MICROBIOLOGIA DEGLI ALIMENTI
DETERIORAMENTO DEGLI ALIMENTI
METODI DI CONSERVAZIONE
GLI ALIMENTI COME VEICOLO PER LA TRASMISSIONE
DI MALATTIE
UTILIZZO DEI MICRORGANISMI NELLA PRODUZIONE DI
ALCUNI ALIMENTI
Deterioramento degli alimenti
qualunque modifica dell’aspetto,
dell’odore o del sapore di un prodotto
alimentare che lo renda inaccetabile al
consumatore
In alcuni casi il deterioramento può essere causato da microrganismi PATOGENI
Lo sviluppo dei microrganismi negli alimenti segue gli standard
della crescita microbica
La velocità di crescita durante la fase esponenziale dipende dalla
temperatura e dalle proprietà nutritive dell’alimento
DETERIORAMENTO DEGLI ALIMENTI
La proliferazione microbica negli alimenti è influenzata da:
FATTORI INTRINSECI
correlati con l’alimento stesso
FATTORI ESTRINSECI
legati all’ambiente in cui il cibo è conservato
FATTORI INTRINSECI
 Sostanze nutritive






FATTORI INTRINSECI
Temperatura
 Presenza di gas (CO2 e O2)
 Tipo e numero di microrganismi presenti
pH
Contenuto di umidità
nell’alimento
Attività dell’acqua
Potenziale di ossido riduzione
Struttura fisica dell’alimento
Eventuale presenza di antimicrobici
naturali (lisozima nel latte e nelle uova,
alcune erbe e spezie)
FATTORI CHE INFLUENZANO LA CRESCITA MICROBICA
PARAMETRI
CHIMICO - FISICI
pH ridotto favorisce la crescita di muffe e lieviti
pH neutro o alcalino i batteri sono responsabili del
deterioramento e della putrefazione
macinazione o impastamento aumenta la superficie esposta
alla contaminazione e distribuisce i microrganismi contaminanti
in tutto l’alimento
ATTIVITA’ DELL’ACQUA
La crescita ed il metabolismo dei microrganismi richiede acqua
Non tutta l’acqua degli alimenti è disponibile per i microrganismi
attività dell’acqua (aw) esprime il grado di disponibilità dell’acqua
è il rapporto tra la tensione di vapore
acqueo di una soluzione e quella dell’acqua
pura alla stessa temperatura
aw = p
sol./pwater
0 < aw < 1
VALORI DI AW DEGLI ALIMENTI E
LORO FLORA MICROBICA
aw
> 0.98
Alimenti
Carne fresca
Pesce fresco
Frutta fresca
Vegetali freschi
Conserve vegetali in acqua e sale
Conserve di frutta in sciroppo leggero
(< 3,5% sale, 26% zucchero)
0.93-0.98
Salsicce fermentate
Formaggio stagionato
Pane
Latte evaporato
Conserva di pomodoro
VALORI
DI A
NEGLI
(10% sale,
50%
W zucchero)
Flora microbica
(C. perfringens
Salmonella)
(Pseudomonas)
(B. cereus,
C. botulinum,
Salmonella)
lattobacilli,
bacilli e
ALIMENTI
E
micrococchi
Le tecnologie alimentari - parte III - 7
LORO FLORA MICROBICA
aw
0.85-0.93
0.6-0,85
< 0.6
Alimenti
Salsicce essiccate e fermentate
Prosciutto crudo (17% sale,
saturato con saccarosio)
Frutta secca
Farina
Cereali
Pesce sotto sale
Nocciole
Dolciumi
Miele
Uova e latte in polvere
Tagliatelle
Flora microbica
S. aureus
Muffe che producono
micotossine; lieviti alteranti
e muffe
Funghi xerofili
Alofili
Lieviti osmofili
Nessuna crescita ma
rimane vitale
Le tecnologie alimentari - parte III - 8
Ad aw<0.6 gli alimenti iniziano ad
essere stabilizzati, poiché non vi è
crescita microbica anche se i
microrganismi rimangono vitali.
Questo significa che non appena
viene aggiunta acqua all’alimento
deidratato, devono essere
adottate le precauzioni richieste
per un alimento fresco, poiché i
microrganismi sopravvissuti
possono nuovamente svilupparsi.
