Microbiologia degli alimenti

Microbiologia degli alimenti

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Microorganismi degli alimenti

La microbiologia degli alimenti è la scienza che si occupa dello studio dei microorganismi presenti negli elementi. Esistono microorganismi patogeni e, al contrario, microorganismi alterativi che servono per la produzione di determinati prodotti e anche microorganismi utili. Batteri, lieviti e muffe sono responsabili di caratteristiche sensoriali, stabilità e trasformazione delle materie prime in prodotti finiti.

Patogeni

Per garantire la sicurezza di un alimento, i patogeni devono essere assenti, e se presenti devono essere in quantità minore in relazione a una certa soglia. La loro presenza solitamente non viene avvertita dal consumatore, in quanto non apportano modificazioni organolettiche evidenti nel prodotto.

Microorganismi alterativi

Muffe (es. gorgonzola) e batteri propionici (emmenthal). La loro presenza ed il loro sviluppo portano alla comparsa di alterazioni:

• Modificazioni dell'odore: utilizzo di monosaccaridi e amminoacidi, abbassamento di pH.
• Modificazioni della consistenza: metabolismo delle proteine.
• Modificazioni del colore: sviluppo di microorganismi cromogeni o metaboliti.

Microorganismi inerti

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. Es. i microrganismi alofili sono inerti quando si trovano in un alimento non addizionato di NaCl ma diventano alteranti quando si usa la salagione come mezzo di conservazione.

Microbi industriali

• Farmaci: Penicillina e altri antibiotici, cortisone...
• Aminoacidi: Il glutammato del dado da brodo, la lisina.
• Vitamine
• Enzimi: Per i saponi e detersivi.
• Biocarburanti
• Alimenti

Scoperta dei microorganismi

• 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).

Microorganismi utili probiotici

Quando somministrati in sufficiente quantità, sono benefici per la salute del consumatore. Ripristinano la flora intestinale dopo una terapia antibiotica, stimolano il sistema immunitario, permettono di digerire il cibo e assorbire sostanze nutritive che altrimenti non potrebbero essere assimilate, producono vitamine e sostanze antinfiammatorie che il nostro organismo non sintetizza, favoriscono il movimento intestinale e difendono dai patogeni.

Curiosità

Ultimi studi hanno dimostrato che il microbioma intestinale può influenzare lo sviluppo neurale, la chimica del cervello e una vasta gamma di fenomeni comportamentali, compreso quello emozionale, lo stress e il dolore.

Qualità

Grado con cui un insieme di caratteristiche intrinseche soddisfano requisiti, è soggetta a variazioni nel corso della vita del prodotto.

Qualità igienica

La qualità igienica è correlata:

• Alla presenza od assenza (e livello di contaminazione) di microrganismi in grado di provocare fenomeni alterativi.
• Alla presenza o assenza di microrganismi patogeni.
• All’applicazione di buone pratiche di fabbricazione (GMP), combinazione di procedure di fabbricazione e di controllo della qualità che ha lo scopo di assicurare che i prodotti siano realizzati in conformità a specifiche definite.
• All’efficacia di misure di sanitizzazione.

La qualità igienica influenza: qualità microbiologica legata alla conservabilità del prodotto, qualità sanitaria legata alla sicurezza del prodotto.

Principio della degradazione alimentare

Non esistono alimenti che non siano sottoposti nel tempo a una trasformazione progressiva delle proprie caratteristiche chimiche, fisiche, organolettiche, microbiologiche e strutturali (S. Parisi, 2002).

L’alimento è un ecosistema

• COMPLESSO, caratterizzato da una comunità microbica (ossia insieme di popolazioni batteriche differenti) determinata essenzialmente dalle materie prime impiegate e dal processo di produzione/preparazione messo in atto.
• DINAMICO, in evoluzione durante la conservazione per l’effetto di fattori intrinseci (pH - aw) ed estrinseci (p.e. temperatura, modalità di conservazione).

Shelf-life

È quel periodo di tempo che corrisponde, in determinate condizioni di conservazione, a una tollerabile diminuzione della qualità dell’alimento. Si accetta che durante questo periodo l'alimento cambi le sue caratteristiche, ma sempre entro certi limiti e senza compromettere la qualità complessiva.

