Appunti di Microbiologia Alimentare

Scienze e Tecnologie

Alimentari - UniMi

Appunti di lezioni di:

Microbiologia

alimentare MBA 01

MICROBIOLOGIA ALIMENTARE - lezione 01

= settore della microbiologia che si occupa in specifica delle relazioni che intercorrono tra

alimento e MO.

Inizio MB alimentare con Pasteur. Scopre che riscaldando gli alimenti si uccidono i MO.

Alimento = ecosistema complesso e dinamico con caratteristiche chimico fisiche che

permettono lo sviluppo di numerosi microrganismi diversi. (fattori intrinseci = i fattori che

dipendono dall’alimento stesso, fattori estrinseci = i fattori che dipendono dall’ambiente, fattori

impliciti).

Conoscenza degli alimenti significa conoscenza la

composizione e il processo degli stessi e

conseguentemente conoscenza dei microrganismi

quindi conoscenza dell’habitat, comportamento e

esigenze degli stessi.

Il passaggio tramite il processo della materia prima a

consumo, si hanno tanti momenti in cui il nostro

prodotto può andare in contro a delle

contaminazioni.

La contaminazione può essere tramite MO di origine

non biologica (materiali estranei o sostanze chimiche

diverse) oppure biologica (MO, tossine, piante, animali, infestanti..).

La contaminazione biologica può essere controllata e prevenuta conoscendo:

A. Fonti di contaminazione

B. I microrganismi ed il ruolo negli alimenti

Il metabolismo e le caratteristiche fisiologiche dei microrganismi

I fattori che influenzano la crescita microbica

C. I processi della tecnologia alimentare

A. FONTI DI CONTAMINAZIONE

- Primaria: dai MO autoctoni, naturalmente presenti sempre e naturalmente sulla materia

prima, quelli che troviamo in natura. Ci caratterizzano la materia prima che troviamo in

natura. È una microflora che non possiamo eliminare perchè c’è.

- Secondria: si somma alla microflora residente. È secondaria perchè avviene in un secondo

momento ed è quella che contribuisce maggiormente a danneggiare o conservare un

prodotto. È dato da tutto quello che avviene successivamente alla coltura della materia prima.

Quindi è determinata da: Ambiente - Ambiente di lavorazione - Trasporto -

Commercializzazione.

Questa contaminazione secondaria è maggiormente data da:

Suolo: habitat naturale dei microrganismi, anche di forme di resistenza . È il principale

serbatorio si MO con grande biodiversità microbica.

I MO vi possono sopravvivere come fonte di resistenza: scelta delle pratiche di

raccolta - allontanamento di terra.

Acqua: ingrediente, lavaggio. 1

MBA 01

Stretta interazione con il suolo: acquacoltura - pratiche di lavaggio - agente

solvente - irrigazione.

Aria: vettore di microorganismi (aria confinata). L’ aria non è determinante per la crescita

dei MO ma bensì per il loro trasporto. ES: le particelle di polvere a cui i MO

aderiscono. - Attrezzature di lavoro (contaminazione superficiale) - Animali ed

uomo. Aria confinata / Aria ambiente / indoor.

Contaminazione umana: l’uomo è una delle più importanti fonti di dispersione dei MO

nell’ambiente.

Cute: Microflora indigena: Micrococcaceae - Corynebacterium

Microflora transitoria: Gram negativi aerobi - Coliformi - Enterococchi -

Virus - Acari

Apparato digerente/feci:

Bastoncini Gram negativi (coliformi, Salmonelle) - Enterococchi - Batteri

lattici - Bifidobatteri

Apparato oro-faringeo

Cocchi e bastoncini Gram positivi

Superfici: sia superfici sporche (attirano i MO) sia pulite.

BIOFILM (il problema maggiore delle industrie alimentari in quanto si

presenta difficile l’eliminazione del biofilm). = patina biologica.

(Tipo di materiale - Tipo di sporco - Reattività chimica allo sporco - Geometria

(progettazione igienica) - Grado di bagnabilità.)

