Appunti di patologia delle derrate

Protezione degli alimenti: patologia delle derrate alimentari

Informazioni generali

Professori: Marco Saracchi

Corso di laurea in Scienze e tecnologie alimentari (G29)

Facoltà di Agraria – Università degli studi di Milano

Aggiornato 2020/21

Banane

Frutto dolce e fonte di amido

Produzione

Banane da amido: India (30mila) Cina (12mila)

Banane dolci: Africa, Sud e Centro America

Produzione europea

Grecia (251994), Italia (24208), Portogallo (3310), Spagna, Turchia…

Resa per ettaro: minori differenze tra le diverse zone (America centrale un po’ più produttiva)

Importazioni

America è la maggior importatrice in assoluto (4500 migliaia), Germania, Russia, Belgio, Inghilterra…

Esportazione America centrale e Caraibi

America in crescita veloce dal 1961, Caraibi costante

Struttura tassonomica

Viene commercializzata la gialla perché resiste al trasporto (deriva dalla Cavendish = classica)

Bananeto

Produzione vegetativa delle piante e trapianto (arrivano con riproduzione in vitro)

Banano

È necessaria acqua ma non in eccesso (irrigazione e allontanamento di acqua)

Dal fusto si originano i frutti dalla parte centrale

Gemma a fiore da cui si originano le banane e da esse i fiori

Caschi racchiusi per un certo periodo in sacchetti per protezione da insetti e infestanti

Standardizzazione del prodotto: avviene in campo. Non si modifica successivamente.

Casco viene lasciato sul posto se non idoneo. Si ha una scelta del numero di mani.

Malattie delle banane

• Panama disease: malattie vascolare dovuta ad un fusarium (fungo) (resistenza varietale di alcune piante)
• Banana bract mosaic disease: malattia delle foglie dovuta ad attacchi di virus
• Anthracnose: attacco relativo alla parte esterna della buccia che può scendere in profondità e può favorire i batteri. L’insorgenza può avvenire anche durante la conservazione
• Crown rot: marciume della corona, grande impatto sulla qualità della frutta. Insorgenza durante la “preparazione” della frutta e evoluzione della malattia durante il trasporto. Problema fitopatologico dovuto a diversi funghi che variano anche a seconda della zona geografica e che possono agire in modo congiunto. (es generi dei funghi: Fusarium, Colletorichum, Lasyodiplodia…)
• Black Sigatoka: macchie sulle foglie
• Bunchy top virus

Preparazione

• Campo
• Eliminazione del sacco di protezione
• Lavaggio (idropulitrice)
• Desmane = separazione delle mani e cernita iniziale (anche in base alle dimensioni: quelli superiori sono più grandi)
• Eliminazione rachidi e eliminazione frutti non conformi
• Immersione in acqua (10-15 minuti)
• Pezzatura delle mani e rifinitura delle corone (creazione forma voluta ed eliminazione parti di corona con formazione di ferite)
• Immersione in acqua 20-30 minuti (con perdita del lattice)
• Predisposizione dei gruppi di mani su vassoi con corrette quantità per l’inscatolamento successivo
• Trattamento corona (disinfettanti autorizzati sono utilizzabili: acqua e fungicida)
• Controllo del peso dei vassoi con le mani da inscatolare
• Apposizione dei bollini
• Inscatolamento, dopo assemblaggio degli imballi forati e inserimento di sacchi di plastica (cartoni forati per far sì che gas (etilene) possano penetrare successivamente per la sanificazione finale)
• Pellettizzazione delle scatole
• Trasporto via terra
• Stoccaggio temporaneo (max 10 ore) in celle a temperatura controllata (>13°C, ambiente)
• Trasporto ai porti e esportazione con navi in container o stiva in atmosfera controllata

Si creano ferite durante i vari tagli che possono entrare in contatto con agenti negativi (lattice e impurità) al momento dell’immersione in acqua.

Scarti

Inviati a fermentatori o utilizzati per riportare sostanza organica nei campi. Luoghi produzione puliti.

Impianti di maturazione

(12 giorni dopo) Sostituzione di aria con aria ed etilene. Forzo l’aria a passare attraverso fori per mezzo di speciali airbag.

