Microrganismi Utili nella Fermentazione 3 PDF

Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Microrganismi utili nella fermentazione 3  Maria Luisa Savo Sardaro Eumiceti ieviti Unicellulari o pluricellulari organ...

Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Microrganismi utili nella fermentazione 3  Maria Luisa Savo Sardaro Eumiceti ieviti Unicellulari o pluricellulari organismi dotati di cellula eucariotica eterotrofi privi di clorofilla parete di chitina immobili riproduzione per via sessuata e asessuata saprofiti o più raramente parassiti Lieviti Muffe La struttura del fungo si organizza in un tallo (o micelio), che può essere pluri-cellulare (muffe ) o uni-cellulare (lieviti). Microrganismi Utili nella fermentazione 3 2 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro 1) Riproduzione asessuata 2) Riproduzione sessuata I due tipi di riproduzione spesso si alternano nel ciclo vitale di uno stesso micete. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 3 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Riproduzione asessuata Può realizzarsi in diversi modi: 1. Una cellula parentale può andare incontro a mitosi e dividersi in 2 cellule figlie. 2. La mitosi nelle cellule vegetative può essere simultanea alla gemmazione per la produzione di una cellula figlia. 3. Produzione di spore che avviene per mitosi e successiva divisione cellulare Microrganismi Utili nella fermentazione 3 4 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Riproduzione sessuata Trascorrono la maggior parte del ciclo vitale nello stadio aploide. La riproduzione sessuale coinvolge l’unione di 2 ife di ceppi compatibili diversi (plasmogamia), con successiva fusione dei nuclei aploidi (cariogamia) La fusione di nuclei aploidi non avviene subito dopo il mescolamento del contenuto delle ife. I nuclei si dividono ripetutamente nell’ifa dando origine al dicarion, un’ifa in cui ciascuna cellula contiene 2 nuclei di ceppi opposti A un certo punto i 2 nuclei si fondono, formando uno zigote diploide che subisce subito la meiosi dando origine a 4 spore aploidi. Quando germinano, queste spore producono una nuova generazione di ife aploidi Microrganismi Utili nella fermentazione 3 5 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Il tallo fungino Il corpo o struttura vegetativa del fungo è detto: tallo Nelle muffe il tallo è pluricellulare e nel suo insieme può raggiungere dimensioni visibili ad occhio nudo Nei lieviti il tallo è unicellulare ed ha dimensioni microscopiche (poche decine di µm) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 6 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Muffe Sono costituite da un agglomerato di singoli elementi filamentosi dette ife che formano il micelio (pluricellulari), che per la loro abbondanza formano aggregati macroscopicamente evidenti. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 7 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Le ife si distinguono in: cenocitiche e settate, mono- o pluri-nucleate. Nelle muffe l’insieme delle ife costituisce il micelio. Micelio aereo (funzione replicativa) Micelio vegetativo (funzione nutritiva) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 8 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Phylum Chytridiomycota: presentano micelio con ife non settate (senza divisione trasversale della parete cellulare); la riproduzione asessuata avviene mediante zoospore mobili, mentre la riproduzione sessuata mediante oospore. Zygomycota: micelio non settato, cenocitico (nuclei multipli in un citoplasma continuo); sessualmente si riproducono mediante zigospore, mentre la riproduzione asessuata è affidata a sporangiospore prodotte all’interno di sporangi (corpi fruttiferi) aerei. Es: Rhizopus stolonifer Microrganismi Utili nella fermentazione 3 9 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Phylum Ascomycota: hanno micelio con ife settate che producono conidiospore per la riproduzione asessuata e ascospore in strutture specializzate dette aschi, per la riproduzione sessuata. Basidiomycota: micelio settato che produce grossi corpi fruttiferi (basidiocarpi) che supportano i basidi che a loro volta producono le basidiospore adibite alla riproduzione sessuata. La produzione di spore asessuate è rara. Questo phylum comprende, tra gli altri, anche i funghi eduli. