Appunti di Microbiologia 2

Microbiologia II

Domande a cui il nostro corso cerca di dare una risposta:

• Che cosa significa per il nostro cibo essere sicuro?
• Dove, come e quando il nostro approvvigionamento alimentare è vulnerabile alla contaminazione?
• Quali sono gli effetti della contaminazione alimentare sulla nostra salute?
• Cosa si può fare per prevenire la contaminazione? Cosa dovrebbe essere fatto?
• A chi è affidata la responsabilità di mantenere il nostro approvvigionamento alimentare sicuro?

Capitolo 1: La contaminazione

Le malattie trasmesse attraverso il consumo di alimenti e le alterazioni degli alimenti sono dovute a microrganismi e sono difficili e costose da gestire. Tali malattie sono al meglio spiacevoli, al peggio fatali per il consumatore e inoltre possono causare notevoli danni alle produzioni industriali, al commercio e al turismo con perdite economiche di varie entità.

“Safe food” — Il consumatore ha il diritto di aspettarsi che il cibo che mangia sia sicuro e idoneo al consumo. Tuttavia, non esiste una definizione universalmente accettata di “safe food”. “Safe food” è un termine relativo legato alla determinazione del livello accettabile di rischio per una popolazione o uno specifico sottogruppo.

Punti fondamentali del Food Safety:

• Cook
• Clean (personale, superfici, attrezzi, sanificazione)
• Separate (mantenere separati i diversi alimenti)
• Chill (mantenere le temperature adatte)

Contaminazione degli alimenti — I microrganismi presenti negli alimenti sono il risultato di una contaminazione. Generalmente nessun alimento è sterile. La contaminazione può essere:

• Primaria: dovuta a microrganismi naturalmente presenti nelle materie prime.
• Secondaria: dovuta a microrganismi apportati dall’ambiente esterno e dagli operatori del processo di trasformazione, conservazione e distribuzione quali aria, suolo e acqua (vettori).

Non si può eliminare completamente la contaminazione secondaria, tuttavia si cerca di limitarla e gestirla, soprattutto quella da microrganismi patogeni o che possono provocare problematiche. Dal momento che la sterilizzazione ha dei limiti, migliore è la carica della materia prima e migliore sarà il prodotto finale; se si parte da una materia prima più pulita, anche il prodotto finale sarà migliore dal punto di vista igienico.

Principali fonti di contaminazione degli alimenti —

• Animali (microrganismi zoo patogeni e saprofiti della pelle, delle mucose e dell’apparato gastrointestinale)
• Vegetali (microrganismi fitopatogeni e saprofiti)
• Ambiente (superfici di lavorazione, di conservazione e distribuzione)
• Uomo

Fonti di contaminazione umana

L’uomo riversa in continuazione un gran numero di microrganismi nell’ambiente che lo circonda attraverso:

• Cute e peli: i microrganismi sulla cute risiedono nello stato corneo dell’epidermide che è in continua desquamazione. Si tratta di:
  • Microrganismi residenti: micrococchi, stafilococchi
  • Microrganismi transienti: coliformi, enterococchi
• Della biocenosi cutanea fanno parte anche acari, funghi e virus.
• Apparato respiratorio: mediante saliva, sbadigli, starnuti. colpi di tosse i microrganismi vengono dispersi nell’ambiente. Si tratta di:
  • Microrganismi residenti: micrococchi, stafilococchi
  • Microrganismi transienti: coliformi, virus e batteri patogeni
• Apparato digerente: In tutto l’apparato digerente abbiamo una concentrazione batterica molto alta (a parte nello stomaco, per via del pH molto basso). In particolare modo a livello dell’intestino crasso, e di conseguenza nelle feci, la concentrazione batterica è altissima.

È stimato che il contributo degli operatori nella contaminazione alimentare è dal 7 al 20%.

Capitolo 2: Detergenza e sanificazione

I microrganismi possono trovarsi annidati nello sporco o aderire alle superfici. Lo sporco è materiale organico (es. residui di alimenti e bevande) ed inorganico (es. polvere, calcare e incrostazioni) che permane o si fissa sulle superfici. I meccanismi di adesione dei microrganismi alle superfici invece, sono più complessi e influenzati da diverse caratteristiche delle superfici stesse (quali rugosità, porosità, resistenza chimica, stato di manutenzione etc).

