Microbiologia degli alimenti parte 3

Microrganismi protecnologici

I microrganismi protecnologici sono microrganismi che danno effetti desiderati nelle materie prime e nei prodotti finiti, usati molto nella trasformazione (starter); sono impiegati nella produzione di derivati lattiero caseari, vegetali e carnei. I più importanti ed usati sono i batteri lattici che producono sostanze antimicrobiche (batteriocine).

Tipi di microrganismi protecnologici

• Bifidobacterium: Produzione yogurt, facilita la motilità intestinale
• Staphylococcus: Produzione salumi
• Brevibacterium: Non lattico; responsabile della colorazione rossastra della crosta del Taleggio
• Micrococcus: Starter per la produzione di salumi
• Propionibacterium: Per la produzione del formaggio Svizzero, dove l’acido lattico e propionico diventano CO₂ e acido acetico, responsabili delle occhiature/sapore dolciastro
• Saccharomyces: Usati per la fermentazione alcolica (anche per prodotti da forno)
• Penicillium: Camamberti e roqueforti (Gorgonzola e Brie)

I microrganismi protecnologici, essendo dotati di attività proteolitica e propionica, sono apprezzati dai consumatori. Essi devono essere GRAS, cioè riconosciuti come sicuri e senza rischi per i consumatori, ma che apportano solo effetti positivi.

Batteri lattici

I batteri lattici si trovano:

• In tutti gli alimenti fermentati (carni, lattiero caseari, lieviti naturali (madre), vegetali, bevande)
• Sulle piante
• Nell’apparato genitale e intestinale dell’uomo e animale

I più importanti generi alimentari dei batteri lattici sono:

• Carnobacterium: Usati nella produzione di prodotti carnei fermentati
• Enterococcus: Borderline, alterano il sapore conferendo particolarità e unicità
• Lactobacillus: Usati nella fermentazione malolattica
• Lactococcus: Usati per la produzione di formaggi freschi
• Leuconostoc
• Oenococcus
• Pediococcus: Usati per la produzione del Puzzone di Moena
• Streptococcus: Usati per la produzione dello yogurt
• Tetragenococcus
• Weissella: Usati per la produzione di madri acide (lieviti), per prodotti da forno a lievitazione naturale

Sono quasi tutti gram +, forma coccica o bastoncellare, non sporigeni, anaerobi e aerotolleranti (crescono in assenza di aria ma sopravvivono in presenza di O₂), crescono in terreni molto complessi, auxotrofi, acido tolleranti; fermentano gli zuccheri esosi producendo solo acido lattico o esso con prodotti addizionati. In base ai suoi prodotti finali sono classificati in 2 gruppi ed 1 intermedio (metabolismo):

• Omofermentanti obbligati: trasformano gli zuccheri esosi in solo acido lattico
• Eterofermentanti obbligati: trasformano gli zuccheri esosi in acido lattico e altri componenti
• Eterofermentanti alternativi

Gli zuccheri esosi sono fermentati secondo due vie principali:

• Via glicolitica: Porta alla formazione della fermentazione omolattica ad opera di microrganismi omofermentanti obbligati, che trasformano lo zucchero esoso in acido lattico
• Via del 6-fosfogluconato-fosfochetolasi (6-PG/PK): Porta alla formazione della fermentazione eterolattica ad opera di microrganismi eterofermentanti obbligati, che fermentano gli esosi trasformandoli in acido lattico, etanolo, acido acetico e CO₂

In laboratorio si individua il metabolismo:

• Si prendono dei tubi al cui interno si mette un substrato di crescita ottimale per loro
• Si sterilizza il campione
• Si inoculano con il ceppo da testare (il batterio per conoscere il metabolismo)
• Sopra il substrato si mette un tappo di agar o la campanella di Duram sterilizzata

Dopo il tempo di incubazione alla giusta T se il tappo di agar o la campanella di Duram si alza significa che il microrganismo ha un metabolismo eterofermentante obbligato (produce CO₂), se non si alza invece è omofermentante obbligato (partendo dallo zucchero esoso si è prodotto solo acido e non CO₂).

Gli eterofermentanti alternativi fermentano gli zuccheri pentosi (non esosi) con un metabolismo di tipo eterofermentante, seguendo una fermentazione eterolattica, ma tra i prodotti finali non c’è la CO₂ (non si alza il tappo agar/campanella).

In base al metabolismo dei batteri lattici possono essere utilizzati o no in particolari produzioni. Gli Aerococcus, Pediococcus, Lactococus, Enterococcus, Streptococcus e Carnobacterium non producono CO₂.