LIVELLI MINIMI DI AW CHE CONSENTONO
LA CRESCITA (alla temperatura ottimale)
Muffe
Lieviti
Batteri
Aspergillus chevalieri
Aspergillus ochraceus
Aspergillus flavus
Penicillium verrucosum
Fusarium moniliforme
Saccharomyces rouxii
Saccharomyces cerevisiae
Bacillus cereus
Clostridium botulinum (proteolitico)
Clostridium botulinum (non proteolitico)
Escherichia coli
Salmonella
Staphylococcus aureus
0.71
0.78
0.80
0.79
0.87
0.62
0.90
0.92
0.93
0.97
0.93
0.95
0.83
Le tecnologie alimentari - parte III - 6
CONTROLLO DEL DETERIORAMENTO ALIMENTARE
• RIMOZIONE FISICA DEI MICRORGANISMI (filtrazione)
• CAMBIAMENTO DELLA TEMPERATURA
• CAMBIAMENTO DELL’ATTIVITA’ DELL’ACQUA
• UTILIZZO DI SOSTANZE CHIMICHE
• UTILIZZO DI RADIAZIONI
• INIBIZIONE DELLA PROLIFERAZIONE INDOTTA DA SOSTANZE DI
ORIGINE MICROBICA
METODI DI CONSERVAZIONE
CAMBIAMENTO DELLA TEMPERATURA
BASSE TEMPERATURE (conservazione a freddo)
- Refrigerazione a 5°C rallenta la proliferazione microbica
- Limite del metodo  elimina solo gli organismi più sensibili al freddo
TEMPERATURE ELEVATE
PASTORIZZAZIONE
trattamento a calore controllato
di alcuni alimenti che NON sterilizza
ma riduce il livello di batteri responsabili del
deterioramento
63°C
per
5min
PASTORIZZAZIONE BASSA
72°C
per
15sec
PASTORIZZAZIONE-FLASH (alta)
120-150°C
per
1-3sec
UTH (Ultra High Temperature)
RISCALDAMENTO E CONSERVAZIONE IN SCATOLA L’alimento
viene sigillato in un contenitore, riscaldato in modo da uccidere qualunque
organismo vivente o per escludere la proliferazione di microrganismi
rimasti vivi dopo il trattamento
ACIDITA’
ATTIVITÀ DELL’ ACQUA (4)
(conservazione sott’aceto)
ATTIVITA’ dell’ACQUA può ridurre:
La aw si può ridurre:
•Togliendo acqua (essiccamento)
•Diminuendo
dell’acqua
METODIlaDIdisponibilità
ESSICCAMENTO
attraverso la cristallizzazione (congelamento)
•Diminuendo
la disponibilità
dell’acqua
ATTIVITÀ
DELL’
ACQUA
(4)
Esempi
di
metodi
di
essiccamento
sono:
attraverso agenti leganti come zucchero, sale
•Essiccamento al sole
La aw•Essiccamento
si può ridurre:
ad aria
•Essiccamento
(liofilizzazione)
•Togliendo
acquaspray
(essiccamento)
Le tecnologie alimentari - parte III - 9
•Essiccamento per congelamento
•Diminuendo
la disponibilità dell’acqua
attraverso la cristallizzazione (congelamento)
Le tecnologie alimentari - parte III - 13
•Diminuendo la disponibilità dell’acqua
attraverso agenti leganti come zucchero, sale
CONSERVAZIONE MEDIANTE TRATTAMENTO CHIMICO
•Propionato di calcio o sodio
Pane
•Benzoato di sodio
Bevande gassose, succhi
di frutta, margarine,
conserve
•Acido sorbico
Formaggio, ingredienti
per sandwich
•Anidride solforosa, solfiti
bisolfiti
Frutta secca e verdura,
vino
• Formaldeide da processi di
affumicatura
Carne, Pesce
• Nitrito di sodio
Prosciutto affumicato,
pancetta
IRRADIAZIONE
raggi g provenienti da 60Co o da 137Cs
MALATTIE DI ORIGINE ALIMENTARE
INTOSSICAZIONI ALIMENTARI
Derivano dall’ingestione di cibo che
contiene tossine microbiche già prodotte
Staphylococcus aureus, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum provocano
serie intossicazioni alimentari.
INFEZIONI ALIMENTARI
Infezioni attive che derivano dalla
ingestione di alimenti contaminati da
patogeni.
Salmonella, E. coli patogeno, Campylobacter spp., Listeria monocytogenes provocano
serie infezioni alimentari.
Staphylococcus aureus
produce enterotossine termostabili
Cibi a rischio: dolci con crema o panna, pollame
carne e derivati, salse, insalate di uova e carne
Clostridium perfringens la malattia deriva dalla ingestione di grandi
quantità di C. perfringens, sporulano
nell’intestino innescando la produzione della
enterotossina. Altera la permeabilità
dell’epitelio intestinale, crampi, diarrea, febbre,
vomito Insorge 7-15 ore dopo l’ingestione di
cibo contaminato.