Quando i microrganismi si legano alla superficie formano una struttura biologica microscopica chiamata biofilm. Il biofilm è costituito da microrganismi che sintetizzano sostanze e materiali inerti intrappolati — si tratta di una matrice organica vivente ed è molto resistente. È importante prevenire la formazione del biofilm perché una volta che esso si è formato e consolidato qualsiasi operazione di sanificazione normale non è efficace.

Tre sono i tipi di legami che si possono creare tra microrganismi e superficie:

• Contatto (adsorbimento reversibile): è un fenomeno istantaneo di natura chimico-fisica o chimica. Sono coinvolte forze elettrostatiche, dipoli, forze di Van der Waals. È condizionato dalle caratteristiche del fluido a contatto con la superficie, dalle caratteristiche della superficie e dal tipo di microrganismo.
• Fissazione (adsorbimento irreversibile): è un fenomeno relativamente rapido. Sono coinvolte reazioni del metabolismo microbico. È condizionato dalla temperatura, dalla concentrazione di sostanze nutrienti presenti nel fluido, dalle caratteristiche della superficie e dal tipo di microrganismo.
• Colonizzazione: è un fenomeno lento. È lo sviluppo nel sito di adesione di microcolonie ed è dovuto alla moltiplicazione cellulare. Spesso sono presenti più specie di microrganismi. Sono punti di ricontaminazione.

I MOCA — sono i materiali e in generale tutti gli oggetti che sono in contatto (o sono destinati a stare in contatto) con gli alimenti. Le sostanze principali di cui possono essere composti sono:

• Polimeri sintetici
• Materiali cellulosici
• Materiali a base silicea
• Materiali metallici

Materiali considerati scarsamente idonei: legno, cemento, ferro, alluminio, gomme. Materiali altamente idonei: acciaio inox, resine epossidiche, vetro gres, polipropilene/polietilene.

Detergenza e sanificazione — Per detergenza si intende l’operazione che porta all’eliminazione irreversibile dello sporco dalle superfici. Per sanificazione si intende invece l’abbattimento della carica microbica. Queste operazioni non possono essere scambiate nell’ordine.

La detergenza — eliminazione dello sporco. Una superficie è considerata pulita quando:

• Si ha assenza di tracce visibili di contaminati
• Si ha assenza di odori sgradevoli
• Un fazzoletto di carta passato sulla superficie non presenta alcuna colorazione
• L’acqua versata sulla superficie cola uniformemente
• Al tatto non si ha la sensazione di unto

Caratteristiche dei detergenti:

• Solubili
• Facilmente risciacquabili
• Non corrosivi
• Schiumogeni o non
• Sicuri per l’operatore
• Biodegradabili
• Elevato potere bagnante
• Forte potere emulsionante e anti ridepositante
• Efficace azione di frantumazione dello sporco
• Buona capacità di operare con acqua con qualsiasi grado di durezza

Fattori che influenzano la detergenza:

• Acqua di processo — più l’acqua è dolce, maggiormente è adatta a essere usata nel campo alimentare e nelle strutture produttive perché nel lungo termine depositerà molti meno sali e creerà meno problematiche nell’impianto. La durezza dell’acqua inoltre influisce direttamente sia sul lavaggio (rimozione sporco) che sulla disinfezione (rimozione microrganismi); è responsabile del consumo eccessivo di detergente e interferisce con l’attività di alcuni disinfettanti (più l’acqua è dolce e più si necessita di una quantitativo minore di detersivo per la pulizia).
• Temperatura del liquido detergente — L’efficacia del detergente migliora all’aumentare la temperatura di utilizzo. La temperatura inoltre ha come altri effetti di insolubilizzare i sali, denaturare le proteine e caratterizzare gli zuccheri.
• Tempo di contatto — l’efficacia del detergente migliora all’aumentare del tempo di contatto
• Azione meccanica — strofinamento meccanico, percussione idrica, turbolenza
• Natura chimica del detergente — si possono avere detergenti con:
  • Effetto idrolizzante per decomporre composti salini, glucidici, proteici, lipidici
  • Effetto emulsionante per mantenere in sospensione i lipidi
  • Effetto tensioattivo per abbassare la tensione superficiale della soluzione detergente
  • Effetto sequestrante per legare ioni

Caratteristiche dei detergenti:

