Effect of Surface Material Chemical Properties on Biofilm Formation of Bacillus subtilis
(2024) KMBM05 20241Applied Microbiology
- Abstract (Swedish)
- Biofilm som bildas på materialytor vanligt förekommande i processutrustning inom livsmedelsindustrin utgör ett hot mot livsmedlets säkerhet och kvalitet. Bakterier som närmar sig en yta kan fästa in, föröka sig och skapa en matris av extracellulära polymersubstanser (EPS) vilken de bäddar in sig i. Biofilm som väl etablerats är svår att tvätta bort och det är därför av intresse att undersöka faktorer som påverkar den initiala vidhäftningen. Bacillus subtilis SA 22 (NCA 72-52; DSM 4181) har odlats i en CDC Biofilm Reactor® från BioSurface Technologies Corporation. Biofilmsbildning på kuponger i rostfritt stål slipade till varierande ytfinhet, polymererna polytetrafluoreten (PTFE) och polypropen (PP), och elastomeren eten-propen-dien... (More)
- Biofilm som bildas på materialytor vanligt förekommande i processutrustning inom livsmedelsindustrin utgör ett hot mot livsmedlets säkerhet och kvalitet. Bakterier som närmar sig en yta kan fästa in, föröka sig och skapa en matris av extracellulära polymersubstanser (EPS) vilken de bäddar in sig i. Biofilm som väl etablerats är svår att tvätta bort och det är därför av intresse att undersöka faktorer som påverkar den initiala vidhäftningen. Bacillus subtilis SA 22 (NCA 72-52; DSM 4181) har odlats i en CDC Biofilm Reactor® från BioSurface Technologies Corporation. Biofilmsbildning på kuponger i rostfritt stål slipade till varierande ytfinhet, polymererna polytetrafluoreten (PTFE) och polypropen (PP), och elastomeren eten-propen-dien monomergummi (EPDM) utvärderades efter upprepade odlingar pågående i en vecka vardera. Biofilmen fixerades och färgades med en fluorescerande färg och efterföljande analys genererade relativa fluorescensenheter (RFU) och bilder tagna med UV-mikroskop. Materialytornas kemiska egenskaper utvärderades med vattenkontaktvinkelmätningar som gav ett mått på ytans hydrofobicitet. Resultaten tyder på att ytslipningen av rostfritt stål inte hade någon effekt på biofilmsbildningen, och det var inte heller möjligt att uppvisa en korrelation mellan biofilmsbildning och hydrofobicitet. Det visade sig dock att en oxidfilm som fanns på det rostfria stålet kunde påverka biofilmbildningen. Den fluorescerande färgen visade sig vara suboptimal att använda på polymer- och elastomermaterial eftersom själva materialet också färgades in och andra möjliga färger bör undersökas. Genom att lägga ytterligare en bit till det komplexa pusslet av biofilmsbildning i processutrustning kan maten vi äter bli säkrare ett steg i taget. (Less)
- Abstract
- Biofilms formed on surfaces encountered in process equipment in the food industry pose a threat to food safety and quality. Planktonic bacteria can adhere to a surface, proliferate, and embed themselves in a matrix of extracellular polymeric substance known as the EPS. Because biofilms are difficult to remove once established, factors influencing the initial attachment is of interest to investigate. Bacillus subtilis SA 22 (NCA 72-52; DSM 4181) has been cultivated in a CDC Biofilm Reactor® from BioSurface Technologies Corporation. Biofilm formation on stainless steel with varying surface finish, polymers polytetrafluoroethylene (PTFE) and polypropylene (PP), and elastomer ethylene-propylene diene monomer rubber (EPDM) was evaluated after... (More)
- Biofilms formed on surfaces encountered in process equipment in the food industry pose a threat to food safety and quality. Planktonic bacteria can adhere to a surface, proliferate, and embed themselves in a matrix of extracellular polymeric substance known as the EPS. Because biofilms are difficult to remove once established, factors influencing the initial attachment is of interest to investigate. Bacillus subtilis SA 22 (NCA 72-52; DSM 4181) has been cultivated in a CDC Biofilm Reactor® from BioSurface Technologies Corporation. Biofilm formation on stainless steel with varying surface finish, polymers polytetrafluoroethylene (PTFE) and polypropylene (PP), and elastomer ethylene-propylene diene monomer rubber (EPDM) was evaluated after repeated one-week cultivations. The biofilm was fixed and stained with a fluorescent dye upon analysis generating relative fluorescence units (RFU) and UV microscope images. Surface material chemical properties were evaluated with water contact angle measurements indicating degree of hydrophobicity. The main findings suggest that surface finish of stainless steel do not have an effect on the biofilm formation, and it was not possible to show any correlation between biofilm formation and hydrophobicity. It was however found that an oxide film present on the stainless steel could affect the biofilm formation. The fluorescent dye was found to be suboptimal to use on polymer and elastomer materials because the material itself was stained and other possible dyes should be investigated. By providing an additional piece to the complex puzzle of biofilm formation in process equipment, the food we consume become safer, one step at a time. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Vad ligger bakom biofilmsbildning i processutrustning?
Vi stöter på biofilmer överallt i vår vardag. De finns bland annat i vårt husdjurs vattenskål, på insidan av vår vas med snittblommor och på våra tänder. En biofilm kan definieras på olika sätt men innefattar mikroorganismer, ofta bakterier, som fäster in vid en yta. Där skapar de olika molekyler som de använder för att bygga upp ett samhälle som de själva bäddar ner sig i. Det är fördelaktigt för mikroorganismer att bo i en biofilm och vissa biofilmer tycker vi människor också är bra. Inom vattenrening vill man till exempel hjälpa bakterierna att bilda biofilm så de kan hänga kvar och hjälpa till att rena vattnet. I livsmedels-industrins processutrustning är biofilmen däremot inte... (More) - Vad ligger bakom biofilmsbildning i processutrustning?