Per la produzione del formaggio della Valle del Belice ci si orienta sul metabolismo omofermentante, sennò si rischia la formazione di una micro occhiatura che non comprometterà le condizioni igienico-sanitarie, ma la qualità commerciale, causando un deprezzamento (Caciocavallo, Vastedda), mentre nella produzione del formaggio Olandese si utilizzano batteri lattici con metabolismo eterofermentante.

I principali starter per la produzione alimentare sono ascrivibili al genere Lactobacillus, utilizzato per diversi tipi di produzione (è importante conoscere il metabolismo).

• L. sanfranciscensis: Ha un metabolismo eterofermentante (impasti di farina a pasta acida), importante perché produce CO₂ con un impasto più alveolare e leggero del prodotto finito (panettone, croissant, pane).

Microrganismi alterativi

Sono microrganismi che alterano le caratteristiche chimico-fisiche degli alimenti, dal punto di vista sensoriale, nutrizionale e per formazione di gas. La velocità di alterazione dipende dall’alimento, dalla sua composizione, la sua trasformazione, la conservazione, la distribuzione ed il consumo.

A volte le modificazioni sono ovvie (muffe, ferite), altre invece sono più difficili da notare (odori, sapore). Sono quasi tutti psicrofili (0-4°C), si moltiplicano a 4° e questo riduce la shelf-life del prodotto. L’alterazione dipende dalla capacità del microrganismo di sintetizzare gli enzimi che scindono i carboidrati, lipidi, proteine, vitamine, amminoacidi, da cui si generano problemi di sapore, odore o la produzione di sostanze che causano la pigmentazione anomala dell’alimento.

Gli enzimi degradativi sono:

• Endogeni: Si trovano dentro l’alimento
• Esogeni: Vendono prodotti dal microrganismo con attività proteolitica (scinde le proteine e liberano amminoacidi) lipolitica (scinde i trigliceridi in acidi grassi e glicerolo)

I microrganismi alterativi nell’industria alimentare sono considerati SSO (organismi alterativi specifici), ma se vengono rispettati tutti gli accorgimenti durante le prime fasi di trattamento della materia prima si trovano a basse C, sennò proliferano.

Di solito le insalate di 4° gamma, processati col taglio possono avere un shelf-life di 9 giorni, ma dopo 6 giorni i livelli di carica superano la soglia minima perché si va incontro a degradazione e contaminazione. Le aziende si stanno orientando nel vendere la foglia intera, in modo da aumentare la conservazione (da 9 a 15 giorni). Il vegetale viene lavato con acqua clorata, poi con acqua potabile per eliminare i residui di cloro e alla fine invece di tagliarla viene confezionata come foglia intera (non aumenta la superficie esposta ad attacchi patogeni).

Caratteristiche principali dei microrganismi alterativi

Le caratteristiche principali dei microrganismi alterativi si dividono in 3 gruppi:

• Batteri gram -: Pseudomonas, Shewanella (ascrivibile al genere Pseudomonas), Famiglia Enterobacteriaceae (tutte di origine fecale, tutti patogeni o potenzialmente patogeni alterativi)
• Batteri gram + sporigeni: Genere Bacillus e Clostridium, tutti sporigeni
• Batteri gram + non sporigeni: Batteri lattici e Brochothrix Thermosphacta

La prevenzione per il controllo delle alterazioni avviene con la sanificazione e delle strategie di controllo della crescita microbica (sanificare tutte le attrezzature aziendali, limitare le contaminazioni crociate, conoscere la composizione dell’alimento che si vuole produrre. Conoscendo ciò si può fare un controllo o inibire dei microrganismi nelle matrici.

Batteri Gram –

Pseudomonas spp fanno parte della famiglia delle Pseudomonadaceae, sono bacilli curvi, gram -, aerobi e catalasi positivi, non sporigeni; di solito sono mobili perché hanno flagelli polari (monotrichi). Sono psicrofili e possono crescere a temperature da 4° a 43°C. Sono diffusi nel suolo, acqua, superfici di piante e animali.

Le specie più coinvolte nelle alterazioni sono:

• P. fragi
• P. lundensis
• P. aeruginosa: È un patogeno opportunista, perché provoca l’infezione nei soggetti immunocompromessi, infatti viene chiamato patogeno nosocomiale

Producono molto gli enzimi proteasi e lipasi (scindono carboidrati/proteine).

