MICRORGANISMI E CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI

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1 MICRORGANISMI E CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI

2 Il problema della conservazione degli alimenti La conservazione dei prodotti alimentari è legata al mantenimento da parte dell alimento stesso delle caratteristiche proprie di qualità igienico-sanitaria, commerciale e organolettica. Il problema è di grande importanza per ragioni economiche, geografiche, politiche, climatiche, per l'incremento demografico e per il continuo aumento dell'urbanizzazione.

3 Conservazione degli alimenti: storia e cronaca La conservazione degli alimenti, cioè il complesso di tecniche che permettono di ottenere l'inibizione delle cause di alterazione, precede l'individuazione delle cause stesse (microrganismi, enzimi e agenti chimici e fisici)

4 Il deterioramento degli alimenti Con questo termine si intende qualunque modifica dell aspetto, dell odore o del sapore di un prodotto alimentare che lo renda inaccettabile al consumatore.

5 L alterazione degli alimenti è dovuta a diversi fattori: la moltiplicazione di batteri, funghi e lieviti l attività spontanea di enzimi presenti naturalmente negli alimenti fattori fisici: luce, temperatura fattori chimici: umidità, ossigeno Tutto ciò determina la comparsa di irrancidimento, di fenomeni putrefattivi, sviluppo di gas e di odori anomali, modificazione della consistenza ed inacidimento.

6 Il cibo deteriorato non è sempre cibo pericoloso per il consumo, ma in alcuni casi la deperibilità degli alimenti può essere causata da microrganismi patogeni. Le muffe buone Penicillium glaucum Penicillium roqueforti Penicillium camembert

7 Le muffe cattive Rhizopus: muffa del pane Penicillium spp.

8 Le muffe cattive La Botrytis cinerea è un fungo parassita che attacca molte varietà di piante, anche se fra i diversi ospiti quello economicamente più rilevante è la vite (in particolare aggredisce i grappoli d'uva). In viticoltura è comunemente nota come muffa grigia. A l centro la stessa muffa sulle fragole.

9 Le muffe cattive Penicillium italicum and Penicillium digitatum growing on an orange. by George Barron The name Penicillium comes from penicillus = brush, and this is based on the brush-like appearance of the fruiting structures (above right) under the microscope.

10 Varie specie di Penicillium e Aspergillus in coltura.

11 Le caratteristiche fisico-chimiche chimiche degli alimenti determinano il loro grado di suscettibilità all attività microbica.

12 Classificazione degli alimenti rispetto alla loro durata di conservazione Alimenti deperibili, che comprendono molti cibi freschi (carne, pesce, frutta e verdura) Alimenti semideperibili (patate e frutta secca) Alimenti non deperibili o stabili (farina, zucchero, riso, legumi secchi)

13 Deterioramento microbico di alimenti freschi I cibi freschi sono deteriorati da numerosi tipi di batteri e funghi Dal momento che le proprietà chimiche variano ampiamente, i diversi alimenti sono colonizzati dagli organismi indigeni più idonei a utilizzare i nutrienti disponibili

14 Deterioramento microbico di alimenti freschi Prodotto alimentare Tipo di microrganismo Principali agenti deterioranti Frutta e verdura Batteri Pseudomonas, Corynebacterium (principalmente patogeno per la verdura) Carni fresche, frutti di mare Funghi Batteri Funghi Aspergillus, Botrytis, Geotrichium, Rhizopus, Penicilllum, vari lieviti Acinetobacter, Aeromonas, Micrococcus, Pseudomonas, Proteus, Salmonella, Escherichia, Campylobacter, Listeria Sporotrichium, Candida, Geotrichium, Rhizopus, Penicilllum, Morula. Latte Batteri Streptococcus, Pseudomonas, Leuconostoc, Lactobacillus, Lactococcus, Proteus, Clostridium, Bacillus, Flavobacterium Alimenti con alto contenuto zuccherino Batteri Funghi Clostridium, Bacillus, Flavobacterium Saccharomyces, Torula, Penicillum

15 ORIGINE DEI BATTERI CAUSA DI MALATTIE ALIMENTARI Aeromonas B. cereus X Ambiente Animali Uomo Cl. botulinum X X X Cl. perfringens X X X S. typhi X S. non typhi X X Stafilococci X X L. monocitogenes X X E. coli X X Y. enterocolitica X X C. jejuni X Shigella Vibrio X X