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 10 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Caratteristiche delle muffe La > parte sviluppa tra 15-30°C (ottimale 20-25°C) Alcune psicrofile o criofile (< 5°C) Alcune termofile (anche a 50°C) Alcune sviluppano con Aw ridotta (xerofile) Alcune solo con Aw > 0.95% (igrofile) Alcune osmofile o osmotoleranti Si sviluppano ampio range di pH (1-11) ottimale acido Sono aerobie Microrganismi Utili nella fermentazione 3 11 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro RUOLO DELLE MUFFE NEGLI ALIMENTI UTILI: - partecipano alla maturazione di alcuni formaggi (es: Taleggio e Gorgonzola) e salumi fermentati per il patrimonio enzimatico lipolitico e proteolitico ALTERATIVE: provocano gravi alterazioni dei caratteri organoelettici dei prodotti PATOGENE: non per effetto diretto ma per produzione di sostanze ad azione tossica (micotossine) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 12 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Muffe Genere Penicillium: - Penicillium camemberti (Camembert) - Penicillium nalgiovense (salumi) - Penicillium chrysogenum - Penicillium verrucosum var cyclopium - Penicillium gladioli (salami) - Penicillium roqueforti (Gorgonzola e Roquefort) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 13 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro TERMORESISTENZA MUFFE Il micelio e le spore asessuate (vegetative) sono distrutte dalla pastorizzazione Le spore sessuate possono invece presentare elevata termoresistenza Durante il trattamento termico si può verificare un fenomeno detto “effetto condominio” ovvero la penetrazione del calore è resa difficile dall’ammasso di miceli e spore che proteggono cellule che si trovano all’interno del prodotto Microrganismi Utili nella fermentazione 3 14 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Lieviti sono singoli elementi cellulari (unicellulari) microscopici (micromiceti) che, analogamente ai batteri, solo nei terreni di coltura agarizzati formano aggregati macroscopicamente evidenti (colonie). Può riprodursi sia asessualmente per gemmazione e divisione trasversale, sia sessualmente tramite la formazione di spore Microrganismi Utili nella fermentazione 3 15 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Importanza a livello Alimentare I funghi, ma specialmente i lieviti, sono essenziali per molti processi industriali che implicano la fermentazione. Sono importanti nella produzione di: Pane Vino Birra Formaggi Salsa di soia Acidi organici(citrico, gallico) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 16 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Lieviti Genere Saccharomyces: – Saccharomyces cerevisiae: pane, vino, birra – Saccharomyces bayanus – Saccharomyces pastorianus: birra – Saccharomyces carlsbergensis: birra – Saccharomyces unisporus Microrganismi Utili nella fermentazione 3 17 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Ci sono differenze metaboliche nel modo in cui i lieviti generano e consumano energia utilizzando i substrati carboniosi. In funzione dell’ossigeno, degradano il glucosio inmodo diverso I lieviti sono organismi chemioorganotrofi che ricavano l’energia, in forma di ATP, dalla degradazione di composti organici. Non tutti i lieviti sono dotati di metabolismo fermentativo, molti possiedono solo il metabolismo respiratorio. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 18 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi Utili nella fermentazione 3 19 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Regolazione della Respirazione e della Fermentazione da parte del glucosio e dell’O2 Il glucosio e l’ossigeno rappresentano i fattori ambientali più studiati in grado di regolare la fermentazione e la respirazione. Questi fattori sono legati all’espressione di molti fenomeni regolatori tra cui: Ø L’Effetto Pasteur; Ø L’Effetto Crabtree (anti-pasteur) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 20 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Effetto Pasteur Louis Pasteur osservò che quando il lievito cresceva in aerobiosi (respirazione) consumava molto meno glucosio di quando cresceva in anaerobiosi e fermentava. Quindi la velocità di trasformazione del glucosio in piruvato è molto più lenta in aerobiosi. Questo effetto di rallentamento della glicolisi in presenza di ossigeno è detto Effetto Pasteur Microrganismi Utili nella fermentazione 3 21 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Vantaggi della respirazione I processi di respirazione sono più favorevoli da un punto di vista metabolico (soprattutto energeticamente) rispetto ai processi fermentativi; Durante la respirazione si producono ben 38 ATP a partire da 1 solo glucosio mentre in assenza di ossigeno, l'unico modo per produrre ATP è utilizzare la glicolisi continuamente (consumando tanto glucosio, visto che da 1 glucosio ricavo solo 2 ATP) Perciò per raggiungere la stessa resa energetica è necessario un minor consumo di zucchero nella respirazione Microrganismi Utili nella fermentazione 3 22 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Perché avviene l’effetto Pasteur? L'effetto Pasteur e' strettamente relazionato con l'azione della fosfo frutto chinasi (PFK). Questo enzima e' inibito da alti livelli di ATP(che si riscontrano in aerobiosi quando la fosforilazione ossidativa e' a pieno ritmo, quindi inpresenza di ossigeno), causando quindi la diminuzione del consumo di glucosio. L’effetto Pasteur si verifica a basse concentrazioni di glucosio Microrganismi Utili nella fermentazione 3 23 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro quindi L’effetto Pasteur (in