"I microrganismi nei prodotti tipici; ruolo e potenziale effetto di innovazioni di prodotto e processo"

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1 "I microrganismi nei prodotti tipici; ruolo e potenziale effetto di innovazioni di prodotto e processo" CONVEGNO Evoluzione dei Prodotti Tipici e Tradizionali: quali innovazioni di prodotto/processo per rispettare le esigenze dei consumatori FEDERALIMENTARE Roma 15 maggio 2009 Erasmo Neviani Microbiologia degli alimenti Università di Parma

2 TIPICITA - TRADIZIONE Microrganismi e compatibilità dell innovazione in un prodotto tipico

3 Da dove i microrganismi? animali uomo alimenti ambiente

4 negli anni cambia il territorio, cambia il clima, cambia l organizzazione della vita dell uomo. l alimento non può rimanere sempre lo stesso senza dover scendere a compromessi con l evoluzione dell ecosistema modificazioni ecosistema modificazioni microbiota alimento

5 microrganismi potenzialmente presenti negli alimenti pericolosi utili (pro-tecnologici, probiotici) microrganismi presenti ma in stato non attivo microrganismi che sopravvivano ma di scarso nessun significato tecnologico noto

6 Ruolo Primario Microrganismi Utili (presenti naturalmente o aggiunti come starter) indirizzo corretti processi fermentazione inibizione patogeni ed alterativi a cosa servo..? tipicità, tradizione, tecnologia? produzione di modificazioni reologiche ed organolettiche Processi inizialmente empirici poi razionalizzati e valorizzati industriali innovativi - standardizzati

7 PRIME ESPERIENZE NELL IMPIEGO DI INNESTI L adozione dell utilizzo del sieroinnesto per la produzione di formaggio risale alla fine del secolo scorso. Gli studi di Gorini e Spallanzani avevano enfatizzato l importanza dei microrganismi nel processo di caseificazione e Notari, prima, e poi Fascetti individuavano l innesto come possibile metodo per contenere i difetti di gonfiore. La tradizione di oggi è stata innovazione in passato!

8 innovazione tecnologica Legame indissolubile tra sviluppo di specifica microflora e tecnologia Ogni modificazione di processo può indurre sconvolgimenti nell ecosistema microbico dell alimento

9 La storia ci insegna la continua evoluzione negli anni della composizione della microflora degli innesti in relazione sia alla modificazione degli ecosistemi ambientali che, e soprattutto, alle variazioni della tecnologia di produzione è stata osservata nel tempo. Prima Renko negli anni 40 e poi Bottazzi riprendendone gli studi hanno evidenziato come dagli inizi del secolo in poi la microflora del sieroinnesto sia mutata da una miscela di microrganismi sostanzialmente mesofili ad una di microrganismi termofili. Questa modificazione è probabilmente da mettere sia in relazione alle diverse temperature di cottura della cagliata sia alle condizioni di incubazione del siero dolce. Allo stato attuale la ricerca ha confermato queste osservazioni ed il legame tra microflora naturale e tecnologia è un dato di fatto.

10 ..dalla cottura a fuoco diretto in caldaia di rame alla grande polivalente

11 TRADIZIONE-INNOVAZIONE QUALITÀ CONTRIBUTO DELLA MICROBIOLOGIA DEGLI ALIMENTI

12 Prof. Giancarlo Moschetti INFLUENZA DEI BATTERI ALOFILI ESTREMI NELLA LAVORAZIONE TRADIZIONALE DI ALICI SALATE Le alici salate costituiscono una tipica produzione mediterranea, la cui valorizzazione passa attraverso la conoscenza delle diverse fasi del processo produttivo che influenzano le caratteristiche organolettiche del prodotto finito e riducono i rischi per la salute del consumatore. Utilizzo di lieviti autoctoni selezionati per la produzione di vini tipici dell Italia meridionale Lieviti selezionati in grado di permettere un corretto avvio della fermentazione primaria ed imprimere caratteri di tipicità agli aromi di fermentazione secondaria STUDIO DELLA FERMENTAZIONE DI OLIVE DA TAVOLA E APPLICAZIONE DI TECNOLOGIE MICROBIOLOGICHE INNOVATIVE NEL PROCESSO FERMENTATIVO SIVIGLIANO Caratterizzazione di microrganismi con attitudini tecnologiche di interesse di possibile impiego nella fermentazione delle olive

