microbiologia alimentare riassunto

Microbiologia alimentare

La microbiologia alimentare nasce nel 1800 con Pasteur. Per affrontarla occorre conoscere le esigenze dei microrganismi, il loro habitat e comportamento. Occorre anche conoscere gli alimenti, la composizione, la loro origine e i processi produttivi.

Contaminazioni

Tenendo conto di tutti i passaggi che intercorrono tra la materia prima e il consumo, la probabilità di contaminazioni è molto alta. Le contaminazioni possono essere di natura:

• Chimica: pesticidi, antibiotici, metalli pesanti (Cd, Hg, Cr, Pb), composti radioattivi, residui di detergenti
• Fisica: vetro, fibre sintetiche/metalliche, plastica
• Biologica: microrganismi (schizomiceti, eumiceti, protozoi), piante, tossine, virus, animali superiori

Contaminazione biologica

Prevenuta conoscendo in primo luogo le origini o fonti:

• Primaria: costituisce la contaminazione da microrganismi residenti o autoctoni o microbioti dell’alimento, caratteristica di ogni alimento.
• Secondaria: popolazione microbica che si somma a quella residente e non è tipica, ma deriva da tutto ciò che viene in contatto con il prodotto.
• Suolo: principale riserva di microrganismi, ma anche di spore che, a contatto con l’alimento, possono germinare. È anche fonte di contaminanti fisici e chimici.
• Aria: funge da veicolo per il trasporto di microrganismi, spore o altri contaminanti. Si tiene sempre conto dell’aria confinata (dall’esterno entra in un ambiente ed entra a contatto con muri, superfici di lavoro e prodotto finito).
• Superfici: sulle superfici i possibili contaminanti derivano anche dalla presenza di residui di altri alimenti (contaminazione crociata). Questo tipo di contaminazione dipende molto dai materiali della superficie e dal suo stato igienico. Il miglior materiale è l’acciaio inossidabile. Altro tipo di contaminazione è la superficie delle mani o di pentole antiaderenti che cedono particelle dello strato antiaderente.

Un ruolo secondario è svolto anche dal tipo di sporco, dal quale, conoscendolo, posso decidere il tipo di detergente e disinfettante migliore per intervenire e ridurre la carica microbica. Devo anche considerare il tipo di materiale su cui agisco. In questo senso si parla di progettazione igienica, ovvero gli impianti di trasformazioni vengono progettati in modo da rendere più semplice il mantenimento di un ambiente il più igienico possibile. Un tipo di progettazione igienica è anche l’evitare turbolenze e punti morti in un tubo in cui scorre un fluido alimentare, oppure evitare punti morti su pareti o pavimenti evitando l’utilizzo di piastrelle o angoli vivi. Altro punto importante è il grado di bagnabilità, che deve essere il minore possibile (es. l’acciaio respinge l’acqua).

Adesione microbica

Meccanismo spontaneo e ciclico di adesione alle superfici utilizzato dai microrganismi, ancora non del tutto conosciuto e che avviene mediante 3 momenti:

1. Adsorbimento: attrazione del microrganismo alla superficie mediante un equilibrio tra forze di attrazione e repulsione (elettrostatiche). Fase reversibile (entro pochi secondi).
2. Fissazione: a seguito della produzione di sostanze mucillaginose dette eso-polisaccaridi (EPS) o produzione di pili. La durata di questa fase è diversa per ogni microrganismo e dipende dal suo metabolismo. Fase irreversibile.
3. Colonizzazione: moltiplicazione all’interno di un biofilm mucillaginoso (EPS). Quando nella bolla non ce ne stanno più, essi trasmettono informazioni mediante quorum sensing, ovvero sostanze chimiche che inducono una risposta negli altri microrganismi (es. produzione tossine) per cercare di colonizzare in modo competitivo i substrati. Lo strato di biofilm può creare una resistenza sulle piastre di un pastorizzatore e ciò è un problema perché abbassa l’efficienza dello stesso e in più il prodotto può entrare in contatto con il biofilm. Questo biofilm può essere definito come una comunità microbica complessa in una matrice polisaccaridica. Pseudomonas è un microrganismo che contamina quasi tutti i prodotti freschi ed è un forte produttore di biofilm. Inoltre questo strato protettivo può ospitare e proteggere anche microrganismi patogeni come la Listeria Monocytogenes.

Ultimo responsabile di contaminazioni è l’uomo tramite gli spostamenti e la pelle, su cui sono presenti microrganismi indigeni ossia quelli tipici della cute (Stafilococchi e Corynebacterium) e transitoria ossia quella proveniente dall’ambiente o anche dall’apparato oro-fecale (stafilococchi, streptococchi, lattobacilli, coliformi, acari, enterococchi).

