ocorrer sempre após a filtragem.

Benefícios da limpeza CIP com água ozonizada

A água ozonizada é uma solução extremamente econômica e ecológica, capaz de sanitizar sem necessidade de enxágue com eficiência maior que outros métodos tradicionais. No entanto, os principais benefícios da água ozonizada, surge quando usada em elevada concentração substituindo algumas etapas no processo, e não em todo sistema de Limpeza CIP injetando-a durante os processos de enxágue da soda cáustica e ácido nítrico. A água ozonizada pode substituir também o sanitizante químico eliminando a última etapa de enxágue.

Limpeza CIP com água ozonizada

Em todos os processos de Limpeza CIP com ozônio, existe a necessidade de circulação água ozonizada em uma determinada concentração por um período de tempo específico no sistema de tanques e tubulações a serem sanitizadas.  O ozônio tem grande capacidade de remover biofilmes e incrustações de restos de alimentos presentes no interior de tubulações.

Principais vantagens na utilização do ozônio em um “sistema CIP”:

1. A água ozonizada após alguns minutos se transforma em água, não deixando resíduos químicos nos equipamentos e tubulações. Não necessitando de enxágue após a sanitização.
2. Economia com produtos químicos, principalmente sanitizantes como ácido peracético.
3. Redução de etapas do processo economizando água, tempo e dinheiro.
4. Não necessita de água quente, pois pode ser aplicado diretamente em água fria.
5. Elimina risco de contaminação cruzada dos alimentos com produtos químicos durante uma falha no processo.

Portanto, a quantidade de água consumida é menor com o uso de ozônio e não há risco de formação de resíduos nas superfícies de contato com os alimentos. Além disso, a não necessidade de uso de água quente, permite custos menores devido ao consumo menor de energia.

Isto se deve ao fato de que em um processo de Limpeza CIP tradicional gasta-se tempo  e energia para aquecer a solução. A passagem na tubulação com a solução quente e o enxágue com água fria provoca a expansão e contração das soldas acelerando a deterioração prematura da rede de tubulação, suas vedações e conexões.

O uso da água ozonizada proporciona a economia de energia, tempo e água em comparação ao processo CIP outros biocidas pois a água não necessita ser aquecida, não deixa resíduos, os efluentes gerados são mais fáceis de tratar e não é necessário enxágue final para remover qualquer desinfetante residual que possa permanecer. Além disso, a água ozonizada, que tem sido usada para desinfecção, pode ser potencialmente utilizada nas etapas iniciais de limpeza.

Existe um limite de temperatura para que se tenha uma boa água ozonizada que será usada na limpeza CIP. Isto se deve ao fato da estabilidade do ozônio com a temperatura da água. Quanto menor a temperatura da água, maior será a solubilidade do ozônio na água, gerando uma concentração maior que aumenta o poder de desinfecção durante o processo.

Outro atributo importante da higienização com ozônio é a quantidade reduzida de produtos químicos despejados nos sistemas de esgoto, junto com a grande quantidade de água necessária para enxaguar os produtos químicos residuais das máquinas. Pascual et al (2007) relataram que em práticas típicas de limpeza e desinfecção as águas residuais contêm material orgânico solúvel, gordura, óleo e graxa, sólidos suspensos, nitrato, nitrito, amônia e fosfato de restos de produto e solo de depósito removido, combinado com resíduos de agentes de limpeza; por exemplo, soluções ácidas ou alcalinas nas águas residuais que podem ter pH alto ou baixo e alta condutividade.

Além disso, o uso de ácido fosfórico e nítrico aumentará o teor de fosfato e nitrato das águas residuais. No entanto, de acordo com Pascual et al. (2007), a substituição de produtos químicos por ozônio diminui a concentração de sais e, portanto, a condutividade elétrica das descargas. A água ozonizada higieniza ao interagir com as membranas microbianas e desnaturar as enzimas metabólicas das células dos microrganismos. Uma vantagem do ozônio é sua capacidade de oxidar prontamente os micróbios em solução.

Ação do ozônio em Biofilmes

Biofilmes são definidos como populações bacterianas em matriz fechada aderentes umas às outras e/ou superfícies ou interfaces. Esta definição incluem agregados microbianos, flocos e também populações aderentes dentro dos espaços dos poros e meios porosos.

Basicamente os biofilmes são constituídos por bactérias e biopolímeros extracelulares que elas produzem. Podendo também conter fungos e/ou protozoários, de modo isolado ou em combinação (Jay, 2005). Durante a formação do biofilme, um agregado de células se insere em uma matriz de substâncias exopoliméricas que dão origem a uma estrutura rígida de três dimensões.

Em geral, o biofilme se apresenta como uma camada limosa de aproximadamente 10μm de espessura, com massa irregular de microrganismos que se estende até 200μm acima. Os microrganismos situados acima da camada limosa vivem em condições aeróbicas, os do interior vivem em condições anaeróbicas. Os biofilmes podem ser encontrados em qualquer parte onde haja água e um suporte sólido para se desenvolverem (Tortora et. al. 2002).

A formação do biofilme pode ser descrita como um processo de três etapas: (1) desenvolvimento de um filme condicionado, (2) colonização primária, e (3) amadurecimento dos biofilmes associados com a produção de exopolissacarídeos (EPS) e resíduos (Mittelman, 1998).

Segundo Characklis & Cooksey (1983), o desenvolvimento do biofilme pode ser considerado o resultado dos processos físicos, químicos e biológicos, sendo eles: o transporte de moléculas orgânicas e células microbianas para a superfície molhada; a adsorção de moléculas orgânicas na superfície molhada, resultando em superfície “condicionada”, a adesão de células microbianas na superfície condicionada; os metabolismos por aderência de células e associação de material; o deslocamento de porções de biofilme.

