Microbiologia dei prodotti alimentari

IL RUOLO DEI MICRORGANISMI NEGLI ALIMENTI :

-​ DEFINIZIONE DI PRODOTTI ALIMENTARI :

Qualsiasi sostanza o prodotto trasformato, parzialmente trasformato o

non trasformato, destinato ad essere ingerito, o di cui si prevede

ragionevolmente che possa essere ingerito, da esseri umani.

Sono comprese le bevande, le gomme da masticare e qualsiasi

sostanza, compresa l'acqua, intenzionalmente incorporata negli

alimenti nel corso della loro produzione, preparazione o trattamento.

-​ SUL VOCABOLARIO :

Qualsiasi sostanza che viene assunta ed introdotta nell’organismo per

produrre, attraverso un processo metabolico, energia, calore e

materiale di reintegro e di accrescimento, assicurando il normale

svolgimento delle funzioni vitali (quindi… sostanze alimentari, prodotti

alimentari, bevande).

Cosa sono i microrganismi?

Sono organismi microscopici, invisibili ad occhio nudo, che includono

batteri, virus, funghi, protozoi e alcune alghe.

Nonostante la loro dimensione ridotta, hanno un impatto immenso sulla

vita dell'uomo, sia in positivo che in negativo.

-​ Salute/malattia e igiene

-​ Ambiente

-​ Produzione alimentare

I microrganismi svolgono un ruolo cruciale nelle produzioni alimentari :

●​ Possono essere patogeni per l’uomo

●​ Possono alterare gli alimenti

●​ Possono essere utili

In questo contesto => il compito del tecnologo alimentare è garantire la

sicurezza igienico sanitaria degli alimenti e gestire i processi

fermentativi per ottenere alimenti sicuri e di qualità.

Per la sicurezza igienico-sanitaria degli alimenti =>

TUTTA LA FILIERA DEVE ESSERE SOTTO CONTROLLO!

Come arrivano i microrganismi negli alimenti?

-​ Acqua di irrigazioni e reflue

-​ Suolo

-​ Aria / Polvere

-​ Utensili e attrezzature

-​ Manipolazione

-​ Materie prime

-​ Insetti / Roditori

-​ Animali da allevamento

Imparare a gestire i microrganismi presenti negli alimenti significa

conoscere :

-​ Le caratteristiche chimico-fisiche degli alimenti

-​ L’ecologia dei microrganismi (ovvero come si comporta il

microrganismo all’interno dell’alimento)

-​ Il metabolismo dei microrganismi (biochimica)

A che serve imparare a gestire i microrganismi negli alimenti?

-​ A gestire in modo sostenibile => riutilizzando gli scarti o i

sottoprodotti.

Era prescientifica ed era scientifica?

Le prime conoscenze sulla microbiologia nascono dagli alimenti.

L’era scientifica inizia con Pasteur.

-​ Pasteur alla fine del 1800 studia l’acidificazione latte provocata da

microrganismi e pubblica “Etudes sur le Vin” => alterazioni viste

come "malattie“.

-​ La microbiologia degli alimenti prende forma nel 1880 con la

pastorizzazione del latte che viene introdotta per la prima volta in

Germania.

-​ Nel 1993 (data più vicina ai giorni nostri) si adotta un sistema

chiamato HACCP (gestione del rischio), “Igiene dei prodotti

alimentari" e nel 97’ viene adottato anche in Italia => nasce dalla

NASA.

Chi sono questi microrganismi ?

Sono batteri, lieviti, funghi filamentosi, alghe, protozoi e virus.

●​ Bacteria (protisti)

●​ Eukarya (eucarioti)

●​ Archea (non di nostro interesse in questa parte del corso, ci

concentreremo solo sui 2 precedenti).

Dove si trovano?

Si trovano in ogni ambiente: suolo, acqua, atmosfera, piante, animali.