Clostridium botulinum
Consumo di alimenti che contengono la
neurotossina che viene distrutta ad alta
temperatura (80°C).
Cibi a rischio: conservati in barattolo non acidi,
pesce fresco o affumicato sotto vuoto
BOTULISMO INFANTILE spore nel miele grezzo
CEPPI PRODUTTORI DI
ENTEROTOSSINA DI TIPO A
CEPPI PRODUTTORI DI
BETA-TOSSINA
MICRORGANISMI E SPORE
NELL’INTESTINO DI ANIMALI
E NEL SUOLO
CONTAMINAZIONIE DELLE CARNI
SPORE SOPRAVVIVONO ALLA
COTTURA-GERMINAZIONE E
MOLTIPLICAZIONE DEI MICRORGANISMI
CIBO CUCINATO IN MODO NON ADEGUATO
RISCALDAMENTO INSUFFICIENTE
INGESTIONE DI UN GRAN NUMERO
DI MICRORGAISMI
INGESTIONE DI MICRORGANISMI
DA PARTE DI PERSONE CON DIETA POVERA DI
PROTEINE
RISPORULAZIONE E PRODUZIONE
DI TOSSINA NELL’INTESTINO
DIARREA
PRODUZIONE
DI BETA-TOSSINA NELL’INTESTINO
ENTERITE
NECROSANTE
MICROBIOLOGIA DEGLI ALIMENTI
UTILIZZO DEI MICRORGANISMI NELLA PRODUZIONE DI
ALCUNI ALIMENTI
• Produzione aceto
• Birra, vino ed altre bevande alcoliche fermentate
• Prodotti lattiero caseari
• Il pane ed altri prodotti vegetali fermentati
• Microrganismi come alimenti ed integratori alimentari
I lieviti sono tra i più importanti
microrganismi utilizzati a scopi
industriali e per le produzioni
alimentari.
Sono organismi eucariotici, funghi
unicellulari.
In presenza di ossigeno essi sono in
grado di effettuare la respirazione
aerobica, in assenza di ossigeno il loro
metabolismo diventa anaerobico, con
ridotta crescita cellulare e produzione
di grandi quantità di etanolo.
(FERMENTAZIONE ALCOLICA)
PRODUZIONE DI BEVANDE ALCOLICHE FERMENTATE:
Le bevande alcoliche fermentate vengono prodotte in tutto il mondo da
una grande varietà di prodotti vegetali, ricchi di carboidrati facilmente
utilizzabili.
La FERMENTAZIONE ALCOLICA riveste maggiore importanza, i lieviti
utilizzano gli zuccheri naturalmente presenti per produrre alcool
FATTORI CHIMICO-FISICI CHE INFLUENZANO LA FERMENTAZIONE
Temperatura:
i lieviti responsabili della fermentazione sono mesofili con un
optimun tra i 30-35°C.
Ossigeno:
dopo la fase aerobica di avvio fermentazione bisogna limitare
l’ossigenazione per evitare fenomeni ossidativi.
Acidità:
un pH di circa 3 inibisce l’insorgenza di microrganismi diversi
dai lieviti alcoligeni.
PRODUZIONE della BIRRA
Materie prime per la produzione della birra sono vari cereali:
orzo, grano riso.
Essi contengono proteine ed amidi che devono essere trasformati in
miscele di amminoacidi e carboidrati più semplici per essere facilmente utilizzabili.
I lieviti utilizzati per la produzione di birra possono essere di due tipi:
- LIEVITI DI FONDO (Saccharomyces carlsbergensis) che sedimentano sul
fondo del tino di fermentazione. Svolgono una fermentazione a 14-23°C per
5-7 giorni e sono quelli di largo utilizzo.
- LIEVITI DI SUPERFICIE (Saccharomyces cerevisiae) che restano distribuiti
uniformemente nel mosto e vengono trasportati verso la superficie dalla CO2
prodotta durante la fermentazione. Vengono utilizzati per produrre birre ad
elevata gradazione alcolica.
Germinazione dell’orzo bagnato ed attivazione dei suoi enzimi con
liberazione enzimatica dei carboidrati solubili
MALTO
Malto + acqua + cereali
MACERAZIONE in un TINO PER INFUSIONE
Ulteriore attività enzimatica, rilascio di maltosio, destrine e proteine
Aggiunta del LUPPOLO
(Humulus lupulus)
BOLLITURA nella caldaia per la fermentazione
-Inibizione dei microrganismi del deterioramento
- Inattivazione enzimatica
- Aromatizzazione con il luppolo
- Chiarificazione
Rimozione del LUPPOLO
MOSTO di MALTO
Aggiunta del LIEVITO
FERMENTAZIONE ALCOLICA
Lieviti naturali sono presenti sulle uve
Lievito da vino Saccharomyces ellipsoideus
Aggiunto all’inizio del processo.