assenza di ossigeno la cellula del lievito fermenta, in presenza di ossigeno respira consumando meno zucchero) AVVIENE SOLO A BASSE CONCENTRAZIONI DI GLUCOSIO BASSE= meno di 5-10 g/litro Ma cosa succede quando la CONCENTRAZIONEDI GLUCOSIO èELEVATA? Microrganismi Utili nella fermentazione 3 24 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Avviene il CONTRO-EFFETTO-PASTEUR, detto Effetto Crabtree L’effetto Crabtree consiste nell’inibizione della respirazione cellulare ad opera di elevate concentrazioni di glucosio. Ovvero ad alte concentrazioni di glucosio predomina nei lieviti la fermentazione, anche se siamo in presenza di ossigeno! QUINDI Ad alte concentrazioni di glucosio, anche in presenza di ossigeno, il NADH, generato durante la glicolisi, è ossidato con la fermentazione piuttosto che con la respirazione. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 25 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Perché avviene l’effetto Crabtree L’effettoCrabtree è una conseguenza della repressione da glucosio (repressione da catabolita). In presenza di un eccesso di glucosio vengono repressi non solo i geni che codificano per il trasporto di zuccheri all’interno della cellula ma anche geni che codificano per la via respiratoria. In particolare sono inibiti i geni che codificano per la sintesi del citocromo a. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 26 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Perché avviene l’effetto Crabtree le basse concentrazioni di piruvato favoriscono la respirazione MENTRE quando la concentrazione di piruvato è alta avviene la fermentazione Per essere “respirato” il piruvato deve essere ossidato e decarbossilato ad acetil CoA (decarbossilazione ossidativa). Questa reazione è catalizzata dal complesso della piruvato deidrogenasi. La fermentazione richiede invece la decarbossilazione del piruvato ad acetaldeide catalizzata dalla piruvato decarbossilasi (decarbossilazione non ossidativa). Microrganismi Utili nella fermentazione 3 27 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Caratteristiche tecnologiche lieviti Resistono all’acidità (pH ottimale acido) Mesofili psicrotrofi ma anchepsicrofili, raramente termofili Ci sono forme alofile Ci sono forme osmofile (sviluppano alta concentrazione di zucchero) Necessitano Aw inferiore ai batteri ma superiore alle muffe Microrganismi Utili nella fermentazione 3 28 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro TERMORESISTENZA DEI LIEVITI I lieviti non resistono alla pastorizzazione. In normale condizioni le cellule sono inattivate a 60°-65°C e con D generalmente di 1 minuto. Questi valori di D Diminuiscono – quando il riscaldamento avviene in ambiente acido, in presenza di etanolo, Aumentano – (perciò le cellule diventano più resistenti) in presenza di aumentate concentrazioni di zuccheri o sale (bassa Aw). D= il tempo necessario per ridurre a un decimo, a una temperatura ben definita, i microorganismi iniziali; Microrganismi Utili nella fermentazione 3 29 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Gruppo Caratteristiche Specie Alimenti Funzioni principali Vino, birra, pane, Ascosporigeno Produzione di prodotti da forno Cellule ellissoidali Saccharomyc etanolo e CO2 Fermentativo con es cerevisiae Influenza su produzione di etanolo sapore e aroma Ascosporigeno Cellule ellissoidali Kluyveromyces Bevande Produzione di Fermentativo con marxianus fermentate etanolo e CO2 Lieviti produzione di etanolo Salumi, Formaggi a Aerobio Influenza su Debariomyces hansenii maturazione Alotollerante sapore e aroma superficiale Microrganismi Utili nella fermentazione 3 30 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Gruppo Caratteristiche Specie Alimenti Funzioni principali Proteolisi Micelio non settato Lipolisi Rizhopus oligosporus Tempeh Forma zigospore Idrolisi polisaccaridi Produzione di Conidiofori ad aspergilli Aspergillus oryzae Salsa e pasta proteasi Micelio settato Aspergillus soyae di solia Produzione di Ascosporigeno amilasi Formaggi Conidiofori a penicilli Proteolisi Muffe (Gorgonzola, Ascosporigeno Penicillium roqueforti Lipolisi Stilton, Conidi blu-verdi Aspetto Roquefort,..) Formaggi (Camembert, Proteolisi Conidiofori a penicilli Brie, tomini, Aspetto Ascosporigeno Penicillium camemberti …) Conidi bianchi Protezione della Salumi superficie Aroma Microrganismi Utili nella fermentazione 3 31 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Buono studio Microrganismi Utili nella fermentazione 3 32 di 32 Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Microrganismi patogeni negli alimenti  Maria Luisa Savo Sardaro I MICRORGANISMI PATOGENI NEGLI ALIMENTI Microrganismi patogeni negli alimenti 2 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro RAPPORTO MICRORGANISMI-UOMO Alimento: canale di contatto ed interazione batteri – uomo L’uomo ha imparato empiricamente ad utilizzare i microrganismi per migliorare gli alimenti e a preparare gli alimenti in modo sicuro L’innovazione tecnologica