Possono essere :

-​ Benefico (detto anche Virtuoso)

-​ Dannoso (o Alterante)

-​ Pericoloso (o Patogeno)

Da dove provengono quelli che troviamo negli alimenti?

-​ Dalla materia prima e dagli ambienti di lavorazione

(contaminazione microbica degli alimenti).

-​ Dall'aggiunta volontaria come agenti di fermentazione.

La funzione primaria dei microrganismi in natura è la

MOLTIPLICAZIONE.

Negli alimenti il loro ruolo è quello di degradare carboidrati, proteine,

aminoacidi, grassi, ecc. e produrre metaboliti di varia natura negli

alimenti. In base alle loro capacità metaboliche e alla matrice in cui si

trovano ad operare sono definiti virtuosi/alteranti/patogeni.

Microrganismi e l’ecosistema alimento :

Microrganismi Virtuosi :

-​ Agenti della fermentazione

-​ Colture starter (sono colture che possono essere utilizzate per

colture acidificanti, attività importanti come colore e aroma, per la

copertura superficiale dell’alimento).

-​ Probiotici, alimenti

-​ Fonti di enzimi, di ingredienti, di additivi alimentari

Es.

Batteri Lattici :

Devono essere saputi gestire in alimenti adeguati sennò fanno dei

danno (come nel vino).

●​ Sono Virtuosi nelle fermentazioni dei carboidrati (fermentazioni

lattiche), nella produzione di sostanze antimicrobiche e nella

produzione di composti aromatici.

●​ A volte possono essere anche Alteranti (ad es. nella carne

cruda/cotta o fresca, nella birra e nel vino).

Batteri Acetici :

●​ Sono Virtuosi ma anche Alteranti.

●​ Virtuosi se => trasformano etanolo in acido lattico, ossidano alcoli

in zuccheri, producono cellulosa.

●​ Alteranti se => aumento acidità, intorbidimento, modificazione del

sapore.

I Batteri lattici e acetici possono quindi essere Virtuosi o Alteranti (a

seconda di dove si sviluppano) ma mai Patogeni.

Batteri Alteranti :

Es.

Loro possono essere o Alteranti o Patogeni (e si devono sapere

distinguere).

Lieviti => alcuni possono provocare allergie, devono essere riportati in

etichetta.

Muffe (funghi filamentosi) => alcune di queste vengono utilizzate ad es.

nel gorgonzola e nei formaggi erborinati o anche nei prodotti carnei.

Patogeni :

Problematiche legate all’infestazione dai batteri patogeni :

●​ Infezioni alimentari → colonizzano nello stomaco.

●​ Intossicazioni alimentari → tossine ingerite.

●​ Tossinfezioni alimentari → i microrganismi producono le tossine

direttamente nello stomaco.

Il tecnologo alimentare deve trovare un compromesso per produrre un

alimento :

-​ sicuro

-​ buono e di qualità

-​ e che non apporti nessun rischio al consumatore una volta

consumato.

Ripasso delle nozioni di microbiologia generale necessarie alla

comprensione della microbiologia degli alimenti :

1)​ Differenze tra una cellula eucariota ed una procariota?

Procariote (batteri) :

-​ Piccole dimensioni

-​ DNA disperso nel citoplasma

-​ Ribosomi (dove l’Rna

messaggero che legge il dna e

viene costruita la proteina)

-​ La parete è costituita da

Peptidoglicano (struttura molto

rigida).

Eucariote (lieviti) :

-​ Dimensioni + grandi

-​ DNA nel nucleo

-​ Mitocondri (dove avviene il

ciclo di krebs, ovvero degradazione

del carboidrato e microrganismi

che respirano usano la catena di

trasporto degli elettroni).

-​ Apparato del Golgi (costruzione di proteine di membrana per

catturare le sostanze dall’esterno e portarle all’interno della

cellula).

-​ Parte esterna è costituita da Chitina.

