Qualità e sicurezza microbiologica nei sistemi alimentari, parte 3

SPECIE MICROBICHE UTILIZZATE NEGLI STARTERS PER PRODOTTI DA FORNO

S. cerevisiae

I prodotti da forno utilizzano nella maggior parte dei casi per la lievitazione biologica

dei prodotti. Esistono anche delle fermentazioni talvolta spontanee e talvolta controllate, che

Lb. sanfranciscensis, Lb. brevis, Lb.

comprendono altri microrganismi: miscela di batteri lattici (

plantarum, Lb, pontis, Ped. pentosaceus, Ped. Acidilactici Candida humilis, Kazachstania

) e lieviti (

exigua ).

Per fare la madre, si prende acqua e farina, si impasta, dopo 5-8 giri l’impasto cambia, e diventano

dominanti i batteri detti prima. Si ottiene il lievito naturale. Gli artigiani mantengono le madri ogni

qualche giorno. Anche industrie alimentari molto grosse hanno diverse madri, da utilizzare ogni ora.

Il lievito naturale finisce in parte per produrre il prodotto, una parte viene rinfrescato per mantenere

vivi i microrganismi.

Caratteristiche tecnologiche degli starters

Batteri, lieviti e muffe non sono brevettabili perché sono naturali, quindi la prima fonte di nuovi

microrganismi non è nuova, ma essi vengono prelevati da industrie che già li possiedono, e

ribattezzati.

Isolare microrganismi nuovi costa. Posso cercare nuovi starters nei prodotti fatti ancora in maniera

artigianale, oppure posso cercarli nel materiale fecale degli animali con cui sono fatti i prodotti (es.

per il formaggio cerco nei microrganismi fecali della vacca). Una volta trovati, essi vengono isolati, e

i criteri di selezione dei microrganismi utili per l’industria alimentare dipendono dal prodotto. Si

considera:

- Attitudine alla crescita nella matrice (latte, carne, impasto, mosto, etc)

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- Velocita di acidificazione: uno starter deve dominare, quindi deve essere veloce

- Attività proteolitica (normalmente serve, es. formaggi e salumi)

- Attività aromatica (es. odore di burro dovuto al diacetile, prodotto da un batterio lattico)

- Produzione di polisaccaridi extracellulari (es. alcuni batteri producono esopolisaccaridi)

- Resistenza ai batteriofagi

- Produzione di batteriocine: sostanze naturali anti-patogeni, molto interessanti.

L’attitudine alla crescita è dovuta sia a una buona percentuale di inoculo (proporzione tra massa di

inoculo e massa che deve essere fermentata), dall’età delle cellule, dal tempo di latenza e dal pre-

inoculo.

E poi c’è anche un latro fattore: la limitazione del substrato; la legge di Monod (simile a Michaelis-

Menten) mostra che aumentando la concentrazione del substrato aumento la velocità di crescita dei

microrganismi, fino a un certo punto; quando i siti in cui entra il substrato sono pieni, la velocità non

dipende più dalla quantità di substrato, quindi non è necessario per produrre le cellule andare oltre

una certa concentrazione di substrato, e questo ha un impatto economico, perché ottimizzo la

quantità di cellule prodotte.

Occorre poi conoscere le temperature cardinali del ceppo: temperatura minima di sviluppo,

massima e optimum: con l’aumento della temperatura diminuisce il tempo di generazione, fino ad

arrivare all’optimum, dove il tempo di generazione è minimo.

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Devo capire anche quale sistema tampone deve essere utilizzato; la velocità di crescita e il numero

finale di cellule dipende anche dal sistema tampone; ad esempio la linea blu ha un sistema non

tamponato, quindi il pH dopo un po’ è talmente basso da inibire il ceppo, mentre quello verde ha

un sistema tamponato, in cui le cellule non vengono inibite.

Devo anche capire le vie metaboliche che un microrganismo segue; i batteri lattici possono avere 2

vie per utilizzare gli zuccheri: via omolattica e via eterolattica. Classifichiamo quindi i batteri in:

- Batteri omofermentanti: hanno la via omolattica (da un esoso produco 2 ATP e 2 moli di lattato)

- Batteri eterofermentanti facoltativi: hanno 2 vie, sia la precedente, che quella della fosfochetolasi,

che per ogni esoso produce 1 lattato, 1 etanolo e 1 CO . In questa via si produce 1 ATP, quindi è

2

meno conveniente per l’organismo fare questa via, se può scegliere; se però c’è un pentoso sono

costretti a fare la via della fosfochetolasi

- Batteri eterofermentanti obbligati: hanno solo la via della fosfochetolasi.

La conoscenza elle vie metaboliche è un requisito per capire che utilizzo può avere lo starter.

Un’altra caratteristica che si guarda è la velocità di acidificazione. Questa è una caratteristica di

ceppo, uno può essere più veloce o più lento. Questa velocità dipende dalla presenza di un plasmide

che contiene un gene che codifica per le proteasi: ceppi dotati di questo plasmide hanno la capacità

di degradare le proteine, rifornirsi di aminoacidi, quindi svilupparsi più velocemente rispetto a quelli

che non lo hanno. © Laila Pansera - 19

Un’altra caratteristica è la capacità proteolitica. L’immagine mostra la capacità peptidasica dei

batteri lattici. I batteri lattici hanno una debole attività proteasica da enzimi legati alla parete; questa

attività consente la produzione di piccoli peptidi che possono entrare nella cellula, quindi ci sono

anche proteasi o peptidasi di membrana, che trasformano le proteine in amminoacidi o piccoli

peptidi, per recuperare amminoacidi e fare la sintesi proteica e mantenere il pool amminoacidico.