Vegetali: la superficie di frutta e verdura è ricca di MO.

Le specie ed il numero dei MO varia in funzione della: tipologia di superficie - tipo di vcrescita -

modalità di coltivazione.

B. I MICRORGANISMI ED IL RUOLO NEGLI ALIMENTI

- Forma planctonica: fluttuanti e indipendenti le une dalle altre in un ambiente liquido.

- Forma sessile: le cellule sono strettamente legate tra loro e fissate ad una superficie.

Prima si pensava che i MO si trovassero in forma planctonica, in realta sono in

forma sessile

L’adesione microbica avviene tramite:

1. ADSORBIMENTO: attrazione del microrganismo alla superficie mediante un equilibrio tra

forze di attrazione e di repulsione. Fase reversibile (pochi secondi) . Fase molto rapida,

instantanea.

2. FISSAZIONE : il microrganismo si fissa alla superficie a seguito della produzione di sostanze

mucillaginose cosiddette esopolisaccaridi (EPS) o produzione di pili. Fase irreversibile, è in

continua attività, quandoi inizia a produrre il film, non smette più. Data dalla capacità del MO

di produrre sostanze per attaccatrsi alla superficie. Fase lenta perchè è dettata dal

metabolismo del MO che deve creare dei gel/delle colle così da attaccarsi alla superficie.

3. COLONIZZAZIONE: moltiplicazione e formazione di BIOFILM ( = comunità microbica

racchiusa in una matrice polimerica prodotta dalle cellule stesse (EPS) —> Pseudomonas -

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MBA 01

Listeria monocytogenes). All’interno della matrice, le cellule comunicano tra di loro, così da

adattarsi al meglio, attraverso la produzione di sostanze chimiche.

4. Dopo si ha la MATURAZIONE. Da qui le cellule si possono disperdere, e ritornano in fase

planctonica con la distruzione della parete cellulare, oppure possono comunicare in modo

tale da non produrre li biofilm, rimanendo in consorzio.

BIOFILM

- Tipo di materiale - Tipo di sporco -

Re att i v i t à c h i m i c a a l l o s p o rc o -

Geometria (progettazione igienica) -

Grado di bagnabilità (acciaio - plastica) -

Usura - Rugosità (meno p rugoso,

migliore sarà la rimozione del MO dal

piano)

- Presenza di acqua: in un ambiente privo di acqua, non si avrebbe biofilm

- Fattori ambientale: temperatura ambiente è la condizione migliore per lo sviluppo microbico

come un ambiente neutro.

- Nutrienti (materiale organico): attira MO secondo la chemioattrazione, quindi il MO starà nella

fase di consorzio multispecie.

- Microrganismi (metabolismo, specie)

Pseudomonas: nelle tubazioni, nelle aziende che trattano acqua e imbottigliamento. Non

patogeno

Salmonella

L. monocytogenes: Patogeno, temuto nelle aziende che trattano carne.

- Tipologia e caratteristica della superficie (materiale, geometria, superficie) progettazione

igienica

Dove si forma? Su tutte le superfici.

- Idrofobiche (non polari): i MO tendono a legarsi più rapidamente (teflon e plastica)

- Idrofiliche

Nell’industria alimentare il biofilm

- Contaminazioni degli alimenti

- Veicolo di forme patogene

- Riduzione efficienza impianti

- Corrosione - biocorrosione (all’interno della ruggine, i MO accellerano il processo della

ruggine): integrazione dei microrganismi nel processo di corrosione. I MO influenzano la

cinetica del processo che ha un’origine non biologica. 3

MBA 01

Come si comportano i MO all’interno del biofilm?

- la crescita

↓

- le cellule diventano cellule non coltivabili (Viable but not Culturable Cell)

- la resistenza agli stress ambientali: pH aw, temperatura..