2)​ In cosa differiscono i batteri GRAM positivi e i batteri GRAM

negativi?

La colorazione di Gram serve per distinguere com’è fatta la parete

cellulare dei batteri.

-​ I peptidoglicani sono polimeri molto grandi, formati da:

Nacetiglucosammina (AGA), acido N-acetil muramico(AMA) ed un

peptide costituito da 4 o 5 aminoacidi.

3)​ Quali sono le funzioni della parete batterica?

Conferisce una forma alla cellula e la protegge dai fattori esterni.

Protezione da danni di tipo meccanico ed osmotico =>

Con degli enzimi specifici (lisozima) rimuoviamo la parete cellulare, in

seguito posso :

a)​ Metterla in una soluzione con

concentrazione bassa di soluti

(H2O pura) => le sostanze interne

cercheranno di andare verso

l’esterno.

b)​ Se invece la metto in una

concentrazione uguale a quella

interna, la cellula rimane così

com’è.

c)​ Se la metto in H2O + sale (quindi in

una soluzione con una

concentrazione maggiore di quella

interna) la cellula si disidrata e

muore.

4) Come è fatta la membrana batterica?

Doppio strato fosfolipidico, con all’esterno carice + (idrofile) e all’interno

cariche - (idrofobiche).

La membrana batterica è molto selettiva, fa entrare ciò che vuole

(molecole piccole e non polari, come l’O2).

La membrana butta fuori le sostanze di scarto grazie alle proteine di

membrana (che vengono prodotte nel citoplasma nei batteri e

nell’Apparato del Golgi nei lieviti).

5) Quali sono le funzioni della membrana citoplasmatica?

Barriera selettiva grazie al doppio strato fosfolipidico :

a)​ Possono diffondere (DIFFUSIONE SEMPLICE) attraverso lo strato

fosfolipidico l’acqua, gas (O2 , CO2 ) e piccole molecole liposolubili

prive di carica o scarsamente polari (es. ammoniaca, urea,

etanolo, glicerolo).

b)​ NON possono diffondersi attraverso lo strato fosfolipidico ioni,

composti polari e grosse molecole (polari e non).

c)​ Le molecole che servono alla cellula e che non possono diffondere

entrano nella cellula mediante specifici SISTEMI DI TRASPORTO.

Trasduzione di segnali grazie alle proteine di membrana :

In base a uno stimolo esterno (temperatura, osmolarità, acqua libera,

concentrazioni metaboliti, presenza sostanze tossiche, ecc.) modifica

del profilo dell’espressione genica per adattarsi all’ambiente

Biosintesi di componenti cellulari :

Sintesi fosfolipidi, alcuni passaggi della sintesi del lipopolisaccaride e

del peptidoglicano.

Nei procarioti è sede dei processi metabolici inerenti il trasporto di

elettroni, la fosforilazione ossidativa, ecc.

6) Quali sono i sistemi di trasporto attraverso la membrana

citoplasmatica?

●​ Passivo :

-​ Avviene per gradiente di concentrazione (da dove ce nè

tanto a dove ce nè poco), attraverso delle strutture

proteiche chiamate Porine che creano un canale/passaggio.

●​ Attivo :

-​ Avviene contro gradiente di concentrazione ed esistono

varie tipologie di proteine di membrana.

-​ Questi sistemi di trasporto avvengono a spese di energia.

-​ Con Forza proton motrice

-​ Con Fosforilazione ossidativa (la sostanza che entra viene

immediatamente fosforilata, e non può più uscire)

-​ Con utilizzo diretto ti ATP

7) I batteri possono essere capaci di muoversi… come fanno?

Sono capaci di muoversi grazie a Flagelli che consentono al batterio di

muoversi verso la sostanza di cui hanno bisogno.

Pili o Fimbrie => (importanti per adesione a cellule di tessuti, interazioni

tra cellule, adesione a superfici ecc.).

8) Cosa sono le endospore batteriche?

