Quaderno di qualità e sicurezza microbiologica nei sistemi alimentari

Qualità e sicurezza microbiologica nei sistemi alimentari

Appunti a cura di: Alessandro Magro

Anno accademico: 2020-2021

1. Lunedi 5 ottobre 2020

Introduzione al corso

Qualità e sicurezza microbiologica nei sistemi alimentari - Lezione 1. Qualità 4 CFU, Microbiota 4 CFU. Simile al corso di microbiologia della triennale. Programmato 8 ore per ciascuna unità didattica da fare in presenza. La parte del prof Guglielmetti finisce a dicembre. Materiale didattico sia slide che documenti su Ariel. Esame orale con Teams, iscrizione tramite Unirai. Si sostiene in un unico appello. Non necessariamente nello stesso giorno.

Sostenibilità

• Ambientale: riguarda l’ambiente, capacità di mantenere qualità, equilibrio e riproducibilità delle risorse naturali anche per le generazioni future.
• Economica: capacità di generare reddito e lavoro per il sostentamento della popolazione.
• Sociale: capacità di garantire condizioni di benessere umano come requisiti minimi di sicurezza, salute e istruzione equamente distribuiti per classi e generi.

L’intersezione fra i tre temi è molto piccola e non è detto che ci sia una soluzione.

Sostenibilità nell'alimentazione

La pressione demografica sta esaurendo la capacità del pianeta di nutrirci. La superficie agricola utile è aggredita da tre fenomeni:

• Guerre per conquistare i territori
• Riscaldamento globale
• Land grabbing: accaparramento di territori da parte di stati o multinazionali che, soprattutto in Africa, comprano terreno per fare coltivazioni per produrre combustibili o mangimi per allevamenti nelle proprie nazioni.

Sostenibilità economica dell'alimentazione

Cosa mangiamo ha un impatto sul pianeta. La resa per ettaro è molto differente a seconda della tipologia di vegetale che è stato coltivato. Le leguminose rendono molto meno rispetto al mais. È importante considerare anche il costo per kg di proteina in funzione della fonte. 1 kg di proteine di cereali costa 3$, 1 kg di carne bovina costa dai 20 ai 30$. Molte persone hanno già deciso di abbandonare utilizzo di proteine e alimenti di origine animale. Il grande tema è quello degli alimenti provenienti da insetti.

Marvin Harris si occupa dei tabù che le popolazioni nel mondo hanno sviluppato nel corso della storia e cultura. Noi occidentali non siamo soliti consumare insetti, ma in altre parti gli insetti vengono consumati e fanno parte nella dieta.

Sostenibilità sociale dell'alimentazione

Negli anni tra il 1963 e il 2013 sono variati i consumi con alcuni che hanno avuto incremento e altri decremento della quantità di kcal assunte pro capite.

Sicurezza alimentare

Food security: tutte le persone in ogni tempo hanno accesso fisico, sociale ed economico a cibo sufficiente che supporti le esigenze nutrizionali per avere una vita sana. Questa opportunità attualmente la hanno 4.5 miliardi di persone nel pianeta.

Food safety: assicurazione che cibo che consumiamo sia sicuro e idoneo al consumo e non procuri patologie. Relativa all’igiene degli alimenti. Questa opportunità la hanno solo 2 miliardi di persone: EU, alcune parti dell’Asia, America del Nord, alcune parti dell’Africa, Oceania, alcune zone del continente sud-americano.

Food quality: possibilità da parte del cittadino di scegliere la qualità del proprio cibo. Qualità delle caratteristiche che soddisfano bisogni impliciti o dichiarati. Possibilità di chi ha reddito di scegliere cosa mangiare anche in termini di qualità. Solo mezzo miliardo di persone in paesi con persone con reddito elevato.

Dal conto mancano 800 milioni di persone e sono quelle che non hanno nessuna delle tre caratteristiche e soffrono la fame. Uno studio di 15 anni fa comparava un indice di sviluppo umano (0.8) con il footprints del singolo individuo che è stata fissata a 2.1 ettari per persona. Tutti i paesi che stanno sopra a 0.8 hanno sicurezza e l’impronta ecologica degli individui non impatta con esaurimento delle persone.

La risposta a questo tema ce la fornisce l’Europa che quest’anno ha emesso un nuovo progetto che è European Green Deal. Operazione politica che vuole trasformare economia dell’UE verso un futuro più sostenibile nei termini appena visti.

