MICROBIOLOGIA ALIMENTARE E INDUSTRIALE

MICROBIOLOGIA ALIMENTARE E INDUSTRIALE: Introduzione

Alimenti e microrganismi hanno associazioni lunghe e interessanti sviluppate molto prima dell'inizio della storia documentata. Gli alimenti non sono solo nutrienti per i consumatori, ma sono anche un'ottima fonte di nutrienti per la crescita microbica. A seconda dei microrganismi presenti, gli alimenti possono rovinarsi o conservarsi per fermentazione.

I microrganismi possono essere utilizzati per trasformare cibi crudi in delizie fermentate, tra cui yogurt, formaggio, salsicce, tempeh, sottaceti, vino, birre e altri prodotti alcolici. D'altra parte, gli alimenti possono anche fungere da serbatoio per la trasmissione della malattia, e quindi l'individuazione e il controllo di agenti patogeni e organismi deterioranti sono aree importanti della microbiologia alimentare. Durante l'intera sequenza di manipolazione degli alimenti dal produttore al consumatore finale, i microrganismi possono influire sulla qualità del cibo e sulla salute umana.

Storia di microrganismi nel cibo

Non vi è alcuna documentazione che indichi esattamente quando l'uomo è venuto a conoscenza della presenza di microrganismi negli alimenti. L'anno 1674 segna l'anno di nascita della microbiologia quando Leeuwenhoek esaminò per la prima volta i microrganismi in un campione di acqua del lago. Fu dopo circa 100 anni in cui la Microbiologia fu fondata come scienza. Numerosi esperimenti condotti dagli scienziati per spiegare l'origine dei microrganismi hanno fornito prove indirette dell'associazione di microrganismi negli alimenti. Il periodo precedente all'istituzione di Microbiologia / Batteriologia come scienza è designato come era prescientifica che include un periodo di raccolta di cibo e un periodo di produzione alimentare.

Il periodo di raccolta degli alimenti copre il tempo di origine dell'uomo circa 3 milioni di anni fino a 8000-10000 anni fa. In questo periodo l'uomo era carnivoro e gli alimenti vegetali sono entrati nella sua dieta in seguito. Anche l'uomo ha imparato a cucinare il cibo durante questo periodo.

Il periodo di produzione del cibo varia da 8000 a 10000 anni fa e include il tempo presente. Durante questo periodo sono stati riscontrati molti problemi legati ai cibi preparati, ad esempio il problema del deterioramento degli alimenti a causa di uno stoccaggio inadeguato e di problemi di intossicazione alimentare con cibi preparati, nonché problemi di trasmissione della malattia da parte degli alimenti. Sebbene all'epoca non si conoscessero le basi scientifiche per la conservazione degli alimenti, ma alcuni dei metodi usati per la conservazione erano l'uso di oli, neve, fumo di carne, ecc.

Forse il primo uomo a suggerire il ruolo dei microorganismi nel deterioramento degli alimenti era un monaco Kircher che si riferiva a vermi in corpi in decomposizione, latte rovinato, ecc. Le osservazioni di Spallanzani che riscaldavano l'infuso di carne in una fiaschetta sigillata ermeticamente rimanevano incontaminate e libere da microrganismi ed esperimenti di Pasteur, mentre smentiva la teoria della generazione spontanea, dimostrò l'idea della conservazione del cibo attraverso il calore.

Il deterioramento del cibo e la presenza di organismi avvelenati negli alimenti sono molto importanti dal punto di vista della sicurezza alimentare. Oggi l'enfasi è sulla qualità totale del cibo, il che significa che non solo il cibo dovrebbe essere nutrizionalmente equilibrato, ma dovrebbe anche essere microbiologicamente sicuro. In questo capitolo studieremo i principi generali del deterioramento microbico del cibo, l'individuazione e il conteggio del deterioramento degli alimenti e dei microrganismi di intossicazione alimentare. Verrà anche discusso il deterioramento di alcuni importanti alimenti e le caratteristiche di importanti organismi di avvelenamento alimentare che sono molto importanti per la sicurezza alimentare.

