Appunti Microbiologia degli alimenti

Microbiologia degli alimenti

Ruolo dei microrganismi negli alimenti

Un microrganismo è un organismo vivente avente dimensioni tali da non poter essere osservato ad occhio nudo (minori di 0,1 mm) ma solamente con l'ausilio del microscopio. La maggior parte degli esseri viventi presenti sulla Terra è costituita da microrganismi. Nel corso dei processi evolutivi i microrganismi hanno occupato un'ampia gamma di nicchie ecologiche (sorgenti geotermali nelle profondità oceaniche, poli glaciali artici, cute dell'uomo...).

Microbiologia degli alimenti

La microbiologia degli alimenti è la disciplina che si occupa dei microrganismi naturalmente presenti o intenzionalmente aggiunti negli alimenti e delle interazioni con il loro substrato (alimento stesso).

Ecologia microbica degli alimenti

• Complessa ("quantità" e "qualità" di microrganismi presenti)
• Dinamica (nel tempo e nello spazio)

Filiera alimentare

Qual è il ruolo dei microrganismi negli alimenti?

• Microrganismi pro-tecnologici: si tratta di microrganismi positivi che vengono sfruttati per le loro caratteristiche di tipo metabolico.
• Microrganismi alteranti: si tratta di microrganismi negativi perché sono alteranti, infatti con le loro attività metaboliche modificano le caratteristiche organolettiche del prodotto stesso.
• Microrganismi patogeni: si tratta di microrganismi da evitare perché sono responsabili di MTA.

Microrganismi protecnologici

Questi microrganismi caratterizzano un prodotto alimentare e molto spesso sono aggiunti come colture starter. Il substrato in cui si trovano favorisce il loro sviluppo a discapito degli altri.

Esempi:

• Batteri lattici in yogurt, formaggi, salumi
• Lieviti per bevande alcoliche e impasti acidi insieme ai batteri lattici
• Prodotti lattiero caseari
  • Batteri lattici trasformano il lattosio in acido lattico abbassando, quindi, il pH e intervengono anche nella degradazione di composti proteici e nella trasformazione di amminoacidi in sostanze aromatiche (attività proteolitica)
  • Lieviti convertono lo zucchero in etanolo e anidride carbonica, ma formano anche dei composti secondari che hanno un impatto significativo sulle proprietà sensoriali, ad esempio dei formaggi (attività lipolitica)
  • Muffe svolgono un ruolo importante, infatti hanno un'intensa attività sia proteolitica sia lipolitica con la formazione di composti aromatici tipici, quali metilchetoni, alcoli, esteri, aldeidi, ...
• Prodotti derivati dai cereali
  • Produzione di birra, sakè, liquori e prodotti da forno tra cui principalmente il pane, in cui interviene un'azione sinergica tra batteri lattici e lieviti. Nel pane i batteri lattici conferiscono acidità (omofermentanti), mentre l'azione sinergica di batteri lattici (eterofermentanti con produzione di acido propionico, isobutilico, valerico, ...) e lieviti determina la formazione di anidride carbonica e lo sviluppo caratteristico di aromi.
  • Nel caso di lieviti si usa quasi esclusivamente Saccharomyces cerevisiae con alto potere fermentativo.
• Prodotti derivati da frutta e vegetali
  • Vino: fermentazione alcolica e fermentazione malolattica (da acido malico ad acido lattico)
  • Olive da tavola, crauti, cetrioli: abbassamento del pH e produzione di acidi organici. Le specie maggiormente coinvolte sono: Lactobacillus plantarum, Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus pentosus
• Prodotti carnei
  • Salami: alimenti prodotti per via fermentativa e per processo di maturazione da batteri lattici (principalmente specie di Lactobacillus) e cocchi coagulasi negativi (Staphylococcus e Kocuria)
  • Staphylococcus carnosus e S. xylosus: riduzione dei nitrati (stabilizzazione del colore), aroma, proteolisi e lipolisi
  • Muffe (Penicillium camemberti): protezione della superficie e aroma

Microrganismi alteranti

Microrganismi indicatori di qualità

Questi microrganismi definiscono come l'alimento è stato prodotto, manipolato e conservato. Vengono definiti in generale come Conta Batterica Totale (CBT) e molto spesso determinano la conservabilità dell'alimento, influenzando direttamente le caratteristiche organolettiche degli alimenti. Enterobatteri forniscono indicazioni sulle condizioni di un processo (per verificare se una data tecnologia è stata applicata nel modo corretto come, per esempio, il latte dopo la pastorizzazione).

