La porta catalitica rappresenta un sistema unico ed efficace, mirato alla disinfezione dell’aria e delle superfici e dedicato alle strutture zootecniche.
Un problema enorme nella produzione avicola è quello provocato dai batteri e dai virus patogeni presenti nell’aria. Purtroppo gli incubatoi e gli allevamenti avicoli sono particolarmente vulnerabili alla contaminazione da parte di batteri, virus e funghi che possono portare a pericolose malattie infettive, quali:
- Salmonella – il batterio causa la salmonellosi, una grave infezione del tratto digestivo,
- Escherichia coli – il batterio è responsabile della colibatteriosi, causando infezioni intestinali e setticemia,
- il virus dell’influenza di tipo A – responsabile dell’influenza aviaria (HPAI), una malattia sistemica acuta con un tasso di mortalità fino al 100%,
- l’Orthoavulovirus java (OAV-J) – causa la malattia di Newcastle ND (pseudopeste aviare), altamente infettiva,
- Aspergillus – una muffa che può causare l’aspergillosi, una malattia polmonare nei pulcini.
La minaccia da parte dei patogeni riguarda l’intero ciclo di produzione del pollame, dal gruppo riproduttivo all’incubatoio, all’allevamento fino al macello. Le infezioni del pollame non solo sono causa di enormi perdite finanziarie per gli allevatori, ma rappresentano pure una minaccia per i consumatori.
I batteri del genere Salmonella trovano il proprio habitat nell’intestino degli uccelli sani. Si moltiplicano rapidamente nel tratto intestinale, anche durante il cosiddetto stato di portatore asintomatico e il rischio di infezione aumenta in presenza di fattori che indeboliscono l’immunità degli animali, ad esempio un’eccessiva densità nel capannone, una ventilazione inadeguata oppure lettiere umide. La diffusione dei virus e dei batteri può avvenire anche attraverso mangimi, acqua, feci, attrezzature e mezzi di trasporto contaminati, oltre che attraverso l’uomo, i cui indumenti, calzature o attrezzature contaminati, possono portare alle infezioni.
L’uso di antibiotici negli allevamenti avicoli è consentito solo durante la terapia e sotto stretto controllo veterinario. Al termine della terapia antibiotica è previsto un periodo di sospensione, ovvero il tempo necessario affinché i componenti del farmaco si decompongano fino a un livello sicuro per la salute umana. Il divieto di utilizzare gli antibiotici per la profilassi rende difficile proteggere il pollame dalle infezioni.
Un problema non trascurabile, soprattutto nelle aziende avicole, è rappresentato dai cattivi odori emessi nell’ambiente. Le lamentele e le proteste dei residenti rallentano la pianificazione, la costruzione e l’avvio delle aziende avicole. È innegabile che il problema degli odori cattivi influisca negativamente sull’immagine dell’intero settore agricolo, compreso quello avicolo: è necessario pertanto cercare delle soluzioni innovative per affrontare le sfide di una produzione avicola redditizia e sana, che riduca la necessità di terapie farmacologiche, le emissioni di odori molesti e l’inquinamento delle acque. Queste soluzioni devono essere sostenibili e garantire la sicurezza alimentare, per i lavoratori e l’ambiente.
Un sistema unico ed efficace, mirato alla disinfezione dell’aria e delle superfici e dedicato alle strutture zootecniche è PHOTOCATALYTIC GATE® (Figura 1). Questa porta fotocatalitica è stata ampiamente testata sia durante gli studi di laboratorio che nelle prove reali, effettuate sulle incubatrici di pollame.
La tecnologia della porta fotocatalitica si incardina sul fenomeno della fotocatalisi, in cui due elementi chiave – un fotocatalizzatore adatto e una fonte di luce appropriata – consentono la decomposizione dei contaminanti organici e microbici (Figura 2).
Il componente attivo del sistema è un fotocatalizzatore, il biossido di titanio (TiO2), che quando viene illuminato con la luce UV assorbe il biossido di titanio (TiO2) che, in presenza di ossigeno e umidità, porta alla produzione di composti reattivi dell’ossigeno (ROS) come il radicale idroperossido (HO2•), il radicale idrossile (HO•) e il perossido di idrogeno (H2O2) (Figura 3). Per l’efficacia della porta fotocatalitica è fondamentale la scelta di un’adeguata fonte di luce UV, che consenta lo svolgimento della reazione di ossidazione e che generi inoltre piccole quantità di ozono. Grazie al forte effetto ossidante delle molecole ROS, tutti gli inquinanti organici e microbici vengono scomposti (ossidati) in sostanze semplici, come anidride carbonica e acqua.