nella produzione degli alimenti si basa spesso sulla razionalizzazione dell’esperienza empirica Il rischio frequentemente si esprime quando si inducono modifiche non corrette del canale di interazione batteri uomo attraverso gli alimenti Microrganismi patogeni negli alimenti 3 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro VIE DI TRASMISSIONE animali uomo ALIMENTI ambiente acqua suolo aria Microrganismi patogeni negli alimenti 4 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro PERICOLO presenza di agenti microbiologici, chimici o fisici RISCHIO possibilità che il pericolo si concretizzi tenendo conto delle caratteristiche dell’agente, della dose infettante, delle caratteristiche dell’alimento, della tecnologia di produzione e commercializzazione e più in generale delle abitudini del consumatore PERICOLO-DANNO l’entità del rischio connesso ad uno specifico pericolo deve essere valutata in funzione della probabilità che l’evento negativo si traduca in un danno per la salute del consumatore ed alla sua gravità. Agli eventi negativi può quindi corrispondere un danno di differente entità Microrganismi patogeni negli alimenti 5 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro I pericoli sono comuni a differenti classi di alimento, il rischio è differente in relazione alle caratteristiche del singolo prodotto e di chi lo consuma Perché si verifichi una situazione di rischio - il fattore di rischio deve venire a contatto con l’alimento - il livello di contaminazione deve essere sufficiente o, prima del consumo, aumentare a livelli tali da causare il danno - il fattore di rischio deve permanere nell’alimento fino al momento del consumo Microrganismi patogeni negli alimenti 6 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro PATOGENICITA’ Capacità di causare un danno all’ospite che si esprime con uno stato di malattia. Dipende dalle caratteristiche di invasività e tossigenicità del microrganismo patogeno. VIRULENZA Diverso grado con cui si esprime la patogenicità: può essere valutata in rapporto alla gravità del decorso clinico della malattia. INFETTIVITA’ Capacità di un microrganismo patogeno di penetrare, attecchire e moltiplicarsi nell’ospite. E’ in relazione alla carica infettante, cioè il numero minimo di microrganismi necessario a dare inizio all’infezione CONTAGIOSITA’ Capacità di un microrganismo patogeno di passare da un soggetto recettivo ad un altro a seguito della sua eliminazione all’esterno dell’ospite nel corso del processo infettivo. Microrganismi patogeni negli alimenti 7 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro SISTEMA DI NOTIFICAZIONE PER LE MALATTIE INFETTIVE IN ITALIA Rapporto sulla diagnosi di una malattia infettiva da parte del medico Unità sanitarie locali Autorità regionali Ministero della Sanità Istituto Superiore di Sanità ISTAT Microrganismi patogeni negli alimenti 8 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro Allo stato attuale le malattie trasmesse attraverso gli alimenti sono un problema di sanità pubblica importante sia nei paesi industrializzati che in quelli in fase di sviluppo. Dal 10 al 15% delle morti nei paesi in via di sviluppo siano conseguenti a malattie diarroiche di origine alimentare In Europa le tossinfezioni alimentari sono seconde per solo alle affezioni respiratorie e quasi una persona ogni tre tutti gli anni viene colpita da malattie trasmesse dagli alimenti Nel 1992 il rapporto del Comitato di esperti della sicurezza alimentare della FAO sottolineava come le malattie dovute al consumo di alimenti contaminati fossero il problema sanitario più vasto a livello mondiale e come questo avesse anche gravi ripercussioni sulla produttività economica Nei paesi industriali a fianco di una riduzione delle malattie caratteristiche dell’inizio del secolo scorso si osserva l’aumento di tossinfezioni riconducibili alla manipolazione e conservazione degli alimenti. Microrganismi patogeni negli alimenti 9 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro Miglioramento dei sistemi di sorveglianza per l’individuazione degli episodi Metodiche analitiche più Aumento della mobilità di affidabili e veloci cibi e persone Cambiamenti nelle IN AUMENTO Nuovi patogeni (antibiotico resistenze, abitudini alimentari variazioni genetiche) Aumento della popolazione suscettibile Minore competizione (anziani, microbica immunicompromessi) Microrganismi patogeni negli alimenti 10 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro Inadeguata pulizia delle attrezzature e degli ambienti di lavorazione Inadeguata refrigerazione Presenza di portatori Intervallo di 1 o più giorni tra preparazione e consumo FATTORI Ingestione di alimenti crudi contaminati IMPLICATI Insufficiente conservazione al caldo Contaminazione crociata Insufficiente Inadeguata cottura conservazione al freddo Microrganismi patogeni negli alimenti 11 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro pericolo PATOGENI rischio fattori che influenzano presenza / comportamento 1) caratteristiche