C’è anche il fenomeno del turnover: proteine cellulari che non servono più, vengono usate per fare

altre proteine. Quando la cellula muore, proteasi e peptidasi vengono liberate, quindi il formaggio

(o il salame) matura.

Altre attività legate ai batteri sono: C. botulinum

- Capacità di ridurre il nitrato a nitrito; aggiungo il nitrato al substrato (per inibire ),

solo se poi aggiungo stafilococchi, che lo riducono, altrimenti non serve

- Tutti i microrganismi devono far fronte all’acidità, e a volte sacrificano il pool amminoacidico per

contrastare il gradiente di acidità; utilizzano l’amminoacido-decarbossilasi per produrre

ammine, che salificano l’acidità che sta all’interno della cellula; questo è negativo per il

consumatore, perché alcuni prodotti fermentati hanno concentrazioni elevate di ammine, che

possono ledere alla nostra salute.

Da alcuni anni si cercano ceppi che producono polisaccaridi extracellulari. Un esempio è lo yogurt

S.

Muller, che non è acido ed è molto cremoso. Esso non ha quasi per niente lattobacilli e ha molto

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thermophilus , che produce esopolisaccaridi, grazie ad alcuni ceppi che hanno i plasmidi che

consentono la loro produzione. I polisaccaridi prodotti sono:

- Omopolisaccaridi (costituiti dallo stesso zucchero, es. destrano)

- Eteropolisaccaridi: al loro interno si succedono 2 o 3 zuccheri, talvolta ramificati.

Alcuni di essi possono avere anche un ruolo prebiotico, perché ricchi in fruttosio, che può aiutare la

presenza di bifidobatteri.

Gli esopolisaccaridi hanno diverse funzioni:

- Protezione naturale contro essicazione

- Difesa contro attività del sistema immunitario (capsula)

biofilm

- Adesione a superficie ( )

- Trattenimento di enzimi e cattura di ioni metallici

- Protezione contro attacco batteriofagico

- Aumento viscosità (yogurt, impasti) e trattenimento di umidità

- Gelificanti per industria alimentare

- Produzione di destrano per l’industria farmaceutica e chimica.

Alcuni batteri, tra cui i batteri lattici, producono delle sostanze che inibiscono lo sviluppo di altri

batteri, le batteriocine. Normalmente le batteriocine sono attive presso ceppi della stessa specie e

di specie limitrofe, quindi non sono ad ampio spettro come gli antibiotici. Esse sono normalmente

codificate da plasmidi, ed essendo di natura peptidica, sono prodotte direttamente dalla sintesi

proteica (dai ribosomi); la biosintesi è bloccata da inibitori della sintesi proteica, a differenza degli

antibiotici che sono molecole, anche peptidiche (penicillina), prodotte da sistemi multi-enzimatici e

la cui biosintesi non è bloccata da inibitori della sintesi proteica.

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Per capire se una sostanza è una batteriocina oppure un antibiotico, posso bloccare la sintesi

proteica: se continua a produrre questa sostanza è un antibiotico, mentre se non la produce più è

una batteriocina. Questo è quello che si fa di screening: prendo una piastra,

faccio crescere superficialmente una patina di un ceppo indicatore che so di

essere sensibile alle batteriocine, e poi inoculo i ceppi da testare per vedere

se producono batteriocina; se la producono, durante l’incubazione la

sostanza viene messa nel mezzo e si crea un alone di inibizione alla crescita.

Quindi i ceppi con l’alone producono qualcosa che inibisce la crescita, e poi

occorre indagare per capire quale sostanza sia.

Le batteriocine si suddividono in 3 categorie:

- Lantibiotici, contengono amminoacidi non tradizionali, sono peptidi abbastanza corti; la più

famosa è la nisina; essa attualmente è l’unica batteriocina consentita come additivo negli alimenti,

Listeria monocytogenes

ed è molto attiva contro gli sporigeni (bacilli, clostridi), ma non contro

- II classe: ha un motivo conservato nella sequenza di queste batteriocine; la più famosa è la

Listeria monocytogenes

pediocina AcH, attiva contro ; potrebbe essere molto interessante da far

Listeria

produrre a dei microrganismi e da usare come starters per impedire la crescita di nei

salumi.

- III classe.

La ricerca sta andando in questo verso: ricerca di batteriocine in alcuni microrganismi da utilizzare

come starters per prevenire la formazione di patogeni.

Quando preparo uno starter, devo dare indicazioni della resistenza ai batteriofagi. Sul pianeta ci

sono 10 virus, più numerosi dei batteri (10 ). Probabilmente nel nostro microbiota ci sono i

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batteriofagi, che sono i virus che attaccano i batteri. Essi possono instaurare con il loro ospite o il

ciclo litico o quello lisogenico. L’evento finale del ciclo litico è la morte della cellula e il rilascio di

molti virus. Nel ciclo lisogenico, il profago si instaura del cromosoma e rimane silente, la cellula non

muore, e tutte le cellule derivanti hanno anche l’informazione del profago, finché non si instaura un

ciclo litico finale. In natura è molto più frequente il ciclo lisogenico; si stima che quando si isolano

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delle cellule in piastra, il 50% sono lisogene (è molto difficile trovare cellule che non contengono

virus).

I fagi arrivano dall’ambiente, ma anche dai ceppi che utilizziamo. Posso lavorare lo stesso, finché

succede un problema di produzione, ad esempio mi si bl