Vi stöter på biofilmer överallt i vår vardag. De finns bland annat i vårt husdjurs vattenskål, på insidan av vår vas med snittblommor och på våra tänder. En biofilm kan definieras på olika sätt men innefattar mikroorganismer, ofta bakterier, som fäster in vid en yta. Där skapar de olika molekyler som de använder för att bygga upp ett samhälle som de själva bäddar ner sig i. Det är fördelaktigt för mikroorganismer att bo i en biofilm och vissa biofilmer tycker vi människor också är bra. Inom vattenrening vill man till exempel hjälpa bakterierna att bilda biofilm så de kan hänga kvar och hjälpa till att rena vattnet. I livsmedels-industrins processutrustning är biofilmen däremot inte välkommen! När biofilm bildas och växer där riskerar man att den släpper ifrån sig både hela mikroorganismer och de molekyler de skapar. Om dessa hamnar i ett livsmedel kan de förstöra kvaliteten i form av försämrad lukt, smak, färg eller konsistens. I värsta fall kan den som äter eller dricker livsmedlet bli allvarligt sjuk!
Biofilmen skyddar även mot flera hot, exempelvis de kemikalier som används för att rengöra processutrustningen, genom att förhindra att de når mikroorganismerna. Det gör att en biofilm som bildats blir svår att tvätta bort. Därför är det av stort intresse att titta på hur biofilmen bildas från första början. Vilka ytor fastnar bakterierna lättast på och varför? Vilket material eller vilka egenskaper spelar störst roll? Det har undersökts i denna studie genom att presentera bakterien Bacillus subtilis för fyra olika material, rostfritt stål, som används till de flesta typer av utrustning inom livsmedelsindustrin; gummi, som används till packningar; och två olika typer av plast, som används till transportband, slangar eller packningar. Vi presenterar helt enkelt bakterierna för olika material och frågar ”Vad tycker ni om det här?”. Vi vill veta var biofilmen börjar för att kunna stoppa den!
Resultaten visade att biofilmsbildningen inte påverkades av de olika slipningsgrader som testades på rostfritt stål. Däremot upptäcktes ett annat fenomen. Rostfritt stål är nämligen en blandning av bland annat grundämnena järn och krom och när kromet reagerar med syre kan ytan få en beläggning av kromoxid. Bildningen av biofilm visade sig bli mindre på rostfritt stål med detta ytskikt jämfört med rostfritt stål som hade ett tunnare eller skadat ytskikt. Gummi och plast är mer hydrofoba, med andra ord vattenavvisande, än rostfritt stål men det gick inte att visa att detta hade en effekt på benägenheten att bilda biofilm.
Förutom materialet biofilmen ska växa på påverkas biofilmsbildningen av fler variabler, exempelvis omgivande livsmedel och vilka näringsämnen som finns där, temperatur, pH, typ av mikroorganism etc. Biofilm är därför ett mycket komplext och spännande område som ger viktig kunskap kring hur vi kan göra tillverkningen av maten vi äter ännu mer säker! (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9158804
- author
- Henningsson, Matilda LU
- supervisor
- organization
- alternative title
- Inverkan av materialytors kemiska egenskaper på biofilmsbildning av Bacillus subtilis
- course
- KMBM05 20241
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Bacillus subtilis, CDC Biofilm Reactor, stainless steel, surface finish, fluorescence, contact angle, passivation, applied microbiology
- language
- English
- id
- 9158804
- date added to LUP
- 2024-06-12 16:13:47
- date last changed
- 2024-06-12 16:13:47
@misc{9158804,
abstract = {{Biofilms formed on surfaces encountered in process equipment in the food industry pose a threat to food safety and quality. Planktonic bacteria can adhere to a surface, proliferate, and embed themselves in a matrix of extracellular polymeric substance known as the EPS. Because biofilms are difficult to remove once established, factors influencing the initial attachment is of interest to investigate. Bacillus subtilis SA 22 (NCA 72-52; DSM 4181) has been cultivated in a CDC Biofilm Reactor® from BioSurface Technologies Corporation. Biofilm formation on stainless steel with varying surface finish, polymers polytetrafluoroethylene (PTFE) and polypropylene (PP), and elastomer ethylene-propylene diene monomer rubber (EPDM) was evaluated after repeated one-week cultivations. The biofilm was fixed and stained with a fluorescent dye upon analysis generating relative fluorescence units (RFU) and UV microscope images. Surface material chemical properties were evaluated with water contact angle measurements indicating degree of hydrophobicity. The main findings suggest that surface finish of stainless steel do not have an effect on the biofilm formation, and it was not possible to show any correlation between biofilm formation and hydrophobicity. It was however found that an oxide film present on the stainless steel could affect the biofilm formation. The fluorescent dye was found to be suboptimal to use on polymer and elastomer materials because the material itself was stained and other possible dyes should be investigated. By providing an additional piece to the complex puzzle of biofilm formation in process equipment, the food we consume become safer, one step at a time.}},
author = {{Henningsson, Matilda}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Effect of Surface Material Chemical Properties on Biofilm Formation of Bacillus subtilis}},
year = {{2024}},
}