Sicurezza alimentare: food safety

Il consumatore ha il diritto di aspettarsi che il cibo che mangia sia safe (sicuro) and suitable (idoneo) al consumo. Unione Europea ha deciso che alimentazione è strategica per la salute della popolazione. Un'alimentazione corretta permette di mantenere in salute la popolazione. Ciò comporta meno costi di cura e un risparmio economico. Altre 4 motivazioni sono:

1. Malattie trasmesse con il consumo alimentare sono spiacevoli e alcune fatali
2. Malattie alimentari e alterazioni dovute a micro sono costose da gestire e provocano danni a vari livelli. Il 25% del cibo prodotto si perde nella filiera perché non viene venduto o viene deteriorato da varie fasi. Spesso la causa del deterioramento è l’attività microbica.
3. La globalizzazione del mercato porta le aziende a comprare le materie prime dove costano di meno. Arrivano di più parti del mondo, con maggior rischio di malattie che vengono trasmesse con le azioni di trasporto.
4. Cambiamento notevole delle abitudini e delle diete alimentari.

Le cause delle patologie trasmesse con gli alimenti sono dovute a:

• Pericolo di tipo fisico: radionuclidi (elementi che emettono radioattività) e materiali estranei come frammenti metallici, suolo, microplastiche che si possono trovare nel cibo.
• Pericoli chimici: sostanze naturali tossiche, inquinanti persistenti e contaminanti ambientali, idrocarburi che sono finiti nelle catene alimentari e sono persistenti e di difficile eliminazione. Contaminanti agronomici e zootecnici come fitofarmaci e antibiotici usati nella coltivazione e nell’allevamento animale. Residui di lavorazione per esempio detergenti, disinfettanti, lubrificanti usati nei processi di lavorazione. Utilizzo di additivi impropriamente utilizzati per frodi o utilizzo di dosi sbagliate oltre la sicurezza. Sostanze di neoformazione si hanno soprattutto con i trattamenti termici.
• Pericoli biologici: microrganismi come virus, batteri, miceti, prioni, elminti. Tossine batteriche, micotossine, tossine algali. Metaboliti di origine microbica. Prioni: proteine che cambiano conformazione che causano danni notevoli se vengono consumate. Ci occuperemo in questo corso dei pericoli di tipo biologico.

I costi delle malattie trasmesse con alimenti e delle alterazioni microbiche sono difficili da gestire. Si ricordi nel 2011 l'infezione causata da E. coli che ha colpito 50 morti e 500 ospedalizzati in Germania. Scoprire l'origine di tale contaminazione è stato difficile anche in un paese così sviluppato. Ci furono casi anche nel Regno Unito. E. coli è un microrganismo che era presente sulle radici di germogli di fieno greco, coltivati in Egitto e l'agricoltore ha usato materiale fecale (escrementi di vitello) per fare la concimazione. Questa pratica deve essere fatta in tempo lontano dalla raccolta, altrimenti i microrganismi finiscono adesi all'alimento che si sta coltivando.

La globalizzazione del mercato ha portato ad un utilizzo di ingredienti nelle preparazioni alimentari provenienti da svariati paesi del mondo. L’industria alimentare prende le materie prime sul mercato mondiale. Al di là della qualità si ha un problema di controllo. Prima le materie prime erano raccolte in una nazione con la stessa lingua: era più facile fare ispezioni e controlli. Ora tutto è declinato a rapporti cartacei o informazioni digitali tra i paesi che scambiano merci. La selezione delle materie prime è alla base per avere un prodotto alimentare sicuro e idoneo al consumo. La maggior parte dei microbi arrivano dalle materie prime. Come io coltivo o allevo il prodotto, così questo arriva al piatto.

C’è una frammentazione delle abitudini. Il 28% degli italiani pranza fuori casa (40% delle grandi città). La gente a pranzo maggiormente mangia un panino o uno snack. La tradizionale tipica dieta mediterranea è sempre meno seguita e vi è una grande espansione dei cibi pronti al consumo RTE e RTC.

L’Europa ha cambiato i principi della legislazione alimentare in conseguenza di alcuni gravi problemi quali la mucca pazza (BSE) che alla fine del secolo scorso ha devastato il patrimonio zootecnico di alcune nazioni.

Progettare la sicurezza alimentare: Safety by design

Reg. 178 del 2002 fissa i principi generali:

1. Tutela della salute del consumatore
2. Cura del benessere degli animali
3. Salvaguardia della libera concorrenza
4. Difesa del principio di precauzione: dimostrare che nuovi additivi non causano conseguenze negative alla salute. Dalla Cina gli USA possono produrre ciò che vogliono, e solo se arriva un caso o ci si rende conto di effetti negativi, allora si fa un'indagine e si toglie dal mercato.