Endospore batteriche → vengono prodotte dal batterio quando

quest’ultimo sta male o l’ambiente in cui vive diventa sfavorevole.

Questa spora è in grado di sopravvivere e di resistere anche ad alte

temperature.

Per eliminarle serve la Sterilizzazione.

-​ Muffe e Lieviti producono spore ma non sono spore di resistenza

(come quelle appena viste nei batteri, endospore).

9) Cosa sono i plasmidi?

I Plasmidi portano geni che le cellule sono in grado di scambiarsi tra

loro => non sempre però sono geni utili perché spesso possono anche

trasportare tra loro geni non utili che portano la resistenza agli

antibiotici.

10) Quali tipologie di metabolismo troviamo nei microrganismi?

Può essere :

-​ Anabolico => reazioni per costruire la cellula

-​ Catabolico => uso di energia

L’energia può provenire da :

-​ Sostanze organiche

-​ Sostanze inorganiche

CHEMIORGANOTROFI (tutti i batteri che studieremo) :

-​ Utilizzano composti organici che vengono ossidati/degradati.

-​ Liberazione di ATP (molecola energetica di scambio) e salto di

elettroni grazie a FAD e NAD.

-​ L’ATP viene usata per fare le reazioni chimiche della cellula.

●​ Elettrone finale su O2 => si forma H2O

●​ Elettrone finale su Nitrati => respirazione anaerobica

●​ Elettrone finale su composti organici (es. Batteri Lattici)-

11) Come crescono i microrganismi? Cosa si intende per «crescita

microbica»?

-​ Scissione Binaria :

Ecofisiologia dei microrganismi negli alimenti :

Cosa influenza la crescita e la fisiologia microbica negli alimenti?

FATTORI INTRINSECI :

Caratteristiche chimico-fisiche dell’alimento. Tutto ciò che caratterizza

l’alimento :

-​ Composizione chimica (nutrienti)

-​ Compartimentalizzazione degli alimenti (es. alimento protetto da

buccia)

-​ Modifiche della microstruttura a causa di

cottura-essiccazione-congelamento

1)​ pH :

-​ E’ un fattore molto importante per la crescita dei

microrganismi, questi possono essere in base al pH :

Acidofili, Neutrofili e Basofili.

-​ Ogni microrganismo ha un pH minimo e un ph massimo,

sotto i valori di pH minimo i microrganismi non crescono più

(es. Salmonella ha pH minimo 3,8).

-​ La fermentazione cambia il pH degli alimenti producendo

acidi organici (con un pka alto). Il pka è il valore del pH in cui

l’acido si trova dissociato al 50%.

-​ Gli acidi organici hanno un’azione più forte degli acidi forti.

-​ La variazione del pH intracellulare (citoplasma dovrebbe

sempre stare a pH neutro) => gli acidi organici deboli (cioè in

forma dissociata) rilasciano ioni H+ dentro la cellula.

-​ La cellula muore a meno che non butti fuori ioni H+

attraverso la parete usando ATP. -​ Quindi la

cellula a pH estremi → es

pH 2; la membrana si

danneggia (protoni dentro

la cellula) e la cellula

muore. -​ La cellula a pH

ottimale (neutro) → H+ non

entrano dentro la cellula e

lei vivrà bene.

-​ Se il pH sta

sotto il valore minimo il

microrganismo muore, se

invece sta sopra il valore

minimo si ha l’inizio della

curva di crescita.

2)​ Attività dell’acqua :

-​ E’ la disponibilità di acqua libera, disponibile per il

microrganismo. Aumentando la concentrazione di soluti

(sale/zucchero) allontano Aw ed evito le contaminazioni

microbiche.

-​ Aw è definita come il rapporto tra la pressione parziale di

vapore dell'acqua nell'alimento e la pressione di vapore

dell'acqua pura alla stessa temperatura.