13 Dr. Diego Mora Studio di batteri migliorati food Grade per l impiego nelle produzioni alimentari Batteri produttori di sostanze antiossidanti Alimenti fermentati polifunzionali

14 Prof. PL Manachini Prof. ssa MG Fortina Prof. ssa A. Galli Prof. R Foschino

15 Prof. Giuseppe Comi Caratterizzazione della flora indigena di salumi ed insaccati tipici friulani Pitina della Val Tramontina (Presidio Slow Food) Dipartimento di scienze degli alimenti Caratterizzazione dei lieviti utilizzati per la produzione di birra artigianale Ricerca della presenza di OTA in salami stagionati con muffe Analisi delle componenti aromatiche anomale prodotte dai microrganismi in salami tipici Prof. Gabriella Rondinini, Prof. Michela Maifreni, Marilena Marino Caratterizzazione della flora indigena di batteri lattici isolati da formaggio Montasio, un formaggio DOP grasso a pasta cotta di colore paglierino, con occhiatura piccola e rada, ottenuto esclusivamente con latte vaccino prodotto in una zona limitata del Nord-Est d Italia Studio degli aspetti microbiologici (trasformazione e conservazione) di Brovada friulana prodotto tipico del Friuli-Venezia Giulia ottenuto da rape bianche fatte fermentare in tini a contatto con strati alterni di vinacce per giorni a una temperatura di C. A fine fermentazione, effettuata senza aggiunta di starter selezionato, le rape vengono sbucciate, tagliate a striscioline e confezionate in sacchetti termosaldati Brovada friulana

16 Prof. Francesca Clementi Caratterizzazione della flora indigena di batteri lattici in formaggi tipici come Canestrato Pugliese e Pecorino Caratterizzazione della flora indigena di Saccharomyces cerevisiae della regione Marche, per il miglioramento di vini locali Studi sull ecologia microbica di salami tradizionali Italiani come il Ciauscolo Analisi della popolazione microbica di lieviti e batteri lattici coinvolti nella produzione di Panettone

17 Prof. Luca Cocolin Approcci polifasici allo studio dell ecologia microbica di diversi prodotti fermentati Formaggio Raschera DOP Formaggio Castelmagno DOP Robiola di Roccaverano Fontina DOP Salami tipici Italiani Vini

18 Prof.ssa C.Caggia e C.L Randazzo Caratterizzazione fenotipica e genotipica di lieviti e batteri lattici isolati da lievito naturale per la produzione di Panettone Studio di geni di muffe e lieviti utilizzati in vinificazione Lieviti deteriorativi in prodotti confezionati e non (agenti di controllo biologico) Influenza di Saccharomyces uvarum sulle caratteristiche organolettiche della Malvasia delle Lipari DOP

19 Università degli Studi di Firenze Prof. Paola Domizio Studio delle dinamiche della popolazione di lieviti (indigeni e starter) e del loro effetto sulle caratteristiche organolettiche del Vinsanto Biodiversità Produzione di etanolo

20 DIPARTIMENTO DI SCIENZE AMBIENTALI AGRARIE E BIOTECNOLOGIE AGROALIMENTARI UNIVERSITA DI SASSARI Prof. Pietrino Deiana, Prof. Giovanni Antonio Farris Utilizzo di colture starter di batteri lattici selezionate per la produzione del formaggio Fiore Sardo Impiego di microflore autoctone per la produzione di formaggio Pecorino Sardo