del prodotto 2) parametri di processo 3) caratteristiche agente Microrganismi patogeni negli alimenti 12 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro CHI È MAGGIORMENTE A RISCHIO ? Il nostro sistema immunitario aiuta a combattere le infezioni, ma ci sono persone che sono più esposte al rischio. I BAMBINI ed in particolare i neonati, producono meno acido nel loro stomaco e posseggono una flora intestinale ancora poco competitiva. Le DONNE IN GRAVIDANZA sono a rischio non tanto per se stesse quanto per il feto, il quale non ha il sistema immunitario completamente sviluppato Gli ANZIANI hanno in genere un sistema immunitario indebolito a causa, appunto, dell’avanzare dell’età (con tutto ciò che ne concerne) Sono maggiormente a rischio i soggetti con sistema immunitario compromesso (IMMUNODEPRESSI) come i diabetici, i malati di cancro, AIDS… Microrganismi patogeni negli alimenti 13 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro FATTORI CHE INFLUENZANO LO SVILUPPO MICROBICO 1. Caratteristiche del prodotto 2. Parametri di processo 3. Caratteristiche dell’agente Microrganismi patogeni negli alimenti 14 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro 1. Caratteristiche del prodotto ✓fattori intrinseci (relativi al substrato) pH, acidità, aw, Eh (potenziale redox), composizione (nutrienti presenti e presenza di strutture e/o sostanze antimicrobiche) ✓fattori estrinseci (relativi all’ambiente) umidità relativa, temperatura, atmosfera gassosa parametri di processo (tempo, temperatura), ingredienti (sale), additivi ✓fattori impliciti (relativi ai microrganismi) velocità di crescita, competizione microbica (sinergismo, antagonismo, commensalismo) ✓fattori tecnologici lavaggio, affettatura, confezionamento, irraggiamento, trattamenti termici, salagione, affumicatura Microrganismi patogeni negli alimenti 15 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro 2. Parametri di processo ✓profili tempo/temperatura calore, refrigerazione (stoccaggio, conservazione, stagionatura) ✓attività fermentativa degli starter rapidità, intensità di acidificazione, produzione alcool ✓altri fattori salatura, additivi ✓tecnologie aggiuntive (risanamento/conservazione) confezionamento in atmosfera modificata, sottovuoto, bactofugazione, microfiltrazione, HPP, ecc. Microrganismi patogeni negli alimenti 16 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro 3. Caratteristiche dell’agente sensibilità calore pH sale fisiologiche forme vegetative / spore vitalità stress infettività patogenicità (capacità di causare malattia) virulenza (grado di patogenicità) Microrganismi patogeni negli alimenti 17 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro INTOSSICAZIONI INFEZIONI TOSSINFEZIONI Derivano Sono causate dall’assunzione di INGESTIONE DI dall’ingestione di tossine microbiche TOSSINA E Microrganismi preformate, BATTERI patogeni ma anche di sostanze chimiche ad azione tossica Microrganismi patogeni negli alimenti 18 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro INTOSSICAZIONE Insorge per il consumo di un alimento che contiene una TOSSINA Formatasi da uno sviluppo microbico nell’alimento. Il batterio può anche essere già morto es. sindrome da: Ä enterotossina stafilococcica Ä esotossina botulinica Microrganismi patogeni negli alimenti 19 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro INFEZIONE alimento contaminato da BATTERI PATOGENI che sviluppandosi nel lume intestinale, causano lesioni ai tessuti. C’è moltiplicazione batterica anche nell’alimento per S. typhi, S. paratyphi, Shighella, V. cholerae, ma non per salmonelle minori e altri microrganismi SINDROMI E PATOGENESI ENTEROTOSSICHE ENTEROINVASIVE Ä colera Ä Salmonella Ä enterite da E.coli enterotossica Ä Shighellia Ä E. coli enteroinvasivo Microrganismi patogeni negli alimenti 20 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro TOSSINFEZIONE INGESTIONE DI TOSSINA E BATTERI (rilascio della tossina in vivo dopo l’ingestione dei batteri) sindrome da: Ä tossina B. cereus Ä tossina Cl. perfrigens Microrganismi patogeni negli alimenti 21 di 22  Maria Luisa Savo Sardaro BUONO STUDIO Microrganismi patogeni negli alimenti 22 di 22 Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Microrganismi utili nella fermentazione 2  Maria Luisa Savo Sardaro Attività metaboliche dei batteri lattici 1. Carboidrati - fermentativa 2. Composti azotati - proteolitica 3. Lipidi - lipolitica Microrganismi utili nella fermentazione 2 2 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro 1 - Attività fermentativa A. Fermentazione lattica di differenti monosaccaridi: esosi – via omofermentante (ac.lattico) – via eterofermentante (ac. lattico, alcol etilico-ac.acetico, CO2) pentosi – permeasi specifiche, pentosi e convertiti via ribulosio-5P o xilulosio- 5P B. Fermentazione lattica disaccaridi – idrolisi lattosio glu – gal, saccarosio, maltosio, trealosio, cellobiosio e melibiosio C. Fermentazione acidi organici - citrico, lattico, malico, tartarico Microrganismi