La conservazione degli alimenti

MICRORGANISMI E
CONSERVAZIONE DEGLI
ALIMENTI
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.
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)
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.
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.
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
Le muffe cattive
Rhizopus: muffa del pane
Penicillium spp.
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.
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.
Varie specie di Penicillium e Aspergillus in coltura.
Le caratteristiche fisicofisico-chimiche
degli alimenti determinano
il loro grado di suscettibilità
all’attività microbica.
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)
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
Deterioramento microbico di alimenti freschi
Prodotto alimentare
Frutta e verdura
Tipo di
microrganismo
Batteri
Principali agenti deterioranti
Pseudomonas, Corynebacterium
(principalmente patogeno per la verdura)
Carni fresche, frutti
di mare
Funghi
Aspergillus, Botrytis, Geotrichium,
Rhizopus, Penicilllum, vari lieviti
Batteri
Acinetobacter, Aeromonas , Micrococcus,
Funghi
Sporotrichium, Candida, Geotrichium,
Pseudomonas, Proteus, Salmonella,
Escherichia, Campylobacter,
Listeria
Rhizopus, Penicilllum, Morula.
Latte
Batteri
Streptococcus, Pseudomonas,
Leuconostoc, Lactobacillus, Lactococcus,
Proteus, Clostridium, Bacillus,
Flavobacterium
Alimenti con alto
contenuto zuccherino
Batteri
Clostridium, Bacillus, Flavobacterium
Funghi
Saccharomyces, Torula, Penicillum
ORIGINE DEI BATTERI
CAUSA DI MALATTIE ALIMENTARI
Ambiente
Animali
Aeromonas
X
B. cereus
X
Cl. botulinum
X
X
Cl. perfringens
X
X
S. typhi
Uomo
X
X
S. non typhi
X
X
Stafilococci
X
X
L. monocitogenes
X
E. coli
Y. enterocolitica
X
X
C. jejuni
X
X
X
Shigella
Vibrio
X
X
X
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.
La crescita microbica negli alimenti
Lo sviluppo dei microrganismi negli alimenti segue il
modello standard della crescita microbica.
o La fase di latenza può essere di durata variabile
o 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
esponenziale.
di
crescita
durante
la
fase
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:
1.
2.
3.
0-4°C FRIGO (i microrganismi non si riproducono ma rimangono vitali)
15-45°C Temperatura IDEALE per la moltiplicazione dei microrganismi
> 60-100°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 20-40°C si dividono ogni 20 minuti circa)
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)
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 35-37°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
tollerare temperature di sviluppo elevate.
possono
ugualmente
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
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
Valori minimi e massimi di pH per lo sviluppo dei microrganismi
Microrganismi
Micrococcus sp.
Pseudomonas aeruginosa
Bacillus stearothermophilus
Clostridium botulinum Tipo E
Clostridium sporogens
Bacillus cereus
Vibrio Parahaemolyticus
Clostridium botulinum Tipo A,B
Stafilococcus aureus
Salmonelle
Escherichia coli
Proteus vulgaris
Streptococcus lactis
Becillus cereus
Batteri lattici
Lactobacillus spp.
Batteri acetici
Acetobacter acidophilus
Lieviti
Saccharomyes cerevisiae
Funghi
Penicillium italicum
Aspergillus oryzae
Minimo pH
Massimo pH
5,6
5,6
5,2
8,1
8,0
9,2
5,0-5,2
5,0
4,9
4,8
4,5
Acidoresistenza
Bassa acidoresistenza
pH min > 5,0
Media acidoresistenza
9,0
9,3
11,0
8,5
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
3,8-4,4
7,2
pH min 5,0-4,0
Forte acidoresistenza
pH min 4,0
2,6
4,3
2,3
8,6
1,9
1,6
9,3
9,3
Attività dell’acqua
L’aw 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
Aw
Valori medi approssimativi di Aw per alcuni alimenti
Carni
0.95 – 0.97
Formaggi
0.87 – 0.93
Marmellate
0.82 – 0.93
Latte concentrato
zuccherato
0.80 – 0.87
Frutta secca
0.72
Uova in polvere
0.40
Biscotti
0.30
Latte in polvere
0.20
Aw
Valori minimi approssimativi di Aw per
la crescita dei microrganismi
Batteri
Lieviti
Muffe
Batteri alofili
Muffe xerofile
Lieviti osmofili
0.91
0.88
0.80
0.75
0.65
0.60
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)
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
5.2 - 5
-
<10
Deteriorabile
-
0.95-0.90
<10
Stabile
<5.2
<0.95
T.A
Stabile
<5
-
T.A.