21 Facoltà di agraria, Università della Basilicata Prof. Eugenio Parente Caratterizzazione della microflora lattica e micro-stafilococcica di salumi tipici lucani; valutazione dell'uso di colture starter nella produzione di salumi tipici lucani Caratterizzazione di batteriocine prodotte da ceppi di fermenti lattici isolati da salumi e loro effetto su microrganismi patogeni. Ottimizzazione delle tecniche di riproduzione di colture starter per insaccati. Studio della biodiversità microbica in impasti acidi per la produzione di pani tradizionali Prof. Patrizia Romano Studio della biodiversità e caratterizzazione dei lieviti vinari per l ottimizzazione della qualità del vino Lieviti coinvolti nella maturazione del Pecorino di Filiano

22 Prof. Marco Gobbetti Batteri lattici isolati da formaggi Italiani quali produttori di sostanze biogeniche o bioattive (GABA) Caratterizzazione di formaggi tipici Italiani, stagionati in condizioni non convenzionali (Casciotta di Urbino, Barricato San Martino, Vento d Estate, Ubriaco di Raboso) Sviluppo di colture starter per la produzione di mozzarella tradizionale Analisi della composizione, dei profili microbiologico, biochimico e di composti volatili di salami tradizionali (Varzi, Brianza and Piacentino)

23 Prof S. Copola, Prof. D.Ercolini Ecologia microbica di salumi tipici campani Formulazione di starter per la produzione della Soppressata di Vallo Diano PCR-DGGE per la ricerca dei microrganismi negli alimenti Metodi molecolari per l identificazione di microrganismi mesofili e pscicrotropici da carne e latte Dinamiche di popolazione in impasti acidi in cui Lactobacillus Sanfranciscensis è impiegato come starter Diversità microbica dei microrganismi di sieroinnesti per formaggi DOP (Caciocavallo Silano)

24 Prof. Gianluigi Cardinali Lieviti come marcatori della zona d origine FTIR (spettroscopia diretta per l analisi delle contaminazioni di colture di lievito)

25 Prof. Guerzoni, Prof. Gardini, Prof. Lanciotti, Dott. Vannini Sviluppo e selezione di colture microbiche per la produzione di alimenti fermentati e non Sviluppo di tecniche innovative per la tracciabilità e l identificazione molecolare dei microorganismi starter o co-starter Studio e modellazione matematica dell effetto individuale e combinato di tecnologie di processo termiche/non termiche e di fattori chimico-fisici o strutturali sulla sopravvivenza e sviluppo di batteri patogeni e degradativi Studio di sostanze naturali con attività antimicrobica Crescenza addizionata con Lattobacilli probiotici Interazioni lieviti-lattici in impasti acidi Microbiologia di salami fermentati Microbiologia di formaggi tipici (formaggi di fossa..)

26 Prof. Suzzi, Prof. Paparella, Prof. Corsetti Caratterizzazione di lieviti in fermentazioni spontanee del Vino Cotto Lattobacilli degli impasti acidi Popolazione di Enterococchi in Pecorino Abruzzese Lieviti del Pecorino Crotonese

27 Prof. Dellaglio, Prof. Torriani Biodiversità di latte crudo per la produzione di Fontina Microbiologia dei formaggi Trentingrana, Monte Veronese, Val Venosta Microrganismi nella produzione di cetrioli e olive fermentate

28 Prof. Battistotti..Prof. Pier Sandro Cocconcelli Caratterizzazione mocrorganismi Padano Caratterizzazione dei microrganismi della Mozzarella Microbiologia della Ricotta Forte e della Scamorza Altamurana Microrganismi del latte crudo utilizzato per la produzione di Formaggi del Parco Naturale Paneveggio - Pale di San Martino

29 Università degli studi di Modena e Reggio Emilia Prof. Paolo Giudici Batteri acetici per la produzione di aceti di qualità o di aceti speciali, isolati da Aceto Balsamico Tradizionale Fermentazione panaria tradizionale Selezione di lieviti per enologia

30 Prof. Raffaele Coppola, Prof. Luigi Grazia (università di Bologna) Caratterizzazione di Lactobacillus rhamnosus isolati da Parmigiano Reggiano Staphylococcus xilosus nella produzione di Soppressata Staphylococcus xilosus nella produzione di Soppressata Molisana

