Microbiologia degli alimenti

Microbiologia degli alimenti

Introduzione alla microbiologia degli alimenti

Si studia la microbiologia degli alimenti per due motivi:

• Perché alcuni microorganismi presenti negli alimenti, quando ingeriti con essi, possono causare malattie, dette malattie alimentari, oppure possono provocare cambiamenti positivi nello stato di salute del consumatore (es. PRO BIOS, probiotici).
• Perché alcuni microorganismi sono la causa delle alterazioni degli alimenti, che possono essere alterazioni indesiderate oppure volute (es. fermentazioni).

Tutt’oggi i pericoli alimentari sono molto frequenti ed è necessario controllare ed esaminarli al meglio. Attenzione alle fake news, per questo è necessario controllare gli avvisi di sicurezza sul sito del Ministero della Salute in Italia, oppure controllare il RASFF (allerta rapido) europeo. Quest’ultimo nell’ultimo anno ha comunicato 7015 allerte alimentari, di cui 241 in Italia. Sempre il RASFF ogni anno in ottobre pubblica un report annuale:

• I prodotti più colpiti sono frutta e verdura (le cui cause però non hanno origine microbiologica), seguiti da alimenti dietetici e integratori alimentari, seguiti infine da carne e prodotti a base di carne (soprattutto riguardanti pollo).
• Le principali cause degli avvisi/notifiche sono la presenza di ossido di etilene (pesticida antimicrobico), residui di pesticidi, aflatossine e salmonella.

Pericoli microbiologici e patogeni

Negli ultimi due anni (2018-2020) il maggiore pericolo legato ai microrganismi patogeni è aumentato del 37%, riducendo altri possibili problemi. Tra i principali microrganismi patogeni identificati troviamo la Salmonella (in carne di pollo), Listeria (in prodotti di origine animale), Norovirus, Escherichia coli, Bacillus cereus ed altri patogeni. Anche qua, negli ultimi due anni, è aumentata la presenza di salmonella mentre è diminuita la presenza di E.coli e listeria. La listeria è particolarmente pericolosa, addirittura letale, per le persone con un sistema immunitario danneggiato.

Alterazioni degli alimenti

Le alterazioni degli alimenti sono dovute a cause diverse: maturazione e senescenza, attività enzimatica, reazioni chimiche, alterazioni di natura fisica, ma la maggior parte sono di natura microbiologica. Ovvero, sono causate da microrganismi che si trovano su un alimento e si duplicano in seguito alle cause elencate precedentemente.

Bisogna considerare che quantità diverse di microrganismi ingeriti possono causare problemi diversi da organismo ad organismo.

Dobbiamo sapere:

• Se un microrganismo può essere presente nell’alimento (dipende dalla contaminazione);
• Se un microrganismo può svilupparsi nell’alimento (questo dipende dal tempo, dalle caratteristiche del microrganismo, dai fattori che consentono lo sviluppo di essi e dai fattori che ci sono negli alimenti).

Per qualsiasi alimento, saremo in grado di dare una risposta. Semplicemente sapendo:

• Quali sono le contaminazioni possibili;
• Quali sono le caratteristiche dell’alimento che possono favorire o sfavorire la duplicazione del microorganismo nell’alimento.

Effetti della presenza e dello sviluppo dei microrganismi negli alimenti

I microrganismi sono ovunque: in ogni ecosistema, in ogni componente bioetica del nostro pianeta (suolo, acqua, aria…) ed anche negli ambienti. Si possono dividere in: batteri, lieviti e funghi filamentosi (muffe).

Cosa comporta la presenza e lo sviluppo dei microrganismi negli alimenti?

• Effetto sull'alimento stesso
• Effetto sul consumatore dell'alimento (alimento come veicolo di microrganismi)

La presenza può provocare effetti diversi:

• Negativi
  • Effetto sull’alimento: Alterazione
  • Effetto sul consumatore dell’alimento: Trasmissione malattia
• Positivi
  • Effetto sull’alimento: Trasformazione per via fermentativa
  • Effetto sul consumatore dell’alimento: Effetti salutistici, probiotici

Importante è il numero di microrganismi presenti, che deve essere elevato. Questo numero dipende dalla contaminazione (cioè se sono presenti nell’alimento) e dal loro sviluppo (se può svilupparsi nell’alimento).

