Aspetti microbiologici

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1 Il latte è VIVO... e pure i suoi derivati! Aspetti microbiologici Prof. Luigi Grazia Dipartimento di scienze e tecnologie agroalimentari (DISTAL) 26 marzo 2013

2 Composizione del latte Costituente % acqua 87,5 glucidi lattosio 4,9 lipidi grasso propriamente detto lecitina (fosfolipidi) insaponificabile (steroli, carotene, tocoferoli) 3,50 3,40 0,05 0,05 proteine 3,20 sali 0,9 costituenti diversi vitamine, enzimi, gas disciolti tracce estratto secco (totale) 12,5 caseine 78% proteine solubili 17% sostanze azotate 5% non proteiche α s1 36% α s2 10% β 34% k 13% γ1, γ2, γ3 7% (da Alais, 1984)

3 Fonti di inquinamento Aria Attrezzature Impianto di mungitura Lattodotto Tank Acqua Uomo Foraggi Lettiera Latte Animali Bovini Insetti Roditori

4 Microrganismi contaminanti il latte Gruppo Generi Specie o gruppo Enterobatteri Batteri lattici Escherichia, numerose specie in grado di fermentare il lattosio ed ev. salmonelle Enterococcus, Lactococcus, Pediococcus, Streptococcus Lactobacillus coli Tutte le specie Omo-, Etero fermentanti, Omo- eterofacoltativi Sporigeni anaerobi Clostridium butyricum, tyrobutyricum, sporogenes, altre Sporigeni aerobi Bacillus cereus, sporothermodurans, altre Propionici Propionibacterium freudenreichii ed altre Putrefacenti Pseudomonas, Bacillus, Enterobatteri Varie specie Micrococcacee Lieviti Micrococcus, Kocuria Staphylococcus Kluyveromyces, Saccharomyces, altri Varie specie aureus Muffe Penicillium, Aspergillus Varie specie Patogeni Brucella, Listeria, Mycobacterium abortus monocytogenes tubercolosis

5 Fattori che influenzano l inquinamento Stagione Umidità Eventi atmosferici Temperatura

6 Carica batterica totale (CBT) Per carica batterica totale si intende fare riferimento a quei microrganismi presenti nel latte che possono dare colonia in 2-3 giorni di incubazione a 30 C in ambiente aerobico in un terreno generico addizionato di latte, noto con il nome di Milk Plate Count Agar, (MPCA, DM ). Questo metodo consente di evidenziare i microrganismi appartenenti alla maggior parte dei gruppi microbici, normali inquinanti del latte

7 Carica batterica totale Batteri «filocaseari» Batteri lattici mesofili Batteri lattici termofili Batteri «anticaseari» Bacillus, Enterobatteri, Pseudomonas, ecc..

8 Variazione della Conta Batterica Totale durante la conservazione

9 Enterobatteri Chi sono: Batteri aerobi facoltativi -Topt: 37 C. Escherichia coli e numerose specie capaci di fermentare il lattosio Possono essere presenti salmonelle, Yersinia enterocolitica Origine: Tratto intestinale Fonti di inquinamento: Feci Acqua stagnante nelle tubazioni A volte, acqua di pozzo inquinata Effetti sulla caseificazione: Batteri responsabili (soprattutto il genere Escherichia) di fermentazione acido mista con produzione di acido lattico, acido acetico, idrogeno e CO 2

10 Batteri lattici Chi sono: Mesofili o termofili, anaerobi facoltativi Generi Enterococcus, Lactococcus, Pediococcus, Streptococcus Genere Lactobacillus (Omofermentativi, Omofacoltativamente eterofermentativi, Eterofermentativi Origine: Tratto intestinale, foraggi. Fonti di inquinamento: feci, uomo, aria ed attrezzature Effetti sulla caseificazione: Bovini Possono essere filocaseari Insetti o alteranti Roditori

11 Sporigeni aerobi Chi sono: Batteri aerobi mesofili, sporigeni Genere Bacillus (B. cereus, B. sporothermodurans, B stearothermophilus e B. subtilis e altre specie) Origine: suolo Fonti di inquinamento: Foraggi, terreno presente nei foraggi, lettiere, tubazioni del vuoto Effetti sulla caseificazione: Colorazioni anomale, attività proteolitica e lipolitica nel latte durante la sosta

12 Pseudomonadacee Chi sono: Batteri mesofili psicrofili aerobi stretti Genere Pseudomonas Origine: Prevelentemente acqua Fonti di inquinamento: Acque di ristagno, attrezzature e lettiere Effetti sulla caseificazione: Attività proteolitica e lipolitica spinte

13 Altri batteri Gram (Acinetobacter) Chi sono: Acinetobacter: Batteri psicotrofi, aerobi stretti Origine: Acinetobacter: acqua Fonti di inquinamento: acqua Effetti sulla caseificazione: Attività proteolitica