• Solubili
• Facilmente risciacquabili
• Non corrosivi
• Schiumogeni o non
• Sicuri per l’operatore
• Biodegradabili
• Elevato potere bagnante
• Forte potere emulsionante e anti ridepositante
• Efficace azione di frantumazione dello sporco
• Buona capacità di operare con acqua con qualsiasi grado di durezza

La disinfezione — eliminazione o abbassamento della carica microbica fino ad un livello accettabile. L’abbassamento può essere di:

• 5 cicli logaritmici di batteri
• 4 cicli logaritmici di batteri
• 3 cicli logaritmici di batteri

Caratteristiche dei disinfettanti:

• Ampio spettro d’azione (il migliore è il cloro)
• Biodegradabili
• Attività in presenza di molecole organiche
• Capacità di penetrazione in materiali porosi
• Non corrosivi e che non macchino
• Senza odori o comunque con odori non sgradevoli
• Non tossici e che non irritino occhi e pelle
• Prontamente solubili in acqua e risciacquabili
• Stabili durante la conservazione prolungata
• Di facile utilizzo da parte dell’operatore
• Con prezzo competitivo

I disinfettanti possono essere:

• Agenti fisici (vapore acqueo, UV)
• Agenti chimici (composti a base di cloro, sali di ammonio, acqua ossigenata, composti a base di iodio)

Igiene del personale — gli operatori che vengono a contatto con gli alimenti devono sottostare ad una cura particolare dell’igiene personale e dell’abbigliamento. Una attenzione particolare deve essere prestata alle mani, mezzo importante di distribuzione di microrganismi (devono essere lavate in modo adeguato con saponi battericidi). E poi il personale deve:

• Indossare guanti
• Indossare abiti da lavoro puliti e comodi
• Indossare reticelle
• Non posizionare penne/matite/graffette in tasche aperte
• Evitare un trucco eccessivo
• Evitare di fumare, masticare, mangiare, sputare

Capitolo 3: I fattori

La presenza e la moltiplicazione microbica negli alimenti e bevande sono determinate dalle condizioni ambientali lungo tutto il processo produttivo (filiera). I fattori che influenzano la crescita microbica sono sia di tipo fisico che di tipo biologico. Fattori di tipo fisico:

• La temperatura: è un fattore molto importante perché influenza direttamente la velocità delle reazioni biochimiche del metabolismo e determina lo stato del mezzo in cui i microrganismi sono presenti. Ogni microrganismo infatti presenta un minimo e un massimo di temperatura alla quale può avvenire la proliferazione cellulare e un optimum al quale si ha la massima velocità di proliferazione.

Es. la Listeria monocytogenes è mesofila (optimum a 37°C) ma cresce e si moltiplica anche a temperatura di frigorifero e pertanto fa parte dei mesofili psicrotrofi. St. aureus invece, ha un optimum intorno ai 30-35°C ma non cresce a temperature di frigorifero e quindi fa parte dei mesofili termotrofi.

La temperatura condiziona l’andamento della proliferazione microbica poiché influenza:

• La durata della fase di latenza
• Il tempo di generazione
• Il numero finale di cellule
• Le attività metaboliche

Variare la temperatura di un substrato può quindi avere due effetti:

• Azione batteriostatica: arresto della duplicazione cellulare e diminuzione della disponibilità di acqua.
• Azione battericida: alterazioni irreversibili delle strutture cellulari.

Abbassare la temperatura: refrigerazione e congelamento

La refrigerazione (ossia l’abbassamento della temperatura tra 0 e 6°C) ha effetto batteriostatico su molti microrganismi. L’effetto chiaramente dipende dal tipo di microrganismo e anche dal tempo di permanenza.

Il congelamento (ossia l’abbassamento della temperatura al di sotto di 0°C e fino a -40°C) ha effetto batteriostatico e battericida.

n.b. microrganismi insensibili al congelamento: spore batteriche, tossine, enzimi, proteine in genere

Microrganismi relativamente resistenti: spore di eumiceti, gram+, virus

Microrganismi molto sensibili: gram-, eumiceti, protozoi ed elminti.

Quando si attua un congelamento si attua un fenomeno di “selezione”. Lo scongelamento invece è un processo critico per il rischio di proliferazione microbica a causa dell’aumento del tenore in acqua e nutrienti disponibili.