31 Ma quale e quanti sono i ruoli dei microrganismi??? Solo metabolismo e inibizione patogeni ed alterativi? a cosa servo? Specifico legame con tecnologia di produzione? Portatore di tipicità e di legame con il territorio? MOLTE INCERTEZZE E DIBATTITI IN MERITO

32 Università degli studi di Parma latte formaggio

33 Studio biodiversità in batteri lattici isolati da diverse Aree geografica Nicchie di produzione

34 Attività acidificanti e proteolitiche di L.helveticus Eigenvector 2 (22.3 %) P YE6 YE3P P P P P P P P P P P P P P P P P P P LEU P P P P P P P P P P G PRO P G ARG LYS P P P G G G P P G G P G YE24 G G G G G GG G G G G G G G G SSM6 SSM24 G GSSM3 G G G P Eigenvector 1 (34.4 %) OPA PHEPRO GATTI M., CONTARINI G., NEVIANI E. Effectiveness of chemometrical techniques in discriminating Lactobacillus helveticus biotypes from natural dairy starter cultures by phenotypic characteristics. Appl, Envirom.Microbiol, 65 (4), , (1999)

35 L.helveticus Provolone grana

36 Padano Lombardia e Veneto Attività acidificanti e proteolitiche Eigenvector 2 (26.8%) SSM3 SSM24 lombardia Phe-Pro Lys Arg veneto Eigenvector 1 (45.5%)

37 Padano Lombardia Veneto Monte Veronese Ch 64 Monte Veronese Ch 66 Monte Veronese Ch 65 L 10 Provolone 23 Provolone 24 Provolone 29 Provolone 31 Provolone 32 Provolone 34 Provolone 25 Provolone 26 Provolone 27 L 4 L 5 L 3 L 1 Provolone 16 Provolone 19 Provolone 33 L 2 L 9 Swiss Ch. 60 Swiss Ch. 61 Provolone 14 Provolone 57 Provolone 13 Provolone 15 Provolone 18 Provolone 20 Provolone 28 French Ch. 58 Lactobacillus helveticus ATCC15009 Parmigiano 53 Parmigiano 54 V 37 V 42 V 45 V 43 V 48 V 49 V 55 V 56 V 39 V 40 French Ch. 59 Argentinian Ch. 63 L 11 L 12 L 6 V 41 Parmigiano 52 V 47 Provolone 30 V 46 L 8 L 7 Provolone 17 Provolone 21 Argentinian Ch. 62 V 44 Provolone 22 V 38 V 50 V 51 V 36 V 35 Lombardia Veneto

38 Biodiversità in sieroinnesti Parmigiano Reggiano e Padano pianura pianura pianura pianura pianura pianura pianura montagna montagna montagna pianura montagna montagna montagna pianura S 18 S 10 ATCC ft 5 3 s Q 5 Q 8 S 14 hbt 4 ft 8 ft 6 R 7 R 10 O 4 M 5 N 14 Q 7 M 11 M 4 Lh25 Lh26 Lh23 Lh30 Lh32 Lh31 Lh22 Lh24 Lh29 Lh4 Lh27 Lh21 TH456 N 1 Lh28 Lh8 Lh15 Lh16 Lh1 Lh9 Lh12 Lh13 Lh10 Lh17 Lh18 Lh19 Lh20 Lh2 Lh3 Lh14 Lh11 Lh5 Lh6 Lh7 14s 14d48 15b 3a48 1 s 15b48 37s sf 1 sf 2 S 8 P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano P.Reggiano Parm.Regg. Parm. Regg. P.Reggiano PR GP