16 COME SI CONTAMINANO GLI ALIMENTI? 1. ALL ORIGINE 2. DURANTE L IMMAGAZZIMENTO: Depositi non idonei Scarsa pulizia delle celle frigo con promiscuità degli alimenti Temperature inadeguate 3. DURANTE LA MANIPOLAZIONE: Inosservanza delle norme igieniche personali Attrezzature e superfici di lavoro contaminate Tempi e temperature di cottura inadeguati Promiscuità cotto/crudo, sporco/pulito 4. DOPO LA PREPARAZIONE: Conservazione a temperatura non idonea Promiscuità cotto/crudo Confezionamento in condizioni igieniche inadeguate IN TUTTE LE FASI E POSSIBILE LA CONTAMINAZIONE DA PARTE DI INSETTI, RODITORI, ECC.

17 La crescita microbica negli alimenti Lo sviluppo dei microrganismi negli alimenti segue il modello standard della crescita microbica. o o La fase di latenza può essere di durata variabile La velocità di crescita durante la fase esponenziale dipende dalla temperatura, dal valore nutritivo dell alimento e da altre condizioni di crescita. Il tempo necessario affinché la popolazione raggiunga una densità significativa per determinare il deterioramento del prodotto alimentare dipende: dall inoculo iniziale dalla velocità di crescita durante la fase esponenziale.

18 FATTORI CHE INFLUENZANO LA CRESCITA DEI MICRORGANISMI Composizione chimica: (presenza di nutrienti come proteine, zuccheri, grassi, vitamine, etc.) Contenuto in acqua: (Aw: attività dell acqua) (la maggior parte ha bisogno di una disponibilità di acqua superiore al 95%) ph: neutro e comunque superiore a 4.5 e inferiore a 9 Atmosfera: gli aerobi hanno bisogno di ossigeno, gli anaerobi sono inattivati dall ossigeno (Eh) Temperatura: C FRIGO (i microrganismi non si riproducono ma rimangono vitali) C Temperatura IDEALE per la moltiplicazione dei microrganismi 3. > C i microrganismi vengono uccisi ma le spore (Clostridi del botulismo) e alcune tossine (Staphilococcus aureus) sono termoresistenti e conservano la loro attività Tempo trascorso tra preparazione e consumo: (alla temperatura ottimale C si dividono ogni 20 minuti circa)

19 La temperatura In generale, una bassa temperatura di conservazione riduce la velocità di deterioramento Tuttavia, un certo numero di microrganismi psicrotollerati possono sopravvivere e crescere anche alle temperature di refrigerazione. Per tanto è possibile conservare cibi deperibili per lungo tempo solo a temperature inferiori a 0 C: -20 C -80 C (ghiaccio secco)

20 TEMPERATURA La maggior parte dei microrganismi tossici che attaccano gli alimenti appartiene al gruppo dei microrganismi mesofili la cui temperatura ottimale di sviluppo è di C (Salmonella, Cl. botulinum tipo A e B, Cl. perfringens, S. aureus, ecc.). Anche altre Enterobacteriaceae e la maggior parte dei batteri Gram+, per es. Bacillus e Clostridium, Micrococcus e batteri lattici, crescono nell intervallo mesofilo. Solo pochi microrganismi appartengono al gruppo dei termofili perché possiedono una temperatura minima di sviluppo >40 C. Vi appartengono soprattutto le specie di Bacillus e Clostridium Alcune muffe sono termotolleranti: possiedono l optimum di temperatura nell intervallo mesofilo, ma possono ugualmente tollerare temperature di sviluppo elevate.

21 Il ph La maggior parte dei cibi ha un ph neutro o acido Un ph pari o inferiore a 5 inibisce la crescita della maggior parte dei microrganismi in grado di alterare gli alimenti Pertanto l acido viene spesso usato nella conservazione degli alimenti

22 Cibo fermentato Nel cibo, in alcuni casi si può sviluppare acido per effetto dell attività microbica: il prodotto in al caso viene definito cibo fermentato Esempi: crauti, yogurt, panna acida, formaggi. I microrganismi coinvolti nella fermentazione degli alimenti sono: i batteri lattici, acetici e propionici. Questi batteri non crescono ad un ph inferiore a 4, pertanto il processo è autolimitante

