Évolution et caractéristiques des ammoniums quaternaires pour la désinfection des surfaces

Nettoyer et désinfecter les surfaces et les milieux en contact avec des denrées alimentaires s’avèrent essentiels dans l’industrie alimentaire et la restauration, afin de maintenir un niveau d’hygiène conforme aux exigences établies. Pour cela, et comme partie essentielle de la mise en place d’un système HACCP, il est nécessaire de concevoir, d’établir et de suivre des protocoles de nettoyage et de désinfection adaptés aux besoins particuliers de chaque installation, afin de prévenir l’apparition de contaminations physico-chimiques ou microbiologiques, et ainsi, garantir la sécurité des aliments produits. Cela permet de prévenir les risques d’intoxication alimentaire, de prolonger la durée de conservation des denrées alimentaires et d’éviter les altérations organoleptiques.

La phase de conception des procédures de nettoyage et de désinfection revêt un rôle essentiel dans la réalisation des objectifs susmentionnés. Les protocoles établis doivent être clairement détaillés, faciles à mettre en œuvre et à contrôler, et garantir la réalisation des objectifs fixés.

Protocoles de nettoyage et de désinfection

L’un des principaux aspects à prendre en compte lors de la phase de conception est le choix des produits à utiliser pour les protocoles de nettoyage et de désinfection, notamment le choix des produits désinfectants. Nous disposons actuellement d’une large gamme de principes actifs biocides réglementés par le règlement (UE) 528/2012 sur les produits biocides (chlore, ammoniums quaternaires, alcools, glutaraldéhyde, peroxydes et peracides, amines, etc.) Chacun d’entre eux présente certains avantages et inconvénients devant être pris en compte lors du choix des produits pour les protocoles de nettoyage et de désinfection.

Introduction aux ammoniums quaternaires

Les ammoniums quaternaires sont des composés chimiques classés dans le groupe des agents de surface cationiques. Leur structure générale comprend une partie cationique constituée d’un atome d’azote lié à quatre chaînes alkyles (la partie fonctionnelle de la molécule) et un atome d’halogène (généralement du chlore).

Ils ont été développés en 1916 par Jacobs et Heidelberg^[1] qui mettaient déjà en évidence leurs propriétés biocides, et ils furent améliorés en 1935 par Domagk^[2], qui formula que la liaison d’un groupe aliphatique à l’azote quaternaire améliore les propriétés biocides du composé. Domagk mit au point le chlorure d’alkyldiméthylbenzylammonium (ADBAC), considéré comme l’ammonium quaternaire de première génération.

Par la suite, le remplacement d’un hydrogène dans le cycle aliphatique par un groupe éthyle donna naissance à l’ammonium quaternaire de deuxième génération. Connu sous le nom d’ADEBAC, chlorure d’alkyldiméthyléthylbenzylammonium.

En 1955, la troisième génération d’ammonium quaternaire fut créée en combinant l’ADBAC et l’ADEBAC ; cette combinaison permit d’en améliorer l’activité biocide et la détergence, tout en diminuant la toxicité.

En 1965, diverses améliorations techniques de la synthèse chimique permirent de développer la quatrième génération d’ammonium quaternaire. Il s’agit du chlorure d’alkyldiméthylammonium (DDAC) qui se caractérise par une efficacité biocide supérieure à celle des générations précédentes, notamment dans des conditions de saleté organique ou d’eau dure.

La cinquième génération d’ammonium quaternaire comprend des mélanges dans des proportions différentes de DDAC et d’ADBAC pour obtenir un large spectre d’activité contre le maximum de micro-organismes.

Caractéristiques des ammoniums quaternaires

Leur nature neutre et leur innocuité relative font des ammoniums quaternaires des composés idéaux pour la désinfection des surfaces et des milieux. Leurs principaux avantages sont les suivants :

• Large spectre bactéricide, fongicide et virucide. Leur mécanisme d’activité, qui consiste à pénétrer et à rompre la membrane cytoplasmique, à dégrader les protéines et les acides nucléiques et enfin à provoquer une lyse cellulaire, leur confère d’excellentes propriétés contre tous les types de micro-organismes.
• Faible corrosivité. Ils ne produisent aucun effet détériorant sur la plupart des surfaces des installations industrielles et institutionnelles et sont relativement sûrs à manipuler par rapport à d’autres principes désinfectants, sous réserve, bien entendu, de prendre les mesures de protection appropriées.
• Ils sont efficaces même en présence de matières organiques, notamment en ce qui concerne les ammoniums quaternaires des dernières générations.
• Compte tenu de leurs caractéristiques physico-chimiques, s’ils ne sont pas rincés, ils restent sur les surfaces et conservent leur pouvoir désinfectant pendant longtemps.