-​ Aw sta sempre tra 0 (meno presente) e 1 (molto presente

acqua libera) => da questo dipende anche la data di

scadenza di un prodotto. Il miele ad es. difficilmente si

contamina (Aw = 0.75) si conserva molto a lungo.

-​ I microrganismi si classificano in base alla loro capacità di

crescere in presenza di Aw diverse :

-​ y = velocità di crescita

-​ x = NaCl

-​ Alotolleranti

-​ Alofili (stanno bene in presenza di

sale, con loro usare il sale come

barriera non serve a niente)

OSMOFILI

-​ microrganismi che prediligono elevate concentrazioni di

zuccheri, es. alcuni lieviti. (Concentrazione Ipotonica)

-​ A basse concentrazioni di Aw => H2O

entra dentro la cellula ma questa non si rompe/ non esplode

perché ha la parete. (Concentrazione Ipertonica)

-​ Ad alte concentrazioni di Aw => l’acqua

esce dalla cellula. Con basse Aw abbiamo delle fasi Lag (nella

curva di crescita) molto più lunghe.

-​ La cellula microbica per rispondere a cambiamenti di Aw deve

essere capace di OSMOREGOLARIZZAZIONE => la capacità di

controllare l’ingresso/uscita di soluti.

-​ Esistono dei Soluti Compatibili (che hanno la funzione di

trattenere l’acqua) => mantengono la giusta osmolarità, sono

capaci di controllare l’ingresso e l’uscita dei soluti.

-​ Altre strategie della cellula possono essere : Ureasi o accumulo di

biocompatibili.

3)​ Ossigeno :

-​ E’ causa di stress ossidativo, in presenza di O2 si formano

sostanze tossiche ovvero i ROS (sostanze radicaliche) che

causano danni ossidativi al DNA e RNA, enzimi, proteine e

acidi grassi.

-​ I microrganismi si classificano in base all’O2 in :

Aerobi Obbligati (sviluppano in O2), Anaerobi Facoltativi (se

c’è O2 si moltiplicano, ma in caso di necessità possono

fermentare), Anaerobi Obbligati (si moltiplicano solo in

assenza) e infine i Microaerofili (non sanno usare O2 ma

sopravvivono lo stesso).

-​ I ROS ci sono sempre ma i microrganismi vivono o meno in base

all’ossigeno e in base alle loro caratteristiche.

-​ Le forme tossiche dell O2 :

4)​ Potenziale Redox :

-​ Misura in mV della tendenza di un substrato ad acquisire

elettroni (diventando ridotto) o cedere elettroni (diventando

ossidato). Misuratore redox (elettrodo con filamento in oro o

platino).

-​ Per ogni alimento posso definirne uno.

-​ Dipende dalla composizione chimica, dalla concentrazione

di O2 e dal metabolismo microbico.

-​ Maggiore è il potenziale redox e minore sarà l’O2.

5)​ Presenza di antimicrobici :

-​ Spesso sono presenti naturalmente negli alimenti.

-​ Ad es. Lisozima, Timolo, Lattoferrina, Acido

Idrossicinnamico.

Il Lisozima

-​ è un enzima che idrolizza il legame tra

N-acetilmuramico e N-acetilglucosamina della parete

batterica.

6)​ Alimenti “compartimentalizzati” :

-​ La compartimentalizzazione gioca un ruolo importante

nella sicurezza alimentare => agisce come una barriera

fisica contro microrganismi (es. guscio d’uovo o buccia dei

frutti).

-​ Tritare o frullare un alimento elimina le barriere di

contaminazione microbica facilitata.

-​ In un alimento solido e ben strutturato (come un pezzo di

formaggio stagionato), i batteri sono intrappolati in "nicchie"

o compartimenti.

7)​ Modifiche alla microstruttura degli alimenti :

-​ Rottura membrane (cottura, congelamento e scongelamento

lento).

-​ Degradazione macromolecolare (denaturazione di pro