Prodotto finito

Verde: acerbo, giallo con macchie scure: ottimo della maturazione, sapore e odore ottimali

Il problema della conservazione delle derrate

Tutte le derrate vegetali sono suscettibili:

• Frutta e ortaggi freschi
• Frutta e ortaggi in conservazione
• Cereali e legumi

Danno stimato: 10-30% dei raccolti (derivante da problematiche legate alle patologie) (si aggiungono poi quelli legati ad insetti ed animali)

A seconda dell’area, della derrata, dello sviluppo delle tecnologie variamo i danni subiti dai prodotti.

Le cause delle perdite

• Perdite dovute a modificazioni fisiologiche:
  • Cambiamenti fisiologici
  • Fisiopatie
• Perdite dovute a cause chimiche (tossicità)
• Perdite dovute a cause fisiche
• Perdite dovute a microrganismi

Meccanismi di difesa dei tessuti vegetali

Tipologie di resistenza

• Resistenza strutturale (barriere fisiche che impediscono al patogeno di penetrare e diffondersi nei tessuti)
• Resistenza metabolica (reazioni biochimiche che si verificano nella cellula e nei tessuti vegetali ed hanno origine a sostanze tossiche per il patogeno o creano condizioni che ne inibiscono la crescita)

In entrambi i casi si può trattare di situazioni preesistenti all’infezione o sviluppate in seguito all’infezione.

Resistenza strutturale: strutture pre-esistenti

• Cere: formano uno strato idrorepellente che impedisce i ristagni di acqua e ostacola la germinazione o la moltiplicazione del patogeno. (acqua necessaria a funghi per germinare e ai batteri per muoversi) (La cera può cambiare nel corso dell’evoluzione del frutto e anche in base ad eventi atmosferici o fisici) (All’aumentare delle dimensioni può capitare che lo strato ceroso si assottigli)
• Cuticola: lo spessore può ostacolare la penetrazione attiva dei patogeni. (contiene cere, cutina e pectine. Più pectina all’interno) (All’aumentare del volume delle cellule si assottigli stirandosi)
• Pareti cellulari: spesse e robuste possono ostacolare l’ingresso del patogeno. (Lamella mediana: primo strato di parete cellulare ricca in pectine. La lisi provoca distacco e marciumi)
• Tomentosità: presenza di peli sulle superfici impedisce la bagnatura e riduce la possibilità di proliferazione dei patogeni e di contatto con l’epidermide. (maggiormente resistenti) (All’aumentare delle dimensioni del frutto o delle foglie diminuiscono la peluria ed idrofobicità)
• Struttura e quantità di stomi e lenticelle: (fori di varie misure) ridotte dimensioni e scarsa frequenza possono ridurre la possibilità di penetrazione, così come apertura piccola e cellule guardiane ampie e rilevate. (Stomi: regolati nell’apertura dalla luce e permettono scambi gassosi) (lenticelle: non regolate)

Resistenza strutturale: strutture neoformate in seguito all’infezione

Istologiche (coinvolgono tessuti interi)

• Apposizione di strati di sughero (impediscono l’invasione oltre la lesione iniziale e la diffusione di eventuali tossine o enzimi)
• Strati di abscissione (formati soprattutto in tessuti giovani, determinano eliminazione della zona infetta)
• Formazione di tille (inibiscono la diffusione del patogeno nei vasi)
• Depositi di gomme (rapidamente depositate nelle cellule e negli spazi intercellulari intorno alla zona di infezione, contengono il patogeno)

Cellulari (livello cellulare, non tissutale)

• Apposizione di strati di callosio (formati intorno allo stiletto, impediscono la formazione dell’austorio)
• Reazione citoplasmatica (modificazione del citoplasma e del nucleo letali per il patogeno)
• Ipersensibilità (necrosi delle cellule attaccate che così sottraggono nutrimento e substrato al patogeno)

Strutture isotologiche

• Apposizione di strati di sughero: impediscono l’invasione oltre la lesione iniziale e la diffusione di eventuali tossine o enzimi. Conferiscono impermeabilità ad acqua e a gas. (suberificazione pareti: modificazione della parete delle cellule vegetali adulte, caratterizzata dall’apposizione di lamelle di suberina la quale, essendo impermeabile, impedisce il passaggio delle sostanze nutritive provocando la morte delle cellule e la loro trasformazione in sughero. Lo stato impedisce anche che le tossine agiscano a distanza da luogo in cui vengono prodotte)
• Strati di abscissione: formati soprattutto in tessuti giovani determinano l’eliminazione della zona infetta. Strati vegetali si distaccano in risposta a condizioni quali l’attacco di patogeni, il cambio di stagione. (sacrifico una zona per non compromettere l’organismo in toto) (tipo di risposta da pianta in campo)
• Formazione di tille: inibiscono la diffusione del patogeno nei vasi (auto-ostruzione dei vasi) Batteri e funghi colonizzano il sistema vascolare xilematico Auto-riempimento dei vasi xilematici e quindi ostruzione del vaso a scopo di difesa. (sacrifica alcuni vasi per salvare la pianta)
• Depositi di gomme: rapidamente depositate nelle cellule e negli spazi intercellulari intorno alla zona di infezione, contengono lo sviluppo del patogeno. È un’ostruzione di spazi tramite formazione di masse amorfe che rendono difficile il passaggio del patogeno. È una forma di difesa generica, aspecifica o anche derivante dalla formazione di ferite e lesioni. Deposito di resina: risposta aspecifica