↑

- Modificazioni a livello genico

- la sintesi di polisaccaridi

↑

- la loro resistenza

↑

Quorum sensing: meccanismo di comunicazione tra MO, produzione di molecole a basso peso

molecolare (autoinduttori) che riversate nell’ambiene esterno sono recepite da altri MO quando

le concentrazioni microbiche raggiungono una certa quantità (quorum).

Autoinduttori: attiva la trascrizione di una determinata informazione:

- Produzione di agenti virulenti - Produzione di biofilm - Sviluppo microbico

ES: MO che emettono fluorescenza sulla superficie degli animali marini, solitamente su animali

vecchi sui quali si sono depositati maggiormente MO.

PULIZIA (detergenza + disinfezione = sanificazione, operazione base di una industria

alimentare.)

Detergenza: eliminazione irreversibile dello sporco grossolano, costituito da residui della

lavorazione o da qualsiasi altra sostanza indesiderata, presente sulle superfici di lavoro e delle

attrezzature.

Disinfezione: riduzione del numero dei microrganismi in generale ed eliminazione completa

delle forme patogene. 4

MBA - 02

MICROBIOLOGIA ALIMENTARE - lezione 02

MICRORGANISMI E ALIMENTI

TIPOLOGIE

1. MICRORGANISMI PROTECNOLOGICI —> utili

2. INDICI DI QUALITA’/PROCESSO —> pulizia

3. INDICI DI SALUBRITA’/SICUREZZA

1. MICRORGANISMI PROTECNOLOGICI

Caratterizzano un determinato prodotto alimentare e/o ne permettono la realizzazione. Utili.

(yogurt, pane, colombe..) - starter, fermenti. Solitamente batteri lattici.

a. Naturalmente presenti

Latto e sieroinnesti naturali (Crescenza, Fontina, Emmenthal, Grana, Provolone)

Batteri lattici delle fermentazioni naturali di vegetali e salumi

Batteri acetici (madre aceto)

b. Selezionati

Colture da yogurt

Colture da burro

Ceppi per formaggi erborinati

Lieviti per vinificazione e panificazione

Ceppi per salami

Con il tempo il loro numero subisce una naturale riduzione

Batteri Lattici: Cocchi e bastoncini Gram positivi, immobili, asporigeni, catalasi negativi, incapaci

di ridurre i nitrati, anaerobi, ossigeno tolleranti, esigenti nutrizionalmente, privi di pigmenti,

generalmente non patogeni. Range di temperatura tra 5-55°C.

FERMENTAZIONE —> OMOLATTICA: A. lattico

ETEROLATTICA: ac. lattico, ac. acetico/etanolo, anidride carbonica

Ampiamente distribuiti in natura: suolo, tratto gastrointestinale di uomo ed animali, mucose,

vegetali, prodotti di origine animale. Utilizzati in molte produzioni alimentari e a livello

industriale: alcune specie producono batteriocine.

Batteri acetici: Bastoncini Gram negativi, aerobi stretti, mobili, catalasi ed ossidasi positivi,

acidotolleranti e mesofili.

Gluconobacter [Alcool —> acido acetico] e Acetobacter [Alcool —> acido acetico —> CO2]

Lieviti: Cellule Eucariote unicellulari. Mesofili - Ambiente aerobio: produzione di biomassa -

Ambiente anaerobio: produzione di metaboliti, etanolo e anidride carbonica. —>Produzione di

prodotti da forno - Settore enologico.

2. INDICI DI QUALITA’/PROCESSO

Forniscono informazioni circa il rispetto delle norme igieniche e di pulizia durante la lavorazione.

Influiranno sulla conservabilità e sulle caratteristiche organolettiche del prodotto (shelf-life). Il

loro numero/g o ml di prodotto influisce sulla conservabilità e sulle caratteristiche sensoriali del

prodotto.

> il loro numero, < sarà la durata in shelf life.