Microrganismi patogeni

Microrganismi indicatori di salubrità

Si tratta di patogeni responsabili di MALATTIE A TRASMISSIONE ALIMENTARE (MTA) ➔ Listeria monocytogenes, Salmonella, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Vibrio cholerae.

Gli organi bersaglio dei microrganismi patogeni sono rappresentati principalmente dal sistema gastro-intestinale che è la porta di ingresso tramite la quale i patogeni invadono il tessuto e, mediante il sistema linfatico, possono arrivare ad altri organi bersaglio (come il cervello e i reni, dove il danno che provocano è maggiore).

Per quanto riguarda i microrganismi patogeni, si deve fare un'importante differenziazione.

• Infezioni: ingestione di un microrganismo vivo, necessità di proliferazione dentro l'organismo umano
• Intossicazioni: ingestione di una tossina preformata nell'alimento
• Tossinfezioni: ingestione di un microrganismo vivo, necessità di produzione di una tossina dentro l'organismo umano

➔ INFEZIONE caratterizzata da una crescita del microrganismo all'interno del nostro corpo

Quello che succede, quindi, è che l'uomo consuma degli alimenti contaminati dai microrganismi patogeni. Essi sono in grado di superare la barriera gastrica (stomaco può presentare dei valori di pH anche inferiori a 3 per favorire la digestione – il pH è uno dei parametri utilizzati al fine di controllare o impedire lo sviluppo microbico, infatti tanto più basso è il pH, tanto più difficilmente i microrganismi potranno resistere a queste condizioni), quindi sono resistenti a valori bassi di pH. Inoltre, alcuni cibi possiedono delle buone capacità tamponanti, quindi, avendo nella loro composizione proteine, peptidi e amminoacidi, innalzano il pH e, perciò, l'attività battericida legata al pH dello stomaco tende a diminuire. È per questo che il microrganismo riesce, quindi, a passare e arriva all'interno dell'intestino.

La prima cosa che succede quando il bolo alimentare passa dallo stomaco all'intestino è una forte basificazione. Il pH viene, per questo motivo, portato a valori di 6-6,5. Questi valori non sono assolutamente limitanti e il microrganismo inizia crescere. La crescita del microrganismo patogeno è correlata alla capacità di produrre delle tossine che vanno ad influenzare la funzionalità degli enterociti, i quali cominciano ad "impazzire" e, per esempio, rilasciano liquidi nell'intestino (responsabili della diarrea).

Nel caso dell'infezione si ha la necessità di avere un microrganismo vivo che arriva nell'intestino ed inizia a moltiplicarsi. In questo caso ci può essere anche un episodio collegato di invasione, quindi il microrganismo, oltre che a rimanere all'interno dell'intestino producendo delle tossine, può penetrare nelle cellule epiteliali e, una volta all'interno, può muoversi verso altri organi bersaglio provocando danni maggiori. I microrganismi che non sono in grado di invadere, solitamente, sono quelli che danno le patologie meno invasive. In seguito alla loro eliminazione, infatti, la patologia può essere risolta. Bisogna fare attenzione perché, essendo queste patologie caratterizzate da diarree, ci può essere un problema di disidratazione per cui i soggetti colpiti da infezioni alimentari devono bere molta acqua per non andare incontro a disidratazione che può anche causare la morte. In particolare, questo fenomeno di disidratazione è molto comune nelle infezioni da Vibrio cholerae.

