Microbiologia degli alimenti

Cibi e bevande e il ruolo dei microrganismi

Cibi e bevande costituiscono uno dei principali veicoli attraverso i quali i microrganismi possono entrare in contatto con il nostro organismo. Possono trovarsi microbi patogeni, alterativi o utili.

Tipologie di microrganismi

• Patogeni: Per garantire la sicurezza di un alimento devono essere assenti o, se presenti, al di sotto di un numero ridotto di cellule. La loro presenza solitamente non viene avvertita dal consumatore in quanto, di norma, non apportano modificazioni organolettiche evidenti al prodotto.
• Alterativi: La presenza ed il successivo sviluppo portano alla comparsa di alterazioni. Sono responsabili delle alterazioni degli alimenti. La loro capacità dipende dall’alimento stesso e dalle condizioni di conservazione dell’alimento. Lo sviluppo comporta meccanismi alterativi:
  1. Crescita del micro fino a valori tali da render visibile la massa microbica.
  2. Alterazione dovuta all’attività metabolica del micro. Ci sono variazioni di consistenza, di colore, o cattivi odori.

Spesso la distinzione tra microrganismi alterativi e patogeni non è chiara al consumatore. Vengono considerati pericolosi alimenti che presentano alterazioni organolettiche. Al contrario, si tende ad associare l’idea di bontà e salubrità a tutto ciò che è naturale. In realtà noi conviviamo da sempre, più o meno armoniosamente, con miliardi di microbi, la maggior parte innocui, molti utili, alcuni fondamentali per la nostra esistenza. L’uso, consapevole o inconsapevole, di alcuni di essi, ha cambiato la nostra vita.

Storia dell'uso di microrganismi negli alimenti

Come ad esempio i formaggi:

• Le prime registrazioni storiche della produzione di formaggi risalgono al 6000 a.C.
• Gli egizi producevano pane e vino già nel 4000 a.C.
• Le prime notizie sulla produzione di birra in Mesopotamia risalgono al 1750 a.C.

Scoperta dei microrganismi

Ma la scoperta dei microrganismi è inevitabilmente associata alla scoperta del microscopio (1658):

• 1664: Hooke descrive le muffe.
• 1676: van Leeuenhoek osservò gli “animalicoli” dell’aceto.
• 1857: Pasteur per primo parlò dell’attività dei microrganismi (“la fermentazione, lontana dall’essere un fenomeno senza vita è un processo vivente in stretta correlazione con lo sviluppo di cellule...”).
• 1880: Koch isolò colture pure di batteri di antrace, colera e tubercolosi e J.R. Petri sviluppò le tecniche di conta in piastra (piastre Petri).

Caratteristiche qualitative degli alimenti

Il consumatore vuole precise caratteristiche qualitative: proprietà organolettiche e nutrizionali, buona conservabilità, comodità d’uso. Dal 2000 l'attenzione della qualità è stata spostata dal prodotto/servizio all'insieme dei processi aziendali che contribuiscono alla sua realizzazione. Solo da processi ben gestiti e tenuti sotto controllo nascono buoni prodotti e servizi.

Qualità igienica e microbiologica

Esistono diversi aspetti di qualità: di sviluppo, biologia, di servizio, igienica. La qualità igienica è correlata alla presenza od assenza di microrganismi in grado di provocare fenomeni alterativi, alla presenza o assenza di microrganismi patogeni, all’applicazione di buone pratiche di fabbricazione, all’efficacia di misure di sanitizzazione. La qualità igienica influenza la qualità microbiologica legata alla conservabilità e la qualità sanitaria legata alla sicurezza del prodotto.

La qualità di un prodotto è attributo dinamico che a partire dal momento della sua produzione si muove continuamente e inesorabilmente verso livelli sempre più bassi. Non esistono alimenti che non siano sottoposti nel tempo ad una trasformazione progressiva delle proprie caratteristiche chimiche, fisiche, organolettiche, microbiologiche e strutturali.

Conservazione e shelf life

L’alimento è un ecosistema complesso caratterizzato da una comunità microbica determinata essenzialmente dalle materie prime impiegate e dal processo di produzione e preparazione messo in atto; è dinamico perché in evoluzione durante la conservazione per effetto di fattori intrinsechi ed estrinsechi. La qualità di un alimento in una determinata fase della sua produzione è strettamente dipendente dalla sua qualità nella fase precedente: la qualità finale risulta dalle introduzioni tra la materia prima, il processo e il prodotto.