23 Valori minimi e massimi di ph per lo sviluppo dei microrganismi Microrganismi Minimo ph Massimo ph Acidoresistenza Micrococcus sp. Pseudomonas aeruginosa Bacillus stearothermophilus 5,6 5,6 5,2 8,1 8,0 9,2 Bassa acidoresistenza ph min > 5,0 Clostridium botulinum Tipo E Clostridium sporogens Bacillus cereus Vibrio Parahaemolyticus Clostridium botulinum Tipo A,B 5,0-5,2 5,0 4,9 4,8 4,5 9,0 9,3 11,0 8,5 Media acidoresistenza ph min 5,0-4,0 Stafilococcus aureus Salmonelle Escherichia coli Proteus vulgaris Streptococcus lactis Becillus cereus 4,0 4,0-4,5 4,4 4,4 4,3-4,8 4,3-4,9 9,8 8-9,6 9,0 9,2 9,2 Batteri lattici Lactobacillus spp. 3,8-4,4 7,2 Forte acidoresistenza Batteri acetici Acetobacter acidophilus 2,6 4,3 ph min 4,0 Lieviti Saccharomyes cerevisiae 2,3 8,6 Funghi Penicillium italicum 1,9 1,6 9,3 9,3 Aspergillus oryzae

24 Attività dell acqua L a w è definita come la disponibilità di acqua per i processi metabolici dei microrganismi. Poiché i microrganismi non crescono in condizioni di bassa attività dell acqua (scarsa disponibilità idrica) La crescita microbica può essere controllata abbassando il contenuto idrico disponibile negli alimenti: Essiccando Aggiungendo un soluto a concentrazione elevata come sale o zucchero

25 Aw Valori medi approssimativi di Aw per alcuni alimenti Carni Formaggi Marmellate Latte concentrato zuccherato Frutta secca 0.72 Uova in polvere 0.40 Biscotti 0.30 Latte in polvere 0.20

26 Aw Valori minimi approssimativi di Aw per la crescita dei microrganismi Batteri Lieviti Muffe Batteri alofili Muffe xerofile Lieviti osmofili Xerofilo: capace di vivere a basse Aw e ad alte concentrazioni saline Alofilo: capace di vivere ad alte concentrazioni saline Osmofilo: capace di crescere su ampi intervalli di valori di Aw o di pressione osmotica; (Staphylococcus, Saccharomyces)

27 CATEGORIE DI ALIMENTI in relazione ad Aw, ph e Temperatura di conservazione Categoria ph Aw Temperatura C Altamente deteriorabile >5.2 >0.95 <5 Deteriorabile <10 Deteriorabile <10 Stabile <5.2 <0.95 T.A Stabile <5 - T.A. Stabile - <0.90 T.A

28 POTENZIALE DI OSSIDO-RIDUZIONE (Eh) Rappresenta il grado di ossidazione di un alimento E funzione: del ph della composizione dell alimento (presenza di sostanze riducenti come cisteina, acido ascorbico, ecc.) della concentrazione di ossigeno Sistemi in uso: atmosfera controllata: aggiunta CO 2 e CO 2 + NO 2 sottovuoto : eliminazione dell aria dell alimento con riduzione della concentrazione di O 2 N.B. Il sottovuoto : non elimina i patogeni Eh (mv) MICRORGANISMI Aerobi obbligati Anaerobi facoltativi Anaerobi obbligati non ne inibisce totalmente la moltiplicazione (per es. le Salmonelle crescono bene se la temperatura di conservazione è di C e gli anaerobi sono addirittura favoriti).

29 La conservazione degli alimenti E l'insieme delle tecniche che servono a rallentare i processi di alterazione a cui vanno incontro gli alimenti sia per l'effetto del tempo che dell'ambiente esterno (luce e calore) mantenendone inalterate le proprietà nutritive ed organolettiche e la qualità igienico-sanitaria.

30 Metodi di conservazione degli alimenti Sono disponibili vari metodi per la conservazione degli alimenti e la loro scelta dipende sia dal tipo di alimento da fattori ambientali, economici ed igienici. A livello industriale si usano diverse tecniche di conservazione. I metodi di conservazione degli alimenti tendono ad evitare le alterazioni rendendoli più stabili.