Deterioramento alimentare e principi generali alla base del cibo

Il deterioramento del cibo comporta qualsiasi cambiamento che renda il cibo inaccettabile per il consumo umano e possa derivare da una varietà di cause, tra cui i) danno da insetti; ii) lesioni fisiche dovute al congelamento, all'essiccazione, alla combustione, alla pressione, all'essiccamento, alle radiazioni, ecc .; iii) attività degli enzimi indigeni nei tessuti vegetali e animali; iv) cambiamenti chimici non indotti da enzimi microbici o naturali. Queste modifiche solitamente coinvolgono O2, luce e altro che il deterioramento microbico, sono la causa più comune di deterioramento, ad es. rancidità ossidativa di grassi e oli e la decolorazione dei salumi; e v) crescita e attività di microrganismi: batteri, lieviti e muffe.

Un alimento inadatto al consumo potrebbe non essere necessariamente rovinato e potrebbe contenere un alto numero di intossicazioni alimentari che causano i batteri. Il deterioramento microbico del cibo è evidenziato dall'alterazione dell'aspetto (cambiamenti di colore, sacche di gas / gonfiore), consistenza (morbida e pastosa), colore, odore e formazione di sapore o melma.

Poiché gli alimenti sono di origine vegetale e animale, vale la pena di considerare quelle caratteristiche dei tessuti vegetali e animali che influenzano la crescita microbica. Le piante e gli animali che fungono da fonti alimentari hanno tutti evoluti meccanismi di difesa contro l'invasione e la proliferazione di microrganismi, e alcuni di questi rimangono in vigore nei cibi freschi. La conoscenza delle fonti di microrganismi e dei fattori che influenzano la crescita microbica è necessaria per i microbiologi alimentari perché sono necessarie condizioni di crescita desiderabili per l'applicabilità dei microrganismi per la fermentazione e la produzione di proteine ​​cellulari singole e la comprensione delle condizioni indesiderate per la conservazione degli alimenti. Le varie fonti attraverso le quali i microrganismi ottengono l'ingresso negli alimenti sono mostrate nella Tabella 1.

Tabella 1: fonti primarie di microrganismi presenti negli alimenti

Fonti Alimentari
- Microflora presente nel terreno e nell'acqua
- Microflora presente nell'aria
- Microflora presente su prodotti vegetali e vegetali Microflora presente su Utensili e attrezzature alimentari -Microflora presente negli alimenti per animali Microflora presente su pelli di animali
- Microflora presente nei tratti intestinali di umani e animali

Al fine di gestire la contaminazione microbica e la crescita dalla fattoria fino al consumatore, l'approccio HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point) è ampiamente utilizzato. Questo approccio sottolinea il monitoraggio della qualità degli ingredienti alimentari nelle fasi critiche di gestione dei processi. Un prodotto sicuro risulterà se i singoli passaggi vengono attentamente controllati. L'approccio HACCP di oggi è diventato obbligatorio per le industrie di trasformazione alimentare per garantire che gli alimenti sicuri siano disponibili al pubblico.

Una varietà di fattori intrinseci ed estrinseci determinano se la crescita microbica preserverà o guasterà gli alimenti, come mostrato in Tabella. 2. I parametri intrinseci o legati all'alimentazione sono quei parametri delle piante e dei tessuti animali che sono parte intrinseca del tessuto. ad esempio, pH, attività dell'acqua (aw), potenziale di riduzione dell'ossidazione (Eh), contenuto di nutrienti, costituenti antimicrobici e strutture biologiche. I parametri estrinseci o ambientali sono proprietà degli ambienti di stoccaggio che influiscono sia sugli alimenti che sui microrganismi e includono la temperatura di conservazione, l'umidità relativa dell'ambiente di stoccaggio e la concentrazione di gas nell'ambiente.
 