utili nella fermentazione 2 3 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi utili nella fermentazione 2 4 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi utili nella fermentazione 2 5 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi utili nella fermentazione 2 6 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro B - Disaccaridi (maltosio) Microrganismi utili nella fermentazione 2 7 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi utili nella fermentazione 2 8 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Proteolisi batteri lattici è un fenomeno coordinato a livello cellulare che prevede l’intervento di differenti enzimi in successione che permettono la degradazione delle proteine in peptidi sufficientemente piccoli per essere trasportati attraverso la membrana cellulare ed essere degradati nel citoplasma. Microrganismi utili nella fermentazione 2 9 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro I Batteri Acetici Cellule ellittiche o corti bastoncini (spesso forme involutive sferiche, allungate, rigonfie, curve o filamentose) Gram-negativi (o Gram-variabili) Ossidasi negativi Catalasi positivi Non sporigeni Mesofili (optimum 25-30°C) Mobili per flagelli peritrichi o polari o immobili Aerobi con metabolismo respiratorio Ossidano l’etanolo ad acido acetico o a CO2 e H2O Microrganismi utili nella fermentazione 2 10 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Generi di interesse enologico Acetobacter Gluconobacter Microrganismi utili nella fermentazione 2 11 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Batteri Propionici Gram positivi bastoncini inregolari Catalasi positivi Non sporigeni Mesofili (25-40°C) Anaerobi Immobili Producono acido propionico Habitat Saprofiti di uomini, animali e prodotti lattiero-caseari Microrganismi utili nella fermentazione 2 12 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Producono acido propionico (più acetato e CO2) dalla fermentazione degli zuccheri e del lattato. β-galattossidasi Lattosio Glucosio Microrganismi utili nella fermentazione 2 13 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Genere Propionibacter Specie impiegate o ritrovate in prodotti lattiero-caseari. P. shermani, P. freudenreichii, P. thoenii, P. jensenii, P. acidi-propionici Alcune specie, come P. shermani, sono impiegate come colture starter nella fabbricazione di formaggi con classiche occhiature (tipo Emmenthal), dovute proprio alla produzione di CO2 dalla fermentazione del lattato. Altre, in formaggi a media e lunga stagionatura (grana, provolone, parmigiano), quando il loro numero è molto alto, possono essere responsabili di gonfiore tardivo. Microrganismi utili nella fermentazione 2 14 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Micrococcaceae Genere Micrococcus Genere Staphylococcus Microrganismi utili nella fermentazione 2 15 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Genere Micrococcus Micrococchi E’ classificato nella famiglia delle Micrococcaceae. Batteri di forma coccica, per lo più aggregate (coppie, tetradi, grappoli). Gram positivi, catalasi positivi , aerobi, mesofili. Utilizzano i carboidrati per via ossidativa. Sono largamente distribuiti nell’ambiente: terreno, acque, prodotti lattiero- caseari, pelle di umani e animali. Sono saprofiti e solo in alcuni casi possono comportarsi da patogeni opportunisti. Si moltiplicano in ambienti con bassa attività dell’acqua. Si ritrovano come contaminanti nelle salamoie per formaggi. Grazie alla loro attività proteolitica e lipolitica partecipano alla stagionatura di alcuni formaggi come il Taleggio o il Provolone. Alcune specie possono essere utilizzate come colture starter nella produzione di insaccati carnei fermentati. Microrganismi utili nella fermentazione 2 16 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Genere Staphylococcus Stafilococcchi E’ classificato nella famiglia delle Staphylococcaceae. Cocchi aggregati in forme irregolari (grappoli) Gram-positivi Catalasi positivi (ad eccezione di S. aureus subsp. anaerobius e S. saccharolyticus); Aerobi facoltativi Generalmente immobili Alcune specie producono coagulasi Oltre 50 specie Microrganismi utili nella fermentazione 2 17 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Habitat delle specie del Genere Staphylococcus Ambiente: acqua, aria, attrezzature e superfici atte alla manipolazione di alimenti Vie nasali del 30-50% delle persone sane Mani del 20% delle persone Gola, feci, capelli, ferite infette di umani e animali Abrasioni della pelle Microrganismi utili nella fermentazione 2 18 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Forme Saprofite S. epidermidis Esercitano un ruolo importante nella maturazione S. albus centripeta di alcuni formaggi a crosta fiorita con patina S. xilosus (Talegio) e nella stagionatura dei salumi fermentati. S.carnosus Forme Patogene Sono coagulasi, fosfatasi e termonucleasi positive e S.aureus producono due tipi di tossine α e β attive a livello cutaneo ed