Stabile
-
<0.90
T.A
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 CO2 e CO2 + NO2
• “sottovuoto”: eliminazione dell’aria dell’alimento con riduzione della concentrazione di O2
Eh (mV)
MICRORGANISMI
+100 + 500
Aerobi obbligati
+200
-200
Anaerobi
facoltativi
N.B.
-300 + 125
Anaerobi obbligati
Il “sottovuoto”:
• non elimina i patogeni
• non ne inibisce totalmente la moltiplicazione (per es. le Salmonelle crescono
bene se la temperatura di conservazione è di 15 – 18°C e gli anaerobi sono
addirittura favoriti).
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.
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.
PROCEDIMENTI DI CONSERVAZIONE DELI ALIMENTI
CONSERVAZIONE
Procedimenti
chimici
Procedimenti
fisici
Abbassamento
del valore aw
Procedimenti
biologici
Riscaldamento
Raffreddamento
Atmosfera
gassosa
Irradiazione
Gas protettivo (CO2, N2)
Confezionamento sotto vuoto
•Aggiunta di
conservanti
•Salamoia
•Affumicatura
•Sottrazione di acqua: •Pastorizzazione
•Essiccamento
•Cottura
•Affumicatura
•Sterilizzazione
•Congelamento
•Congelamento
Radiazioni UV β e γ
•Salatura
•Refrigerazione
•Aggiunta di zucchero
•Salamoia
Fermentazione lattica
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.
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.
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.
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”
Conservanti alimentari chimici
Composto chimico
Alimento
Propionato di calcio o di sodio
Pane
Benzoato di sodio
Bevande gassose, frutta, succhi di
frutta, sottaceti, conserve,
margarina
Acido sorbico
Prodotti derivati da agrumi,
sottaceti,formaggi
Anidride solforosa, solfiti e
bisolfiti
Frutta secca, verdura, vino
Formaldeide (da processi di
affumicatura)
Carne pesce
Ossidi di etilene e propilene
Spezie e frutta secca
Nitrito di sodio
Prosciutto e pancetta
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;
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
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
trattenute..
La dose utilizzata è generalmente da bassa a media e
comunque tale da non determinare la formazione di
residui radioattivi nei prodotti trattati.
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
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.
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.
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
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.
Limiti della conservazione
alimentare
la conservazione alimentare causa spesso
la perdita di principi nutritivi contenuti
negli alimenti
alimenti;;
inoltre, per essere convenientemente
attuata, richiede tecniche, attrezzature e
personale che non sempre sono alla portata
delle
piccole
aziende
alimentari
produttrici.
QUALITA’ DEGLI ALIMENTI
Assenza di sostanze
chimiche indesiderabili
Qualità nutrizionali
Qualità organolettiche
Qualità tecnologiche
QUALITA’ TOTALE
Qualità igienica
Qualità sanitaria
POSSIBILI VALORI PER VALUTARE LA QUALITA’
MICROBIOLOGICA DI ALIMENTI
ufc/gr
Prodotti
Freschi
<1.000
Cotti
Ottima
<10.000
Ottima
Buona
<100.000
Buona
Discreta
<500.000
Discreta
Scadente
<5.000.000
Scadente
Cattiva
>5.000.000
Cattiva
Livelli microbiologici tali da garantire un prodotto finito di
buona qualità potrebbero essere:
Carica microbica totale
Coliformi fecali
Stafilococchi coagulasi positivi
104 ufc/g o ml
102 ufc/g o ml
102 ufc/g o ml
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
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.