Strutture cellulari

• Reazione citoplasmatica: modificazione del citoplasma e del nucleo letali per il patogeno. (comprende quelle seguenti)
• Apposizione di strati di callosio: formati intorno allo stiletto (ifa finissima) impediscono la formazione dell’austorio. (estremità ifale del fungo) (lo stiletto aumenta in spessore impedendo l’ingresso del patogeno)
• Ipersensibilità: necrosi delle cellule attaccate che così sottraggono nutrimento e substrato al patogeno. Protezione nei confronti di patogeni che hanno necessità di utilizzare cellule vive per alimentarsi (sacrificio di poche cellule per allontanare il patogeno) Infiltrare soluzione batterica nel mesofille nella foglia e osservo nell’arco di 24/48h:
• Se non succede nulla non si ha iniettato un fitopatogeno
• Se si verifica la morte programmata di cellule si ha iniettato un batterio fitopatogeno

Resistenza metabolica

Fattori pre-esistenti

• Sostanze ad attività antibiotica, dette fitoanticipine (presenti in anticipo rispetto all’attacco patogeno): fenoli costitutivi, come catecolo e acido protocatecuico (cipolla contro C. dematium circinans), tangeretina e naringina (P. digitatum), benzaldeide (B. cinerea e M. fructicola), tannini. (scudo contenente sostanze tossiche per i patogeni in campo e durante la conservazione) (cipolle bianche erano le più delicate ma per mezzo della refrigerazione durante la conservazione è stato possibile migliorare il loro stato)
• Mancanza di fattori essenziali: (manca il riconoscimento tra siti di attacco e patogeno)
• Per il riconoscimento
• Recettori o siti sensibili alle tossine

Fattori indotti in seguito all’infezione

• Fitoalessine (sostanze antibiotiche a basso peso molecolare, prodotte in seguito all’espressione di geni indotta dall’infezione)
• Proteine collegate alla patogenesi: chitinasi, glucanasi, perossidasi (pathogenesis related proteins)
• Aumentata concentrazione di fenoli costitutivi (attivazione geni codificanti per gli enzimi coinvolti) e loro ossidazione (l’uomo cerca di far attivare i meccanismi di difesa della pianta prima che essi siano necessari)? SAR (resistenza sistemica acquisita, in seguito al trasporto di un “segnale”) (la pianta si accorge dell’attacco e rilascia segnali chimici che allertano le cellule e tessuti dell’organismo che lo mettono in allarme e provocano una risposta)

Alterazioni fisiologiche

I frutti non sono tutti uguali

Frutti climaterici e non

• Frutti climaterici: frutti che maturano anche dopo la raccolta
• Frutti non climaterici: frutti che non maturano durante la conservazione

Vado a monitorare l’emissione di CO₂ per determinare la respirazione e l’attività delle cellule.

Posso modificare le condizioni ambientali per modificare la curva climaterica. Più le temperature sono basse più il picco è spostato a destra: è il picco a cui dovrebbe corrispondere il periodo di consumo ottimale. Alcuni vegetali e frutti sono climaterici o non a seconda della varietà.