L’aria contaminata a contatto con la superficie del rivestimento fotoattivo TiO2 viene ripulita da allergeni, batteri, muffe, lieviti, virus e inquinanti tossici.
Il rivestimento fotocatalitico è stato arricchito con composti di rame per migliorarne l’efficacia nella purificazione dell’aria da vari inquinanti presenti negli allevamenti. Ciò include anche la riduzione degli odori sgradevoli generati, ad esempio, dalla decomposizione delle lettiere e dalla crescita di muffe e funghi, soprattutto nelle aree umide e poco ventilate. L’aggiunta di composti di rame potenzia l’effetto del fotocatalizzatore TiO2 nella disattivazione delle muffe e dei funghi.
L’efficacia della porta fotocatalitica non è casuale. La ricerca pluriennale in laboratorio per comprendere il meccanismo della fotocatalisi e l’influenza di vari fattori sulla sua efficacia è stata condotta da un team di scienziati esperti, guidati dal professor Wojciech Macyk dal Dipartimento di Chimica presso l’Università Jagellonica.
L’autore della tecnologia di PHOTOCATALYTIC GATE®, che combina la fotocatalisi con una bassa dose di ozono e introduce una serie di soluzioni innovative, è l’ing. Piotr Czech (dezynfekcjapowietrzem.pl), specialista nel campo della ventilazione e dell’aria condizionata. Il suo prototipo installato in un incubatoio avicolo ha portato all’eliminazione degli agenti patogeni, tra cui la Salmonella spp. La porta fotocatalitica è stata ottimizzata e sottoposta alle prove presso la ditta InPhoCat dalla dott.ssa Joanna Macyk e dal prof. dr. Wojciech Macyk per quasi quattro anni ed è stato confermato inequivocabilmente che una giusta combinazione di un fotocatalizzatore (TiO2), della luce UV con una dose minima di ozono (UV/O3) e dei composti di rame (Cu2+) ha dato risultati eccellenti nei test di durata, decomposizione di composti organici e, soprattutto, in materia di decomposizione dei contaminanti microbici.
Lo dimostrano, tra l’altro, i test microbiologici condotti sull’aria e sulle superfici in diversi laboratori indipendenti, tra cui:
- Test microbiologici sui batteri – Salmonella enterica, Enterococcus faecalis e Staphylococcus aureus nel laboratorio accreditato dell’Istituto di biotecnologia dell’industria agricola e alimentare di Łódź.
- Test microbiologici sui virus inviluppati, come coronavirus (incluso SARS-CoV-2), virus del morbillo, virus della varicella, virus dell’influenza, virus dell’herpes simplex, virus dell’HIV, epatite C, epatite B, epatite D, EBOLA e Marburg (test su un ceppo modello di Vaccinia Virus) effettuati presso il Centro di ricerca e sviluppo MEDISEPT Ltd.
- Test contro batteri gram(+) e gram(-) per i ceppi batterici resistenti agli antibiotici: Klebsiella pneumoniae NDM-1, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus MRSA, Clostridium difficile, Escherichia coli ed Enterococcus hirae – test condotti presso il Centro di Ricerca e Sviluppo MEDISEPT Sp. z o.o di Lublino.
- Test microbiologici sui ceppi di Staphylococcus aureus ed Escherichia coli presso il laboratorio autonomo Mikrografia.
I test effettuati in condizioni reali in un impianto di incubazione di pollame [ZWD] hanno confermato che il problema della presenza della Salmonella si è verificato nonostante l’applicazione delle procedure standard di biosicurezza. Nel 28% dei campioni analizzati, la presenza di Salmonella è stata confermata prima dell’applicazione della tecnologia della porta fotocatalitica (barre rosse nella Figura 4). Dall’implementazione della tecnologia PHOTOCATALYTIC GATE insieme alle misure di biosicurezza, la Salmonella è stata ridotta (barre blu nella Figura 4) e infine eliminata nel 100% dei casi (valore 0% nella Figura 4).