Parametri intrinseci

Contenuto nutritivo

Come tutti gli altri esseri viventi, i microrganismi hanno bisogno di acqua, una fonte di carbonio, una fonte di energia, una fonte di azoto, minerali, vitamine e fattori di crescita per crescere e funzionare normalmente. Poiché gli alimenti sono una fonte ricca di questi composti, possono essere utilizzati anche dai microrganismi. È per questi motivi che diversi prodotti alimentari come estratti di malto, peptone, tryptone, succo di pomodoro, zucchero e amido sono incorporati nei mezzi microbici.

L'incapacità di utilizzare un componente importante del materiale alimentare limiterà la sua crescita e lo metterà in uno svantaggio competitivo rispetto a quelli che possono farlo. In generale, le muffe hanno il requisito più basso, seguito da lieviti, batteri gram-negativi e batteri gram-positivi. Molti microrganismi alimentari hanno la capacità di utilizzare zuccheri, alcoli e amminoacidi come fonti di energia. Pochi altri sono in grado di utilizzare carboidrati complessi come amidi e cellulosa come fonti di energia. Alcuni microrganismi possono anche utilizzare i grassi come fonte di energia, ma il loro numero è molto inferiore. Le fonti primarie di azoto utilizzate dai microrganismi eterotrofi sono amminoacidi. Inoltre, altri composti azotati che possono servire a questa funzione sono proteine, peptidi e nucleotidi. In generale, i composti semplici vengono utilizzati per primi da una maggioranza di microrganismi, ad esempio amminoacidi. Lo stesso vale per i grassi e i polisaccaridi.

Alcuni microrganismi possono richiedere vitamine del gruppo B in piccole quantità e gli alimenti naturali ne contengono in abbondanza per quei microrganismi che non possono sintetizzarli. In generale, batteri e muffe gram-negativi sono in grado di sintetizzare la maggior parte o tutte le loro esigenze. Di conseguenza, questi due gruppi di organismi possono essere trovati in crescita su alimenti a basso contenuto di vitamine del gruppo B. I frutti tendono ad avere un basso contenuto di vitamine del gruppo B rispetto alle carni e di solito hanno un pH basso e un Eh positivo che spiega il deterioramento delle muffe piuttosto che dei batteri.

Attività dell'acqua (aw)

L'acqua è spesso il principale costituente negli alimenti. Anche i cibi relativamente "secchi" come pane e formaggio di solito contengono più del 35% di acqua. Lo stato dell'acqua in un alimento può essere descritto in modo molto utile in termini di attività idrica.

L'attività dell'acqua di un alimento è il rapporto tra la pressione del vapore del cibo, quando in un equilibrio completamente indisturbato con l'aria circostante e la pressione del vapore di acqua pura in condizioni identiche. L'attività dell'acqua, in pratica, è misurata come Equilibrio Umidità Relativa (ERH) ed è data dalla formula:

Water Activity (aw) = ERH / 100

L'attività idrica è una proprietà importante che può essere utilizzata per prevedere la sicurezza alimentare, la stabilità e la qualità. Le varie applicazioni dell'attività idrica includono; mantenere la stabilità chimica degli alimenti, riducendo al minimo le reazioni di imbrunimento non enzimatico e le reazioni spontanee di ossidazione autocatalitica dei lipidi, prolungando l'attività desiderata di enzimi e vitamine negli alimenti, ottimizzando le proprietà fisiche di alimenti come la consistenza.

La scala di attività dell'acqua si estende da 0 (osso secco) a 1,00 (acqua pura). Ma la maggior parte degli alimenti ha un'attività idrica nell'intervallo di 0,2 per cibi molto secchi a 0,99 per alimenti freschi umidi. In base alle normative, se un alimento ha un valore di attività dell'acqua pari a 0,85 o inferiore, è generalmente considerato non pericoloso. Questo perché al di sotto di un'attività idrica di 0,91, la maggior parte dei batteri inclusi i patogeni come il Clostridium botulinum non può crescere. Ma un'eccezione è lo Staphylococcus aureus che può essere inibito dal valore di attività idrica di 0,91 in condizioni anaerobiche ma in condizioni aerobiche, richiede un valore minimo di attività idrica di 0,86. La maggior parte delle muffe e dei lieviti possono crescere ad un valore minimo di attività dell'acqua di 0,80. Quindi un cibo secco come il pane è generalmente guastato da muffe e non da batteri. In generale, il fabbisogno di attività acquatica dei microrganismi diminuisce nel seguente ordine: Batteri> Lievito> Muffa. Al di sotto di 0,60, non è possibile alcuna crescita microbiologica. Così gli alimenti secchi come latte in polvere, biscotti, biscotti ecc. Sono più stabili e sicuri rispetto agli alimenti umidi o semi-umidi.

