Appunti di Microbiologia degli alimenti

Appunti del corso di microbiologia degli alimenti

Stefania Morabito

A.A. 2020-2021

Stefania Morabito

Appunti del corso di Microbiologia degli alimenti

• Docente: Luca Simone Cocolin, Valentina Alessandria
• CFU: 6
• Testi consigliati: “Microbiologia dei prodotti alimentari” – Farris, Gobbetti, Neviani, Vincenzini (Casa Editrice Ambrosiana)
• Materiale: slide e registrazione delle lezioni su moodle (chiave di accesso MDS_20_21)
• Esame: scritto suddiviso in due parti:
  • Test preventivo a scelta multipla di 10 domande (superato con 8 pt su 10)
  • Scritto da 5 domande aperte in 2 ore
• In caso di nuova chiusura:
  • Test scritto su moodle: 10 domande a crocette e 10 domande a risposta breve in 1 ora
• Propedeutico a: Laboratorio di analisi microbiologiche degli alimenti
• Pre-requisiti: Microbiologia generale e Biologia generale e delle piante di interesse alimentare

Sommario

Introduzione ..................................................................................................................................................... 5

Ruolo dei microrganismi negli alimenti ............................................................................................................ 7

Microrganismi pro-tecnologici ..................................................................................................................... 7

Esempi di prodotti ottenuti con l’impiego di microrganismi pro-tecnologici ........................................... 7

Microrganismi alteranti ................................................................................................................................ 7

Microrganismi indicatori di qualità ........................................................................................................... 8

Microrganismi patogeni ............................................................................................................................... 9

Contaminazione microbica ........................................................................................................................... 9

Fonti di contaminazione ......................................................................................................................... 10

Controllo della contaminazione microbica negli alimenti ....................................................................... 10

Qualità totale ............................................................................................................................................. 10

Roadmap verso la qualità totale ............................................................................................................. 11

Sicurezza igienico-sanitaria ..................................................................................................................... 19

Parametri che influenzano lo sviluppo microbiologico negli alimenti ............................................................ 21

Parametri intrinseci .................................................................................................................................... 23

Acidità .................................................................................................................................................... 23

Attività dell’acqua................................................................................................................................... 28

Ossigeno e potenziale ossido-riduttivo................................................................................................... 30

Parametri estrinseci ................................................................................................................................... 32

Temperatura........................................................................................................................................... 32

Conservanti ................................................................................................................................................ 39

Approfondimento sulle batteriocine ...................................................................................................... 39

Stefania Morabito

Bioprotezione ......................................................................................................................................... 41

Enzimi ......................................................................................................................................................... 41

Tecniche innovative di stabilizzazione microbica ........................................................................................... 42

Alta pressione idrostatica – High Hydrostatic Pressure (HHP) .................................................................... 43

Resistenza dei microrganismi ................................................................................................................. 44

Effetti sui microrganismi ......................................................................................................................... 44

Effetti sull’alimento ................................................................................................................................ 44

Campi elettrici pulsati – Pulsed Electric Fields (PEF) ................................................................................... 45

Confronto tra HHP e PEF ............................................................................................................................ 45

Radiazioni ionizzanti – Irradiation (IR) ........................................................................................................ 45

Resistenza dei microrganismi ................................................................................................................. 46

Ultrasuoni – ultrasound .............................................................................................................................. 47

Teoria degli ostacoli – Hurdle technology .................................................................................................. 47

Analisi microbiologica degli alimenti e identificazione microbica .................................................................. 49

Preparazione del campione solido-liquido ................................................................................................. 49

Campione liquido ................................................................................................................................... 49

Campione solido ..................................................................................................................................... 50

Diluizioni seriali o decimali ......................................................................................................................... 52

Metodi per la conta microbiologica............................................................................................................ 53

Semina in piastra .................................................................................................................................... 53

MPN (Most Probable Number) ............................................................................................................... 56

Camere di conta ..................................................................................................................................... 58

Metodi per l’identificazione e la caratterizzazione dei microrganismi ....................................................... 59

Metodo per strisci successivi .................................................................................................................. 59

Isolamento per arricchimento .................................................................................................................... 59

Identificazione a livello di specie ................................................................................................................ 60

Caratteri fenotipici ................................................................................................................................. 60

Caratteri genotipici ................................................................................................................................. 63

Accorgimenti per l’identificazione .......................................................................................................... 65

Tipizzazione o caratterizzazione ................................................................................................................. 65

Tecniche alternative – oltre alla microbiologia “classica” .......................................................................... 65

Approfondimento sull’utilizzo della PCR in microbiologia degli alimenti ................................................... 66

Malattie a trasmissione alimentare ................................................................................................................ 67

Intossicazioni alimentari ............................................................................................................................. 70

Staphylococcus aureus ........................................................................................................................... 70

Clostridium botulinum ............................................................................................................................ 76

Stefania Morabito

Clostridium perfringens .......................................................................................................................... 78

Bacillus cereus ........................................................................................................................................ 80

Infezioni alimentari .................................................................................................................................... 81

Famiglia delle Enterobacteriaceae .......................................................................................................... 82

Listeria monocytogenes .......................................................................................................................... 92

Campylobacter spp. ................................................................................................................................ 95

Malattie a trasmissione alimentare veicolate da muffe e virus .................................................................. 97

Muffe patogene – micotossinogene ....................................................................................................... 97

Virus ..................................................................................................................................................... 101

Microrganismi d’interesse alimentare alteranti e protecnologici ................................................................ 103

Microrganismi indicatori di qualità microbiologica .................................................................................. 103

Conta batterica totale (CBT) ................................................................................................................ 103

