Patologia derrate alimentari

Corso di patologia delle derrate alimentari

Prof. Marco Saracchi

© Laila Pansera

Introduzione

Le derrate vegetali possono avere problemi durante tutta la vita post raccolta dell'alimento vegetale, quindi dalla selezione, dall'immagazzinamento, dal trasporto, dalla conservazione. Alcune volte i problemi possono nascere ancora prima della raccolta.

I problemi toccano molte tipologie di derrate:

• Frutta e ortaggi freschi
• Frutta e ortaggi in conservazione
• Cereali e legumi (semi e granaglie)

Occorre occuparsi delle patologie delle derrate alimentari soprattutto per un motivo economico, infatti il 10-30% dei raccolti si perde dopo essere stato raccolto, ciò significa che migliaia di tonnellate di vegetali vengono persi a livello mondiale. Si genera quindi un danno economico che a seconda dell'economia dei vari stati può essere più o meno importante, perché ogni stato ha una propria attenzione e gestione di questo problema.

Cause

Le principali cause di queste perdite sono le seguenti:

• Perdite dovute a modificazioni fisiologiche (cambiamenti fisiologici o fisiopatie)
• Perdite dovute a cause chimiche (e biochimiche)
• Perdite dovute a cause fisiche
• Perdite dovute a microrganismi

Cambiamenti fisiologici

Maturazione/senescenza

• Avviene un’alterazione della pigmentazione: viene demolita la clorofilla, prendono maggiore visibilità i carotenoidi e/o i flavonoidi conferendo la colorazione tipica del frutto maturo; nel caso degli ortaggi verdi la degradazione della clorofilla con conseguente ingiallimento del vegetale è sintomo di un’eccessiva senescenza.
• Viene alterata la struttura della polpa: si intenerisce (diminuisce la sua consistenza e se eccessiva porta al disfacimento deliquescente dei frutti a polpa fondente e quello farinoso dei frutti a polpa consistente), si creano spaccature (superficiali o profonde), diminuisce la sua succosità e il vegetale diventa fibroso, perché le pectine si sciolgono e le cellule scivolano una sull'altra causando la lignificazione.
• Avviene anche la degradazione dell'amido a zuccheri semplici: aumenta la dolcezza del vegetale, gli organi di riserva si riempiono di zuccheri semplici; questo è un aspetto positivo per alcuni vegetali, mentre per altri, come i tuberi, è un aspetto negativo.
• Si verificano anche anomalie di sapore: diminuiscono gli zuccheri e gli acidi organici (usati come substrati respiratori) che danno sapidità ai frutti, e anche i composti aromatici (in quanto aromatici vengono dispersi). Con la senescenza del vegetale questi aspetti si accentuano, fino a portare a un appiattimento dei caratteri organolettici.

Attività vegetativa

L’attività vegetativa dopo la raccolta prosegue, ed è visibile con la germogliazione (emissione di germogli, radici, abbozzi fogliari), con la fioritura e la sfioritura e con il tropismo vegetativo (es. ripiegamento delle coste del sedano). Tutti questi sono sintomi di eccessiva conservazione, e tutte queste attività possono essere rallentate gestendo le temperature o la composizione dell'aria.

Perdite di acqua

Dopo la raccolta i prodotti ortofrutticoli continuano a disperdere nell'atmosfera il loro contenuto in acqua, tramite il processo di traspirazione. Esso è un progressivo processo di disidratazione, che dipende dalla temperatura (aumenta all'aumentare della temperatura), dall'umidità relativa (è più intensa maggiore è la differenza tra umidità relativa esterna ed interna) e dalla ventilazione (il movimento dell'aria intorno ai prodotti incrementa la traspirazione). La traspirazione dipende anche dal rapporto superficie/volume, dalla forma, dalla morfologia e dall'integrità dei tessuti.

La perdita di acqua dei tessuti vegetali avviene attraverso le aperture naturali (stomi, lenticelle, tuberi e radici…) o attraverso le ferite. Le perdite di umidità riducono inizialmente la turgidità dei tessuti, la freschezza e la croccantezza di alcuni prodotti, e successivamente comportano la manifestazione dei sintomi dell'avvizzimento. Tutto questo causa un grave deprezzamento mercantile. Le perdite di peso imputabili al processo di perdita di acqua sono assai variabili, dal 3% al 10% circa del peso totale dell'ortaggio. Tra i fattori che contrastano la perdita di acqua troviamo la deposizione di suberina e cere nelle pareti cellulari dei tessuti periferici. La suscettibilità a perdite di acqua è massima per i vegetali fogliosi, mentre è minima per le patate, è elevata anche nelle infiorescenze e nei frutti di piccolo calibro. Le perdite di acqua possono essere ridotte da una rapida refrigerazione dopo la raccolta, dalla conservazione a basse temperature ed elevata umidità relativa, dal confezionamento in film plastici e dalla ceratura.