31 PROCEDIMENTI DI CONSERVAZIONE DELI ALIMENTI CONSERVAZIONE Procedimenti chimici Procedimenti fisici Procedimenti biologici Atmosfera gassosa Abbassamento del valore a w Riscaldamento Raffreddamento Irradiazione Aggiunta di conservanti Salamoia Affumicatura Sottrazione di acqua: Essiccamento Affumicatura Congelamento Salatura Aggiunta di zucchero Salamoia Gas protettivo (CO 2, N 2 ) Confezionamento sotto vuoto Pastorizzazione Cottura Sterilizzazione Congelamento Radiazioni UV β e γ Refrigerazione Fermentazione lattica

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34 Sterilizzazione La sterilizzazione mediante calore viene utilizzata per diversi prodotti, ma affinché l'azione sia duratura, occorre che il prodotto da sterilizzare sia racchiuso in recipienti nei quali è possibile creare il vuoto. Il prodotto comunque non può mantenersi all'infinito: per ottenere una sterilizzazione completa infatti occorrerebbero, alle temperature impiegate, tempi molto lunghi con grosse perdite nutritive.

35 Sterilizzazione VS Pastorizzazione Dal punto di vista nutrizionale, la sterilizzazione è meno vantaggiosa della pastorizzazione, in quanto l'alta temperatura inattiva le vitamine e fa denaturare le proteine.

36 Liofilizzazione I liofilizzati conservano le stesse qualità nutrizionali dei prodotti di partenza e vanno reidratati prima del consumo: si tratta di un'operazione pressoché istantanea e l'alimento ricostituito è del tutto simile a quello fresco. Un altro vantaggio, oltre alla conservazione assicurata per parecchi anni (purché all'asciutto), è quello di ridurre i cibi a proporzioni minime riducendone anche il peso. I cibi liofilizzati vengono confezionati in involucri resistenti all'ossigeno e all'umidità, generalmente alluminio e polietilene, ma anche vetro. Il confezionamento di questi prodotti è un'operazione delicata, compiuta o sottovuoto o in atmosfera controllata.

37 Conservanti alimentari chimici Per controllare la crescita microbica negli alimenti vengono usati numerosi prodotti chimici Tali composti sono classificati dall Ente Alimenti & Farmaci (FDA: Food and Drug Administration) sulla base del criterio riconosciuti generalmente come sicuri

38 Conservanti alimentari chimici Composto chimico Propionato di calcio o di sodio Benzoato di sodio Acido sorbico Anidride solforosa, solfiti e bisolfiti Formaldeide (da processi di affumicatura) Alimento Pane Bevande gassose, frutta, succhi di frutta, sottaceti, conserve, margarina Prodotti derivati da agrumi, sottaceti,formaggi Frutta secca, verdura, vino Carne pesce Ossidi di etilene e propilene Spezie e frutta secca Nitrito di sodio Prosciutto e pancetta

39 Fermentazione E' un insieme di processi chimici di OR degli zuccheri, e di altri composti, operata dai "fermenti" che comprendono muffe, lieviti e batteri. Le tecniche per ottenere, tramite la fermentazione, vantaggiose trasformazioni degli alimenti (bevande alcoliche dalle sostanze zuccherine della frutta e dei cereali, aceto dall'alcol, yogurt e formaggi dal latte, ecc.) sono antichissime. Questi processi, oltre a modificare parzialmente la composizione chimica ed il gusto degli alimenti, ne aumentano la conservabilità, la digeribilità, il contenuto vitaminico e in amminoacidi, determinando la formazione di acidi che inibiscono lo sviluppo di microrganismi;

40 Fermentazione La fermentazione ha varie denominazioni a seconda dei prodotti finali a cui dà luogo: fermentazione alcolica, per la produzione di prodotti da forno, birra e vino; fermentazione acetica, di vini o di altri liquidi alcolici atti al consumo alimentare, per la produzione di aceto; fermentazione lattica, per la produzione di yogurt, formaggi, crauti, ecc.; fermentazione citrica, bevande

41 Irradiazione Utilizzata per la prima volta negli USA nel 1943 per sterilizzare gli hamburger, è una delle più recenti tecniche di conservazione introdotte. Consiste nel sottoporre gli alimenti all'azione di radiazioni elettromagnetiche come raggi X, raggi gamma e ultravioletti, ed è la tecnica più discussa perchè si teme che renda gli alimenti radioattivi: in realtà le radiazioni ionizzanti non vengono trattenute. La dose utilizzata è generalmente da bassa a media e comunque tale da non determinare la formazione di residui radioattivi nei prodotti trattati.