I risultati dei test effettuati confermano dunque l’elevata efficienza del sistema fotocatalitico. L’efficacia microbiologica in condizioni reali è stata confermata dal lavoro scientifico e di ricerca svolto da un team di zooigienisti e microbiologi guidati dal Prof. Marcin Lis, MD, PhD, dell’Università di Agricoltura di Cracovia presso un’avannotteria a Cracovia. Dopo l’installazione delle porte fotocatalitiche è stata osservata una riduzione della popolazione di microrganismi aerobi mesofili nei seguenti punti di misurazione: l’unità di trattamento aria delle incubatrici – di 0,7 log ufc/25 cm2 e l’unità di trattamento aria delle camere di schiusa – di 0,3 log ufc/25 cm2. Le porte fotocatalitiche sono state efficaci nel ridurre il numero di Enterobacteriaceae, Stafilococchi e funghi nell’unità di trattamento aria delle incubatrici. Hanno anche ridotto il numero dei funghi nell’unità di trattamento aria delle camere di schiusa (Tabella 1).
Inoltre, utilizzando il metodo di sedimentazione di Koch, è stato dimostrato che l’uso delle porte fotocatalitiche ha permesso di ridurre completamente la popolazione microbica nell’aria (fino allo zero) sulle superfici particolarmente esposte alla contaminazione microbica, come la superficie piana dell’unità di trattamento aria nel magazzino dei pulcini, la superficie piana dell’unità di trattamento aria delle incubatrici e la superficie piana dell’unità di trattamento aria delle camere di schiusa. Il numero di 4900-5000 ufc/100 cm3, riscontrato nella camera dopo la schiusa e nell’unità di trattamento aria del magazzino davanti alla porta fotocatalitica, è caratteristico nel caso di ambienti polverosi con umidità elevata (Tabella 2).
Durante lo studio, l’uso della porta fotocatalitica non ha influito sui parametri dell’aria di temperatura, umidità relativa e movimento e non ha influenzato neppure la concentrazione di CO2. Poiché le concentrazioni di miscele gassose nocive (NH3 e H2S) nelle stanze dell’impianto suddetto [ZWD] sono rimaste al di sotto del limite di rilevamento degli strumenti, non è possibile concludere se il dispositivo possa aver influenzato questi parametri.
Pur non potendo provarne l’efficacia nei confronti di polveri di diametro compreso tra 2,0 e 10 µm, la porta fotocatalitica in funzione ha decisamente ridotto la concentrazione delle polveri ultrafini respirabili più dannose dall’8% al 31%. È interessante notare che
l’effetto verso questa frazione di polvere sembra persistere nelle stanze in cui viene immessa l’aria purificata dalla porta fotocatalitica. La concentrazione del nanoparticolato in queste strutture di schiusa e di smistamento si aggirava sull’86-92% del valore misurato nell’aria immediatamente a valle della porta in funzione, e addirittura il 19% nel magazzino dei pulcini. Non sono state osservate delle prestazioni simili nei confronti della frazione di polvere di diametri maggiori.
Negli incubatoi dotati di unità di trattamento dell’aria [UTA], le porte fotocatalitiche sono installate sul sistema di aria di mandata all’interno delle unità oppure sul condotto di alimentazione (Figura 5). È raccomandata anche l’installazione di una porta fotocatalitica alle uscite dell’aria, per contribuire ad attenuare gli odori cattivi nell’aria di scarico. Per la disinfezione dei semirimorchi (con camion isotermici o refrigerati/riscaldati utilizzati per il trasporto), è possibile installare PHOTOCATALYTIC GATE nello spazio in cui si trovano i ventilatori dei sistemi di ventilazione, riscaldamento e raffreddamento del semirimorchio.
Questa tecnologia può essere applicata con successo negli allevamenti avicoli per tutti i tipi di ventilazione forzata: trasversale, a camino oppure a tunnel, sia in pressione che in depressione, dove sono protette tutte le entrate dell’aria di ventilazione. È possibile utilizzare anche le unità monoblocco, dotate di ventilatori propri e funzionanti con l’aria in circolazione, che permettono di tagliare notevolmente le spese di investimento e di esercizio. Tuttavia, questa soluzione sarà meno efficiente. Nei macelli le porte fotocatalitiche dovrebbero essere installate in tutte le unità di trattamento dell’aria e i punti chiave di produzione dovrebbero essere dotati di un sistema di disinfezione.