Fisiopatie

Fisiopatie da raffreddamento

Per conservare molti prodotti, la riduzione della temperatura è uno dei fattori chiave, perché ridurre la temperatura significa ridurre i processi naturali di degradazione e quindi aumentare i tempi di conservazione. Per la conservazione delle derrate vegetali non possiamo scendere oltre certe temperature minime di refrigerazione, per non causare la morte cellulare, e non tutti i materiali vegetali sopportano le stesse basse temperature.

• Alcuni prodotti possono essere portati intorno agli 0°C (tra 0,5°C e 5°C), e sono quelli a bassa suscettibilità.
• Altri prodotti, come peperoni, cetrioli, agrumi, intorno ai 5°C manifestano danni, come alterazioni a livello della polpa. Queste specie hanno una suscettibilità media alle basse temperature.
• Altri frutti devono essere conservati a temperature superiori ai 10°C, come le banane o i frutti tropicali in generale. Queste specie hanno una suscettibilità elevata, e se vengono messe a basse temperature subiscono moltissime alterazioni, come la perdita di consistenza della polpa, la fuoriuscita dell’acqua, il cambiamento dei livelli di zucchero e danni all’epidermide, dove compaiono macchie nere.

Molti dei danni alle derrate vegetali derivano anche dagli accumuli dei radicali liberi e di forme attive dell'ossigeno (ROS). Alcuni di questi danni, presi nelle prime fasi di sviluppo, sono reversibili. Se invece le basse temperature persistono, i sintomi e i danni al vegetale risultano irreversibili.

Sintomatologie

Qui elencati troviamo i sintomi possibili da danno da bassa temperatura:

• Maculature: sono di vario genere e di varie dimensioni.
• Imbrunimenti: porzioni significative del vegetale virano alle tonalità di ocra-marrone.
• Disfacimento dei frutti: scollamento delle cellule a livello della lamella mediana. I tessuti parenchimatici che compongono i vegetali sono formati da cellule con pareti sottili, e lo strato più esterno di queste pareti vegetali è la lamella mediana, la cui componente principale sono le pectine, che tengono unite le cellule. Le pectine perdono la loro funzione collante se si trovano a basse temperature.
• Addolcimento: si modificano i rapporti quantitativi fra polisaccaridi e zuccheri semplici: aumentano gli zuccheri semplici, tuttavia il frutto assume un sapore dolce ma poco gustoso, perché insieme al processo di addolcimento avviene anche la perdita di acidi organici.
• Alterazione della respirazione: le cellule respirando consumano acidi grassi, polisaccaridi e li trasformano in molecole più semplici ed energia; a basse temperature l’attività respiratoria diminuisce fino a raggiungere una soglia critica, sotto la quale la respirazione comincia ad aumentare. Se la temperatura viene riportata al di sopra del valore di soglia e il frutto è stato danneggiato in modo irreversibile, la respirazione non torna normale.
• I frutti climaterici vengono raccolti quando sono ancora immaturi, e procedono con una lenta e costante maturazione producendo etilene. Se le temperature di conservazione sono troppo basse i frutti possono assumere esternamente la colorazione che li fa apparire maturi, ma la polpa non raggiunge la colorazione della maturazione, tantomeno gli aromi del vegetale maturo si sviluppano. In più al di sotto di certe temperature il processo di automaturazione si arresta.

Inoltre le basse temperature possono portare ad anomalie di consistenza e di attività metabolica.

Alcuni esempi: la patata conservata a basse temperature perde di turgidità e si imbrunisce. La mela invece presenta delle spaccature, la sua polpa si lacera e il frutto assume un aspetto vitreo, perché l'acqua va ad occupare gli spazi intercellulare al posto dell'aria. La melanzana invece presenta degli alimenti. Occorre ricordare che i danni dovuti alle basse temperature sono in relazione anche al tempo di conservazione, per cui più conservo prodotto basse temperature, più esso presenta i sintomi di un danno termico.