➔ INTOSSICAZIONE caratterizzata da un'ingestione di alimenti contaminati da tossine preformate all'interno dell'alimento stesso

Nel caso delle intossicazioni si deve, quindi, avere la presenza del microrganismo nell'alimento e la capacità di esso di produrre una tossina nell'alimento che superi il tratto gastrico, arrivi all'intestino e possa provocare i danni ad essa correlati. Sia nel caso dell'infezione sia nel caso dell'intossicazione l'effetto tossico è dato da una tossina prodotta dal microrganismo. Nell'infezione, però, la tossina è prodotta nell'intestino, mentre nell'intossicazione è prodotta all'interno dell'alimento. Questa non è una differenza da poco perché fortunatamente sono molto limitati i microrganismi in grado di produrre tossine negli alimenti. All'interno del nostro intestino vi è una quantità enorme di microrganismi che possono competere con coloro che arrivano dall'esterno che possono provocare dei danni e instaurare o promuovere delle malattie a trasmissione alimentare. Il Clostridium botulinum, per esempio, è responsabile di intossicazioni alimentari.

➔ TOSSINFEZIONE caratterizzata da un'ingestione di un microrganismo vivo che produce la tossina all'interno dell'organismo

Questo sembra essere simile all'infezione, però le tossinfezioni sono da correlare principalmente all'ingestione di microrganismi che hanno una caratteristica particolare, ossia quella di produrre delle spore. Alcuni microrganismi, infatti, in determinate condizioni (fondamentalmente di stress – metabolico, alimentare, competizione), sono in grado di trasformare la cellula vegetativa in spora. Quest'ultima è molto più resistente allo stress ambientale, alla competizione. Le spore che rappresentano, quindi, dei microrganismi quiescenti, possono essere ingerite all'interno del nostro organismo con gli alimenti e, una volta nell'intestino, germinano e, quando germinano, producono la tossina. Il Clostridium perfringens, per esempio, è in grado di produrre tossinfezione.

Fonti di contaminazione

I microrganismi che si trovano negli alimenti sono sempre il risultato di una contaminazione (gli alimenti, solitamente, non presentano microrganismi). Questa può essere:

• Primaria se i microrganismi sono naturalmente presenti nell'alimento (es: latte crudo, vegetali a foglia larga)
• Secondaria se vi è un contributo da parte dell'ambiente esterno all'alimento

La maggior parte delle contaminazioni è di tipo secondario e, essendo così, gli operatori del settore alimentare hanno una possibilità di agire perché è possibile a volte controllare i microrganismi. Le fonti di contaminazione sono dappertutto: materie prime, ingredienti, materiale di confezionamento, acqua, gas, operatori, igiene personale, pianificazione aziendale, scarti, flusso del personale, flusso dei materiali, macchinari, progettazione dei macchinari (errori: in alcuni punti, per esempio, non è lavabile).

Il problema della contaminazione microbica, quindi, è molto importante e complicato da affrontare per l'industria alimentare. Devono essere messe in pratica delle procedure al fine di controllare e migliorare l'aspetto igienico-sanitario di un alimento.

Come possiamo controllare i microrganismi negli alimenti?

È possibile operare attraverso la conoscenza e lo sfruttamento di parametri che sono tipici degli alimenti o dell'ambiente che circonda l'alimento al fine di controllare o evitare lo sviluppo microbico. Le caratteristiche tipiche degli alimenti vengono definite come intrinseche, mentre quelle dell'ambiente circostante sono dette estrinseche. Le seconde possono essere modulate al fine di controllare lo sviluppo microbico. Le prime, invece, sono più difficili da controllare perché se si ha un alimento con delle determinate caratteristiche, per esempio, di acidità o di contenuto di sale, sono complicate da modificare senza alterare le caratteristiche organolettiche di un alimento.

Riassumendo, i parametri che sono propri dell'alimento in sé sono definiti come "intrinseci", mentre le caratteristiche dell'ambiente circostante, influenzanti sia l'alimento stesso che i microrganismi in esso contenuti sono chiamati "estrinseci". Parametri intrinseci ed estrinseci possono essere manipolati al fine di limitare la crescita e l'attività microbica e, in questo modo, conservare gli alimenti.

Parametri intrinseci

• pH
• Contenuto di acqua
• Potenziale ossidoriduttivo
• Composti naturalmente presenti che possono facilitare o inibire la crescita microbica
• Presenza di nutrienti

Parametri estrinseci

• Temperatura
• Atmosfera circondante l'alimento

Qualità totale

Il concetto di qualità, se calato nell'aspetto microbiologico, deve essere particolarmente compreso perché ci sono degli elementi che sono imprescindibili senza i quali sarebbe impensabile produrre e distribuire gli alimenti. Si parla di qualità totale, cioè dell'insieme delle proprietà e delle caratteristiche di un prodotto o di un servizio che gli conferiscono l'attitudine a soddisfare bisogni espressi o impliciti. Nell'ambito alimentare, è possibile spezzare la qualità totale in tanti diversi contributi che possono diventare più o meno rilevanti a seconda della tipologia di consumatore finale (il consumatore sta diventando sempre più cosciente di ciò che consuma).

