Uso de fotólisis en la reducción de Salmonella spp., en agua de granjas porcícolas. Ana Karina Carrascal C. M.Sc. Aura Marina Pedroza R. Ph.D. Iliana C. Chamorro T. Esp. Cynthia L. Valencia Grupo de Biotecnología Ambiental e Industrial GBAI acarrasc@javeriana.edu.co
Contenido Salmonella • Importancia en salud pública • Características generales Antecedentes • Factores de riesgo 2016 Evaluación de fotólisis UV/254nm como tratamiento para la eliminación de Salmonella spp. en agua de granjas porcícolas. • Justificación • Tecnología • Metodología • Identificación de Salmonella • Cinética de inactivación • Construcción de prototipo • Resultados y discusión • Conclusión
Salmonella spp. Importancia en salud pĂşblica ZOONOSIS
Contacto directo con los animales Produce cuadros de gastroenteritis aguda, fiebre, etc.
TransmisiĂłn
fecal oral
Salmonelosis
en humanos ContaminaciĂłn del medio ambiente con desechos de origen animal
Enfermedad transmitida por alimentos
Contacto con personas infectadas
Salmonella spp.
.
Foodborne Disease Active Surveillance Network 2015 Surveillance Report. CDC
Salmonella spp. Características generales • • • •
Enterobacteriaceae. Bacteria Gram negativa, 2.700 serotipos Se divide en dos especies: S. enterica y S. bongori Múltiples huéspedes Temperatura óptima 37°C (4° - 48°C) pH óptimo 6,5 a 7.5 (3,8 - 9)
Actividad de agua aw 0.995
El control de Salmonella se da bajo en enfoque de la granja a la mesa
Reducciรณn en la granja reduce la concentraciรณn de Salmonella en el producto, reduce el riesgo de adquirir Salmonelosis
Antecedentes Botas de trabajadores
Generar estrategias de intervenciรณn que disminuya Salmonella
Tipo de piso en el corral Prevalencias altas de Agua de recolecciรณn y disposiciรณn
Factores de riesgo Salmonella spp.
Alternativas tecnolรณgicas para el control del agua
Procesos eficientes y econรณmicos
Mejora en la calidad del agua
Antecedentes • Evidencia de Salmonella de ambientes • Salmonella es capaz de persistir en el ambiente por largos periodo de tiempo.
Agua disposición • Prevalencia 14.3% posible fuente de diseminación. • Salmonella es capaz de formar biofilm1. • Colonización por falta de mantenimiento de la red • Diseño del bebedero influye en la prevalencia2. • Posible contacto con heces por salpicadura • Todas las granjas utilizan bebedero tipo chupo. • Este diseño reduce el riesgo de infección2. • Falta de mantenimiento y L&D3.
Jones & Bradshaw (1996), Bahnson et al. (2006), González et al. (2015)
Agua recolección • Es un factor de riesgo (p<0,05) • El lugar de captación puede ser relevante Contaminación inicial 14%
76% granjas están
14%
cerca de una explotación agropecuaria1
72%
Red municipla de agua
Red Monitoreo
Captación Mejia et al. (2006).
Contaminaci ón aledaña
Bebida para animales
Proceso de L&D
76% granjas utilizan agua no potable para L&D
interna
Monitoreo de la calidad del agua es un factor de riesgo (p<0,05)
Justificación - La calidad y cantidad de agua garantiza la buena salud de los cerdos - Medida de mitigación para la reducción m.o. - Alternativas tecnológicas Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) fotólisis.
Principal fuente de contaminación por Salmonella en cerdos, es el consumo de agua contaminada.
Tecnología Proceso de Oxidación Avanzada (POAs) Procesos físico-químicos capaces de producir cambios dentro de contaminantes y de una población . Métodos más utilizados para la degradación de contaminantes orgánicos y el control de la calidad de aguas . Usados de manera individual o combinada .
Proceso Fotoquímicos Degradación de compuestos por aplicaciones de luz UV
Longitud de onda ((λ) 200-400nm
Ruptura del ADN e inhibición de la replicación--- muerte celular
Fotólisis
Fotólisis directa: descomposición o degradación por ruptura de enlaces. Fotólisis indirecta: generación de radicales libres altamente reactivos.
Empleado para: • Remoción de DQO • Tratamiento de lixiviados, textiles • Reducción de unidades de color UC
Fotólisis ¿Qué puede afectar el proceso?
• • • • • •
Radiación (efecto) Presencia de iones inorgánicos Temperatura pH Oxígeno Tiempo de irradiación
¿Cuáles son sus ventajas? • •
•
Alta reacción con compuesto orgánicos. Oxidación competa de compuestos orgánicos e inorgánicos. Emisión de compuestos inocuos
Metodología
Caracteriz ación FQ y microbioló gica del agua
Selección de cepas (estudio previo)
Cinética de
inactivación
Diseño factorial 22
Cinética en reactor cubico
Cinética en reactor portátil
Caracterización FQ y microbiológica Análisis Físicos
Químicos
Microbiológico
Parámetro
Método
pH
pHmetro
Conductividad
Conductímetro
Demanda Química de Oxigeno (DQO)
Digestión del reactor
DBO5 Nitratos
Respirométrico HACH 8039
Nitritos
HACH 8192
Sólidos totales suspendidos (SST) Salmonella spp.