14 Microstafilococcacee Chi sono: Batteri mesofili, aerobi stretti o facoltativamente anaerobi Generi Micrococcus e Kocuria Genere Staphylococcus Origine: Epidermide e mucose animali Fonti di inquinamento Pelle degli animali (rappresentano dal 30 al 90% dei microrganismi nei latti a bassa carica totale) Effetti sulla caseificazione Possono intervenire sulla maturazione del latte durante la sosta, tuttavia nel Parmigiano Reggiano non trovano le condizioni per sopravvivere durante la maturazione

15 Attinomiceti Chi sono: Microrganismi mesofili e termofili, aerobi stretti Origine: Fieno e terreno Fonti di inquinamento Foraggi e terreno portato dai foraggi Effetti sulla caseificazione Non hanno nessun riscontro

16 Batteri Gram +: (Microbacterium, Arthrobacter, Corynebacterium) Chi sono e origine : Microbacterium aerobio mesofilo; prov. attrezzature Arthrobacter: aerobio mesofilo; prov. terreno Corynebacterium: anaerobio facoltativo; prov. animali Fonti di inquinamento Foraggi e terreno portato dai foraggi; animali Effetti sulla caseificazione Non hanno nessuna influenza

17 Lieviti Chi sono e origine : Candida, Torula, Kluyveromices, Torulopsis, Saccharomyces mesofili aerobi Origine Terreno e attrezzature Fonti di inquinamento Ambiente ed animali - + abbondanti nei periodi estivi ed autunnali Effetti sulla caseificazione Gonfiori precoci e occhiature sottocrosta nei formaggi

18 Muffe Chi sono e origine : Generi Penicillium, Aspergillus, Fusarium, Geotrichum Fonti di inquinamento Foraggi ammuffiti e ambiente Effetti sulla caseificazione Ammuffimento della crosta, presenza di aflatossine, formaggi erborinati (Gorgonzola)

19 Sporigeni anaerobi Chi sono: Battere anaerobi mesofili Genere Clostridium (C. butyricum, C. tyrobutyricum, C. sporogenes e altre specie) Origine: Foraggi ed insilati in particolare, lettiere, polvere e suolo Fonti di inquinamento Somministrazione di foraggi ed insilati, fieno con residui di terreno, somministrazione dei foraggi e rifacimento lettiere durante la mungitura. Effetti sul formaggio Gonfiori precoci forme vegetative Gonfiori tardivi spore

20 Batteri propionici Chi sono: Propionibacterium freudenreichii e altre specie Origine: Foraggi e tratto intestinale Fonti di inquinamento Feci prevalentemente Effetti sul formaggio Gonfiori propionici ed occhiature desiderata in altri formaggi

21 Microrganismi volutamente apportati: COLTURE NATURALI

22 Colture starter o innesti Sono colture microbiche impiegate per guidare le fermentazioni di vari alimenti (lievito madre del pane, lattoinnesto, sieroinnesto, scottainnesto, ecc )

23 Ruolo dei microrganismi nel miglioramento dei prodotti Le colture starter naturali sono state messe a punto per condurre in maniera corretta le fermentazioni; Le prime colture selezionate avevano il compito di ottimizzare il ruolo dei microrganismi, eliminando quei margini di insicurezza legati alle colture starter naturali Individuazione dei criteri di selezione: Propri della specie Altri legati al ceppo (caratteri tecnologici e di qualità)

24 Colture starter Le colture starter si possono suddividere in due categorie: Colture naturali: in latte o in siero e sono composte prevalentemente da batteri lattici termofili Colture selezionate: vengono preparate con differenti soluzioni tecniche e sono costituite da batteri lattici mesofili o da batteri lattici termofili.

25 Colture naturali: In siero: sieroinnesto: ottenuto per fermentazione di una porzione di siero residuo dalla lavorazione: sviluppo prevalente di batteri lattici termofili poiché la temperatura di cottura raggiunge nel caso del grana i 55 C. Grana e Provolone scottainnesto si ottiene per fermentazione del liquido residuo della lavorazione della ricotta e solitamente viene raffreddata alla temperatura ottimale ed inoculata con un aliquota di scottafermento residuo Pecorino

26 Colture naturali: In latte: lattoinnesto utilizzato per produrre formaggi a pasta cruda, più o meno molle come Crescenza, Robiola, Italico, Gorgonzola e Taleggio. Granuli: di polisaccaridi e caseina per la produzione di latte fermentato tipo kefir.

27 Il siero innesto Nel 1890 è avvenuto il primo impiego di siero-innesto ad opera di Giuseppe Notari, modenese di nascita che frequentò come allievo la Scuola di Zootecnia e Caseificio (oggi Istituto Tecnico Agrario Statale A.Zanelli ) di Reggio Emilia, e, ancora giovanissimo, ne diventò capo casaro.

28 Da Notari (1890): quest opera è quella di aver per primo ideato e messo in pratica l uso del sieroinnesto nella fabbricazione del formaggio di grana; uso estesosi in seguito per naturale conseguenza ad altri tipi di formaggio. nella pratica fabbricazione del formaggio grana urtava contro le difficoltà comuni con un gran numero di scarti.