Il trattamento con SO2 ha un effetto
antiossidante e antisettico.
il lievito da vino è resistente alla
concentrazione di anidride solforosa,
che ostacola la crescita di lieviti
indesiderati e altri microrganismi
Fermentazione condotta in contenitori
di varie dimensioni con una valvola di
sola uscita da cui la CO2 può
uscire ma non può entrare aria
Travaso e separazione del vino dal
Sedimento di lieviti e vari precipitati.
Altro trattamento con SO2 per eliminare
i lieviti residui ed eventuali specie
indesiderate
FERMENTAZIONE MALO-LATTICA
Quando tutti gli zuccheri sono stati fermentati ad etanolo, i livelli dei lieviti
diminuiscono e si può avere la crescita dei batteri lattici
(Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei, Pediococcus, Leuconostoc oenus,
Oenococcus)
Questi batteri sono responsabili della FERMENTAZIONE MALO-LATTICA in cui
l’acido malico viene decarbossilato ad acido lattico con produzione di CO2, ad opera
dell’enzima malolattico.
La fermentazione malolattica segue di alcuni giorni quella alcolica e il suo valore
principale è quello di deacidificare il vino.
BATTERI LATTICI CHE PARTECIPANO ALLA FERMENTAZIONE
MALO-LATTICA
Oenococcus oeni
Leuconostoc
ALTERAZIONI DI NATURA MICROBICA
La crescita incontrollata degli stessi microrganismi responsabili
delle fermentazioni o di microrganismi non desiderati, può
determinare alterazioni del vino.
FIORETTA:
provocata da lieviti del genere Candida. Essi determinano una
diminuzione del livello di alcol etilico che viene ossidato con
produzione di CO2 e acqua. Si manifesta come un velo bianco
rugoso sul collo e le pareti della bottiglia.
SPUNTO ACETICO:
dovuto alla proliferazione di Acetobacter che ossida
l’alcol etilico con produzione di acido acetico.
SPUNTO LATTICO:
dovuto agli stessi batteri lattici (eterofermentanti)
che producono composti secondari oltre all’acido
lattico (mannite, glicerolo, acido acetico, acido
propionico e butirrico)
PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEI
BATTERI LATTICI:
Microrganismi gram +, asporigeni, generalmente immobili, di morfologia
piuttosto variabile;
Sono privi di citocromi e ottengono l’energia necessaria attraverso la
fosforilazione del substrato, piuttosto che dal trasporto degli elettroni e
dalla fosforilazione ossidativa
Sono anaerobi microaerofili, tollerano cioè basse concentrazioni di ossigeno;
I batteri lattici si distribuiscono nei seguenti generi:
Lactobacillus
Lactococcus
Streptococcus
Leuconostoc
Pediococcus
Alcuni effettuano la FERMENTAZIONE OMOLATTICA, altri quella
ETEROLATTICA
PRODUZIONE DI FORMAGGI
I formaggi sono tra gli alimenti più antichi presenti nella dieta dell’uomo;
Se ne producono oltre 2000 varietà.
Tutti derivano dal processo di fermentazione dell’acido lattico dal latte e il
processo può essere diviso in 4 fasi distinte:
• COAGULAZIONE DEL LATTE PER FORMARE LA CAGLIATA
• SEPARAZIONE DELLA CAGLIATA DAL SIERO
• MESSA IN FORMA DELLA CAGLIATA
• STAGIONATURA PER ACCENTUARE IL SAPORE E LA CONSISTENZA
1. CORREZIONE DEL GRASSO. Alcuni latti vengono scremati (per affioramento) per
ottenere formaggi semigrassi (es. Parmigiano Reggiano), altri vengono addizionati di crema
(a volte Provolone e Gorgonzola) per ottenere formaggi grassi.
2. PASTORIZZAZIONE. Per la fabbricazione di formaggi freschi e, a volte, per abbassare
la carica microbica di determinati latti, si effettua la pastorizzazione.