Gravimétrico
E.coli
UFC/ml
Enterobacteriaceae
UFC/ml
Ausencia/presencia
Selección de cepas • Reactivación de cepas de Salmonella spp. (2016) • Recuperación de cepa de Escherichia coli (2018)
Factor A • Efecto de la aireación • 3 puntos centrales
Factor B • Concentración inicial de los microorganismos • Niveles
Diseño factorial 22
Tratamiento
Factor A Aireación (L/ml)
Factor B Concentración inicial (UFC/ml)
1
0
1x104
2
0.1
1x104
3
0
1x108
4
1.0
1x108
PC
0.5
1x106
60 minutos Agua de granjas 1500ml Preparación del inóculo Cinética de inactivación
Tiempos de muestreo % remoción
Configuraciรณn del reactor
A) 4 divisiones (20x20) x 5 cm profundidad B) Difusores de vidrio de aire de 19cm2 con 2mm. C)Instalaciรณn de lรกmparas de UV/254nm, ubicadas a 10 cm. (60x50x30 cm)
Reactor cúbico Tratamiento 1: Tratamiento de fotólisis UV Tratamiento 2: Tratamiento de fotólisis UV/ H2O2 Tratamiento 3: Tratamiento con peróxido de hidrógeno H2O2
Reactor portรกtil. Tratamiento 1: Tratamiento de fotรณlisis UV
Resultados y discusión Caracterización granjas Granja
Tipo de granja
Captación de agua
Almacenami ento en tanques
1
Ciclo completo
Acueducto veredal
1 tanque 100m3
2
Ciclo completo
Acueducto veredal
1 tanque 100m3
3
Crecimiento y engorde
Acueducto veredal Acueducto veredal (Unión de tres)
15000 litros 13000 litros
4
Crecimiento y engorde
14 tanques entre 1000 y 5000 litros
Tipo de tratamiento al agua Sulfato de Aluminio, Peróxido de hidrogeno H2O2 Sulfato de Aluminio tipo A, cloro Sulfato de aluminio, Cloro Peróxido de hidrogeno H2O2
Control de calidad al agua
Si, cada seis meses Si, cada año No realizan No realizan, lavan los tanques cada 3 meses
Resultados Caracterización FQ y microbiológica granja 4 Concentración (UFC/mL) Enterobacterias
pH
DQO (mg/L)
NO₂ (mg/L)
NO₃ (mg/L)
Zona de recolección
8
6,52
370
1
1,3
Zona de disposición
3x102
6,36
90
3
1,3
Muestra
Resolución 0631 del 2015 Resolución 2115 de 2007 pH, conductividad, DQO NO₂, NO₃
Selección de cepas • Reactivación de cepas de Salmonella spp. (2016)
• Recuperación de cepa de Escherichia coli (2018)
Cinética de inactivación
El factor aireación (A) y la interacción de AB no fueron significativos
Salmonella (B) con un 98,06 % de contribución y un valor de p = 0,008
Diseño factorial 22 Experimentos
UFC/ml % Salmonella Inactivación
T1
0,1
97,5
T2
0,1
97,31
T3
4,02
42,57
T4
3,94
43,71
PC
1,3
74
PC
0,1
98
PC
3,14
37,2
DiseĂąo factorial 22
DiseĂąo factorial 22
Reactor cúbico. Cinética de inactivación
- E. coli - T1, seguido por T2 y control - Para Salmonella spp T2 y T1 - Para las bacterias totales el mejor tratamiento es T1 y T2
Cinética parámetros FQ
pH Conductividad SST
Cinética parámetros FQ
DQO NO₃ NO₂
Reactor portátil. Cinética de inactivación
1,1
A )
B )
Salmonella sp E. coli
4
E. coli Salmonella sp
1,0
Log10 x/xo (UFC/mL)
bacterias sobrevivientes (Log
10
UFC/mL))
5
3
2
1
E.coli , Salmonella disminución de tres unidades logarítmicas
0,9
0,8
0,7
0
0,6
0
2
4
6
8
10
Tiempo (minutos)
12
14
16
0
1
2
3
Tiempo (minutos)
4
5
Cinética parámetros FQ
pH Conductividad SST DQO NO₃ NO₂
Conclusiones • El desarrollo de tecnologías avanzadas permite la degradación de compuestos orgánicos e inactivación de microrganismos que afectan la calidad del agua que consumen los animales en las granjas porcícolas.
• Fotólisis y fotólisis más peróxido de hidrógeno fueron eficientes para la inactivación de Salmonella spp, y Escherichia coli, tanto en agua de captación y en la de disposición, sin embargo el proceso fotolítico pudo ser afectado por la presencia de materia orgánica, obteniendo menor inactivación.
• El uso del reactor prototipo logró disminuir tres unidades logarítmicas de E. coli y Salmonella spp, es posible utilizar la fotólisis como una alternativa para el tratamiento de aguas de origen porcícola. • El tratamiento de fotólisis es eficiente para la eliminación de microorganismos permitiendo que el agua que consumen los animales sea idónea, además esto ayuda en los procesos de reducción de Salmonella en granja como una alternativa de control para este microorganismo contrarrestando enfermedades