Biofilmes são importantes fontes de bactérias patogênicas e deteriorantes no processamento de alimentos devido a sua resistência antimicrobiana. A estrutura do biofilme proporciona às bactérias proteção contra ampla gama de agentes antimicrobianos. Podemos afirmar que os microrganismos presentes no biofilme, são mais resistentes à limpeza e sanitização. (Jay, 2005)

Segundo MONROE (2007), o desenvolvimento dos biofilmes costuma-se ser dividido em:

• Etapa 1: Formação do biofilme com a adesão das bactérias planctônicas, ou seja, de vida livre à uma superfície e ocorre de forma aleatória. Esta primeira adesão é reversível e é mantida por interações físico-químicas não específicas constituindo o alicerce para o crescimento do biofilme.
• Etapa 2: Transição do estágio reversível para o irreversível. As bactérias passam a secretar substâncias que serão responsáveis pela manutenção da adesão e da camada que envolve o biofilme.
• Etapa 3 e 4: Formação de micro colônias e do desenvolvimento da arquitetura do biofilme maduro. Os biofilmes maduros apresentam estrutura semelhante a cogumelos, que são envoltos por diversas substâncias, principalmente açúcares e rodeados por poros e canais de água que funcionam como um sistema de troca de nutrientes, oxigênio e metabólitos que precisam ser secretados para fora do biofilme.
• Etapa 5: Descolamento do biofilme maduro que ocorre quando o ambiente não é mais favorável à sua manutenção em forma de agregados celulares ou células planctônicas.  Depois de desprendidas, as bactérias livres podem colonizar novos ambientes, reiniciando a formação de novos biofilmes.

Adaptado de Monroe D (2007) Looking for Chinks in the Armor of Bacterial Biofilms. PLoS Biol 5(11): e307. doi:10.1371/journal.pbio.0050307

Reação a ozônio em biofilmes

Stewart & Raquepas (1995) desenvolveram um método para analisar a eficácia de agentes antimicrobianos sanitizantes quando aplicados em biofilmes microbianos. Usando uma adaptação da teoria da reação-difusão, os pesquisadores estudaram a taxa de penetração antimicrobiana em um biofilme e as limitações de transporte nas taxas gerais de desinfecção de biofilme. Os pesquisadores observaram que, no caso de um forte agente oxidante, como a água ozonizada ou uma solução clorada, o agente antimicrobiano finalmente penetra no biofilme porque esgota os componentes da biomassa reativa no biofilme.

Vários autores utilizaram a água ozonizada para o combate de biofilmes. Greene et al. (1993) utilizaram água ozonizada (5 ppm / 10 minutos) e soluções cloradas (100 ppm / 2 minutos), que foram comparados pela eficácia contra biofilmes formados em superfícies em contato com leite. Chapas de aço inoxidável foram incubadas em leite UAT (Ultra Alta Temperatura) inoculados com culturas puras de Pseudomonas fluorescens (ATCC 949) ou Alcaligenes faecalis (ATCC 337). Os tratamentos por ozonização e cloração reduziram as populações bacterianas acima de 99% na superfície de aço inoxidável.

Khadre & Youset (2001_a) concluíram que o ozônio é eficaz sanificante com potenciais aplicações na descontaminação dos materiais de embalagem e de superfícies de contato de equipamentos alimentares, após estudos que avaliaram a ação do ozônio na inativação de contaminantes naturais, biofilmes bacterianos, filmes secos de esporos de Bacillus subtilis, Pseudonas fluorescens em embalagens multifoliadas asséptica de alimentos e superfícies de aço inoxidável, o estudo também concluiu que o ozônio agiu sobre biofilmes de forma mais eficaz em superfícies de aço inoxidável do que em embalagens multifoliadas.

Robbins et al. (2005) avaliaram a eficácia do ozônio, cloro e peróxido de hidrogênio em destruir células planctônicas e sésseis de Listeria monocytogenes que foi sensível ao ozônio, cloro e peróxido de hidrogênio (H₂O₂). As células planctônicas foram destruídas pelo ozônio, sendo necessário aumento considerável da concentração de ozônio (16 vezes) para que ocorresse a completa eliminação das células do biofilme.

Um dado importante, que tem que ser verificado, é que a partir do momento que a água ozonizada entra em contato com superfície do biofilme, imediatamente as hidroxilas presentes na água ozonizada reagem com o biofilme, enfraquecendo a concentração da solução. Sendo assim, é recomendado que a formação da concentração da água ozonizada utilizada na limpeza CIP seja elevada (superior a 10 – 20 ppm de ozônio dissolvido).

No entanto, o tempo para penetrar no biofilme é consideravelmente maior do que o esperado por difusão. Os pesquisadores teorizaram que essa era a base para observações de que os biofilmes oferecem resistência a microrganismos a agentes desinfetantes químicos (Stewart e Raquepas 1995). Tachikawa et al. (2009) estudaram a desinfecção e remoção de biofilmes de Pseudomonas fluorescens e Pseudomonas aeroginosa por água contendo ozônio, utilizando um sistema de biofilme microbiano artificial. Os resultados indicaram que o ozônio foi eficaz na destruição dos organismos e foi capaz de remover exopolissacarídeos nas matrizes de biofilme.

Vivaldo Mason Filho é Administrador de Empresas e Especialista em Análise de Sistemas pela PUCCAMP, Especialista e Mestre em Engenharia pela USP. Empresário e especialista na implantação de ozônio para indústrias de alimentos. Atuou por 11 anos como Professor nos cursos de graduação e pós-graduação de Administração, Comércio Exterior e Engenharia de Produção. É atual vice-presidente da Associação Brasileira de Ozônio – ABRAOZÔNIO.