Evoluzione nel tempo degli indici:

a. Moltiplicazione provocano alterazioni più o meno manifeste che modificano il prodotto dal

punto di vista organolettico

b. Stasi prodotto è accettabile 1

MBA - 02

c. Riduzione si registra un miglioramento della qualità globale del prodotto evidenziato da un

allungamento dei tempi di conservazione.

In shelf life dobbiamo tenere controllati gli indici di qualità. Non teniamo conto delle ricerce del

patogeno perchè un prodotto che va sul meracto non deve avere patogeni.

Un microrganismo per essere considerato indicatore di qualità/processo deve poter:

a. Essere presente e poter essere determinato negli alimenti per i quali deve essere stabilita la

qualità.

b. Essere determinato facilmente e con rapidità

c. Essere facilmente distinto da altri microrganismi

d. La sua crescita non deve essere contrastata da altri componenti o microrganismi presenti

e. Crescere ed il suo numero deve essere strettamente correlato alla qualità globale

dell’alimento CBT, Lieviti e muffe, Enterobacteriaceae.

MO che sono responsabili della qualità del prodotto. Responsabili della qualità del prodotto.

MO tipici del prodotto.

GLI INDICI DI QUALITA’ VARIANO CON GLI ALIMENTI

Specific Spoilage Organism (SSO)

Grafico di shelf-life.

⟿Spoilage association = microrganismi presenti sull’alimento quando è alterato.

⟿Specific Spoilage Organism (SSO) = frazione di microrganismi responsabili delle alterazioni

degli alimenti.

Conoscere il MO che è responsabile dell’alterazione.

Questi MO sono di numero basso nel momento della lavorazione ma si trovano molto bene

⇣

sull’alimento e la crescita procede in modo rapida e raggiunge numeri elevati in poco tempo.

Sono diversi, variano da prodotto a prodotto,

dipende da alimento a alimento.

Il metabolita verrà percepito quando si raggiunge

un numero elevato e quando il prodotto cambia

le sue caratteristiche organolettiche (es:

variazione di pH).

SSO:

- Caratteristiche dell’alimento

- Condizioni di lavorazione

- Modalità di confezionamento e stoccaggio

- Studiare popolazione microbica presente

(microbiota)

Bisogna studiare come i MO si sviluppano su quel prodotto, quindi il microbiota per capire

quale tipologia di MO possono essere presenti.

Quando la concetrazione raggiunge 10 ufc/g si ha inizio comparsa odori sgradevoli.

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Oltre10 ufc/g si ha odore sgradevole intenso, variazione di colore, fenomeni di bombaggio delle

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confezioni.

Batteri acetici Indicatori di tipicità —> aceto

Indicatori di qualità —> Bevande alcoliche: produzione di acido acetico

Bevande analcoliche: torbidità e viscosità

Frutta: malattia rosa dell’ananas - marciumi di pera e mela 2

MBA - 02

Pseudomonadaceae

Caratteristiche Pseudomonas spp.

Pseudomonadaceae - Bastoncino Gram negativo mobile (flagelli polari o ciglia) - Aerobio stretto,

catalasi ed ossidasi positivo - Ubiquitari - Poco esigenti nutrizionalmente - Mesofili (T . 25-37°C

) Psicrotrofi. Crescono a elevate temperature ma si mantengono a temperature basse - Elevata

attività enzimatica (enzimi termostabili) hanno enzimi capaci di degradare strutture complesse -

a = 0.99; a ≤ 0.98 crescita rallentata; a ≤ 0.95 no crescita - Sensibili ai disinfettanti base cloro,

w w w

ma non ai composti di ammonio quaternario. Buona resistenza agli antibiotici ed alle radiazioni.

Ambientale

Mineralizzazione della sostanza organica. Importante ruolo nell’ecologia dell’ambiente

(degradazione composti organici nel suolo e in ambienti acquatici)

Alimentare

Responsabili di alterazioni negli alimenti refrigerati, (carne, pesce, vegetali) sui quali crescono

grazie alla loro forte psicrotrofia. Sensibili ai trattamenti termici, ma possiedono complessi

enzimatici termoresistenti inducibili (cellulosolitici, lipolitici, pectinolitici), produzione di

pigmenti.