I vantaggi derivanti dall’installazione di PHOTOCATALYTIC GATE in un sistema di ventilazione forzata in un incubatoio di pollame sono i seguenti:
- disinfezione dell’aria che scorre a un livello compreso tra il 90% e il 99% grazie all’adeguata potenza della luce UV,
- disinfezione di condotti d’aria, aria interna e superfici con un’efficienza superiore al 99% grazie al suo rivestimento fotocatalitico TiO2/Cu,
- 100% efficacia contro la Salmonella enterica (salmonellosi),
- una diminuzione significativa del tasso di mortalità dei pulcini,
- eliminazione delle costose terapie antibiotiche,
- protezione contro la sospensione post-antibiotica,
- mantenimento di un sistema di ventilazione sicuro, privo di batteri, virus, funghi e muffe,
- miglioramento della qualità dell’aria circolante e del benessere degli avicoli,
- riduzione della polvere respirabile con diametri <0,3 μm dal 9,3% al 20,6% e <0,5 μm dall’8 al 31%,
- miglioramento della biosicurezza nella prevenzione delle infezioni crociate,
- biosicurezza rafforzata nella prevenzione delle infezioni trasmesse dal personale,
- miglioramento delle condizioni di lavoro,
- riduzione della diffusione di batteri e di spore batteriche in loco,
- riduzione di emissioni di inquinanti nocivi nell’ambiente esterno,
- garanzia di efficienza e protezione per un periodo di 2 anni, al termine del quale va effettuata una manutenzione e sostituita la matrice catalitica.
Le soluzioni brevettate e utilizzate nella porta fotocatalitica consistono:
- nel fissare l’intera sezione del flusso d’aria nel condotto dell’aria di mandata o la sezione dell’unità di trattamento dell’aria,
- nella versatilità del progetto: è possibile utilizzare più file di matrici fotocatalitiche per fornire la protezione più efficace, mantenendo la capacità di ventilazione raccomandata nell’impianto,
- nella semplicità di manutenzione: l’intera unità viene fatta scorrere su binari speciali predisposti all’esterno della sezione dellunità di trattamento dell’aria, facilitando così la sostituzione delle lampade UV, degli stabilizzatori e dei filtri fotocatalitici.
In un’epoca di minacce globali derivanti da malattie come la salmonellosi, l’influenza aviaria (HPAI) e la malattia di Newcastle (ND), la tecnologia di PHOTOCATALYTIC GATE® rappresenta un’eccellente aggiunta alla biosicurezza delle strutture zootecniche. Rappresenta inoltre la giusta soluzione per una produzione avicola sicura, consentendo una riduzione della quantità di prodotti farmaceutici utilizzati e una protezione non invasiva degli animali e del personale, nonché dell’ambiente circostante.
PHOTOCATALYTIC GATE® è stata certificata come sicura per l’uso, compreso un test di emissione di nano-oggetti, eseguito presso l’Istituto Centrale per la Protezione del Lavoro di Varsavia (CIOP) – Istituto Nazionale di Ricerca, che conferma che le particelle provenienti dal rivestimento TiO2/Cu non entrano nella stanza con l’aria di ventilazione. Inoltre, il sistema senza ozono è stato approvato dal PZH con il certificato n.: B.BK.60112.0130.2023, valido fino al 06.07.2028, dell’Istituto Nazionale di Sanità Pubblica per l’uso in strutture zootecniche.
L’intera tecnologia è protetta dalla domanda di brevetto presso l’Ufficio Brevetti della Repubblica di Polonia – n. P.4441199 e da una domanda di brevetto internazionale – World Intellectual Property Organization WIPO PCT n. PCT/IB2023/053731 e Ufficio Europeo dei Brevetti n. 23807114.6-1014 PTC/IB2023053731, nonché dai numerosi disegni industriali dell’UE.
PHOTOCATALYTIC GATE® ha ricevuto il premio “QUALITY & INNOVATION” nella categoria Innovazione alla fiera POULTRY TECH e BIOAGRO POLAND 2024.