In Europa è concessa solo la vendita di soia e mais transgenico. In altri paesi ci sono molte varietà di vegetali e cereali transgenici. Unione europea ha rifondato la sicurezza alimentare cercando di ricostruire un sistema molto solido che parte dalle buone pratiche colturali, buone pratiche di pesca, buone pratica di allevamento, buone norme igieniche, buone norme di sistema di controllo dell’igiene HACCP, per raggiungere gli obiettivi di sicurezza alimentare. Queste cose sono basate sul regolamenti dell’Unione Europea, che consentono di raggiungere l'obiettivo di sicurezza alimentare.

Concetto di filiera alimentare: food chain

Nasce dopo il 2000, concetto esteso a tutte le fasi delle materie prime sia vegetali che animali. Così si ha un controllo su tutte le fasi dall'inizio alla fine. Concetto from Farm to Fork. Altro grosso tema è il sistema di tracciabilità ovvero obbligo di tracciare i lotti produttivi dall’inizio alla fine. È uno strumento che consente agli operatori del settore di ritirare dal mercato prodotti che si riconoscono essere non sicuri per la salute del consumatore. La rintracciabilità è sistema di documentazione che segue la storia delle unità prodotte dalla materia prima fino al consumo.

La rintracciabilità aziendale è obbligatoria grazie al reg. 178 e successivi. La rintracciabilità di filiera, che unisce tutte le aziende della filiera, è raccomandata fortemente, diventa obbligatoria attualmente per:

• Filiera della carne bovina: in conseguenza a epidemia della mucca pazza
• Filiera delle uova fresche: ogni uovo ha un codice che designa la singola unità e fornisce informazioni su di esso
• Filiera del latte fresco alta qualità

La sicurezza di un alimento è attualmente fondata su:

• Disegno del prodotto: come penso e realizzo una formulazione. Miscelando ingredienti conosco esattamente fattori fisici e chimici che condizionano lo sviluppo microbico (pH, Aw, potenziale redox, conservanti, microbiota competitivo…). Attraverso la formulazione posso gestire il prodotto. Importante anche la selezione e il controllo delle materie prime e dei semilavorati ovvero la selezione dei fornitori. Devo selezionare individui e aziende che mi forniscono le materie prime. Questa cosa è molto significativa, molte aziende alimentari multinazionali hanno comprato i propri fornitori. Aziende che producono e non possono permettersi di tagliare fornitore hanno deciso di occuparsi della coltivazione primaria. Le multinazionali della pasta coltivano i campi di grano. La Ferrero è proprietaria di coltivazioni di nocciole. Così hanno miglior controllo sulla qualità. Il packaging ha rivoluzionato negli anni '90 il modo di distribuire e vendere gli alimenti. Prima erano venduti sfusi, oramai non più. Il packaging, ovvero la confezione primaria, secondaria, terziaria, sono barriere di tipo fisico che hanno un impatto sulle contaminazioni di tipo chimico, microbiologico e biologico.
• Disegno del processo: tutto quello che serve per mantenere sicurezza durante la produzione. Importantissimo è la formazione del personale, che preparano gli alimenti a livello manuale. Applicazione delle buone pratiche igieniche GHP e GMP per applicare il piano HACCP. Nel processo si usa la tecnologia Hurdles, ovvero ad ostacoli. Si individua nell’alimento quali sono i fattori limitanti fisici e chimici e si combinano per porre più ostacoli alla crescita microbica.

Qualità lezione 2

12/10/2020

Listeria monocytogenes

Fa parte del phylum dei firmicutes. Listeria raggruppa circa 20 differenti specie. Sono gram +, a forma di bastoncino regolare, anaerobi facoltativi (se c’è ossigeno respirano, altrimenti fermentano, possono svilupparsi in situazioni di potenziale redox basse), non sporigeni. Sono mobili → tumbling motility, fanno una sorta di capriola. Sono ubiquitari e sono in grado di crescere a basse T (→ comportamento psicrotrofo, sono mesofili però sono in grado di svilupparsi anche alle T di frigo). Il nome deriva da Lister ovvero colui che l’ha scoperta e monocytogenes significa che riesce a svilupparsi addirittura nei globuli bianchi.

Solo 3 specie sono patogeni → ivanovii (mammiferi ruminanti e uomo), monocytogenes (uomo), seeligeri (animali).