Alzare la temperatura: pastorizzazione, cottura e sterilizzazione

Quando si genera innalzamento della temperatura si susseguono queste operazioni comportando effetto battericida:

1. Blocco attività metaboliche (danneggiamento reversibile)
2. Danneggiamento irreversibile (denaturazione acidi nucleici, coagulazione proteine funzionali, denaturazione membrane)
3. Morte della cellula

Nel caso delle alte temperature ci sono variabili un po' più ampie:

• Tipo di parete
• Formazione di spore
• Età della cellula
• Tipo di calore
• pH
• Composizione

La pastorizzazione (θ<100°C) è un processo termico che assicura la distruzione dei microrganismi patogeni non sporigeni (non di tutti, dipende sempre dalla qualità della materia prima) e della gran parte della microflora saprofita. I microrganismi che resistono al trattamento sono detti termodurici. I prodotti alimentari sottoposti a pastorizzazione sono detti semiconserve e per la loro conservazione necessitano della refrigerazione e del rispetto della catena del freddo.

La cottura invece è un processo di riscaldamento che si effettua tramite bollitura, frittura, cottura in forno, alla griglia o con le microonde ed è un trattamento intermedio tra la pastorizzazione e la sterilizzazione. Le uniche forme microbiche in grado di sopravvivere alla cottura sono le spore batteriche.

La sterilizzazione (θ>100°C) porta alla distruzione completa dei microrganismi presenti. Ovviamente la sterilità assoluta non esiste, ma si ottiene una sterilità commerciale (abbassamento di 12 riduzioni decimali di spore di Clostridium botulinum). La sterilizzazione non è tarata sul microrganismo più resistente ma sul patogeno che porta alla morte, quello più pericoloso. Il Clostridium botulinum causa morte, mentre il Bacillus cereus (che è il microrganismo più resistente) non provoca morte del consumatore. Pertanto si effettua un trattamento meno drastico ma che comunque elimina i patogeni pericolosi. I prodotti alimentari sottoposti a sterilizzazione sono detti conserve. Devono essere condizionati ermeticamente e asetticamente, necessitano di refrigerazione solo dopo l’apertura della confezione.

Altri modi per variare la temperatura

Le radiazioni prevedono l’emissione di energia attraverso uno spazio o un materiale. Possono essere raggi x e γ (originano una sterilizzazione a freddo) che però non hanno un’efficacia molto elevata, oppure raggi UV (provocano una rottura sulle catene del DNA), raggi infrarossi (hanno elevata capacità di alzare la temperatura ma non penetrano nei corpi opachi). L’attività dell’acqua anche questo è un fattore molto importante per lo sviluppo dei microrganismi.

Per attività dell’acqua si intende la frazione di acqua non legata chimicamente (acqua libera) e quindi disponibile per lo sviluppo microbico. Aw = P /P [0=totale assenza di acqua libera ; 1= acqua totalmente₀libera. Es. la farina ha aw=0,6 ; la carne ha aw =0,97/0,99]

Ogni microrganismo presenta un valore minimo di aw al di sotto del quale non si sviluppa e un valore ottimale dove invece la velocità di duplicazione è massima. La diminuzione di aw ha effetto principalmente batteriostatico. Numerosi processi di conservazione si fondano sull’abbassamento dell’aw.

Es.:

• Aggiunta di soluti — in tutti quei prodotti che prevedono la salagione (come pesce sotto sale, salumi etc) o lo zuccheraggio (marmellate, sciroppi)
• Sottrazione di acqua e quindi concentrazione dei soluti e dei colloidi della matrice alimentare stessa.

Il tempo: tempo e temperatura sono due fattori strettamente legati nel controllo della crescita microbica. I batteri possono raddoppiare in numero ogni 15-20 minuti, in particolare nell’intervallo di temperatura che va dai 5 ai 55°C. Questo intervallo di temperatura è indicato come “danger zone” perché la maggior parte dei microrganismi si moltiplicano rapidamente all’interno di questo intervallo.

Al fine di controllare la crescita dei microrganismi, i cibi potenzialmente pericolosi non devono essere tenuti nella zona di pericolo per più di due ore. Se si devono conservare delle preparazioni per più di due ore, si devono mantenere o nella catena del freddo (< 5°C) o nella catena del caldo (>55°C).

pH e acidità: anche il pH è un fattore che influenza fortemente la crescita microbica. Generalmente ad es. i patogeni non sono in grado di crescere a pH inferiori a 4,5. È per questo che frutta, verdura, aceto e yogurt che hanno tendenzialmente pH acidi sono alimenti abbastanza sicuri. La carne, invece, che a un pH all’incirca neutro.