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

Si accetta che durante questo periodo l’alimento cambi le sue caratteristiche, ma sempre entro certi limiti e senza comprometterne la qualità complessiva. 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
• Indicatori chimico-fisici
• Indicatori chimici
• Indicatori sensoriali

Il numero e i tipi di microrganismi presenti in un alimento possono essere usati per giudicare la qualità e la sicurezza microbiologica del prodotto. In generale, non è praticabile analizzare ogni alimento per la presenza di microrganismi indesiderati, siano essi patogeni o alterativi.

Microorganismi marker

Sono microorganismi in grado di indicare una situazione potenzialmente pericolosa. Non sono patogeni.

Microorganismi index

Sono microorganismi patogeni la cui presenza indica quella di altri patogeni ecologicamente correlati (che provengono dalla stessa nicchia biologica), si cercano perché è più facile trovare un index che un altro microorganismo appartenente alla stessa nicchia biologica.

Microorganismi indicatori

Sono microorganismi la cui presenza può indicare una spia della possibile presenza di patogeni, il cui isolamento risulta più difficile poiché sono presenti in numero ridotto. Gli indicatori ideali dovrebbero avere:

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

I più comuni sono Coliformi ed Escherichia coli, streptococchi fecali e Clostridi Solfito Riduttori. I più noti sono i microorganismi indice di contaminazione fecale, possono far avanzare il sospetto della presenza nell'alimento anche di patogeni intestinali.

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). E. Coli è stato il primo indicatore di contaminazione fecale delle acque, isolato nel 1885 da Escherich che era alla ricerca dell'agente eziologico del colera. Nel 1895 è diventato microorganismo di riferimento per l'uso di coliformi come indicatori della presenza di potabilità delle acque, indicatore di presenza di patogeni. COLIFORMI: è impossibile eliminarlo completamente dagli alimenti sia freschi che 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 (contaminazione fecale delle carcasse durante la macellazione ed eviscerazione). La presenza di E. coli in alimenti trattati al calore comunemente indica una contaminazione post-processo (attrezzi, utensili, personale, contaminazione crociata).

Enterococchi

Il genere ENTEROCOCCUS comprende circa 30 specie. E. FAECIUM e E. FAECALIS, data la loro presenza nelle feci, sono stati suggeriti come indicatori di qualità dell'acqua. Gli enterococchi sono un buon indicatore per stabilire la potabilità dell'acqua, ma ad oggi, il loro impiego come indicatori di contaminazione fecale di alcuni alimenti fermentati è più discutibile, rimane accettabile il loro uso come indicatori di ricontaminazioni post-processo per prodotti che abbiamo subito trattamenti tecnologici inattivanti i microorg. (calore essiccazione ecc.). Si distribuiscono nell'intestino di animali a sangue caldo e sono presenti anche sulle piante e nel suolo e negli insetti, alcuni ceppi di E. FAECALIS sono caratteristici della vegetazione e quindi insignificanti dal punto di vista igienico-sanitario quando riscontrati negli alimenti.

Clostridi solfito riduttori

Gruppo di batteri a forma bastoncellare, GRAM+, sporigeni anaerobi, in grado di ridurre i composti ossidati dello zolfo ad idrogeno solforato. Crescono tra 0°C-50°C, e sono incapaci di crescere a pH inferiore di 5. Si trovano nel suolo e nelle acque così come nel tratto intestinale dell'uomo e di animali e nelle feci. A questo gruppo appartengono sia specie patogene per l'uomo e gli animali es. Clostridium perfringens che specie responsabili di alterazioni putrefattive degli alimenti: C. roseum ecc. Le spore sono molto resistenti ai trattamenti tecnologici e possono sopravvivere per lunghi periodi. La loro presenza, in particolare quella di C. perfringens negli alimenti e nelle acqua indica contaminazione fecale.

Microorganismi indicatori di processo

Sono organismi che possono essere usati per valutare la qualità del prodotto con indicazioni 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 microbiologico e sulle condizioni di processo dell’alimento:

• Microrganismi aerobi totali
• Enterobacteriaceae
• Leviti e Muffe

Si ritiene che indicatori ideali dovrebbero avere i seguenti requisiti:

• Dovrebbero essere presenti e rilevabili in tutti gli alimenti di cui si vuole accertare la qualità.
• La loro crescita e il loro numero dovrebbero essere correlati negativamente con la qualità del prodotto.
• Dovrebbero essere rivelati 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.