Shelf life è quel periodo di tempo che corrisponde in determinate condizioni di conservare ad una tollerabile diminuzione della qualità dell’alimento; è il tempo limite entro il quale il progredire dei singoli eventi reattivi determini modificazioni impercettibili sul piano sensoriale o comunque ancora accettabili sul piano della sicurezza d’uso. Si accetta che durante questo periodo l’alimento cambi le sue caratteristiche ma sempre entro certi limiti e senza compromettere la qualità complessiva.

Determinazione della shelf life

La determinazione della SHELF-LIFE è subordinata alla conoscenza di:

• Meccanismo alla base del deterioramento
• Parametri di controllo della velocità di deterioramento
• Qualità materia prima
• Caratteristiche di forma e dimensione delle confezioni
• Limite di accettabilità del prodotto (valore limite)
• Condizioni ambientali presunte dopo il confezionamento
• Caratteristiche dell’unità di vendita
• Caratteristiche chimico-fisiche del materiale di confezionamento

L’evoluzione delle caratteristiche qualitative di un alimento non può essere misurata o espressa solo da un parametro, ma deve essere rappresentata da una serie di indicatori tra loro strettamente collegati: indicatori microbiologici, chimico-fisici, chimici, sensoriali. Il numero di tipi di microrganismi presenti in un alimento possono essere usati per giudicare la qualità e la sicurezza microbiologica del prodotto.

Microrganismi marker

In generale non è praticabile analizzare ogni alimento per la presenza di microrganismi indesiderati siano essi patogeni che alterativi. Per accettare sia la qualità microbica che la sicurezza di un alimento si fa ricorso alla ricerca di microrganismi detti marker in grado di indicare una situazione potenzialmente pericolosa. I microrganismi marker ti danno la possibilità quando li ricerchi all’interno dell’alimento se questo può essere pericoloso o se il processo è idoneo: indicatori di qualità o di pericolosità.

Organismi index e indicatori

Organismi index: se si trova un organismo patogeno è possibile che nello stesso alimento se ne trovi un altro che proviene dalla stessa nicchia biologica.

Organismi indicatori: non sono organismi dannosi ma ci danno indicazioni sulle condizioni di sicurezza e qualità: indici di contaminazione. Gli indici di contaminazione sono delle spie di presenza di organismi patogeni per l’uomo ma sono spesso difficili da trovare. Si cerca quindi un microrganismo che dà indicazione che ci sia il patogeno (coliformi, Escherichia coli, streptococchi fecali, clostridi solfito riduttori).

Indicatori di processo e sicurezza

I microrganismi inerti sono micro che non influenzano la conservabilità del prodotto poiché non sono in grado di svilupparsi in esso. Se però variano le condizioni possono trasformarsi in germi alteranti. Gli indicatori di sicurezza sono microrganismi la cui presenza può rappresentare una sfida alla possibile presenza di microrganismi patogeni il cui isolamento risulta più difficile poiché sono presenti in genere in numero ridotto.

Gli indicatori ideali dovrebbero avere i seguenti requisiti:

• Essere consistentemente ed esclusivamente associati alla fonte del patogeno.
• Essere presenti in numero sufficiente a fornire un’accurata stima della loro densità.
• Essere facilmente rivelati e numerati e chiaramente distinguibili da altri microrganismi.
• Presentare resistenza a stress ambientali e ai disinfettanti.
• Essere sempre presenti quando il patogeno di interesse è presente.

I più noti sono i microrganismi indici di contaminazione fecale: questi possono avanzare il sospetto della presenza nell’alimento anche di patogeni intestinali. I Coliformi fecali, compreso E. coli sono facilmente distrutti dai trattamenti termici o durante il congelamento degli alimenti. La loro presenza implica il rischio che altri patogeni enterici possano essere presenti nell’alimento. E. coli rappresenta l’indicatore di contaminazione fecale più largamente impiegato (un risultato negativo per E. coli non implica necessariamente l’assenza di patogeni enterici).