29 Da Notari (1890): scelsi una via tutta pratica di prove servendomi di latte fermentato, di contenuto dello stomaco di vitelli, di formaggio grana fresco ben riuscito, di siero di latte, di alcuni agenti chimici che presto misi da parte Molte di queste prove mi diedero dei risultati negativi, altre, quella a base di siero di latte, mi confortarono ad insistere persuadendomi alla fine che ero sulla buona strada; tanto che al principio della campagna casearia del 1890, con l anima di chi crede di aver superato una delle maggiori difficoltà della vita, uscendo dalle prove e dai tentativi adottai l uso del siero-innesto come metodo ordinario della fabbricazione del grana

30 Preparazione del sieroinnesto Latte scremato della sera Latte intero della mattina Riscaldamento a C Aggiunta del siero innesto Aggiunta caglio Coagulazione (9-15 ) Rottura della cagliata (chicco di riso) Cottura (54-56 C) Estrazione siero Sosta Estrazione e messa in fascera

31 Variazione delle caratteristiche del sieroinnesto dal 1898 Anno Autore SH/50 ml T di incubazione C 1898 Notari C 1910 Fascetti Dalla Torre Bartoli Parisi a scendere 1947 Renko a scendere 1949 Quadri a scendere 1959 Bruscovic a scendere 1963 Sacchetti, Zambonelli a scendere 1965 Bottazzi a scendere Oggi Consorzio Parmigiano Reggiano a scendere

32 Discesa della temperatura all interno di una forma di Parmigiano - Reggiano

33 Microrganismi volutamente apportati: COLTURE STARTER SELEZIONATE

34 Microrganismi QPS On 19 November 2007 the European Food Safety Authority (EFSA) adopted guidelines for the implementation by its expert panels of the Qualified Presumption of Safety (QPS) risk assessment, a generic harmonised tool to assess the safety of microorganisms, which can be referred to as the European equivalent of the American GRAS (Generally Recognized as Safe) assessment in terms of risk assessment but with no regulatory implications.

35 Colture selezionate In latte o siero per formaggi Disidratate per latti fermentati, formaggi e latte probiotico Congelate per latti fermentati, formaggi e latte probiotico

36 Caratteristiche delle colture selezionate Le colture selezionate devono, in primo luogo, caratterizzarsi per: capacità e rapidità di acidificazione capacità di contribuire alla formazione del sapore, dell aroma e della struttura del prodotto fermentato avere una scarsa sensibilità al batteriofago o comunque tipizzate per la resistenza ai fagi.

37 Colture selezionate di batteri mesofili A forma coccica: Lactococcus lactis subsp. lactis, subsp. cremoris e subsp. diacetilactis e fra i mesofili A forma bastoncellare Lactobacillus casei e Lactobacillus rhamnosus. Impieghi: Latti fermentati Latte concentrato-fermentato Creme per burro per la produzione di burro aromatizzato Formaggi di diversi tipi, in particolare il cheddar, cottage cheese e fontal. Foto di Marzia Benevelli

38 Colture selezionate di batteri termofili A forma bastoncellare abbiamo: Lactobacillus helveticus, Lactobacillus delbruekii subspecie lactis e Lactobacillus delbruekii subspecie bulgaricus. A forma coccica: Streptococcus thermophilus. Per quanto riguarda i formaggi, in Italia, la prima coltura di batteri termofili selezionati è stata utilizzata nella produzione del formaggio gorgonzola con latte pastorizzato. Foto di Marzia Benevelli

39 Altre colture starter Batteri probiotici: Lactobacillus acidophylus, Bifidobacterium longum, Bifidobacterium bifidum, Enterococcus faecium e Propionibacterium freudenreichii. Lieviti: Kluyveromyces lactis lactis Muffe del genere Penicillium come Penicillium roqueforti e Penicillium camemberti, importanti nella maturazione del Roquefort e del Camembert. Foto di Marzia Benevelli

40 Colture microbiche usate come innesto non acidificante Coltura Caratteristiche Formaggi Penicillium candidum Geotrichum candidum Penicillium roqueforti Penicillium weidemannii Muffe Maturazione; superfici; competizione vs. Mucor Maturazione; superfici; competizione vs. Mucor Erborinatura, maturazione Lieviti A pasta molle A pasta molle Gorgonzola Kluyveromyces lactis Disacidificazione della pasta Formaggi a muffa bianca Saccharomyces cerevisiae Apertura della pasta Gorgonzola Batteri Propionabacterium spp. Occhiatura Emmenthaler Microflora superficiale Brevibacterium linens Pigmentazione rosso-arancio della crosta, maturazione (proteolisi, lipolisi, aroma) A pasta molle Micrococcus spp. Pigmentazione, aromatizzazione A pasta molle Enterococcus faecium Attività antagonista vs. Listeria A pasta molle Da Mucchetti e Neviani, 2006