La contaminazione microbica identifica uno spostamento di microrganismi da un ambiente ad un altro (es. salmone affumicato da listeria: non dovrebbe trovarsi sul salmone). La contaminazione di un alimento non provoca una modificazione di composizione dell’alimento. Mentre lo sviluppo microbico identifica i microrganismi che causano la trasformazione dei componenti presenti con formazione di sostanze che possono essere negative (per perdita di salubrità dell’alimento oppure per rischio sulla salute per il consumatore) oppure positive.

I microrganismi per duplicarsi hanno bisogno di tempo, che varia molto da specie a specie (un tempo medio può essere di 20-50 minuti).

Diversi microrganismi e i loro effetti

• Patogeni (Per la salute di chi li consuma): la loro presenza deve essere entro i limiti di legge e lo sviluppo non deve avvenire.
• Alterativi (Per l’alimento): la presenza dipende dal numero e lo sviluppo, che causa alterazione, non deve avvenire. Alterazione che può avvenire in diversi modi.
• Utili/Virtuosi (Pro-tecnologici): Per la produzione dell’alimento (alimenti fermentati). È necessaria sia la loro presenza che il loro sviluppo.

Considerazioni generali sui microrganismi alterativi

Microrganismi alterativi o deterioranti

I microrganismi alterativi o deterioranti possono essere batteri, lieviti e muffe che, quando sviluppano in una materia prima o in un alimento, determinano perdita di qualità del prodotto. Non sono necessariamente nocivi ma deteriorano, perché modificano la composizione causando indesiderate variazioni di colore, tessitura, forma, formazioni di biofilm e aromi indesiderati. Più un microrganismo sviluppa in un alimento, maggiore è la probabilità che causi alterazione. L’alterazione avviene se c’è sviluppo microbico.

Bisogna conoscere e controllare i fattori associati allo sviluppo microbico, e per causare cambiamenti rilevabili, i microrganismi devono raggiungere livelli numerici elevati. Questo parametro dipende dalla natura specifica dei microrganismi alteranti-contaminanti e può variare da 10⁶-8 cell/g o /ml.

Vi sono microrganismi dotati di attività patogena (causa di malattie alimentari) che si manifesta con la produzione di sostanze, denominate tossine, la cui presenza causa malattie anche gravi al consumatore, definite malattie alimentari. Esistono 3 tipi di malattie alimentari di origine microbica: intossicazioni alimentari, infezioni alimentari e tossinfezioni alimentari.

Qualità microbiologica

Per ogni alimento bisogna definire un aspetto qualitativo per quanto riguarda il contenuto di microrganismi (qualità microbiologica). Non bisogna confonderlo con “bontà”. La qualità microbiologica è definita dall’assenza (o entro un limite stabilito dalla legge vigente) di microrganismi patogeni e/o delle loro tossine.

La qualità microbiologica è correlata alla presenza/assenza di microrganismi patogeni e alterativi. Per far in modo che la loro presenza in numero non determini malattie o alterazioni si possono applicare le buone pratiche di fabbricazione ed efficaci misure di sanitizzazione. Per valutare la qualità microbiologica si cercano organismi, detti “marker”, che sono in grado di indicare eventi potenzialmente pericolosi nel corso della produzione, conservazione e distribuzione di un alimento.

I microrganismi indicatori vengono monitorati in un alimento per stabilirne la sicurezza e l’igiene. I criteri più importanti per definire un microrganismo indicatore di qualità sono:

• Facilità di rilevare la loro presenza nel prodotto;
• La possibilità di rilevarli in tempi brevi, quantificarli e distinguerli da altri microrganismi;
• Il prodotto cambia in seguito al loro sviluppo.

Tra i microorganismi indici di sicurezza, ci sono quelli indicatori di contaminazione. Sono microrganismi la cui presenza può rappresentare una spia della possibile presenza di microrganismi, il cui isolamento risulta più difficile (maggior dispendio di denaro e/o tempo). Solitamente i microrganismi indice di contaminazione sono della stessa nicchia ecologica, stessi caratteri fisiologici e stesse resistenze ai fattori ambientali, sono in maggior numero rispetto al germe di cui è spia ed infine è facile da isolare. I più noti sono i microrganismi indice di contaminazione fecale (Coliformi e Enterococchi).