Fisiopatie da anomala composizione gassosa

(dell’atmosfera)

Questo è un problema di conservazione in ambienti chiusi, come nelle celle frigorifere, non riguarda perciò la conservazione in spazi aperti o arieggiati.

• Carenza di ossigeno e presenza di CO₂: se le celle vengono mantenute a temperature troppo elevate, i vegetali continuano il loro processo di maturazione troppo velocemente producendo CO₂, e vanno incontro ad anossia, ovvero una graduale morte delle cellule. Ci si accorge di questo perché colori e sapori cambiano: la polpa e l’epidermide tendono al bruno e l’aroma tende al fermentato. Infatti avviene una fermentazione per carenza di ossigeno, che poi porta alla morte per eccesso di CO₂. I sintomi cambiano di vegetale in vegetale, per esempio nelle actinidie (kiwi) la parte centrale cambia di consistenza e diventa più dura, un altro effetto può essere l’imbrunimento.
• Eccessiva presenza di ammoniaca (NH₃): questo tipo di danno era molto più frequente in passato quando la tecnologia prevedeva l’utilizzo dell’ammoniaca come gas refrigerante. Anche qui i tipi di alterazione dipendono dalle specie vegetali.
• Prodotti solforilati, come l’anidride solforosa e l'anidride solforica, che derivavano da prodotti distribuiti sulla merce prima di essere conservata, e poi evaporavano, oppure venivano utilizzati dei solfiti per evitare alcuni tipi di fermentazione. Anche qui i danni vanno dall’alterazioni di colore alla morte dei tessuti. I danni da SO₂ sono visibili sul rachide e sui peduncoli del grappolo d’uva, che vanno incontro a imbrunimenti, che dal punto di vista estetico svalutano la bellezza del grappolo.
• Etilene: è un gas presente dove c’è la frutta, soprattutto se è in fase di maturazione, è un ormone vegetale, in molti frutti è prodotto dal frutto stesso, e funge da catalizzatore della maturazione. Oltre alla maturazione anticipata la presenza di etilene rischia di provocare anche danni alle cellule. A differenza degli altri gas, l’etilene agisce anche a bassissime concentrazioni.

Fisiopatie da illuminazione

Alcuni prodotti vanno tenuti al buio, altrimenti andrebbero incontro ad alterazioni. Essi sono i prodotti eziolati, ovvero questi vegetali dovrebbero contenere della clorofilla, ma vengono coltivati al buio per rimanere bianchi ed essere venduti e consumati così. Un esempio è il radicchio, che risulta viola perché è coltivato in assenza di luce. La stessa cosa vale per il sedano che arriva al commercio bianco. Gli asparagi possono modificare la loro curvatura in relazione alla frazione che la luce ha nei confronti degli apici. Un altro risvolto dei danni da illuminazione riguarda i tuberi di patate: essi possono modificare i loro leucoplasti in cloroplasti quando la luce li colpisce, quindi virare al verde. La stessa cosa avviene quando il tubero viene conservato in un ambiente non buio. Il problema che ne deriva è che accanto all’inverdimento, nei tuberi di patata si ha anche la formazione di solanina e caconina, degli alcaloidi tossici.

Perdite dovute a microrganismi

I danni di natura biotica sono causati principalmente da funghi e batteri, ma esistono molte altre cause.

Funghi

Caratteristiche principali

• Microrganismi eucarioti;
• Tipicamente miceliari (ci sono funghi che non lo sono);
• Eterotrofi;
• Si nutrono per assorbimento: per nutrirsi devono interagire con il substrato e sciogliere ciò che occorre loro; le strutture su cui i funghi crescono vengono modificate dai funghi;
• Si riproducono attraverso “spore”.

Cenni storici

Prima della nascita della microbiologia (1866) i funghi sono inseriti nel regno delle piante. Con la nascita della microbiologia, grazie all’uso del microscopio e a diversi studi, viene creato il regno dei protisti, in cui viene inserito tutto il materiale vivente che non è né pianta né animale (alghe, batteri, protozoi e funghi). Nel 1969 si creano 5 regni (batteri, piante, animali, funghi, protisti) che vengono suddivisi in 2 domini: Procarioti ed Eucarioti.