41 LATTI FERMENTATI

42 I latti fermentati Latti fermentati Temperatura di incubazione >40 C Temperatura di incubazione<40 C Soltanto batteri lattici omofermentativi termofili Soltanto batteri lattici omofermentativi Batteri lattici, lieviti ed altri

43 Principali latti fermentati Prodotto Yogurt Latte fermentato (AB yogurt) Specie animale Vacca, capra, pecora Vacca Microrganismi L. delbrueckii subsp. bulgaricus e S. thermophilus L. delbrueckii subsp. bulgaricus e S. thermophilus + L. acidophilus + Bifid. bifidum o B. lungum + L. casei ssp. paracasei BRA (Svezia) Vacca Bifidobacteria, L. reuteri, L. acidophilus Yacult (Giappone) Vacca Bifidobacterium breve Acidophilus milk Vacca L. acidophilus Latte fermentato Vacca L. rhamnosus GG, L. casei Kefyr Vacca L. kefiri, Leuconostoc spp., Lactococcus, Acetobacter, Kluyveromyces marxianus, Saccharomyces unisporus, S. cerevisiae, S. exigus Koumiss Cavalla L. delbrueckii subsp. bulgaricus Viili (Finlandia) Vacca Batteri lattici mesofili + Geotrichum candidum

44 Yogurth Preparazione del latte (trattamento termico, concentrazione) omogeneizzazione Aggiunta delle colture starter Preparazione dello starter Fermentazione Coagulo intero Distribuzione in vasetti Fermentazione Raffreddamento Coagulo rotto Fermentazione Rottura del coagulo Raffreddamento a 20 C Aggiunta aromi Confezionamento in vasetti Raffreddamento Raffreddamento

45 Attività biochimiche delle due specie impiegate Attività Streptococcus thermophilus Peptide del peptidoglicano L-Lys-Ala L-Lys-D-Asp Lactobacillus bulgaricus Produzione di acido lattico in latte dalla fermentazione di: Lattosio, glucosio Lattosio, glucosio Tipo di acido lattico prodotto L(+) D(-) Quantità di acido lattico prodotto <1% >1,5% Temperatura di sviluppo ottimale Max Min C 52 C C C C >21 C Sopravvivenza a 60 x 15 Positiva Negativa Sviluppo in presenza di 2,5% NaCl Sviluppo in presenza del 4% di NaCl Positivo Negativo Positivo Negativo NH 3 e CO 2 da urea Positivo Negativo NH 3 da arginina Negativo Negativo Produzione di acido folico Negativo Positivo

46 Composizione degli yogurt Distribuzione degli zuccheri (g/100 g) Lattosio Glucosio Galattosio Lattulosio Polisaccaridi 3,92 0,00 1,15 0,031 0,30 Acido lattico % D(-) L(+) Acido idrossi metil glutarico (ppm) Acido Formico (ppm) Aldeide acetica CO 2 (ppm) 0,65 0,81 150, ,

47 Prodotti del metabolismo dei batteri lattici nello yogurth 1. Acido lattico 2. Aldeide acetica, acetone, etanolo, diacetile 3. Corti peptidi e aminoacidi 4. Polisaccaridi 5. Acido diidrossimetilglutarico 6. Acido benzoico 7. Peptidi bioattivi 8. Vitamine 9. Anidride carbonica e ammoniaca 10. Acido formico 11. β- galattosidasi 12. Acidi nucleici 13. Batteriocine 14. Variazione nella distribuzione dei minerali

48 Fermentiere

49 RUOLO DEI MICRORGANISMI NELLA MATURAZIONE DEI FORMAGGI

50 I Formaggi a latte crudo La pastorizzazione modifica le caratteristiche sensoriali del prodotto (Grappin, 1995) La microflora nativa del latte: ruolo dei Non Starter Lactic Acid Bacteria (Batteri lattici non starter) o NSLAB

51 I batteri lattici non starter (NSLAB): derivano dal latte crudo, dall ambiente e da tutte le superfici che entrano in contatto con il latte; sono batteri fondamentali per la maturazione del formaggio; si moltiplicano successivamente alla microflora termofila del siero-innesto; per autolisi liberano enzimi che favoriscono la maturazione del formaggio;

52 Ruolo dei NSLAB Determinazione della varietà, attività e specificità degli enzimi proteolitici dei NSLAB (Williams et al. 1997) Ruolo della temperatura, ph e concentrazione salina sull attività peptidasica dei NSLAB e la conseguente formazione dell aroma (Gobbetti et al., 1999) La presenza dei NSLAB è fondamentale per la maturazione dei formaggi (Rehman et al. 2000)

53 Studi sui NSLAB Attività antagonista dei NSLAB nei confronti di patogeni (Giraffa, 1995) Presenza dei NSLAB, distribuzione e numerosità nelle varie fasi di stagionatura dei formaggi (Coppola et al., ) Ceppi di L. rhamnosus isolati da formaggio Parmigiano-Reggiano sono resistenti ai sali biliari e al ph ridotto (Succi et al., 2005) L. rhamnosus è resistente alla vancomicina, ma non ad altri antibiotici (Coppola et al., 2005)