Etilene

• Ormone vegetale
• Attivo a concentrazioni nanomolari
• Attivo su diversi processi fisiologici della vita della pianta:
  • Senescenza
  • Abscissione
  • Maturazione dei frutti
• Attivo durante la maturazione dei frutti
• Regola anche le risposte della pianta a stress biotici e abiotici
• Il contenuto di etilene in un tessuto dipende da: velocità di biosintesi e velocità di diffusione

L'etilene stimola

• La sintesi di etilene nei frutti climaterici in fase di maturazione (autocatalitico)
• La maturazione dei frutti climaterici e alcuni non-climaterici
• La sintesi di pigmenti durante la maturazione
• La degradazione della clorofilla
• La germinazione dei semi
• La formazione di radici avventizie (es: carote)
• La respirazione
• Il metabolismo fenolico
• La fioritura delle Bromeliaceae (ananas, mango)
• L'abscissione
• La senescenza

L'etilene inibisce

• La sintesi di etilene nei frutti climaterici in fase vegetativa e nei frutti non-climaterici
• La fioritura nella maggior parte delle piante
• Il trasporto delle auxine
• La crescita per distensione dei germogli e delle radici
• Il normale orientamento delle fibrille nella parete cellulare

Cambiamenti fisiologici

• Maturazione/senescenza
• Attività vegetativa
• Perdite di acqua

Maturazione/senescenza

1. Alterazioni della pigmentazione
2. Alterazioni della struttura della polpa
3. Degradazione dell’amido
4. Anomalie di sapore

Alterazioni della pigmentazione

• Es: banane: è possibile capire le caratteristiche (amido, zuccheri…). Le banane con puntinature sono più mature e così andrebbero consumate ma non sono vendibili a quel grado di maturazione.
• Con la maturazione avviene una progressiva demolizione della clorofilla (stadi maturazione numerati)
• Altri pigmenti sono resi visibili o sintetizzati:
  • Carotenoidi
  • Flavonoidi
• Viraggio di colore verso giallo, arancio, rosso, viola
• Completamento della maturazione dei frutti ma sintomo di inizio di deperimento negli ortaggi verdi
• Fase influenzata da:
  • Esposizione alla luce: Inverdimento per formazione di clorofilla (patate conservazione. al buio)
  • Temperatura: L'esposizione a basse temperature riduce in pomodoro la degradazione della clorofilla e la produzione di licopene (frutto resta più verde. Valutare varietà climateriche e non)
  • Composizione dell'atmosfera

Alterazioni della struttura della polpa

• Intenerimento
• Diminuzione della consistenza della polpa
• Normale e rapida per alcuni frutti (pesche) deve essere lenta in altri (mele)
• Alcune polpe diventano farinose (farinosità)
• Accelerata da condizioni di conservazione non ottimali

L'intenerimento della polpa è dovuto a modificazioni delle pareti cellulari:

• Aumento delle pectine solubili a scapito di quelle insolubili
• Coinvolgimento di enzimi
• Diminuzione di alcuni zuccheri (galattosio e arabinosio)
• Modificazione delle espansine, proteine strutturali della parete (cellule non più solidamente legate)

Spaccature

• Perdita di rigidità della parete
• Ingrossamento degli spazi intercellulari (contenuto idrico)
• Aumento del volume del mesocarpo con conseguente tensione dell'epicarpo
• Formazione di fessure o spaccature da superficiali a molto profonde: possono formarci ferite che per opera di microrganismi danno luogo a marcescenza
• Problema favorito da:
  • Raccolte di prodotti in avanzato stadio di maturazione
  • Elevata UR
  • Elevati livelli di etilene

Diminuzione della succosità

• Succosità correlata alla freschezza
• Cause:
  • Sovramaturazione (cocomeri, mele)
  • Stress da freddo su polpe fondenti
  • Diminuzione resistenza offerta dalla lamella mediana > no fuoriuscita di succhi a causa di tensioni

Fibrosità

• Lignificazione (perdita di tenerezza)
• Sviluppo di fibre (fagiolini, piselli, carote, asparago, sedano)
• Fenomeno accelerato da presenza di etilene ed elevate temperature

Degradazione dell’amido a zuccheri semplici

• Normalmente l’amido degrada e aumentano gli zuccheri semplici col procedere della maturazione (ottimo nella banana, non favorevoli)
• Aumento della dolcezza dei frutti
• Aumento dei precursori di composti volatili (profumo)

In organi di riserva (tuberi) la scomparsa dell’amido è un effetto negativo (specie se destinato alla frittura: zuccheri sono coinvolti in imbrunimenti e formazione di sostanze tossiche).

Anomalie del sapore (dopo il picco climaterico)

Subito dopo la raccolta o al raggiungimento del picco climaterico per la riduzione della concentrazione di:

• Acidi organici (resp.)
• Zuccheri semplici (resp.)
• Composti aromatici (dispersione)

Inizia a diminuire con svilimento del sapore:

• Accelerato in prossimità della senescenza
• Appiattimento dei caratteri organolettici