Inizialmente si riteneva che i patogeni di interesse alimentare fossero di origine intestinale e che la loro presenza fosse il risultato di una contaminazione fecale diretta o indiretta Escherichia coli è stato il primo indicatore di contaminazione fecale delle acque. I coliformi sono bastoncini, asporigeni, Gram-. Crescono tra i -2 e i 50 gradi in un pH compreso tra 4 e 9; crescono in substrati minimi contenenti una sola fonte di carbonio e una sola fonte di azoto; fermentano il lattosio con produzione di gas e crescono in presenza di sali biliari che inibiscono i Gram+. Risiedono nel tratto intestinale degli animali a sangue caldo e sono presenti nell’aria, nella polvere, sulle mani, sulle superfici e all’interno di molti alimenti. È impossibile eliminarli completamente da alimenti freschi o congelati. In molti prodotti crudi di origine animale è normale aspettarsi la presenza di piccole concentrazioni di E. coli data la stretta associazione del microrganismo con l’ambiente animale. La presenza di E. coli in alimenti trattati con il calore comunemente indica una contaminazione post-processo.

Gli enterococchi vengono utilizzati come indicatori di ricontaminazioni post-processo per prodotti che abbiano subito trattamenti tecnologici inattivanti i microrganismi. Si distribuiscono nell’intestino di animali a sangue caldo e sono presenti sulle piante, negli insetti e nel suolo. Alcuni ceppi sono caratteristici della vegetazione e quindi insignificanti dal punto di vista igienico-sanitario quando riscontrati negli alimenti.

I clostridi solfito riduttori sono un gruppo di batteri bastoncellari, Gram+, sporigeni anaerobi, in grado di ridurre i composti ossidati dello zolfo a idrogeno e solforato. Crescono a temperature che variano tra gli 0 e i 50 gradi e sono incapaci di crescere a pH inferiori a 5. Si trovano comunemente nel suolo e nelle acque così come nel tratto intestinale dell’uomo e di animali e nelle feci. Al gruppo appartengono sia specie patogene per l’uomo e gli animali, sia specie responsabili di alterazioni putrefattive degli alimenti. Le spore sono molto resistenti ai trattamenti tecnologici e possono sopravvivere nell’ambiente per lunghi periodi. La loro presenza e soprattutto di C. perfringens negli alimenti e soprattutto nelle acque è indice di contaminazione fecale.

Gli indicatori di processo sono organismi che possono essere usati per valutare la qualità del prodotto con indicatori sull’idoneità delle condizioni di processo e per predire la shelf life del prodotto e quindi avere indicazioni sulle condizioni di conservazione. Gruppi di microrganismi che più verosimilmente possono fornire indicazioni sullo stato microbico e sulle condizioni di processo dell’alimento: microrganismi aerobi totali, enterobacteriaceae, lieviti e muffe.

Si ritiene che indicatori idali dovrebbero avere i seguenti requisiti:

• Dovrebbero essere presenti e rilevabili in tutti gli alimenti di cui si vuole accettare la qualità.
• La loro crescita e il loro numero dovrebbero essere correlati negativamente con la qualità del prodotto.
• Dovrebbero essere rilevati e numerati in maniera facile e in tempi brevi ed essere chiaramente distinguibili da altri microrganismi.
• La loro crescita non dovrebbe essere influenzata negativamente da altri componenti della microflora.

Gli indicatori di processo dovrebbero indicare se l’applicazione di una determinata tecnologia in grado di inibire o inattivare i microrganismi ha determinato o meno l’effetto previsto. Nei prodotti sottoposti a trattamenti termici i microrganismi termosensibili rappresentano ottimi indicatori di processo. In linea generale tutte le forme vegetative dei microrganismi sono termosensibili ma per evidenziare la buona riuscita di un trattamento termico non sterilizzante vengono presi in considerazione gli enterobatteri. Questi sono scelti perché asporigeni e il loro sviluppo non può far sorgere il dubbio che una spora abbia superato indenne il trattamento termico.

Diffusione e trasmissione dei microrganismi

I microrganismi hanno una diffusione ubiquitaria: possono alzarsi fino a 50 chilometri sopra la terra; sopravvivere sulle fredde cime delle montagne, nei deserti, nelle pozze di acqua salata, nell’acqua bollente, dentro gli iceberg, a molti metri in profondità sotto gli oceani, e anche nel terreno esiste un numero di batteri enorme.

Vie di trasmissione

• Contaminazione primaria: in fase di produzione ovvero le stesse materie prime (coltivazione) ad opera di acqua, aria, suolo e animali.
• Contaminazione secondaria: in fase di lavorazione che dipendono principalmente dall’ambiente di lavoro e dal personale (uomo). Si stima che circa il 25-40% delle tossinfezioni alimentari sono determinate dalla lavorazione umana del prodotto.
• Contaminazioni terziarie: a livello di conservazione, stoccaggio e commercializzazione.
• Contaminazione quaternaria: in fase di consumo che è la più difficile da prevedere e controllare.
• Contaminazioni crociate: contatto tra materie/zone contaminate e non contaminate. Può avvenire a livello industriale, domestico, di ristorazione.

