Microbiologia

MORTA RESTA NELL’ALIMENTO

Ogni microrganismo è caratterizzato da una condizione

ottimale e una condizione minima di crescita

• Ogni modificazione rispetto al valore ottimale comporta

– una diminuzione del tasso di sviluppo

– prolungamento lag fase e tempi di duplicazione,

– diminuzione del numero di cellule raggiunto in fase stazionaria,

– fase di morte più rapida

– fino all’arresto completo della crescita.

• Quando i valori scendono al di sotto del minimo di crescita si

arriva all’impossibilità di duplicarsi (tasso di sviluppo = zero)

I fattori che regolano

• La crescita

• La sopravvivenza

• La morte

• Sono detti fattori ecofisiologici:

– FATTORI INTRINSECI

– FATTORI ESTRINSECI

– FATTORI IMPLICITI

I fattori ecofisiologici che regolano lo sviluppo, detti “fattori

di crescita”

Sono classificati in tre gruppi principali

• fattori intrinseci

– (caratteristici del prodotto stesso)

• fattori estrinseci

– (caratteristici dell'ambiente di produzione e conservazione)

– Comprendono anche quelli di processo

• Fattori impliciti – (caratteristici delle interazioni microbiche)

Fattori intrinseci

Sono i fattori che legate alle caratteristiche chimicofische

dell’alimento

– che a loro volta solo influenzate dagli altri fattori

1) pH

2) Attività dell’acqua (aw)

3) Potenziale redox

4) Composizione chimica e struttura dell’alimento

5) Ossigeno

6) Antimicrobici naturali

1) Attività dell’acqua

• L’elemento essenziale per la vita è l’ACQUA

• Vale anche per i microrganismi

• Quella che serve alla vita microbica NON è TUTTA l’acqua ma

l’acqua LIBERA

• La quantità totale di acqua è chiamata umidità. Non tutta l’acqua

degli alimenti è

disponibile per i microrganismi

• Il grado di disponibilità dell’acqua è misurato dall’attività

dell’acqua (aw) ACTIVITY WATER

L’acqua può essere non disponibile per i microrganismi

perché:

• contiene soluti disciolti come sali o zuccheri;

• è cristallizzata sotto forma di ghiaccio;

• è assorbita sulle superfici.

Solo l’acqua libera presente in un ambiente consente la crescita dei

microrganismi

Ogni microrganismo è caratterizzato da una Aw ottimale e

Aw minima di crescita

• Ogni abbassamento rispetto al valore ottimale comporta

– una diminuzione del tasso di sviluppo

– prolungamento lag fase e tempi di duplicazione,

– diminuzione del numero di cellule raggiunto in fase stazionaria,

– fase di morte più rapida

– fino all’arresto completo della crescita.

• Quando i valori di Aw scendono al di sotto del minimo di crescita

si arriva all’impossibilità di duplicarsi (tasso di sviluppo = zero)

Aw alimenti

• La maggior parte degli alimenti ha un aw compresa tra 0,97 e

0,99 che è vicino all’optimum di crescita di molti microorganismi

Classificazione dei microrganismi in funzione della diversa

tolleranza a Aw

AW minore 60 è una condizione sub-letale NON letale, blocco

duplicazione cellulare! Attenzione alla sopravvivenza.

Diminuire o aumentare il valore di Aw consente il controllo

dello sviluppo microbico

Osmoregolazione

• Le cellule microbiche devono mantenere l’osmolarità cellulare

• Quando cambia l’aw di un alimento esse controllano la perdita o

aumento dell’acqua

– Attraverso ingresso/uscita di soluti nella /dalla cellula

– Mediante diversi sistemi di risposta allo stress

– I sistemi sono diversi con limiti di tolleranza diversi

!!!! ATTENZIONE

• La riduzione di Aw non consente la duplicazione

• Anche su può impedire la duplicazione di alcune cellule NON deve

essere considerato come un effetto battericida!!!

• Le cellule non si duplicano MA POSSONO SOPRAVVIVERE

– Si duplicheranno quando e se l’Aw aumenterà

Come si riduce l’Aw in un alimento

• RIDUCENDO il contenuto di acqua

– (essiccamento)

• Diminuendo la DISPONIBILITÀ dell’acqua attraverso la

cristallizzazione

– (congelamento)

• Diminuendo la DISPONIBILITÀ dell’acqua attraverso aggiunta di un

soluto

– zucchero,

– Sale

• Se la cellula si trova in un ambiente a bassa aw, ci sarà una

tendenza da parte della cellula a perdere acqua (osmosi) e a

collassare (plasmolisi).

2) Acidità e pH

• Il pH degli alimenti rappresenta un fattore ecofisiologico in grado

di influenzare in modo significativo il comportamento dei

microrganismi.