54 Innesti utilizzati per la produzione dei formaggi DOP italiani I Formaggio Innesto Grana Padano Parmigiano Reggiano Provolone Valpadana Pecorino Romano Asiago pressato, Gorgonzola, Taleggio Quartirolo lombardo Asiago Mozzarella di bufala campana Sieroinnesto naturale termofilo (principalmete L. helveticus e L. lactis, presenza limitata di lattobacilli eterofermentanti e S. thermophilus Sieroinnesto naturale termofilo (L. helveticus, L. lactis + S. thermophilus Scottainnesto ± L. bulgaricus + S. thermophilus S. thermophilus + L. bulgaricus Lattoinnesto naturale termofilo e/o selezionato autoctono Sieroinnesto naturale mesofilo : S. thermophilus, lattococchi, enterococchi, lattobacilli termofili e mesofili, lieviti in rapporti diversi in funzione delle condizioni di produzione Da Mucchetti e Neviani, 2006

55 Innesti utilizzati per la produzione dei formaggi DOP italiani II Formaggio Innesto Montasio Fontina Pecorino Toscano Bitto, Ragusano, Valle d Aosta Fromadzo, Valtellina Casera Bra tenero Pecorino Sardo Raschera Da Mucchetti e Neviani, 2006 Innesto/fermento naturale selezionato (S. thermophilus) Non previsto, enterococchi Inoculo diretto (lattococchi ± streptococchi termofili autoctoni Sviluppo spontaneo di microflora casearia Lattoinnesto naturale o selezionato Colture di fermenti lattici naturali (S. thermophilus autoctono) Siero innesto o lattoinnesto naturale o fermenti mesofili selezionati

56 Innesti utilizzati per la produzione dei formaggi DOP italiani III Formaggio Innesto Monte Veronese Quartirolo lombardo Caciocavallo Silano Bra duro Canestrato pugliese Casciotta d Urbino Castelmagno Fiore Sardo Formai de Mut dell Alta Val Brembana Murazzano Pecorino Siciliano Robiola di Roccaverano Spressa delle Giudicarie Toma Piemontese Fermenti lattici derivanti da lavorazioni precedenti prodotti nello stabilimento interessato o limitrofi Senza innesto o sieroinnesto naturale prodotto nelle stesso stabilimento di produzione Non definito, spesso senza uso di innesto, in taluni casi indicazioni su uso di innesti non meglio specificati o sperimentali. Da Mucchetti e Neviani, 2006

57 CLOSTRIDI BUTIRRICI

58 Origine dei clostridi nel latte Terreno Insilato Vacca Latte Mungitura Lettiera

59 Schema di caseificazione del formaggio Grana Padano Latte crudo (massimo 2 munte giornaliere) Affioramento naturale della crema Aggiunta di Lisozima 250 ppm Latte parzialmente scremato Latte in caldaia Aggiunta di sieroinnesto Aggiunta del caglio Coagulazione Taglio Cottura (T finale 56 C) Giacenza sotto siero (70 ) Formatura (2 giorni) Salatura Stagionatura

60 Effetti sul formaggio

61 Effetti sul formaggio

62 Effetti sul formaggio

63 IL LATTE COME VEICOLO DI BATTERI PROBIOTICI

64 I microrganismi probiotici I probiotici sono microrganismi vivi che, somministrati in numero adeguato, hanno effetti benefici sulla salute dell ospite (FAO, 2002)

65 Storia Le proprietà dei batteri probiotici sono conosciute dagli inizi del 900, ma già in precedenza: Bibbia: (Genesi 18,1-8), dove si racconta che Abramo offrì al Signore del latte acido ; Plinio il Vecchio (76 d. C.) riteneva che l uso del latte fermentato fosse efficace nella cura di infezioni; viaggiatori esaltano le proprietà rinfrescanti del latte rappreso che i Greci chiamano Ghiogurt (S.Scorfani, 1799); Spandugino (1890) descrive l abitudine delle popolazioni turche di lasciare inacidire il latte trasformandolo in Iugurth.