I prodotti finiti presentano una flora microbica che riassume la loro storia di produzione e conservazione. L’entità della contaminazione dipende fondamentalmente da: igiene di produzione delle materie prime; rispetto dell’igiene nel corso delle lavorazioni, conservazione e commercializzazione; dalle metodiche messe in atto per ostacolare la crescita microbica.

L'importanza dell'acqua nella produzione agroalimentare

Qualunque alimento contiene un certo numero di microrganismi a causa della loro presenza nell’ambiente e in tutti gli esseri viventi. Il livello di contaminazione e le specie microbiche sono importanti perché condizionano la velocità della comparsa dei fenomeni alterativi e condizionano la sanità di un alimento. Velocità e intensità dei processi alterativi variano in funzione di molti parametri:

• L’acqua nella produzione agroalimentare viene utilizzata per lavaggio e risciacquo delle attrezzature da lavoro; uso personale delle maestranze; lavaggio di ingredienti; coadiuvante tecnologico; ingrediente. È importante anche la qualità chimica delle acque: durezza, contenuto di calcio e ferro possono influenzare i sistemi di pulizia degli impianti e possono renderla inadatta a particolari utilizzi.
• L’acqua può contenere microrganismi saprofiti patogeni e virus provenienti da acque di irrigazione o da scarichi di acque reflue. L’acqua è un importante veicolo di infezioni per tutti i microrganismi ad eliminazione fecale e per alcuni ambientali opportunisti. I microrganismi indesiderati pur non essendo necessariamente patogeni sono in grado di fare scadere il gradimento di un’acqua.

Attinomiceti e pseudomonas nelle acque

Gli attinomiceti sono batteri Gram+, filamenti sottili e ramificati simili a quelli caratteristici dei funghi ma con ife più sottili. Si tratta di forme transienti nell’ambiente idrico che hanno una larga diffusione nel terreno. È stato verificato che gli attinomiceti possono aumentare nel corso dei processi di potabilizzazione in particolare durante trattamenti di filtrazione con filtri a sabbia sui quali questi microrganismi aderiscono e si replicano. Streptomyces, Nocardia, Micromonospora sono i generi di attinomiceti rilevati nelle acque potabili. Essi possono replicarsi in biofilm adesi a tubature convoglianti acqua potabile e concorrere al processo di usura di giunti e parti costruite con polimeri naturali e prodotti di sintesi. Possono conferire all’acqua odori e sapori sgradevoli per la produzione di sostanze organiche (geosmina e 2-metilsorboneolo) percettibili anche a basse concentrazioni.

Tra gli indesiderabili più noti delle reti idriche potabili vi è lo pseudomonas. L’estrema diffusione nell’ambiente fa sì che il rilevamento nell’acqua non necessariamente debba essere considerato indice di contaminazione. Pseudomonas ha grande capacità di ricrescita in rete (è tra i primi colonizzatori di reti idriche) ed è resistente alla clorazione grazie alla produzione di EPS (Sostanze Polimeriche Extracellulari).

Nell’acqua vengono ricercati: coliformi fecali; enterococchi; clostridium perfringens.

Acqua destinata al consumo umano

L'acqua destinata al consumo umano, per essere considerata come tale, deve essere salubre e pura, in altri termini, potabile. L’acqua non deve contenere né microrganismi né agenti patogeni od altre sostanze nocive per la salute. L'acqua deve essere conforme ai valori di parametro riportati nel Decreto stesso.

"Acque destinate al consumo umano":

1. Le acque trattate o non trattate, destinate ad uso potabile, per la preparazione di cibi e bevande, o per altri usi domestici, a prescindere dalla loro origine, siano esse fornite tramite una rete di distribuzione, mediante cisterne, in bottiglie o in contenitori.
2. Le acque utilizzate in un'impresa alimentare per la fabbricazione, il trattamento, la conservazione o l'immissione sul mercato di prodotti o di sostanze destinate al consumo umano, escluse quelle, individuate ai sensi dell'articolo 11, comma 1, lettera e), la cui qualità non può avere conseguenze sulla salubrità del prodotto alimentare finale.