Sanificazione

• Asportazione sporco grossolano
• Detergenza: mediante l’utilizzo di detergenti che hanno lo scopo di mantenere in sospensione lo sporco e facilitarne l’allontanamento.
• Risciacquo
• Disinfezione: trattamento accurato con disinfettanti, che hanno lo scopo di ridurre e abbattere la carica microbica presente.
• Risciacquo

Microrganismi e alimenti

Per prevenire ed evitare le contaminazioni bisogna anche conoscere il ruolo di questi in un alimento, le loro esigenze e le attività metaboliche.

Protecnologici

Detti anche utili, sono quelli che permettono di ottenere un determinato alimento, quelli che lo caratterizzano. Si possono considerare tali quelli già presenti sulla matrice alimentare, ma nelle tecnologie sono ceppi selezionati e isolati. Il numero di questi è inizialmente alto, ma con l’avanzare del tempo va incontro ad una naturale diminuzione (es yogurt appena fatto ha miliardi di lattici, dopo 30-40 giorni ne ho milioni).

• Lattici: Gram+ a forma di cocchi o bastoncini, anaerobi, catalasi negativi, ossigeno tolleranti, immobili, asporigeni, incapaci di ridurre i nitrati, depigmentati, generalmente non patogeni ed esigenti per quanto riguarda il substrato. Vivono in un range di temperatura tra 5-55°C e operano una fermentazione omo-lattica o etero-lattica (lattato, acetato e CO₂). Si trovano nel suolo, nel tratto gastrointestinale, nelle mucose, nei vegetali e alcune specie producono batteriocine (proteine con azione antibatterica).

Lactobacillus

• Omofermentanti obbligati: attaccano esosi attraverso la glicolisi, con produzione di lattato.
• Eterofermentanti facoltativi: possiedono oltre all’aldolasi anche una fosfochetolasi inducibile in presenza di pentosi, la cui demolizione porta alla formazione di lattato e acetato.
• Eterofermentanti obbligati: attaccano esosi e pentosi attraverso la via del 6P-gluconato con produzione di CO₂, lattato, acetato/etanolo.

Cocchi: Enterococcus, Oenococcus, Streptococcus, Lactococcus (fermentazione omolattica), Pediococcus, Leuconostoc (fermentazione eterolattica), in funzione della loro attività metabolica trovano un impiego in tutti i prodotti alimentari in cui è necessaria la loro presenza.

• Acetici: aerobi stretti, substrato ottimale alcool, acidofili, Gram-, mobili, catalasi ed ossidasi positivi, mesofili. Il loro habitat principale sono i vegetali e si dividono in gluconobacter che sono sub-ossidanti e danno solo acetato, e acetobacter che sono super-ossidanti e oltre a dare acetato, possono ulteriormente ossidare fino a liberare CO₂.
• Lieviti: cellule eucariote unicellulari, mesofili che in ambiente aerobio producono biomassa, mentre in ambiente anaerobio fanno una fermentazione a dare metaboliti, etanolo e anidride carbonica.

Indicatori di qualità

Definiscono la qualità di un prodotto e il processo utilizzato per ottenerlo e il loro numero per grammo di prodotto ci dà un’indicazione della conservazione. Quanto più è alto il numero di microrganismi indicatori di qualità e tanto minore sarà la shelf-life del prodotto. Se il numero diminuisce con il tempo ho un miglioramento delle caratteristiche sensoriali del prodotto, mentre se il numero rimane pressoché lo stesso, la qualità del prodotto dipende dalla quantità di microrganismi iniziale. Esempi di indicatori di qualità sono la carica batterica totale (CBT), lieviti, muffe, enterobatteri (la cui presenza determina una mancanza nel rispetto delle norme igieniche GMO o GHP).

Perché un microrganismo venga considerato un indicatore di qualità deve:

1. Essere presente e poter essere determinato in modo rapido e semplice.
2. Essere distinto facilmente dagli altri microrganismi (es. sapere se è catalasi positivo).
3. La sua crescita non deve essere contrastata da altri componenti o microrganismi presenti.
4. La sua moltiplicazione deve essere strettamente correlata alla qualità dell’alimento.

Prende sempre più piede il concetto di SSO o Specific Spoilage Organism, ovvero i microrganismi specifici dell’alterazione. Mentre invece per spoilage association si definisce la carica microbica totale sull’alimento. Quindi la shelf-life è il periodo di tempo che intercorre tra l’inizio della crescita di questo microrganismo e l’inizio della percezione sensoriale dell’alterazione.