Shewanella putrefacens è un bacillo gram -, ascrivibile alla famiglia delle Pseudomonadaceae, con caratteristiche molto simili. Si sviluppa su molti alimenti, soprattutto carne e pesce; altera le proteine e produce acido solfidrico e odori e sapori sgradevoli (uova marce) dovute a un composto organico volatile, la trimetilammina (TMA).

Enterobacteriaceae è un bacillo gram -, mobile grazie ai flagelli pentrichi, non sporigeni, catalasi positivi. Si entra in contatto tramite una contaminazione fecale e non (acqua, suolo). Le principali specie alterative sono: E. cloacae, E. agglomerans, Citrobacter freundii, Erwinia erbicola, Erwinia carotovora, Serratia spp (tutte queste sono definite come coliformi totali).

Provocano alterazioni delle proteine (proteine, amminoacidi) e producono ammine biogene, come putrascina, cadaverina e istamina (allergeni dannosi per la salute, causando dermatiti, aumento della pressione sanguigna, del battito cardiaco), causando odori sgradevoli. Attaccando le proteine e scindendole si ha la formazione di composti organici volatili (acido solfidrico, NH₃, TMA, dimetil solfuro, dando un sentore di cavolo cotto).

Fermentano non solo le proteine ma anche i carboidrati presenti e da questa fermentazione si producono acidi e gas, determinano alterazioni nel formaggio, nota come gonfiore precoce. Esso è tipico dei formaggi freschi a pasta molle; si manifesta con occhiature nelle prime 72 ore dalla produzione e dato che i microrganismi fermentano gli zuccheri esosi producono acidi e CO₂ che provocano gonfiore ed occhiature dentro il prodotto.

Si capisce se i formaggi sono determinati da:

• Coliformi totali: Al taglio del formaggio si sprigiona una puzza di fecale
• Batteri lattici eterofermentanti: Al taglio non si avrà puzza di fecale ma acida (caratteristiche dei batteri lattici)

Se nel latte sono presenti i coliformi a C superiore di 10 UFC/g sono presenti al 100%. Le cause di questa contaminazione sono:

• Elevate C di microrganismi nella materia prima: In latte o attrezzature per la trasformazione del latte in formaggio
• Fallimento starter per attacchi batteriofagi (attacco fagico)

Gram + sporigeni

Bacillus spp sono bacilli, aerobi, di solito catalasi positivi. Si trovano in molti ambienti (suolo, acqua) e possono contaminare la maggior parte degli alimenti di origine vegetale e animale. Alcune specie sono patogene (B. cereus, B. anthracis) o altre potenzialmente patogene (B. licheniformis, B. pumilis).

Le principali specie alterative sono il B. licheniformis, B. pumilis, B. brevis, B. subtilis, B. coagulans, B. circulans. Hanno una produzione di enzimi proteolitici e lipolitici, ma sono anche in grado di fermentare gli zuccheri, soprattutto le specie termofile (Geobacillus stearothermophilus) e le specie termofile facoltative (Bacillus coagulans); esse sono importanti nell’industria degli inscatolati, perché determinano un difetto chiamato flaf sour (acidificazione piatta), perché producono acidi (lattico, acetico, formico) ma senza produrre CO₂, causando odori e sapori sgradevoli.

La scatoletta non si gonfia come avviene con il Clostridium botulinum, ma rimane piatta. Il Bacillus coagulans di solito determina questa alterazione negli inscatolati che hanno un pH basso (4,5-4,4); il Geobacillus stearothermophilus determina questa alterazione in inscatolati con pH alto (>4,6). Il Bacillus subtilis (anaerobia e termofila facoltativa) causa un’alterazione negli inscatolati di pH>4,6 ma causa un leggero gonfiore o addirittura lo scoppio della scatola. Essendo microrganismi sporigeni essi si possono trovare in tutti quegli alimenti che non hanno subito un trattamento termico sufficiente, come il latte pastorizzato, vegetali e carne.

Clostridium spp sono bacilli, gram +, sporigeni, mobili per i flagelli pentrichi o immobili, anaerobi stretti e catalasi negativi. Sono presenti nella microflora naturale del terreno (suolo, fino a 10⁶/g). Arrivano nelle stalle soprattutto veicolati attraverso gli insilati, dati agli animali come nutrimento. L’alterazione è dovuta ad attività saccarolitiche o attività proteolitiche oppure proteolitiche-saccarolitiche. Attaccano gli zuccheri esosi con la produzione di acidi e gas e con la comparsa di odori e sapori sgradevoli.