66 Metchnikoff. Di origine russa, a lui si devono i primi studi rigorosi sui latti fermentati 1906 selezionò dei ceppi di batteri lattici per produrre il primo latte fermentato occidentale Bulgarian Bacillus Essais optimistic (1907) Premio Nobel 1908

67 Studi successivi Rettger (1921) scoprì che Bacillus acidophilus sopravvive nell intestino umano; Kopeloff (1926) dichiarò che questo poteva essere sfruttato inserendolo nella dieta umana; un equilibrata flora intestinale, in qualsiasi animale considerato, aveva un ruolo fondamentale sulla resistenza alle malattie (Bohnhoff, et al., 1954; Freter, 1954; Freter, 1956; Collins e Carter, 1978),

68 Prodotti probiotici tradizionali (Bottazzi, 2004) Latti fermentati di base YOGURT KEFIR Microflora responsabile fermentazione Lactobacillus delbrueckii bulgaricus Str. thermophilus Batteri lattici Acetobatteri Lieviti della subsp. YOGURT TIBETANO Lactobacillus crispatus Candida cruzeri Principali proprietà funzionali di base Ipocolesterolemica Antitumorale Digestione lattosio Immunomodulante Antidiarroica Antitumorale Digestione lattosio Anti-batteri patogeni Antiulcera da Helicobacter pylori FERMENTATO Lactobacillus Ipotensiva BIOGENICO helveticus YAKULT Lb. casei Shirota Antidiarrea da rotavirus Antitumorale immunomodulante

69 Specie microbiche considerate probiotiche Lactobacillus acidophilus Bifidobacterium infantis Lactobacills casei Bifidobacterium lactis Lactobacillus johnsonii Bifidobacterium longum Lactobacillus paracasei Streptococcus thermophilus Lactobacillus plantarum Saccharomyces boulardii Lactobacillus delbrueckii Kluyveromyces lactis Lactobacillus rhamnosus GG Saccharomyces cerevisiae Lactobacillus gasseri Bifidobacterium adolescentis Bifidobacterium animalis Bifidobacterium bifidum Bifidobacterium breve

70 Effetti dell azione dei probiotici Riduzione dell intolleranza al lattosio Azione anti-diarrea Riequilibrio della flora intestinale Riduzione del colesterolo nel sangue Azione antimicrobica Azione su Helicobacter pylori Allergia Stitichezza Assorbimento di calcio Infezioni Miglioramento dell efficacia dei vaccini Ostacolo allo sviluppo dei tumori Sistema immunitario Infezioni uro-genitali Vitamine e digestione Intestino irritabile

71 Riduzione dell intolleranza al lattosio Due sono i meccanismi probabili per favorire la digestione del lattosio: la riduzione del lattosio nel prodotto caseario attraverso la fermentazione, che può avvenire al di fuori del corpo umano, azione probiotica in senso stretto che consente ai probiotici di esplicare la loro capacità di moltiplicarsi nel tratto gastrointestinale e di liberare la β- galattosidasi, che consente di mettere a disposizione il glucosio e il galattosio, che sono di più facile digeribilità.

72 Azione anti-diarrea L assunzione di probiotici nella dieta: previene o diminuisce la frequenza e la durata di diarrea associata ad antibiotici, chemioterapia, diarrea del viaggiatore, da radiazioni; previene la diarrea infantile soprattutto causata da rotavirus, che è l agente infettivo più comune, aiutando nei casi di diarrea causata da agenti non identificati E stato riscontrato che possa ridurre la ricorrenza della diarrea cronica causata da Clostridium difficile

73 Azione anti-diarrea Probabili meccanismi di azione: Inibizione dell adesione dei patogeni con modifica della glicosilazione del recettore nelle cellule epiteliali tramite i fattori solubili di loro produzione (anche da parte di microrganismi probiotici inattivati)

74 Azione anti-diarrea Dopo assunzione di antibiotici, Clostridium difficile può facilmente colonizzare l intestino, dove rilascia due esotossine proteiche, tossina A e tossina B, che provocano diarree e coliti: Saccharomyces boulardii ha dimostrato di essere il microrganismo più efficace contro la diarrea da Clostridium difficile (associato all antibiotico) e per la diarrea causata dai cambiamenti della microflora da nutrizione parenterale Lactobacillus casei e Lactobacillus acidophilus prevengono e riducono la durata della diarrea in pazienti ospedalizzati per Escherichia coli, Salmonella spp., Shigella o rotavirus.

75 Riequilibrio della flora intestinale I batteri probiotici aderiscono saldamente alla mucosa epiteliale, in particolare sulla superficie delle cellule, alle cripte dell ileo, cieco e colon, al muco che ricopre l epitelio e al lume dell intestino L adesione del batterio avviene a livello dell orletto a spazzola dei villi, tramite il controllo di fimbrie e adesine. La capacità di aderire alla mucosa intestinale risulta, così, un pre-requisito per la colonizzazione. la colonizzazione non risulta permanente

76 Riequilibrio della flora intestinale La presenza dei batteri probiotici nell intestino: contribuisce alla permeabilità della barriera mucosale, abbassando la permeabilità in presenza di patogeni e favorendo il passaggio dei nutrienti Ripara e previene i danni mucosali causati da antigeni alimentari o da sostanze medicinali Tramite produzione di acidi grassi a corta catena incrementa la produzione di mucosa intestinale, stimolando la divisione cellulare e il flusso ematico nel colon, aumentando la disponibilità di ossigeno nei siti danneggiati