Microorganismi indicatori di processo

Tra i microorganismi indicatori di qualità ci sono i microrganismi indicatori di processo. Sono microrganismi la cui presenza rappresenta un parametro dimostrativo delle condizioni igieniche di un determinato processo tecnologico. Quindi indicano se l’applicazione di una determinata tecnologia ha determinato o meno l’effetto previsto (es. microrganismi termosensibili, enterobatteri). Al posto di microrganismi si possono rilevare i metaboliti. Alle volte è possibile stimare la presenza dei microrganismi in un prodotto alimentare attraverso la verifica della presenza dei prodotti metabolici.

Contaminazione microbica

Definizione e importanza della contaminazione microbica

La contaminazione indica lo spostamento di microrganismi da un ambiente ad un altro (sull’alimento). La contaminazione di un alimento non provoca una modificazione di composizione dell’alimento.

Negli alimenti, al momento del consumo, sono presenti microorganismi che raccontano la “storia” di produzione e conservazione. Tale presenza è il risultato della contaminazione e dell’eventuale sviluppo.

Il tipo e il numero dei microorganismi presenti dipendono 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;
• Dal tempo di conservazione.

La contaminazione è la condizione senza la quale non avviene sviluppo. Se c’è contaminazione, può avvenire sviluppo. Tuttavia, non è detto che in seguito a contaminazione avvenga lo sviluppo.

È fondamentale il livello di contaminazione: infatti condiziona la velocità della comparsa dei fenomeni alterativi e la salubrità di un alimento. Il fattore chiave dello sviluppo microbico è il tempo. Velocità e intensità dei processi alterativi (o salubrità) variano in funzione di molti parametri: Maggiore è il livello di contaminazione, maggiore è la velocità di alterazione dell’alimento.

Possibili momenti della contaminazione

• Materia prima all’origine;
• Lavorazione e manipolazione;
• Confezionamento;
• Conservazione in magazzini;
• Commercializzazione;
• Conservazione (temperatura, umidità, etc.);
• Consumo (a casa o ristorazione collettiva).

Le contaminazioni possono essere anche lo spostamento di metaboliti, e le contaminazioni possono essere crociate (passaggio di microrganismi da un alimento ad un altro, es. in frigo…).

Possibili contaminazioni di un alimento

Bisogna sapere quali microrganismi possono essere presenti sull’alimento. Dunque bisogna prevedere con cosa è venuto a contatto l’alimento. Ci sono 4 possibili modalità di 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.

Contaminazioni primarie

Sono contaminazioni che si verificano negli alimenti in fase di produzione (materie prime) ad opera di microrganismi che si spostano da acqua, aria, suolo e animali (compreso l’uomo).

Acqua

Viene a contatto con l’alimento attraverso l’irrigazione, lavaggio e risciacquo di attrezzature, degli ingredienti… L’acqua non è mai sterile. In molte industrie alimentari, le acque destinate a venire in contatto con gli alimenti vengono sottoposte a trattamenti (che non sono sterilizzanti) quali: irraggiamento con UV, filtrazione con filtri carbone; clorazione...

I microrganismi che provengono dall’acqua sono: Pseudomonas, enterobatteri. Meno probabile la presenza di muffe e lieviti. L’acqua è una via di contaminazione di microrganismi di origine fecale. Sono previste dunque analisi per la ricerca dei batteri indice di contaminazione fecale. Si ricercano: COLIFORMI e ENTEROCOCCHI. Il rapporto coliformi fecali/enterococchi può essere utilizzato per stabilire il tipo di contaminazione:

• Rapporto >1: contaminazione umana (nelle feci umane prevalgono i coliformi);
• Rapporto <1: contaminazione di origine animale (nelle feci animali prevalgono gli enterococchi).

Pseudomonas aeruginosa

Ha elevate capacità di adattamento. È un battere prettamente ambientale e, per questo, rilevabile anche in acque potabili, in particolare in condizioni di stagnamento dell’acqua. È in grado di installarsi nei serbatoi, nei rompigetto dei rubinetti e nelle apparecchiature ad uso domestico per il trattamento di acque potabili, raggiungendo cariche batteriche elevate. Se presente negli alimenti è perciò indicatore di contaminazione da parte di acque di lavorazione (anche potabili).