39 50 Biodiversità in sieroinnesti Parmigiano Reggiano Lact helveticus S13 pianura Lact helveticus R 1 pianura Lact helveticus S 2 pianura Lact helveticus S 4 pianura Lact helveticus R 5 pianura Lact helveticus M 5 montagna Lact helveticus S11 pianura Lact helveticus R13 pianura Lact helveticus S 7 pianura Lact helveticus M 7 montagna Lact helveticus Q11 pianura Lact helveticus N 1 montagna Lact helveticus S19 pianura Lact helveticus M 12 montagna Lact helveticus N 9 montagna Lact helveticus N10 montagna Lact helveticus M 3 montagna Lact helveticus N 5 montagna Lact helveticus N13 montagna Lact helveticus N 8 montagna Lact helveticus N 3 montagna Lact helveticus N 6 montagna Lact helveticus N15 montagna Lact helveticus M 2 montagna Lact helveticus N16 montagna Lact helveticus 0 4 montagna Lact helveticus 011 montagna Lact helveticus 0 7 montagna Lact helveticus 0 8 montagna Lact helveticus M 15 montagna Lact helveticus 014 montagna Lact helveticus M 8 montagna Lact helveticus M10 montagna Lact helveticus M 9 montagna Lact helveticus 019 montagna Lact helveticus Q 4 pianura Lact helveticus 0 20 montagna Lact helveticus 017 montagna Lact helveticus 018 montagna Lact helveticus Q 2 pianura Lact helveticus Q12 pianura Lact helveticus 0 9 montagna Lact helveticus M11 montagna Lact helveticus M 1 montagna Lact helveticus M 6 montagna Lact helveticus S 9 pianura Lact helveticus S12 pianura Lact helveticus S10 pinaura Lact helveticus N14 montagna Lact helveticus Q 1 pianura Lact helveticus 010 montagna Lact helveticus Q 6 pianura Lact helveticus 016 montagna Lact helveticus M 4 montagna Lact helveticus 012 montagna Lact helveticus S16 pianura Lact helveticus Q 7 pianura Lact helveticus S 8 pianura Lact helveticus S14 pianura Lact helveticus R 6 pianura Lact helveticus R14 pianura Lact helveticus S17 pianura Lact helveticus Q 5 pianura Lact helveticus S18 pianura Lact helveticus Q 8 pianura Lact helveticus R 8 pianura Lact helveticus R 10 pianura Lact helveticus R 7 pianura pianura montagna pianura M13 fingerprinting

40 Evoluzione microflora nel formaggio Modificazioni del prodotto associate a produzione e stagionatura Selezione biotipi adatti.. autoctoni Devo resistere! biodiversità come differente possibilità di sopravvivere Quindi differente attitudine alla trasformazione tecnologica differente attitudine all innovazione tecnologica

41 NUOVI DUBBI E FRONTIERE Cosa siamo in grado di valutare delle componenti di una popolazione microbica Nel corso della vita del prodotto fattori di stress modificano vitalità e significato tecnologico di una popolazione microbica L INNOVAZIONE NECESSITA DI CONOSCENZA E COMPRENSIONE

42 Possibile popolazione microbica in un alimento TOTALI VITALI NON VITALI COLTIVABILI NON COLTIVABILI? Quello che sei abituato a vedere: ma c è dell altro

43 Microrganismi non coltivabili Alcuni biotipi risultano incapaci di crescere in condizioni colturali, ma solo nell ecosistema alimento (non siamo in grado di riprodurre) Alcune cellule sono danneggiate o stressate Altre necessitano di interazioni con altri microrganismi etc

44 Ma anche tra le vitali, coltivabili o no, importanza numero e/o vitalità-attività?

45 Tecniche colturali tradizionali Tecniche culture indipendent

46 Microscopia Fluorescenza - tramite colorazioni differenziali è possibile distinguere cellule vitali e cellule non vitali lattobacillo non vitale streptococco non vitale lattobacillo vitale streptococco vitale

47 SIEROINNESTO DOPO RAFFREDDAMENTO PROLUNGATO SIEROINNESTO CONTROLLO

48 Elettroferogramma di frammenti di DNA in un campione di Sieroinnesto (LH-PCR) La lunghezza dei frammenti amplificati per ogni specie presente in un sieroinnesto per Padano: Streptococcus thermophilus 318 pb Lactobacillus delbrueckii spp. lactis/bulgaricus Lactobacillus helveticus 335 pb Lactobacillus fermentum pb 331 pb L. helveticus Fluorescenza (rfu) S. thermophilus L. delbrueckii L. fermentum