42 Irradiazione I trattamenti permettono di: ridurre la carica microbica di alcuni alimenti aumentandone i tempi di conservazione distruggere i parassiti e gli insetti infestanti in alternativa ai disinfestanti chimici inibire la germinazione dei tuberi e dei bulbi

43 Irradiazione A dosaggi bassi e medi gli effetti sulle caratteristiche nutrizionali degli alimenti sono modesti e comunque non tali da compromettere la qualità del prodotto. Dosaggi elevati di radiazioni ionizzanti eseguono una vera e propria sterilizzazione. Alcuni alimenti non possono essere irradiati perchè il procedimento provoca uno sgradevole cambiamento nell'aspetto, nel gusto o nell'odore dei prodotti: l'irradiazione infatti può scurire alcuni tipi di carne e peggiorarne il sapore e la consistenza, ossidare i grassi insaturi rendendoli rancidi e, se usata a dosi elevate, annerire il pesce.

44 Irradiazione Viene utilizzata in: patate, cipolle, aglio per bloccarne la germinazione; (a scopo antigermogliativo) alcuni frutti tropicali (es. ananas e banane) per ritardarne la maturazione; cereali, riso, alcuni frutti e alcune verdure per eliminare insetti ed altri parassiti; fragole per ritardarne la marcescenza; maiale fresco per il controllo del parassita Trichinella spiralis carne bovina, pollame, pesce per eliminarne i microrganismi patogeni.

45 Irradiazione In molti casi gli alimenti irradiati sono indistinguibili alla vista e al gusto da quelli freschi non trattati. In Italia il DM 30/08/1973 permette l'uso delle radiazioni gamma, liberate dalla disintegrazione di alcuni isotopi del cobalto e del cesio, solo al fine di bloccare di germinazione. Vi è l'obbligo di dichiarare se gli alimenti sono stati irradiati, ma attualmente non vi sono mezzi semplici e affidabili per accertare se essi sono stati sottoposti a tale trattamento.

46 Limiti della conservazione alimentare la conservazione alimentare causa spesso la perdita di principi nutritivi contenuti negli alimenti; inoltre, per essere convenientemente attuata, richiede tecniche, attrezzature e personale che non sempre sono alla portata delle piccole aziende alimentari produttrici.

47 QUALITA DEGLI ALIMENTI Qualità nutrizionali Assenza di sostanze chimiche indesiderabili Qualità organolettiche QUALITA TOTALE Qualità igienica Qualità tecnologiche Qualità sanitaria

48 POSSIBILI VALORI PER VALUTARE LA QUALITA MICROBIOLOGICA DI ALIMENTI ufc/gr Prodotti Freschi Cotti <1.000 Ottima < Ottima Buona < Buona Discreta < Discreta Scadente < Scadente Cattiva > Cattiva Livelli microbiologici tali da garantire un prodotto finito di buona qualità potrebbero essere: Carica microbica totale Coliformi fecali Stafilococchi coagulasi positivi 10 4 ufc/g o ml 10 2 ufc/g o ml 10 2 ufc/g o ml

49 Sicurezza alimentare REGOLAMENTO (CE) N. 1441/2007 DELLA COMMISSIONE del 5 dicembre 2007 che modifica il regolamento (CE) n. 2073/2005 sui criteri microbiologici applicabili ai prodotti alimentari

50 Problemi igienico-sanitari I problemi igienico-sanitari inerenti alla manipolazione delle sostanze alimentari si riferiscono sia al rispetto delle norme di carattere generale (pulizia degli ambienti e delle persone), sia alla necessità di impedire che microrganismi o parassiti dannosi per l'uomo invadano gli alimenti per i quali hanno particolare affinità. Sotto questo aspetto è di grande importanza diffondere la conoscenza delle malattie trasmissibili attraverso gli alimenti (tubercolosi, scarlattina, tifo, varie salmonellosi, febbre ondulante) ed escludere i soggetti portatori dei relativi germi dalle attività legate, alla produzione, al confezionamento e alla distribuzione delle sostanze alimentari. Precauzioni sono comunque raccomandabili anche a livello domestico.