Oktober, 2011

Biofilm in Waschmaschinen

Caroline AmbergEmpa testmaterials ag, St. Gallen, Schweiz

Frankfurt am Main, 28. Oktober 2011 Kolloquium ‘Waschen bei niedrigen Temperaturen’

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

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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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

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

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!

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

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

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?

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

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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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

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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Biofilm Kontrolle und Entfernung

Universität Duisburg Essen: Biofilm Center

�Keim- und Schmutzbeladung der Wäsche lassen sich nicht minimieren

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

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.

Oktober, 2011

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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