49 Siero 1 Siero 2 Siero 3 Siero 4 Siero 5

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53 Attività amminopeptidasica libera in formaggio (non asociata a cellule batteriche intere e vitali) EA Curd 6 hours Curd 12 hours Curd 48 hours Salted cheese (1 month) Pep N Pep C Pep L Parte esterna Cheese 2 months Cheese 3 months Cheese 4 months Cheese 6 months Cheese 8 months Cheese 10 months Pep A Pep I Pep X Cheese 12 months Cheese 16 months Cheese 20 months EA SLAB autolisi Parte interna Curd 6 hours Curd 12 hours Curd 48 hours Salted cheese (1 month) Cheese 2 months Cheese 3 months Cheese 4 months Cheese 6 months Cheese 8 months Cheese 10 months Cheese 12 months Cheese 16 months Cheese 20 months NSLAB crescita ed autolisi

54 evoluzione della frazione oligopeptidica nel corso della stagionatura 12 Semiquantitative amount Curd at vat extraction Curd 12 hours Curd 48 hours Salted cheese (1 month) Cheese 2 months Cheese 3 months Cheese 4 months Cheese 6 months Cheese 8 months Cheese 10 months Cheese 12 months Cheese 16 months Cheese 20 Months Set 1: 5 peptidi (media Mw 4024) Set 2: 40 peptidi (media Mw 1640) Set 3: 21 peptidi (media Mw 2332)

55 Evoluzione microflora nel formaggio NSLAB + SLAB Parametri Tecnologici Presenza altri microrganismi Modificazioni del substrato indotte dalla tecnologia e/o attività microbica (Aw, ph, NaCl, etc.) Ecco fatto!!!! SELEZIONE BIOTIPI ADATTI LAB funzionali

56 ruolo dei microrganismi quesiti aperti Quali microrganismi sono presenti Quanti microrganismi sono presenti In che stato fisiologico Metabolismi in condizioni non ottimali Microrganismi presenti ma in stato non attivo Interazioni tra microrganismi Lisi e rilascio enzimi (impronta enzimatica) Attività enzimi (potenziale o effettiva)

57 Ecologia microbica - Studio metabolismo Metodi tradizionali colturali Genomica Proteomica Metabolomica Metodi culture independent

58 Microflora caratteristica e criteri di compatibilità dell innovazione in un prodotto tipico

59 COMPRENDERE IL RUOLO DEI BATTERI E ESSENZIALE PER MUOVERSI CON SICUREZZA TRA TIPICITA E INNOVAZIONE NEI PRODOTTI ALIMENTARI

60 Abbandonare pratiche falsamente tradizionali anti-storiche e non in linea con la filiera di produzione, con gli ecosistemi ambientali e con l organizzazione della vita dell uomo di oggi Definire elementi qualità, pregio e sicurezza caratteristici del prodotto Comprendere e valorizzare il reale ruolo dei microrganismi in questo contesto

61 Tradizionale/Artigianale/Buono Industriale/Standardizzato/ Innovato/Cattivo sono generalmente categorie emotive usate in competizione per cercare di orientare i consumi e non necessariamente collegate alla qualità microbiologica

62 DOP, IGP, STG Denominazione Comunale Tipico con marchio associativo regolati da disciplinari di produzione più o meno severi (le regole) e garantiti da un ente di certificazione o da enti, esperti o associazioni pubbliche o private L osservanza di regole e standard impone limiti all innovazione (es: latte crudo, innesto naturale )

63 Tradizione è tuttavia anche. Marchio d impresa: Bel paese, Formaggino Mio, Tigre, Philadelphia, Sottilette etc Identità di prodotti nazionali, o della loro immagine, nel contesto internazionale: Pizza e Mozzarella

64 NON AVERE TIMORE DELL INNOVAZIONE, ANCHE SE QUESTA NON DEVE ESSERE SELVAGGIA MA COMPRESA L innovazione di oggi è la tradizione di domani La tradizione di oggi è stata innovazione in passato

65 GRAZIE per attenzione e pazienza, virtù sicuramente tradizionale