Ai procarioti appartengono i batteri, agli eucarioti piante, animali, funghi e protisti. Indagini più recenti hanno aggiunto un terzo dominio, gli Archea, e negli ultimi anni si è iniziato a considerare anche il DNA degli organismi per capirne i gradi di parentela. Circa a metà degli anni ’90 il regno dei funghi è stato sottoposto a una revisione ed è stato suddiviso in 3 gruppi:

• Funghi veri e propri (eumiceti)
• Muffe mucillaginose (protozoi)
• Oomiceti (cromisti)

Muffe mucillaginose

• Appartengono ai protozoi
• Sono degli stadi protoplastici privi di parete
• Si nutrono per fagocitosi
• Presentano delle modificazioni a livello della parete delle spore (galattosammina invece che chitina)
• Sono al termine della catena di degradazione della sostanza organica, si trovano su materiale in decomposizione formando delle macchie colorate
• Non interessano la patologia vegetale.

Oomycota

• Crescono come i funghi, sono molto simili ai funghi, vengono studiati da chi studia i funghi e controllati con gli stessi metodi di chi controlla i funghi, ma non sono funghi
• Appartengono al regno dei cromisti. La loro parete contiene cellulosa anziché chitina
• Noi come patologi li consideriamo funghi in senso lato (per cui da qui in poi non li differenziamo dai funghi veri e propri)
• Questi organismi annoverano moltissimi patogeni vegetali.

Struttura e organizzazione vegetativa dei funghi

Il tallo (corpo) fungino è di 2 tipi:

• Tallo olocarpico: a maturità tutto il corpo del fungo diventa una struttura riproduttiva;
• Tallo eucarpico: è più specializzato, in quanto una parte del corpo a maturità dà origine alle strutture riproduttive, ma una parte continua ad avere le caratteristiche del micelio vegetativo.

I funghi nella maggior parte dei casi hanno talli eucarpici.

Un altro aspetto che caratterizza i funghi è il tipo di crescita, e troviamo 2 tipologie:

• Crescita levuliforme: un fungo levuliforme ha delle cellule tondeggianti e una porzione del corpo della cellula madre evidenzierà un’escrescenza che diventerà sempre più grossa e piano piano la cellula figlia si staccherà dalla cellula madre. Questa è la gemmazione, la classica crescita dei lieviti;
• Crescita miceliare: è tipica di moltissimi funghi; le cellule costituiscono dei tubi ramificati che danno origine alle ife e al micelio.

Esistono per esempio dei lieviti che cercano di passare alla crescita miceliare, esistono anche funghi che cambiano modalità di crescita in base alle condizioni di crescita. Esistono anche funghi miceliari che tentano di riprodursi come lieviti: producono delle ife che gemmano, e quando crescono in piastra creano delle colonie simili a quelle dei lieviti.

Corpo del fungo

Una delle strutture principali che lo differenzia dagli altri eucarioti è la parete. Essa:

• Conferisce rigidità;
• Contiene e bilancia l’effetto della pressione osmotica (senza parete la cellula esploderebbe per eccessivo assorbimento di acqua, esattamente come un pneumatico contiene la camera d’aria);
• Costituisce un setaccio molecolare, nel bene e nel male: può impedire a grosse macromolecole di entrare nella cellula, come alcune tossine, ma allo stesso tempo le grosse molecole utili per il fungo non possono entrare così come sono, devono essere ridotte a monomeri all’esterno;
• Costituisce uno schermo contro i raggi UV, uno dei fattori esterni che può portare alla debilitazione dei funghi;
• Protegge anche dall’azione di enzimi litici ed altri microrganismi.

Maggiori costituenti della parete

La parete è costituita da 2 componenti:

• Componente fibrillare: per contrastare l’estensione della parete stessa; principalmente è chitina, polimero dell’acetil-glucosammina, ma anche fibrille di glucano, un polimero meno ramificato dell’acetil-glucosammina. Nella parete degli oomycota c’è anche cellulosa.
• Componente amorfa: per controbilanciare le forze di pressione; principalmente è costituito da chitosano, una chitina poco o non acetilata, e in dosi minori troviamo anche glucani, mannani, proteine, lipidi. Delle volte, come modificazione, troviamo anche della melanina, ma quando il fungo la accumula nella parete va incontro a una protezione eccessiva, perché rende la parete impermeabile da far morire il citoplasma. Delle volte i funghi costruiscono al loro esterno delle ife con pareti melanizzate che proteggono le ife sottostanti.

Il citoplasma e gli organuli cellulari sono analoghi a quelli delle cellule vegetali e animali, abbiamo quindi una membrana...