3. INNESTO DI FERMENTI LATTICI – COAGULAZIONE DELLE PROTEINE DEL LATTE
Le moderne tecnologie per la produzione di molti formaggi impiegano ormai abitualmente
fermenti lattici selezionati. L’aggiunta di innesto apporta al latte una flora batterica che
assicura una decisa prevalenza dei batteri caseofili che conferiscono elevata acidità, favoriscono
la coagulazione e contrastano i batteri butirrici (agenti del gonfiore tardivo).
Questo insemenzamento può essere effettuato in vari modi:
- mediante innesto naturale, che consiste in colture di batteri già presenti naturalmente
nel latte il cui sviluppo viene favorito col riscaldamento del latte (latteinnesto)
o del siero (sieroinnesto),
- mediante innesto selezionato, che consiste in colture di batteri appositamente selezionati
per conferire al formaggio caratteristiche organolettiche omogenee e costanti
(lattofermento e sierofermento).
4. SEPARAZIONE DELLA CAGLIATA DAL SIERO La cagliata viene riscaldata
e pressata per rimuovere la parte acquosa;
5 MESSA IN FORMA DELLA CAGLIATA
6. STAGIONATURA PER ACCENTUARE IL SAPORE E LA CONSISTENZA
Viene quindi cosparsa di sale e fatta stagionare con o senza l’aggiunta di
microrganismi;
In alcuni formaggi viene effettuato un secondo inoculo per produrre un’altra
fermentazione:
-Propionibacterium viene inoculato per produrre il formaggio “Svizzero”.
Questi batteri trasformano acido latticoacido propionico, acetico e CO2
L’anidride carbonica produce i buchi caratteristici di questo formaggio
- L’inoculazione microbica si usa nella produzione dei formaggi erborinati
(gorgonzola, roquefort) aggiungendo spore di Penicillium roqueforti alla
cagliata prima della fase finale di produzione
PREPARAZIONE DELLO YOGHURT
LATTE DI BUONA
QUALITA’
STANDARDIZZAZIONE
DEL TITOLO DI GRASSO
LATTE INTERO 3,3-3.6% DI GRASSO
SEMIGRASSO 1,5% DI GRASSO
MAGRO 0,1% DI GRASSO
OMOGENIZZAZIONE DEI
GLOBULI DI GRASSO
TRATTAMENTO TERMICO
DEL LATTE
80-90°C per 20 min
95°C per 5 min
INOCULO CON
BATTERI LATTICI
Streptococcus thermophilus
Lactobacillus bulgaricus
Lactobacillus delbrueckii
FERMENTAZIONE A
42-45°C
per circa 3 ore
RAFFREDDAMENTO CON
ROTTURA DEL COAGULO
O A COAGULO COMPATTO
Fino a 10-12°C per rallentare le attività
metaboliche dei batteri lattici e favorire
la gelificazione
EVENTUALE AGGIUNTA DI
FRUTTA O AROMI
CONFEZIONAMENTO
CONSERVAZIONE A 4-5°C
ALCUNI CEPPI GRANDI PRODUTTORI DI
POLISACCARIDI CONTRIBUISCONO A
RENDERE IL PRODOTTO PIU’ CREMOSO
IMPIEGHI INDUSTRIALI DEL LIEVITO
E DEI SUOI PRODOTTI
Produzione di cellule di lievito
Lievito per panettieri
Lievito essiccato come integratore alimentare
Lievito essiccato per mangimi animali
Prodotti del lievito
Estratti per mezzi di coltura microbici
Vitamina B e vitamina D
Enzimi
Prodotti di fermentazione da lieviti
Etanolo
Glicerolo
Bevande alcoliche
Birra, vino
Bevande distillate
Whisky, brandy, vodka, rum
Il lievito viene cresciuto in
condizioni aerobiche in fermentatori
aerobi allo scopo di ottenere grandi
quantità di cellule.
Per la crescita vengono utilizzate le
melasse che contengono grandi
quantità di zucchero come
fonte di carbonio ed energia.
L’inoculo viene fatto in piccolo
volume, poi si procede allo
scale up.
Le cellule cresciute in fermentatore
vengono recuperate per
centrifugazione, e confezionate a
seconda degli utilizzi.
Nel processo di panificazione la crescita del lievito si esplica in
condizioni aerobiche. Ciò comporta un aumento della produzione
di CO2 e un minimo accumulo di alcool.
La fermentazione del pane avviene in varie fasi:
- le a e b amilasi presenti nell’impasto umido liberano maltosio e
saccarosio dall’amido;
- successivamente si aggiunge un ceppo di Saccharomyces cerevisiae
contenente gli enzimi maltasi, invertasi e zimasi;
- la CO2 prodotta dal lievito fa lievitare l’impasto, con la cottura la CO2
viene poi eliminata