77 Azione antimicrobica Produzione di acidi organici che abbassano il ph e alterano il potenziale di ossido-riduzione nell intestino che riescono ad inibire i batteri patogeni, soprattutto i Gram ; Produzione di elementi inibitori o antimicrobici, come il perossido d idrogeno e Batteriocine ; Azione come antagonisti competitivi per i nutrienti essenziali o per l adesione dei siti o migliorando l ambiente sfavorendo la crescita dei patogeni I batteri probiotici hanno inoltre la capacità di formare aggregati con i patogeni, permettendo così una più facile espulsione di questi dall intestino

78 Vitamine e digestione La presenza di probiotici negli alimenti migliora il valore nutrizionale, poiché aumenta l assorbimento dei nutrienti (Collins, 2001) e migliora la digeribilità. La produzione di acidi grassi contribuiscono all assorbimento di acqua e sodio nel colon (De Santis e Brega, 1998). I LAB sembrano avere un attività idrolitica sulle proteine da cui si ottengono i peptici bioattivi. Questi hanno effetti di regolazione sui sistemi di trasporto intestinale di minerali e aminoacidi, sulla secrezione ormonale, sulla motilità gastrointestinale, sulla pressione arteriosa, sulla coagulazione del sangue e sul sistema immunitario (Testolin, 2000). Molti microrganismi probiotici producono, inoltre, vitamine del gruppo B (Ouwehand, et al., 1999).

79 Criterio di efficacia I microrganismi devono sopravvivere al passaggio del tratto digestivo, resistendo: ai sali biliari alle condizioni gastriche (dove il ph oscilla tra i valori 1-4), agli enzimi presenti nell intesino ( come lisozima, pepsina, tripsina, ecc ) ai metaboliti tossici prodotti durante la digestione

80 Criterio tecnologico Capacità di crescere in diversi substrati e l adattabilità alle lavorazioni Buone caratteristiche sensoriali Per favorire la vitalità di alcuni ceppi di probiotici, venogno aggiunti i prebiotici che solitamente sono zuccheri complessi, oligosaccaridi (come frutto-oligosaccaridi, lactulosio, raffinosio, inulina, ), che non possono essere metabolizzati direttamente dall uomo, ma servono come fonte di carboidrati per la flora intestinale. Mescolando probiotici e prebiotici si ottengono i cosiddetti Simbiotici,che migliorano la sopravvivenza e la fissazione dei ceppi selezionati.

81 MICROBIOTA DI FORMAGGI A LATTE CRUDO

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84 CARATTERISTICHE DEL PECORINO D ABRUZZO Gruppo Del Gallo et al. Università dell Aquila Lactobacillus paracasei, Lactobacillus plantarum, Lactococcus latis subsp. lactis. Costituzione di una ceppoteca di microrganismi tipici del Pecorino d Abruzzo Proteolisi accentuata con notevole liberazione di amminoacidi Lipolisi spinta tipica di formaggi vocati a lunga stagionatura Dipendenza dal fattore stagionale e dalla tecnologia produttiva

85 Toma piemontese GRUPPO Manachini P. L., Fortina M. G., Ricci G. Sono stati isolati e identificati ceppi non virulenti di specie note p. es. di Lactococcus garvieae e ceppi di una nuova specie di enterococco: E. italicus. Queste ricerche, in parte ancora in corso, sono state condotte in collaborazione con enti pubblici e produttori privati, al fine di definire alcuni parametri atti alla elaborazione della Carta di Identità Microbiologica di alcuni prodotti caseari artigianali.

86 INNOVAZIONI NEL SETTORE DEI PRODOTTI LATTIERO- CASEARI

87 Innovazioni nel settore dei prodotti lattiero-caseari Foto da Ottogalli Atlante dei formaggi Impiego delle colture probiotiche Messa a punto di prodotti funzionali Combinazione delle due azioni precedenti Impiego di colture attenuate al fine di ottimizzare il prodotto sfruttando caratteristiche biochimiche specifiche

88 PROGETTO Produzione di formaggi con latte fortificato con Zn++ Zn++ oligoelemento essenziale Neurogenesi, Sinaptogenesi, Mineralizzazione ossa, etc Inadeguato intake provoca deficienze livello consigliato:10 mg/gg (CE/ WHO) Zn gluconate e Zn solfato (autorizzati dal Reg.CE 1925/2006); Zn aspartato (parere positivo EFSA, 2008) SQUACQUERONE Str.thermophilus CACIOTTA Str.thermophilus Lb.helveticus 2 colture starter con ceppi selezionati per la capacità acidificante in latte fortificato con Zn hanno permesso di ottenere formaggi fortificati con caratteristiche chimiche e sensoriali non significativamente diverse dai controlli NaCl Fat Protein Starter Culture Zn ++ (mg/kg) (g/100 g) (g/100 g) (g/100 g) Log cfu/g M17 MRS Sample ph a w Pasteurized cow milk nd nd Squacquerone cheese fortified with Zn-S 5,36 0,98 1,05 12,77 10,38 7 nd Squacquerone cheese fortified with Zn-G 5,46 0,98 1,09 14,12 11,22 7,2 nd Squacquerone cheese fortified with Zn-A 5,25 0,96 1,54 12,85 10,99 7,8 nd Squacquerone cheese -control 1 5,51 0,98 1,49 12,25 10,38 7,2 nd Squacquerone cheese -control 2 5,26 0,99 0,76 14,6 11,38 7,1 nd Caciotta cheese fortified with Zn-S 5,13 0,97 2,39 26,92 23,11 4 4, Caciotta cheese fortified with Zn-G 5,18 0,97 2,28 28,61 23,47 3 3, Caciotta cheese fortified with Zn-A 5,13 0,94 2,05 28,56 24,42 3,2 4, Caciotta cheese -control 1 5,06 0,96 2,26 27,9 24,35 4,6 4, Caciotta cheese -control 2 5,14 0,93 2,35 26,48 24,43 4,