enterotossine fortemente termostabili che ingerite provocano intossicazione Microrganismi utili nella fermentazione 2 19 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi utili nella fermentazione 2 20 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Alimenti fermentati di uso comune in occidente Alimento Materia prima Fermentazione Microrganismi Salami Carne suina/bovina lattica Micrococcus varians, Staphylococcus xylosus e carnosus; Pediococcusspp.; Lactobacillus spp. vino Uva Alcolica Hanseniasposa uvarum, Hanseniasposa guillermondi; Saccharomyces cerevisiae; aceto Vino/mosto acetica Acetobacter spp.; Gluconobacter spp. Gluconacetobacter spp., etc… vino Vino lattica Oenococcus oeni. Pane Farina Alcolica Saccharomices cerevisiae (lievitazione) Pane a pasta Farina Lattica/Alcolica Lactobacillus plantarum; Lb. brevis; Lb. acida e prodotti sanfranciscenzis; Saccharomices cerevisiae, Sacch. da forno. exigus, Candida humilis; C. miller. formaggi Latte lattica Lactobacillus delbruechi subs. bulgaricus, Lb. helveticus, Lb. casei, Lb plantarum, Kluyveromices marxianus; K. lactis. Penicillium candidum; P. roqueforti etc… Birra Malto alcolica Saccharomyces cerevisiae; sacch. bayanus, Sacch. uvarum, Sacch. pastorianus. Sacch. carlsbergensis Microrganismi utili nella fermentazione 2 21 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Alimenti fermentati nel mondo Alimento Area di produzione Materia prima Fermentazione Microrganismi ANKA Cina, Tailandia, Riso Da muffe Monascus purpureus KENIMA India Soia Lattica e da Enterococcus faecium, Bacillus subtilis bacilli IMCHI Cina e Corea Cavolo, cetrioli, ecc. Lattica Leuconostoc mesenteroides, Enterococcus faecalis, Lactobacillus brevis, Lb. plantarum, Pediococcus damnosus NATTO Giappone Soia Da bacilli Bacillus subtillis ONCOM Giava Arachidi Da muffe Specie di Rhizopus e Neurospora SAKE Giappone Riso Da muffe - Aspergillus oryzae, alcolica Saccharomyces sp. SHOYU Cina, Giappone Soia Da muffe, lattica, Aspergillus oryzae, Pediococcus (salsa di alcolica da bacillli damnosus, Lb. delbrueckii sub delbrueckii, Zygosaccharomyces rouxii, Bacillus subtilis soia) SUFU Cina Soia Da muffe Generi Rhizopus, Actinomucor, Mucor TEMPEH Indonesia, Malesia Soia - Tapioca Lattica e da Lb. casei, Enterococcus faecium, muffe Staphylococcus epidermidis, Rhizpous arrizhus, R. oligosporus, R. oryzae, Klebsiella pneumoniae Microrganismi utili nella fermentazione 2 22 di 23  Maria Luisa Savo Sardaro Buono studio Microrganismi utili nella fermentazione 2 23 di 23 Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Microrganismi utili nella fermentazione 1  Maria Luisa Savo Sardaro Ruolo dei microrganismi negli alimenti I microrganismi che si sviluppano in un alimento determinano trasformazione dei componenti presenti con formazione di: -sostanze positive sia da un punto di vista nutrizionale che organolettico -sostanze tossiche che determinano la perdita di salubrità e rischio per la salute del consumatore Gli eventi microbiologici che potenzialmente possono alterare la sicurezza e la qualità di un alimento sono principalmente legati al numero di cellule microbiche presenti. alimento colonizzato > 104 UFC/g alimento contaminato > 106 UFC/g Microrganismi utili nella fermentazione 1 2 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Effetti dei microrganismi Gradevoli Microrganismi utili, virtuosi, benefici Sgradevoli Microrganismi contaminanti e deterioranti Dannosi per la salute Microrganismi patogeni Microrganismi utili nella fermentazione 1 3 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Attivita' della fermentazione La trasformazione degli alimenti per via fermentativa è il più antico processo biotecnologico utilizzato per la conservazione di alimenti e bevande nel quale l’attività microbica svolge il ruolo chiave. Fermentazione comporta: Prolungamento della shelf-life Trasformazione dell’alimento modificandone il valore nutrizionale, le caratteristiche aromatiche e gli aspetti salutistici Microrganismi utili nella fermentazione 1 4 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Attivita’ della fermentazione Fermentazione comporta: Consumo quasi totale degli zuccheri = sicurezza microbiologica del prodotto Generazione di composti ad azione antimicrobica Incrementa il valore nutrizionale degli alimenti mediante la: Biosintesi di vitamine, aminoacidi essenziali, proteine, attraverso l’aumento della digeribilità di fibre e proteine e mediante la degradazione di fattori antinutrizionali Microrganismi utili nella fermentazione 1 5 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro I microrganismi “virtuosi o utili” Sono chiamati “virtuosi” o utili” quei microrganismi il cui sviluppo nei prodotti alimentari provoca effetti positivi batteri lattici e lieviti a volte accompagnati da altri gruppi come batteri propionici, micrococcacee e muffe. Bifidobatteri (probiotici) e batteri acetici agenti della produzione dell’aceto per via ossidativa Microrganismi utili nella fermentazione 1 6 