I clostridi saccarolitici sono noti come “clostridi butirrici”, non patogeni né tossigeni, fanno solo delle fermentazioni gasogene. Il Cl. Butyricum e il Cl. Tyrobutyricum fermentano i carboidrati producendo acido butirrico, acido acetico, CO₂ e H₂, ma sono anche in grado di fermentare direttamente gli acidi, come nel caso della fermentazione butirrica, dove fermentano l’acido lattico producendo acido butirrico e CO₂.

Il Cl. Butyricum è responsabile di alterazioni di formaggi, ma anche di alimenti in scatola con pH >4,6. Il Cl. Tyrobutyricum è la prima causa dell’alterazione dei formaggi a lunga conservazione (>3 mesi) chiamata gonfiore tardivo (non si utilizza il lisozima, in prodotti tradizionali). Si manifesta con occhiature in zone, di solito è una grossa occhiatura centrale (simile a una caverna). Di solito sono le aziende che utilizzano latte crudo ad essere contaminate, mentre le aziende industriali possono decidere di utilizzare il lisozima e fanno trattamenti termici al latte che uccidono il microrganismo e la spora.

Le cause sono:

• Errori tecnologici (insufficiente acidificazione o salatura)
• Elevate T (estate soprattutto)
• Latte molto contaminato da clostridi

L’insufficiente acidificazione significa che gli starter non lavorano bene, dovuti all’attacco fagico dei virus (fagocitari) che arrestano la fermentazione, quindi lasciano spazio agli altri microrganismi. L’insufficiente salatura è dovuta ad una quantità di sale minore o assente, perché il sale fa uscire l’acqua dal formaggio (osmosi, l’acqua va dalla C minore a quella maggiore), quindi si crea un ambiente meno favorevole per la proliferazione degli alterativi. La salatura è anche importante perché determina la formazione della crosta, che è importante perché protegge il formaggio da attacchi esterni verso l’interno e dipende dalla cottura (più è lunga, più la crosta sarà spessa).

I clostridi proteolitici alterano le proteine con comparsa di odori/sapori sgradevoli (scindono le proteine formando acido solfidrico, NH₃, ammine biogene); i clostridi proteolitici-saccarolitici recano alterazioni alle proteine e alterano anche i carboidrati, che fermentando portano alla formazione di acidi (lattico, acetico, caproico “sapore ercino” apprezzato nel formaggio di capra ma sgradevole in altri formaggi).

C. Novyi fino al 2012 è stato classificato solo come patogeno, ma uno studio scientifico ha dimostrato che alcuni ceppi ascrivibili al genere C. Novyi sono alterativi, provocando imbrunimento nelle carni fresche ed anche la comparsa di odori/sapori sgradevoli. Vengono definiti come mix spoilage (alterativi della carne).

Batteri gram + non sporigeni

Batteri lattici sono bacilli, gram +, di forma bastoncellare, coccica o cocco-bacillare, catalasi negativi, non sporigeni, acidi tolleranti, auxotrofi e con metabolismo fermentativo. Possono alterare molti alimenti, soprattutto quando le condizioni di crescita sono ottimali: pH basso, basse C di O₂, T mesofile (alcuni sono termofili per produzione yogurt), basse C di sale, presenza di zuccheri.

Nella carne conservata sottovuoto ed in atmosfera modificata i Carnobacterium spp determinano sapori atipici di formaggio ed acido. Producono diacetile, un composto aromatico che dà il sentore di burro e solo in un tipo di prodotti è apprezzato (formaggi freschi), in altri è visto come un difetto.

Alterazione prodotti carnei:

• Inverdimento superficiale: Lactobacillus viridescens
• Inacidimento: Lactobacillus alimentarius

Entrambi anche se sono dei batteri lattici sono considerati alterativi.

Leuconostoc mesenteroides: In alcuni casi sono protecnologici (eterofermentanti, provocano micro occhiature nel formaggio olandese), ma alterativi perché determina il rigonfiamento dei prodotti in scatola o determina la comparsa di sostanze mucillaginose in prodotti carnei e vegetali.

Brochothrix thermosphacta sono bacilli, anaerobi, gram +, non sporigeni, parte della normale flora microbica di carne e pesce, ma che possono provocare gusti sgradevoli e odori indesiderati in alimenti conservati. Con il tempo provenienza e temperatura, possono alterarsi e diventare un problema per la qualità del cibo.