Clostridium perfrigens

Le spore di C. perfringens sono largamente presenti nelle feci umane e di animali come i cani. Per questo è considerato un indicatore adeguato per la presenza di virus e protozoi. La loro presenza nell’acqua potabile indica la possibile sopravvivenza di virus e cisti o cisti di protozoi nell’acqua trattata. Questo suggerisce che i processi di trattamento e di disinfezione potrebbero essere stati deficitari o compromessi, oppure che ci sia stata una ricontaminazione dell’acqua trattata.

Aria

L’aria non è fonte ma veicolo di microrganismi. Tutti i processi tecnologici che utilizzano aria sono possibili contaminazioni. Spesso viene cambiata la pressurizzazione degli ambienti per evitare le contaminazioni. La presenza di Gram- indica che la contaminazione è recente in quanto nell’aria muoiono rapidamente. Per limitare le contaminazioni da aria si devono evitare correnti d’aria dove vengono prodotti o manipolati gli alimenti, il flusso d’aria dovrebbe procedere sempre da zone pulite verso quelle sporche, e l’impiego di climatizzazione che prevede filtrazione dell’aria. I metodi di analisi dell’aria sono più complessi di altre. Il metodo tramite filtrazione dell’aria mette in evidenza oltre il 95% dei microrganismi presenti.

Suolo

Ambiente fortemente contaminato. È habitat delle più svariate forme microbiche che se anche non in grado di moltiplicarsi vi resistono a lungo ed è quindi una grande riserva di spore. Rivestono particolare importanza le specie appartenenti al genere Clostridium. Il suolo causa contaminazioni in alimenti di origine vegetale (frutta e verdura) e contaminazioni in alimenti di origine animale (fango sulla superficie corporea).

Animali

I principali habitat per la microflora contaminante di origine animale sono:

1. Intestino;
2. Apparato respiratorio;
3. Epidermide.

L’intestino è fortemente contaminato ma se è integro la sua parete rappresenta un valido ostacolo alla diffusione dei microrganismi presenti negli organi e tessuti dell’animale in vita. Tuttavia al verificarsi di stress questa barriera può essere superata e quindi un certo numero di microrganismi può raggiungere organi e tessuti. Questa contaminazione in genere è modesta e non ha grande importanza per le carni consumate fresche purché mantenute a temperature di refrigerazione (importante per carni destinate alla trasformazione). Superfici a contatto con l’ambiente esterno (cute, peli, guscio uova…) possono essere contaminate con microrganismi tipici dell’ambiente e contaminazioni fecali.

Contaminazioni secondarie

In fase di lavorazione, dipendono principalmente dall’ambiente di lavoro e dal personale. Le fasi di lavorazioni vengono effettuate al freddo per evitare un incremento globale della carica microbica. I responsabili delle contaminazioni sono: acqua, aria e suolo, fattori strutturali (strutture, attrezzature, utensili), fattori operativi (manipolazione di processo, operazioni di pulizia e sanificazione).

Contaminazioni terziarie

Si verificano nel corso della conservazione e della commercializzazione —> confezionamento. Oggi molto ridotte grazie a confezioni impermeabili di materiali plastici. Importanti per gli alimenti precucinati e per la ristorazione collettiva.

Contaminazioni quaternarie

Si verificano a livello domestico e nella ristorazione collettiva durante la preparazione dei cibi per il consumo (att. Contaminazioni crociate).

Lo sviluppo microbico negli alimenti

Gli alimenti sono ecosistemi dinamici ed eterogenei che cambiano sia nello spazio che nel tempo. Nello spazio i microrganismi sono distribuiti in maniera casuale, nel tempo invece le popolazioni microbiche aumentano o diminuiscono in funzione di interazioni tra microrganismi e altri organismi presenti nell’ambiente e tra fattori che caratterizzano l’ambiente. Conoscere l’alimento per poterlo controllare significa controllare lo sviluppo microbico, sia limitando microrganismi patogeni, sia favorendo quelli virtuosi.

Lo sviluppo microbico dipende dalla fisiologia e genetica della cellula, dalle condizioni fisiologiche in cui si trova in funzione di come era cresciuta nell'ambiente di provenienza, alle condizioni del nuovo ambiente, ed alle interazioni positive oppure negative create con altri microrganismi presenti. Tutti questi fattori influiscono sul tempo necessario per l'adattamento e la crescita dei microrganismi nel nuovo ambiente.