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Batteri lattici Rappresentano il microbiota dominante nei prodotti lattiero-caseari e sono coinvolti nei processi fermentativi della carne Lieviti Intervengono prevalentemente nella produzione di bevande fermentate quali vino, birra, superalcolici. Batteri lattici e Lieviti Costituiscono gli impasti acidi Microrganismi utili nella fermentazione 1 7 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro I batteri lattici I batteri lattici sono una FAMIGLIA eterogenea di microrganismi che possono fermentare molti nutrienti principalmente in ACIDO LATTICO Via omofermentante principalmente acido lattico Via eterofermentante, oltre a acido lattico anche altri prodotti: acido acetico, etanolo, CO2 e acido formico Forma sferica o bastoncellare Gram +, immobili, asporigeni Anaerobi facoltativi o microaerofili Catalasi negativi con accumulo di acqua ossigenata Non patogeni e non tossinogeni Acido tolleranti, a volte acidofili Microrganismi utili nella fermentazione 1 8 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi utili nella fermentazione 1 9 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Omofermentanti Obbligati Fermentano i carboidrati esosi producendo esclusivamente acido lattico. Non sono in grado di fermentare i pentosi e non producono gas Eterofermentanti Facoltativi Fermentano i pentosi ad acido lattico e acido acetico, inoltre fermentano gli esosi producendo acido lattico, ma alcune specie producono anche acido acetico, acido formico e/o etanolo. Eterofermentanti Obbligati Fermentano gli esosi producendo acido lattico, CO2 e acido acetico e/o alcol etilico in quantità equimolare. Sono capaci di fermentare anche i pentosi con produzione di acido lattico e acetico. Microrganismi utili nella fermentazione 1 10 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi utili nella fermentazione 1 11 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Classificazione Lactobacillus Streptococcus Lactococcus Enterococcus Leuconostoc Pediococcus Carnobacterium Microrganismi utili nella fermentazione 1 12 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi utili nella fermentazione 1 13 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Genere Lactobacillus ISBN 88-408-1321-7 Microbiologia degli alimenti Microrganismi utili nella fermentazione 1 14 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro ISBN 88-408-1321-7 Microbiologia degli alimenti Microrganismi utili nella fermentazione 1 15 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro ISBN 88-408-1321-7 Microbiologia degli alimenti Microrganismi utili nella fermentazione 1 16 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Genere Streptococcus Il suo habitat è rappresentato da cute, mucose e saliva degli animali da latte Omofermentante obbligato Produce acido lattico Optimum di T 42-43°C È protecnologico per eccellenza, da solo o con altri batteri lattici, per molti formaggi molli, semiduri a breve e media maturazione. Fermenta solo lattosio, saccarosio, fruttosio e glucosio, produce NH3 da urea. Microrganismi utili nella fermentazione 1 17 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Genere Lactococcus Omofermentante obbligato Produce acido lattico L.Lactis Comprende tre specie L.Cremoris L.var. diacetylactis Microrganismi utili nella fermentazione 1 18 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Genere Enterococcus Omofermentante Produce acido lattico Fermenta il lattosio Indice di contaminazione fecale di acqua e prodotti carnei e vegetali se di origine umana. Svolge un ruolo positivo nella stagionatura del formaggio Fa parte della microflora termodurica del latte Microrganismi utili nella fermentazione 1 19 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Genere Leuconostoc Eterofermentante obbligati Produce acido lattico Fermenta il citrato Habitat vegetale Vengonono considerat protecnologici : -per la produzione di burro e alcuni formaggi freschi -per la fermentazione malolattica del vino Microrganismi utili nella fermentazione 1 20 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Genere Pediococcus Omofermentante Produce acido lattico Habitat animale e vegetale Può causare alterazioni quali difetti nella birra, vino e nei prodotti salati. E ’ importante per la stagionatura dei formaggi dove si sviluppano tardivamente e negli impasti acidi per la produzione di alcuni prodotti da forno (cracker) Microrganismi utili nella fermentazione 1 21 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Genere Carnobacterium Eterofermentanti obbligati Produce sostanze antimicrobiche “carnocine” attive contro microrganismi alterativi e patogeni. Si sviluppano negli alimenti carnei refrigerati e confezionati in atmosfera protettiva in cui è presente ossigeno Microrganismi utili nella fermentazione 1 22 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi utili nella fermentazione 1 23 di 24  Maria Luisa Savo Sardaro Buono studio Microrganismi utili nella fermentazione 1 24 di 24