Bacteriófagos en ambientes de la industria láctea: estrategias de inactivación basadas en procesos fotoquímicos y avanzados de oxidación

Abstract

La infección por bacteriófagos es la principal causa de falla de las bacterias ácido lácticas (BAL) empleadas en los procesos fermentativos de la industria láctea. Estas infecciones pueden causar una reducción o inhibición de las actividades desarrolladas por los cultivos lácticos, derivando en dificultades tecnológicas y pérdidas económicas. A pesar de que el sector lácteo industrial aplica distintas estrategias para reducir la concentración fágica, ninguna resulta completamente eficiente y los fagos continúan representando un riesgo relevante, motivo por el cual resulta necesario explorar nuevas metodologías de inactivación fágica. En esta tesis se estudió la inactivación de dieciséis fagos infectivos de BAL mediante radiación UV-C y pintura fotocatalítica (formulada con TiO₂ dopado con carbono) bajo radiación visible. Se obtuvieron cinéticas de inactivación de primer orden respecto de la concentración de fagos trabajando con pintura y se observó un marcado efecto de cola para diez fagos, ajustado con modelos cinéticos de bibliografía, bajo radiación UV-C. Se variaron condiciones ambientales y de operación para analizar su efecto en la inactivación, proponiendo modelos cinéticos que correlacionaron adecuadamente este efecto. Se optimizó un reactor fotocatalítico escala semipiloto (UV-A, TiO₂), modificando las fuentes de radiación y los soportes para el catalizador, obteniendo cinéticas de inactivación de primer orden para todos los casos. Estas estrategias de inactivación contribuirían a reducir la frecuencia de infecciones fágicas en la industria láctea, siendo fundamental considerar la influencia de diversas condiciones ambientales. Esto permitiría adaptar equipos disponibles comercialmente para implementar estos procesos de inactivación en plantas lácteas.

Bacteriophage infection is the main cause of failure of lactic acid bacteria (LAB) used in fermentation processes in the dairy industry. These infections can cause a reduction or inhibition of the activities carried out by lactic cultures, leading to technological difficulties and economic losses. Although the industrial dairy sector applies different strategies to reduce phage concentration, none are completely efficient, and phages continue being a significant risk. Therefore, it is necessary to explore new methods of phage inactivation. This thesis studied the inactivation of sixteen infectious LAB phages using UV-C radiation and photocatalytic paint (formulated with carbon-doped TiO₂) under visible radiation. First-order inactivation kinetics were obtained with respect to phage concentration working with photocatalytic paint, and a marked tail effect was observed for ten phages, adjusted with kinetic models from the literature, under UV-C radiation. Environmental and operating conditions were varied to analyze their effect on inactivation, proposing kinetic models that adequately correlate this effect. A semi-pilot scale photocatalytic reactor (UV-A, TiO₂) was optimized by modifying the radiation sources and catalyst supports, obtaining first-order inactivation kinetics for all cases. These inactivation strategies would contribute to reduce the frequency of phage infections in the dairy industry, being essential to consider the influence of various environmental conditions on phage inactivation. This would allow commercially available equipment to be adapted to implement these inactivation processes in dairy plants.