Certains des inconvénients qu’ils peuvent présenter sont les suivants :

• Incompatibilité avec certains agents de surface anioniques, ce qui rend difficile leur formulation avec certains détergents.
• Faible efficacité contre les micro-organismes sporulés, considérés comme des composés prostatiques plutôt que sporicides^[3]. La paroi des sporulés sous forme végétative est peu perméable aux composés quaternaires, ce qui nuit à leur mécanisme d’activité.
• Difficiles à appliquer dans les procédés utilisant des pompes et des systèmes de recirculation, en raison de leur tendance à mousser.
• Leur persistance sur les surfaces, par rapport à d’autres désinfectants, les rend plus difficiles à rincer. La réglementation en vigueur établit que les surfaces destinées à entrer en contact avec des denrées alimentaires doivent être obligatoirement rincées afin d’éliminer tous les restes de désinfectant chimique, susceptibles de contaminer les aliments :
  • En ce qui concerne l’Europe, les directives générales pour déterminer la limite maximale de résidus (LMR) dans les denrées alimentaires sont déterminées par le règlement (UE) 396/2005. Dans le cas des ammoniums quaternaires, les limites fixées par le règlement (UE) 1119/2014 sont de 0,1 mg/kg de denrées alimentaires (0,01 mg/kg pour les préparations pour nourrissons et le lait en poudre). Le groupe de travail de l’ECHA a avancé certaines propositions quant à l’établissement du transfert des résidus vers les aliments^[4] qui, une fois les calculs adaptés, permettent d’établir des valeurs < 0,5 mg/m² sur les surfaces et < 0,1 mg/l dans les eaux de rinçage comme valeurs limites équivalentes aux LMR dans ou sur les denrées alimentaires pour ces principes actifs biocides. Ces valeurs sont faciles à atteindre à travers un rinçage à l’eau approprié après l’application du désinfectant.
  • Selon la réglementation de la FDA (Food Code 2009: Chapter 7. Poisonous or Toxic Materials – subpart 204.11) les produits antiseptiques et autres désinfectants chimiques conçus pour les surfaces destinées à entrer en contact avec denrées alimentaires doivent satisfaire aux exigences du CFR (40 CFR 180.940 : Tolerance exemptions for active and inert ingredients for use antimicrobial formulations – food-contact surface sanitizing solutions). Les ammoniums quaternaires sont inclus dans cette liste, sans rinçage, mais en assurant un drainage adéquat, à des concentrations maximales allant de 200 à 400 ppm en fonction des composés quaternaires utilisés.
• Éventuels phénomènes de résistance. Bien que cela soit rare, un mésusage ou une utilisation à des concentrations sublétales peuvent entraîner l’apparition de micro-organismes tolérants qui obligent à augmenter la dose ou à combiner différents types de biocides^[5].

Conclusions : ammoniums quaternaires, désinfectants pour les surfaces alimentaires

Les nombreux avantages des composés d’ammoniums quaternaires en font l’une des premières options lors de la conception de protocoles de nettoyage et de désinfection et du choix d’un produit désinfectant pour les surfaces alimentaires, de soins vétérinaires ou institutionnelles [biocides PT4, PT3 et PT2, respectivement, dans le cadre du règlement sur les produits biocides (UE) 528/2012].

Afin de répondre à tous ces besoins, PROQUIMIA propose une large gamme de produits désinfectants à base d’ammoniums quaternaires :

Références bibliographiques :

[1] W. A. Jacobs, 1916. The Bactericidal properties of the quaternary salts of hexamethyltetramine. I. The problem of the chemotherapy of experimental bacterial infections. J. Exp. Med., 23: 563-568.

[2] G. Domagk, 1935. Eine neue Klasse von Disinfektionsmitteln. Dtsch. Med. Wochschr., 61: 828-832.

[3] Russell A D. Mechanisms of bacterial resistance to biocides. Int Biodeterior Biodegrad. 1995.

[4] https://echa.europa.eu/documents/10162/15623299/artfood_draft_guidance_project_en.pdf/0e431edd-3e42-45ac-a797-727ec630fece

[5] S. Langsrud  G. Sundheim  R. Borgmann‐Strahsen, 2003. Intrinsic and acquired resistance to quaternary ammonium compounds in food‐related Pseudomonas spp.

AUTEUR : Dani Calvente