• Qualità organolettica
• Convenience: si tratta dei servizi che hanno determinati alimenti. Per alcune categorie di consumatori sono fondamentali e per altre non lo sono (es: insalata pronta è un alimento con un elevato contenuto di convenience a differenza di una testa di insalata)
• Qualità nutrizionale
• Qualità di servizio
• Qualità di origine
• Qualità legale

La qualità totale è, quindi, la qualità percepita dai consumatori (quello che si deve prendere in considerazione è che il prodotto alimentare ha delle caratteristiche di qualità che sono percepite in maniera differente dalle varie tipologie di consumatori) e la qualità oggettiva definita dalle aziende alimentari. Quest'ultima è composta da:

• Certificazione obbligatoria ossia delle procedure di cui l'azienda alimentare si deve dotare per operare nel settore alimentare (es: HACCP)
• Certificazione volontaria

La certificazione significa sistemi di qualità di produzione e lavorazione di alimenti.

Sicurezza igienico-sanitaria (non utilizzare il termine "sicurezza alimentare")

La sicurezza igienico-sanitaria (food safety) è un prerequisito della qualità degli alimenti (da non confondere con sicurezza intesa come food security). Nella definizione della qualità totale, infatti, la sicurezza igienico-sanitaria è un elemento che è obbligatorio e che non contribuisce alla definizione della qualità totale, in quanto è un prerequisito. Quando si parla di qualità di un alimento si dà per scontato che tale alimento sia sicuro da un punto di vista igienico-sanitario.

N.B. la sicurezza igienico-sanitaria NON è un elemento della qualità. In passato ci sono stati molti scandali alimentari che hanno fatto prendere coscienza ai legislatori che era necessario fare qualcosa dal punto di vista della sicurezza igienico-sanitaria.

Roadmap verso la qualità totale

• Reggi decreti degli anni '20
• Leggi di tolleranza zero per Salmonella e Listeria
• Direttiva 93/43/CEE del 14/6/1993, recepita dal D.Lgs 155 del 26/5/97 (HACCP)
• Libro bianco sulla sicurezza alimentare (Regolamento CE 178/2002) contiene i presupposti fondamentali per fondare dei sistemi di qualità che possono avere la sicurezza igienico-sanitaria come prerequisito
• Pacchetto igiene entrato in vigore nel 2006. Si tratta di una serie di regolamenti che descrive in maniera molto dettagliata, per esempio, la produzione di alimenti di origine animale, i controlli che devono essere fatti dalle autorità ispettive, i criteri microbiologici

Sono stati emanati dei regolamenti che regolamentano la sicurezza igienico-sanitaria. La differenza tra direttiva e regolamento è sottile, ma fondamentale. La prima è una legge che l'Unione Europea emana e che ha bisogno di essere recepita da una legge nazionale degli stati membri, quindi si tratta di un'indicazione e, dopodiché, ci sono Stati che la possono percepire e altri che non la prendono in considerazione. Il regolamento, invece, è una legge che automaticamente diventa obbligatoria per tutta l'UE, quindi tutti gli Stati membri devono adeguarsi al regolamento.

Nell'ambito della sicurezza igienico-sanitaria, si parla del pericolo e del rischio

Il pericolo microbiologico e il rischio microbiologico sono due cose completamente diverse. Quando si parla di rischio si intende la probabilità con la quale il pericolo si può manifestare. Nel caso del rischio si prende in considerazione il fatto che il pericolo si possa manifestare frequentemente o raramente. Se i pericoli sono rari, i rischi diventano bassi. Se i pericoli sono frequenti, i rischi sono alti.

• Pericolo (biologico, fisico, chimico): agente (sostanza, elemento) o condizione che potrebbe ➔ provocare danni alla salute dell'uomo (effetto nocivo per salute)