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 ed il loro sviluppo non può far sorgere il dubbio che una spora abbia superato indenne il trattamento termico.

Contaminazioni microbiche degli alimenti

I microrganismi che si trovano negli alimenti sono sempre il frutto di una contaminazione:

• Contaminazione primaria: Dovuta a microrganismi naturalmente presenti nell’alimento.
• Contaminazione secondaria: Proveniente da ambiente confinato: aria, acqua, suolo, piante, animali, uomo, attrezzature coinvolte nella produzione alimentare.

Contaminazione biologica: microrganismi + prodotti del metabolismo microbico (tossine, ammine biogene..). 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 della lavorazione, conservazione e commercializzazione
• Dalle metodiche messe in atto per ostacolare la crescita microbica

Contaminazioni microbiche degli alimenti

Qualunque alimento, trasformato o meno, contiene un certo numero di microrganismi a causa della loro presenza nell’ambiente (acqua, aria, suolo) e in tutti gli esseri viventi (uomo incluso). Il livello di contaminazione e le specie microbiche sono importanti per:

• Condizionano la velocità della comparsa dei fenomeni alterativi (shelf life).
• Condizionano la “sanità” di un alimento.

Velocità e intensità dei processi alterativi variano in funzione di molti parametri, in generale:

• Va: velocità comparsa alterazione
• Cm: carica microbica iniziale
• Am: attività metabolica dei microrganismi
• Ca: condizioni ambientali sfavorevoli allo sviluppo dei microrganismi

VA è direttamente proporzionale a Cm.

Momenti della contaminazione

1. Contaminazioni primarie: In fase di produzione (materie prime), ad opera di acqua, aria, suolo e animali.
2. Contaminazioni secondarie: In fase di lavorazione, dipendono principalmente dall’ambiente di lavoro e dal personale.
3. Contaminazioni terziarie: A livello di conservazione stoccaggio e commercializzazione.
4. Contaminazioni quaternarie: In fase di consumo, molto importanti nella ristorazione collettiva.
5. Contaminazioni crociate: Passaggio di microorganismi per contatto. Contatto tra zone più contaminate e zone meno contaminate, lo stesso vale per gli utensili. Può avvenire in tutti i casi.

Contaminazioni primarie

Suolo: Il suolo è un habitat complesso e dal punto di vista microbico molto eterogeneo. Habitat di molte forme microbiche e delle loro spore. E' la maggior fonte di contaminazione sia a livello qualitativo che quantitativo. Rivestono particolare importanza le specie appartenenti ai clostridium.

Acqua: L'acqua non è mai sterile, viene utilizzata per:

• Lavaggio e risciacquo attrezzature, utensilerie, tavoli da lavoro, uso personale delle maestranze, lavaggio di ingredienti come ad esempio i vegetali, coadiuvante tecnologico, ingrediente.

È importante anche la qualità chimica delle acque: durezza, contenuto in calcio e ferro.. possono influenzare i sistemi di pulizia degli impianti e possono renderla inadatta a particolari utilizzi (acque ferrose NO bevande). È un importante veicolo di infezione per tutti i microorganismi ad eliminazione fecale. Es. virus come epatite A ed E, enterovirus, rotavirus. Batteri come salmonella, escherichia coli tossinogeno, Pseudomonas sp. Protozoi come: Giardia lambia. Sono presenti nell'acqua: Legionella, varie specie di Vibrio, Aeromonas, Plesiomonas, Pseudomonas. Tra essi, Aeromonas e Legionella possono essere considerati indicatori di stato trofico di un’acqua.

Legionella pneumophila

Patogeno emergente causa di affezioni respiratorie soprattutto a carico di individui ospedalizzati, è da valutare con attenzione considerata anche la sua tipica modalità di propagazione attraverso aerosol. L’acqua costituisce la maggiore riserva di legionelle ed è l’ambiente dove questi microrganismi, probabilmente, sono presenti da lungo tempo. Temperature di 25-50 °C, ristagni dell’acqua, biofilm. Legionella può essere trasportata anche all’interno di protozoi e alghe; nulla vieta che viaggi adeso a particolato biotico, abiotico.

Microrganismi indesiderabili

Pur non essendo necessariamente patogeni, sono in grado di fare scadere il gradimento di un’acqua. Attinomiceti, batteri Gram positivi, sono 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 i 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.