I fattori che influiscono sui requisiti di attività idrica dei microrganismi includono il seguente tipo di soluto aggiunto, valore nutritivo del mezzo di coltura, temperatura, apporto di ossigeno, pH, inibitori. Ogni microrganismo ha una minima attività idrica per la crescita, come mostrato nella Tabella 3. L'attività dell'acqua di alcuni alimenti e la suscettibilità al deterioramento da parte di microrganismi è mostrata nella Tabella 4. L'acqua agisce come un solvente essenziale che è necessario per la maggior parte delle reazioni biochimiche da parte dei microrganismi. L'attività idrica degli alimenti può essere ridotta con diversi metodi: mediante l'aggiunta di soluti o colloidi idrofili, cottura, essiccazione e disidratazione: (ad es. Polvere di uova, pasta) o mediante concentrazione (ad es. Latte condensato) che limita la crescita microbica rendere il cibo microbiologicamente stabile e sicuro

Un'ampia varietà di alimenti viene preservata limitando la loro attività acquatica. Questi includono:

Alimenti secchi o a bassa umidità

Questi contengono meno del 25% di umidità e hanno un'attività finale dell'acqua tra 0,0 e 0,60. ad es. polvere di uova secche, latte in polvere, cracker e cereali. Questi prodotti sono conservati a temperatura ambiente senza alcun metodo secondario di conservazione. Questi sono stabili e non rovinano fin tanto che il contenuto di umidità è basso.

Alimenti di umidità intermedi

Questi alimenti contengono tra il 15% e il 50% di umidità e hanno un'attività idrica tra 0,60 e 0,85. Questi alimenti normalmente richiedono una protezione aggiuntiva con metodi secondari come pastorizzazione, controllo del pH, refrigerazione, conservanti, ma possono anche essere conservati a temperatura ambiente. Questi includono frutta secca, torte, pasticcini, torta alla frutta, marmellate, sciroppi e alcune salsicce fermentate. Questi prodotti sono solitamente rovinati dalla crescita delle muffe superficiali.

pH e capacità di bufferizzazione

Il pH, o la concentrazione di ioni idrogeno, [H +], degli ambienti naturali varia da circa 0,5 nei terreni più acidi a circa 10,5 nei laghi più alcalini. Poiché il pH è misurato su una scala logaritmica, la [H +] degli ambienti naturali varia oltre un miliardo di volte e alcuni microrganismi vivono agli estremi, così come ogni punto tra gli estremi. L'intervallo di pH su cui cresce un organismo è definito da tre punti cardinali: il pH minimo, al di sotto del quale l'organismo non può crescere, il pH massimo al di sopra del quale l'organismo non può crescere e il pH ottimale a cui l'organismo cresce al meglio . I microrganismi che crescono ad un pH ottimale ben al di sotto della neutralità (7.0) sono chiamati acidofili. Quelli che crescono meglio a pH neutro sono chiamati neutrofili e quelli che crescono meglio in condizioni alcaline sono chiamati alcalofili. In generale, i batteri crescono più rapidamente nel range di pH di 6.0-8.0, lieviti 4.5-6.5 e funghi filamentosi 3.5-6.8, con l'eccezione di lattobacilli e batteri acetici con optima tra pH 5.0 e 6.0 (Tabella 5).

per approfondire l'argomento clicca qui: http://www.ladysilvia.com/en/ladysilvia/26993/alim... (documento in lingua inglese)