Principali microrganismi indicatori di qualità

• Pseudomonas: Gram-, aerobi, ubiquitari, senza esigenze nutrizionali particolari (onnivori, trovati anche nel petrolio e saponette), mesofili (30-37°C) ma anche psicotrofi (hanno sistemi enzimatici che permettono la crescita anche a basse temperature), catalasi e ossidasi positivi. Possiedono enzimi lipolitici e proteolitici termostabili (possono alterare il prodotto anche dopo la morte del microrganismo es. latte). Caratteristica degli pseudomonas è quella di dare colorazione ad una determinata concentrazione di microrganismi e metaboliti (es. mozzarella blu a 10⁸ Pseudomonas). Non crescono a livelli di aw<0,95 e sono sensibili a disinfettanti a base di cloro, ma resistenti a radiazioni, antibiotici, composti di ammonio quaternario.
• Enterobatteriaceae: bastoncini Gram negativi, immobili o mobili per flagelli peritrichi asporigeni, catalasi positivi ed ossidasi negativi, anaerobi facoltativi (fermentazione del 2,3-butilenglicole e acido mista), capaci di ridurre i nitrati, mesofili, debolmente psicrotrofi. Facendo fermentazione anche acido mista si distinguono quelle patogene, che sono lattosio negative, da quelle non patogene, lattosio positive. Poco esigenti nutrizionalmente, ampiamente distribuiti in natura (suolo, acque, vegetali, frutti e nel tratto intestinale). Necessitano di aw>0,98 e sono poco acido tolleranti. Il colore rosso è dovuto alla produzione di un pigmento denominato prodigiosina.

Lattosio +: Escherichia, Enterobacter, Citrobacter, Klebsiella, Serratia, (coliformi) Hafnia, Edwarsella.

Lattosio -: Salmonella, Shigella, Proteus, Providencia, Yersinia (patogeni).

Le alterazioni sono percepibili a 10 ufc/g di microrganismi con inizio comparsa di odori sgradevoli.

• Vibrionaceae: Gram-, catalasi e ossidasi positivi, anaerobi facoltativi, mobili (maggiormente acquatici). Se mi trovo davanti ad un alimento e voglio cercare di capire subito quale microrganismo sia responsabile dell’alterazione, tenendo conto delle tre famiglie descritte faccio un test facendo crescere in presenza di glucosio in ambiente aerobio e anche in uno anaerobio (copro con vaselina il brodo culturale). Se dopo 24-48 ore avrò:

1. Provetta senza vaselina colorata di un giallo tendente dall’alto verso il basso: microrganismo sicuramente aerobio perché non è cresciuto niente, quindi la famiglia aerobia è quella dello Pseudomonas.
2. Entrambe le provette tendenti al giallo: il microrganismo è anaerobio facoltativo e quindi per distinguere se si tratta di Vibrionaceae o Enterobacteriaceae faccio il test della ossidasi, le prime sono ossidasi positive, le seconde negative.
3. Provetta senza vaselina gialla, ma con la parte superiore blu, sono davanti ad un microrganismo aerobio alcalinizzante, quindi mi indirizzo verso le specie di Pseudomonas alcalinizzanti.

• Micrococcaceae: cocchi Gram+, immobili, talvolta pigmentati (rosa-giallo), aerobi e anaerobi facoltativi, catalasi positivi, mesofili (10-45°C). Sono alotolleranti (sopportano fino a 10-12% concentrazioni saline), ma poco acido tolleranti (pH 5-9) e si trovano sulla pelle. Micrococcus e Staphylococcus hanno interesse alimentare. Sono importanti per la preparazione di salamoia per la salatura dei formaggi, piccantezza del provolone come starters (prima fermentazione del salame) o sulla superficie di un formaggio (taleggio 10/10 ufc/g).
• Bacillaceae: bastoncini Gram positivi sporigeni, mobili, mesofili (alcuni termofili T>56°C), saprofita nel terreno.

Bacillus: Aerobi facoltativi, catalasi +. Pericolosi per gli alimenti trattati al calore (spore), sfruttati industrialmente per la produzione di enzimi.

Clostridium: Anaerobi stretti, catalasi -. Alcuni fermentano carboidrati con formazione di gas e di vari acidi. Comprende alcune specie patogene (es. botulinum). Preoccupanti nelle conserve poiché sporigeni, vanno ricercati dopo trattamento termico (pastorizzazione a 80°C per 10 min.).

Propionibacterium sono bastoncini Gram+ che attuano la fermentazione propionica utili per la produzione di Emmental, ma causa di alterazione da rigonfiamento tardivo nel grana.

