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 della lag fase e dei 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).

Fattori che regolano la crescita, la sopravvivenza e la morte

Sono detti fattori ecofisiologici:

• Fattori intrinseci
• Fattori estrinseci
• Fattori impliciti

Fattori ecofisiologici

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 legati alle caratteristiche chimico-fisiche dell'alimento:

1. pH
2. Attività dell'acqua (aw)
3. Potenziale redox
4. Composizione chimica e struttura dell'alimento
5. Ossigeno
6. Antimicrobici naturali

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).

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 della lag fase e dei 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 microrganismi.

Classificazione dei microrganismi in funzione della diversa tolleranza a Aw

Aw minore di 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 se 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).

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 pH scende 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).

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.

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.