• INFATTI

– La conservazione degli alimenti mediante l’aumento della loro

acidità, ottenuta sia attraverso i processi di fermentazione che con

l’aggiunta deliberata di acidi deboli, è stata praticata fin dai tempi

più antichi

Acidità e pH considerazioni generali

• La maggior parte dei microrganismi cresce meglio intorno alla

neutralità (pH 6.5-7.5)

• Generalmente, i batteri Gram negativi sono più sensibili a bassi

valori di pH dei Gram positivi, mentre le muffe e i lieviti sono in

grado di sviluppare a valori di pH inferiori a quelli dei batteri

• Poche specie microbiche sono in grado di sviluppare quando il

pHscende al di sotto di 4.0. Tra questi ritroviamo principalmente:

– LIEVITI

– FUNGHI FILAMENTOSI

– BATTERI ACIDOTOLLERANTI

• batteri lattici e batteri acetici

• La maggior parte dei microrganismi CAUSA DI MALATTIE

ALIMENTARI non sono in grado di sviluppare a pH<4.6 (valore di

riferimento)

Ogni microrganismo è caratterizzato da un pH ottimale e un

H minimo e massimo di crescita

• Ogni modificazione rispetto al valore ottimale comporta

– una diminuzione del tasso di sviluppo

– prolungamento lag fase e tempi di duplicazione,

– diminuzione del numero di cellule raggiunto in fase stazionaria,

– fase di morte più rapida

– fino all’arresto completo della crescita.

• Quando i valori di pH scendono al di sotto del minimo di crescita

(o al di sopra del massimo di crescita) si arriva all’impossibilità di

duplicarsi (tasso di sviluppo = zero)

Possibilità di crescita microbica in ambiente acido o basico

• dipende dalla capacità di adattare il pH intracellulare (pHin) in

funzione delle variazioni del pH extracellulare (pHout)

• Tale adattamento può avvenire attraverso opportune

modificazioni del metabolismo batterico che vede coinvolti diversi

meccanismi quali

– la risposta omeostatica, (la tendenza naturale al raggiungimento

di una relativa stabilità interna)

– la risposta alla tolleranza agli acidi (ATR, acid tolerance response)

– la produzione di proteine da stress acido (ASP, acid shock

proteins).

• L’adattamento è diverso in funzione dei diversi microorganismi.

Come funziona la regolazione?

• Gli acidi organici in forma indissociata penetrano la membrana

citoplasmatica e, in seguito alla dissociazione intracellulare,

alterano il pH intracellulare microbico.

• L’efficacia di un acido organico dipende pertanto dal pH

dell’alimento in rapporto alla costante di dissociazione dell’acido

pKa (valore di pH per il quale il 50% è nella forma indissociata e

quindi attiva nei confronti dei microrganismi).

• Per valori di pH inferiori alla pKa, l’acido esercita un’attività

antimicrobica maggiore, perché maggiore è la frazione in grado di

attraversare la membrana citoplasmatica per semplice diffusione,

quindi senza dispendio energetico per la cellula.

Come tentano di rispondere all’acidità? Omeostasi

• Le cellule microbiche tentano di mantenere l’omeostasi

• neutralizzando o espellendo protoni rilasciati dalla dissociazione,

evitando quindi la denaturazione di proteine chiave nel

mantenimento della stessa.

• La risposta omeostatica, la risposta alla tolleranza acida e la

sintesi di shock proteins sono i tre meccanismi che la cellula

microbica può mettere in atto per il mantenimento del pH

intracellulare

Il pH degli alimenti e lo sviluppo microbico

Gli alimenti freschi non trasformati hanno valori di pH molto variabili

ed in genere possono essere suddivisi in:

• alimenti molto acidi (pH<3,7) in cui possono crescere solo i

microrganismi più acidurici;

• alimenti acidi (3,7<pH<4,6) che supportano la crescita di

microrganismi acidurici, e la sopravvivenza di alcuni patogeni (es.

Salmonella, Shighella; C. botulinum è inibito);

• alimenti con acidità intermedia (4,6<pH<5,5) che supportano la

crescita e/o la sopravvivenza di molti microrganismi, incluso diversi

patogeni;

• alimenti neutri, con un pH compreso tra 5,6<pH<7,5, in cui

possono crescere la maggior parte dei microrganismi, inclusi C.

botulinum e gli agenti del flat sour;

• alimenti alcalini, con un pH>7,5 (fino a 11), sono rari (albume

d’uovo e alcuni prodotti fermentati indigeni alcalini).

Effetti del pH sullo sviluppo dei batteri causa di malattie

alimentari

• La maggior parte dei microrganismi causa di malattie alimentari

non sono in grado di sviluppare a pH<4.6 (valore di riferimento)

Effetti del pH su batteri alterativi: lieviti e funghi filamentosi

• Lieviti e muffe sono gli agenti di deterioramento più frequenti di

alimenti acidi

(succhi, marmellate, latti fermentati)

• In ambiente aerobio lieviti e muffe possono consumare gli acidi

organici (p.es. acido lattico in molti prodotti fermentati)

permettendo la crescita di altri microrganismi meno acido- tolleranti

Non solo sullo sviluppo ma

• sulla produzione di tossine

– Es. C. botulinum A e B non sono in grado di produrre neurotossina

quando il pH scende al di sotto di 4.8 mentre il C. botulinum E viene

inibito nella produzione

di tossina quando il pH scende sotto 5.7

• Sulla germinazione delle spore

– In ambiente acido questo fenomeno tende a ridursi quando il pH

scende sotto 6 e ad arrestarsi quando il pH scende sotto 4.5

3) Ossigeno

• La presenza o meno di ossigeno rappresenta uno dei principali

fattori che definiscono le potenzialità di colonizzazione di un

alimento da parte del microbiota alimentare.

• Perché in funzione del rapporto con questa specie chimica

estremamente reattiva e