Altri indicatori ....................................................................................................................................... 103

Batteri Gram negativi ............................................................................................................................... 104

Famiglia delle Enterobacteriaceae ........................................................................................................ 104

Pseudomonas ....................................................................................................................................... 107

Batteri acetici (Acetobacteriaceae) ...................................................................................................... 107

Batteri Gram positivi ................................................................................................................................ 108

Cocchi coagulasi negativi ...................................................................................................................... 108

Batteri lattici ......................................................................................................................................... 109

Batteri sporigeni ................................................................................................................................... 115

Lieviti ........................................................................................................................................................ 118

Alterazione causata da lieviti ................................................................................................................ 119

Lieviti d’interesse tecnologico .............................................................................................................. 119

Muffe ........................................................................................................................................................ 119

Alterazione causata da muffe ............................................................................................................... 120

Muffe d’interesse tecnologico .............................................................................................................. 120

Stefania Morabito

Introduzione

I microrganismi sono organismi viventi che, a causa delle loro dimensioni, non possono essere visti ad occhio nudo ma solamente con l’ausilio del microscopio. Questa è una vecchia definizione estremamente impropria perché esistono dei microrganismi che hanno delle dimensioni superiori a 0,1 mm e quindi possono essere osservati ad occhio nudo (alghe verdi, cianobatteri…).

Una definizione più accurata e corretta di microrganismo non è legata tanto alla dimensione quanto alla metodica di laboratorio da utilizzare per poterlo coltivare.

I microrganismi sono essenziali per la vita sulla Terra e costituiscono la maggior parte degli esseri viventi presenti sul pianeta. Nel corso dei processi evolutivi i microrganismi hanno occupato un’ampia gamma di nicchie ecologiche anche molto peculiari (sorgenti geotermali nelle profondità oceaniche, poli glaciali artici, cute dell’uomo, intestino dell’uomo…).

La microbiologia degli alimenti è la disciplina che studia i microrganismi naturalmente presenti o intenzionalmente aggiunti negli alimenti e delle interazioni con il loro substrato, l’alimento stesso.

L’insieme dei microrganismi che si trovano in un particolare habitat, quindi la popolazione microbica di un ambiente, è detto microbiota. Il termine microbiota solitamente è associato al termine microbioma da cui si differenzia perché il microbiota ha una valenza di tipo ecologico, indica quindi le specie presenti in un determinato ecosistema, mentre il microbioma considera le funzioni geniche espresse dal microbiota (es. un aspetto molto importante del microbiota di un salame è quello di fermentare gli zuccheri).

L’alimento è costituito da una matrice (che può essere solida o liquida e ha determinate caratteristiche chimico-fisiche, una determinata concentrazione di sali, una determinata attività dell’acqua, un determinato pH…) che è spesso sottoposta a diversi processi più o meno complessi. La tipologia e la quantità di microrganismi contenuti in un alimento dipendono dalle caratteristiche chimico-fisiche dell’alimento stesso: es. il vino, avendo un pH molto basso, è un alimento molto più difficile da contaminare rispetto al latte che ha un pH maggiore; le caratteristiche intrinseche di un alimento influenzano in modo significativo la capacità di colonizzazione dei microrganismi.

Considerando l’ecologia microbica degli alimenti, cioè i tipi di microrganismi presenti in un determinato alimento, si ha una difficile interpretazione in quanto l’ecologia microbica degli alimenti è:

• Complessa: sia da un punto di vista quantitativo che qualitativo, durante un processo microbico i microrganismi cambiano sia in quantità che in qualità quindi specie diverse possono susseguirsi anche in termini di quantità. Ad esempio, nel caso delle birre lambic si ha una fermentazione spontanea dovuta alla contaminazione naturale.
• Dinamica: tutti gli alimenti, a parte quelli sterilizzati, presentano dei microrganismi attivi che si riproducono, metabolizzano, ecc. La dinamicità può essere espressa sia nel tempo che nello spazio, ovvero durante i processi di trasformazione si può avere una variazione del numero e del tipo di microrganismi nelle diverse zone dell’alimento quindi si possono avere ecologie diverse nelle Stefania Morabito diverse porzioni. Questo può determinare un problema negli alimenti solidi che presentano tipicamente una certa disomogeneità, le analisi saranno più complesse e possono portare a non trovare una contaminazione invece presente o a trovarne una non reale.

Il concetto di ecologia microbica va inserito nel contesto della filiera alimentare in cui si ha una materia prima che viene trasformata in un prodotto finiti attraverso un processo produttivo che presenta variabili di tempo, di contaminazione, di ambiente. Sul prodotto finito ci sono invece due aspetti distinti di sicurezza e qualità e quest’ultima non può esserci senza sicurezza. Nel momento in cui si produce un alimento il primo obiettivo è quello di realizzare l’assenza di pericoli per il consumatore (pericoli di natura biologica, chimica e fisica).

In realtà oggi è più corretto parlare di sistema alimentare che di filiera e con sistema si intende tutto ciò che riguarda la produzione del cibo in maniera molto interconnessa. Il punto nevralgico del sistema alimentare è il consumatore che diventa parte integrante e attiva dello sviluppo del design dei prodotti.

Nel sistema alimentare sono compresi numerosissimi operatori apparentemente lontani (es. ospedali).

Stefania Morabito

Ruolo dei microrganismi negli alimenti

I microrganismi possono avere diversi effetti negli alimenti e in base ad essi si possono individuare diversi tipi di microrganismi: pro-tecnologici, patogeni e alteranti.

Quando si ha la presenza di microrganismi patogeni non si può far altro che scartare i lotti risultati positivi, quindi l’interve