All’interno del monocytogenes ci sono dei sierotipi; sono presenti dei fattori sulla parete della cellula che scatenano la risposta immunitaria, quindi questi sono antigeni, utili a distinguere i sierotipi. Noi sviluppiamo gli anticorpi che riconoscono in maniera specifica gli antigeni. Il primo numero designa antigene somatico (lipopolisaccaride) e il secondo è un antigene flagellare (proteina).

Listeriosi causata da monocytogenes

È sistemica, ha sintomi iniziali simili a influenza e può peggiorare e assumere due forme:

1. Gastroenterite (forma non invasiva)
2. Epatite, splenite, nefrite, setticemia fino ad arrivare all’encefalite e meningiti (forma invasiva, meno frequente).

La sintomatologia dipende dal ceppo, capacità dell’ospite di resistere all’aggressione e dalle condizioni ambientali. Popolazioni ad alto rischio sono persone più deboli → donne in gravidanza, neonati, anziani, malati, immunodepressi. Causa l’aborto negli esseri umani e negli animali. La letalità media è del 15%; nelle popolazioni a rischio oltre il 30%. La dose infettante (quantità di cellule che portano a manifestare infezione) è circa 10^3 cellule/g di alimento, quindi la diagnosi non è facile da ottenere; di solito si fanno anamnesi, segni clinici, analisi del sangue o test sierologico. Come terapia ci si affida a uno specifico trattamento antibiotico ed eventualmente ospedalizzazione.

Fattori di virulenza

Sono sia di tipo cromosomico che plasmidico. L'invasione inizia a livello degli enterociti e delle cellule M situate nelle placche di Peyer (gruppi di linfonodi sparsi nell’intestino tenue). Sulla parete del batterio ci sono le internaline, ovvero proteine che si legano a specifici recettori (E-caderina dell’epitelio), posti sulla membrana dell’enterocita e inizia il processo di internalizzazione. Invasione significa che batterio penetra nella cellula ospite. Una volta penetrata si ingloba in una vescicola e si forma un vacuolo endocitico, ma L. monocytogenes possiede dei fattori che sono la LISERIOLISINA O E LE FOSFOLIPASI A E B con i quali fuoriesce da esso distruggendo la membrana del vacuolo, prima che possa verificarsi la fusione con un lisosoma, grazie all’azione di listeriolisina 0, fosfolipasi A e fosfolipasi B.

Il batterio può proliferare nel citoplasma; così si duplica, trova nutrimento e cresce e grazie all’attività della proteina ActA, nucleo intorno alla propria cellula e si ricopre delle microfibrille di actina della cellula ospite che si trovano nell’enterocita e le ricompone sulla propria superficie. Le sfrutta in quanto in grado di contrarsi per penetrare le cellule adiacenti, dove ricomincia il ciclo.

Processo di infezione

1. Processo di ingresso e formazione del vacuolo endocitico
2. Lisi della membrana del vacuolo con le fosfolipasi e la listeriolisina O
3. La ActA agisce per nucleare le cellule di fibrille di actina
4. Si forma una specie di cometa che invade la cellula adiacente riproducendo questo fenomeno

Si vedono i recettori sulla membrana cellulare, l’adesione con le internaline, ingresso, liberazione dal vacuolo prima che arrivi un lisosoma (vescicola con enzimi a pH molto basso) che si congiunge e liberando gli enzimi si ha la degradazione del batterio. Questo non avviene perché scappa prima che arrivi il lisosoma. Si ha quindi replicazione e motilità creata dalle proteine di actina.

La proteina ActA come fa a far sì che l’actina arrivi sul batterio? Hanno studiato che c’è un meccanismo molecolare per cui ci sono proteine sul batterio invadente che raccoglie nel citoplasma i monomeri di actina e li raccoglie intorno a sé a formare delle strutture che poi si configurano con la forma di cometa che dà la spinta contraendosi per arrivare alla cellula adiacente.

Listeriolisina O è anche un’emolisina, cioè è in grado di lisare anche gli eritrociti (globuli rossi); si usa in clinica come test di riconoscimento della virulenza del ceppo. Si sottolinea che gli isolati clinici (produttori di listeriosi) sono sempre emolitici e viceversa gli isolati non emolitici non si sono mai dimostrati patogeni. Quindi esiste una connessione biunivoca tra questa capacità di lisi e la patogenicità e capacità di penetrare nell’ospite. Con uno striscio in agar-sangue si isola dal campione e si mette a incubare e si vede l’emolisi dei globuli rossi. Le colonie che si formano sono in grado di lisare le cellule.