89 Il formaggio come alimento funzionale: aspetti tecnologici e sensoriali legati all additivazione di zinco nella produzione di Squacquerone Cristiana Chiavari 1, Fabio Coloretti 1, Giovanni Ferri 1, Luigi Grazia 1, Marco Malavolta 2, Eugenio Mocchegiani 2 L aggiunta di zinco non influenza le caratteristiche tecnologiche e microbiologiche L'addizione di aspartato o gluconato di zinco non sembra esercitare alcuna influenza negativa sulle caratteristiche sensoriali Lo squacquerone può essere considerato un valido veicolo per l'apporto di zinco nella dieta della popolazione anziana II Congresso Lattiero Caseario La ricerca scientifica e la valorizzazione del latte e dei derivati

90 Log cfu/g Log cfu/g Arricchimento di Mozzarella con batteri 9.5 9probiotici Fig. 1 Screening di 18 lattobacilli probiotici in base alla body/texture termoresistenza flavour 5.5 Panel test 3 5 body/texture Fig. 3 flavour 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 sour 2,5 1,5 0,5 BAM (controllo) body/texture Panel test day L. casei BGP93 L. delbrueckii subsp. bulgaricus SP5 L. paracasei LPC01 L. paracasei BGP1 L. paracasei BGP2 L. plantarum BG112 L. plantarum BGP12 L. plantarum LP27 L. plantarum LP32 Caratterizzazione creamy 0,5 del 0 prodotto: Analisi microbiologiche BAMP SP5 Concentrazioni di acido lattico e carboidrati residui Proteolisi sour Analisi sensoriale creamy day 14flavour 3 2,5 BAMP (con probiotici) BAM (controllo) 2 1,5 1 sour BAMP BCP1 CAMP BAMP BGP1 BCP1 BGP1 CAMP BAMP SP5 Panel test day 14 creamy BAMP (con probiotici) SP5 L. plantarum LP33 L. plantarum LP35 L. plantarum LP36 L. plantarum LP39 L. plantarum LP40 L. plantarum LP42 L. plantarum LP47 L. rhamnosus SP1 L. reuteri DSM C 55 C 55 C Adapted before stretching Aggiunta T1 di probiotici ** T7 ** termoresistenti nel latte T14 ** da caseificare e nella before stretching ** T1 cagliata ** T7 ** T14** T1 T1 ** T7 ** ** T14 T14** ** Fig. 2 before before stretching stretching ** ** T1 T1 ** T7 T7 ** ** T14 ** ** before stretching Log cfu/g * T1 CAMP BGP1 ** Minervini T7 et al., J. Dairy Sci., sottomesso ** T14 ** Dipartimento di Biologia e Chimica Agroforestale ed Ambientale before stretching * *

91 Produzione di Caciotta vaccina mediante l aggiunta di starter aggiunti attenutati Arbitrary units of area/100 Fig. 1 Fig. 2 Aminopeptidase Proline iminopeptidase Endopeptidase type O Glutamate dehydrogenase Cystathionine lyase Adjunct culture (AC) (ca. 8.2 log cfu ml -1 ) Lactobacillus paracasei FC2-5 Lactobacillus casei LC01 Lactobacillus curvatus 2770 Primary starters Streptococcus thermophilus and Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis (ca. 7.0 log cfu ml -1 for each species) Attenuated adjunct cultures (AAC) by sonication on ice-bath (3 cycles, 5 min/cycle) and freeze-dried (ca. 5.6 log cfu ml -1 ) Tab. 1 Attributes CC AC AAC Control cheese Cheese with AC Sulphur Compounds Methanethiol Carbon Disulfidel Dimethyl Sulfide Cheese with AAC Flavour 3.6 ± ± ± 0.2 (AC) Control cheese (CC) (AAC) Aroma 4.1 ± ± ± 0.2 Texture 6.8 ± ± ± 0.3 Overall acceptability 5.4 ± ± ± 0.3 Ripening was at 10 C for 60 days Dipartimento di Biologia e Chimica Agroforestale ed Ambientale

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