Indicatori di salubrità o sicurezza d'uso

Tutti i microrganismi la cui presenza può essere causa di malattie alimentari: forme patologiche conseguenti il consumo di alimenti contaminati con microrganismi patogeni e/o loro prodotti metabolici. Sono in aumento a causa di maggiori conoscenze diagnostiche, incremento dei consumi, differenti abitudini alimentari (pasti fuori casa), maggiore resistenza da parte dei microrganismi, alimenti esotici (facilità di spostamento), aumento numero di anziani, preferenza di cibi freschi/crudi (dubbia sicurezza microbiologica).

Intossicazioni

Sono malattie alimentari causate dal consumo di alimenti contenenti tossine. Possono essere due:

1. Da Staphylococcus aureus: cocco Gram + tipico delle mucose e del tratto orofaringeo. Meno del 20% dei ceppi è in grado di produrre la tossina e questa capacità è associata ad attività enzimatiche:

• Lecitinasi: capacità di idrolizzare la lecitina dell’uovo.
• Coagulasi: capacità di coagulare il plasma.
• Termonucleasi: capacità di scindere il DNA.

Le principali tossine sono 7 indicate con le lettere dell’alfabeto: a livello plasmidico la D, a livello microsomiale la A e la E, ad entrambi i livelli B e C. Tutte le tossine sono di natura proteica e la comparsa dei primi sintomi avviene in circa 1-8 ore (nausea, cefalea, vomito, febbre, dolori addominali) e l’intossicazione ha un decorso benigno di 24-48 ore. La quantità necessaria è 1 ng/g peso corporeo, prodotta da una concentrazione di cellule microbiche di 10⁸ ufc/g. Le condizioni di crescita del microrganismo e della produzione della tossina sono diverse, la produzione della tossina richiede una temperatura in calo lento (raffreddamento senza abbattitore), un pH più basico.

Tecniche di prevenzione:

• Mantenere i cibi cotti ad una temperatura non <60°C.
• Non manipolare i cibi con lesioni alla cute.
• Raffreddare rapidamente i cibi e conservarli refrigerati (T<7°C) in contenitori poco profondi.
• Non lasciar passare troppo tempo tra la preparazione ed il consumo.

2. Da Clostridium Botulinum: bastoncino Gram positivo, sporigeno, anaerobio, catalasi negativo, mesofilo (10-37°C), pH 4,5-7, che si trova nel suolo e nella polvere. Produttore di una esotossina (neurotossina) altamente tossica e mortale: 1g di tossina è in grado di uccidere 100.000.000 di persone. La tossina è in grado di superare la barriera gastrica, mentre è più sensibile all’ambiente alcalino ed è termolabile. Blocca le sinapsi, impedendo il rilascio dell’acetilcolina e causando visione doppia, blocco attività respiratoria e morte.

La tossina A è associata a conserve vegetali casalinghe, la tossina D è associata al consumo di carne in scatola, la tossina E è associata ai prodotti della pesca e viene prodotta anche a temperature intorno ai 3°C.

Necessita di:

• Concentrazione di NaCl < 8-9% (tipi A e B) e del 5-6% (tipo E).
• Concentrazione di saccarosio < 30% (tipi A e B) e del 38% (tipo E).
• Assenza di nitrati e presenza di altre forme microbiche.

Botulismo infantile: ingestione di spore vive che germinano nell’intestino e sintetizzano la tossina. La patologia ha esito positivo e gli alimenti a rischio sono quelli zuccherini.

Infezione alimentare

Consumo di alimenti contaminati con microrganismi vivi e vitali che nel lume intestinale si moltiplicano, originando forme enterotossiche o enteroinvasive. I microrganismi responsabili delle infezioni alimentari possono essere divisi in tre famiglie:

Enterobatteriaceae

Salmonella: provoca salmonellosi e il tifo ed è un bastoncino Gram negativo mobile, lattosio negativo anaerobio facoltativo (fermentazione 2-3 butilenglicol) ossidasi negativo, catalasi positivo. Ha un range di crescita di temperatura da 5,2°C a 46-2°C e trattamenti termici anche blandi sono in grado di eliminarla, però resiste a trattamenti che prevedono l’abbassamento di temperatura. Esigente per la presenza di acqua (aw>0,94) anche se valori minori non la uccidono. Sopporta valori di pH da 3,8 a 9,5. Le due specie responsabili delle due malattie sono la S. Enterica (che comprende 2400 sierotipi tra cui la S. Typhy) e la S. Bongori.

A livello epidemiologico si dividono in:

• Forme adattate all’organismo umano: S. Typhy e paratyphy.
• Forme non adattate: S. Typhinorium.

La patogenicità è legata a degli antigeni:

• Antigene somatico o antigene O: membrana esterna, resis...