ES: Sulla mozzarella sono sempre presenti ma quando la concentrazione di carica batterica

supera i 10^8, si ha il fenomeno di mozzarella blu. Questo accade quando non è conservata in

modo consono in quanto questo fenomeno è determinato dalla presenza di acque di lavaggio

non sterili. Non può provocare intossicazioni alimentari, non sono patogeni!

ES: insalate di IV gamma

ES: carne fresca

Pseudomonas fluorescens - Pseudomonas putida - Pseudomonas chicorii (Forme fitopatogene)

Enterobacteriaceae

Bastoncini Gram negativi, immobili o mobili per flagelli peritrichi asporigeni, catalasi

positivi ed ossidasi negativi, anaerobi facoltativi, capaci di ridurre i nitrati, mesofili,

debolmente psicrotrofi aw non < 0.98 Poco acido tolleranti. Poco esigenti nutrizionalmente,

ampiamente distribuiti in natura: suolo, acque, vegetali, frutti e nel tratto intestinale di uomo ed

animali

Fermentazione: acido - mista e 2,3-butilenglicol

Solitamente quando ci sono gli enerobacteriaceae ci sono sempre anche i Pseudomonadaceae.

Forme non patogene (coliformi) sono in grado di fermentare il lattosio (lattosio +) e sono

indicatori di pulizia o SSO. Negli alimenti si comportano principalmente da alteranti: produzione

di gas e discreta attività proteolitica.

INDICATORI DI IGIENE

ES: Escherichia (intestino) - Enterobacter (vegetali) - Citrobacter - Klebsiella (intestino) - Erwinia -

Serratia (ambientale ed animali a sangue freddo) - Hafnia - Edwarsella

Forme patogene non sono in grado di fermentare il lattosio (lattosio -)

ES: Salmonella - Shigella - Proteus - Providencia - Yersinia

Vibrionacae

Micrococcaceae

Morfologia: Cocchi Gram positivi, immobili, a tetradi o ad ammassi, talvolta pigmentati (rosa-

giallo)

Metabolismo: aerobio e anaerobio facoltativo 3

MBA - 02

Caratteristiche biochimiche: catalasi positivi, riducono i nitrati, scarse esigenze nutrizionali,

attività proteolitica, lipolitica e saccarolitica

Caratteristiche colturali: mesofili Tott 37°C (range10-45°C). sopportano discrete concentrazioni

di NaCl (alotolleranti e osmotolleranti), crescono sino a aw=0,80. Poco acido tolleranti pH: 5-9

Alcune specie resistono alla pastorizzazione, ma nessuna alla sterilizzazione

Habitat: diffusi in natura, saprofiti della pelle e delle mucose dell’uomo e di animali.

Attività: Salamoie formaggi - Costituiscono la microflora superficiale di formaggi —>Taleggio

(crosta) - Innesti selezionati per la produzione di Provolone piccante (attività lipolitica) -

Maturazione salumi

ES: Micrococcus spp. Staphylococcus spp. Sarcina spp.

Bacillaceae

Bastoncini Gram positivi sporigeni, mobili, mesofili, saprofita nel terreno

Bacillus spp. —> Aerobi - Anaerobi facoltativi catalasi +

In grado di utilizzare molti substrati organici. Scarse esigenze Sfruttati industrialmente per la

produzione di enzimi. Pericolosi per gli alimenti trattati al calore (spore)

Clostridium spp. —> Anaerobi stretti catalasi negativi

Mesofili, anche se alcune specie sono termofile (T>56°C).

Estremamente sensibile all’ossigeno: le forme vegetative muoiono rapidamente, mentre le

spore appaiono più resistenti (cabine anaerobie e terreni a ridotto tenore di ossigeno Eh -)

Molto attivi metabolicamente, fermentano carboidrati con f