Gli alimenti sono spesso un ottimo terreno di

Gli alimenti sono spesso… … un ottimo terreno di coltura … per i microrganismi.

curva di crescita dei microrganismi logaritmo del numero N di cellule vive

Fase “lag” (sosta): corrisponde ad un adattamento all’ambiente di coltura, durante il quale avviene la sintesi degli enzimi necessari alla riproduzione. Il numero di individui rimane pressochè costante. fase lag

Fase “log”: il numero di individui cresce in modo esponenziale Il coefficiente angolare (ripidità della retta) consente di valutare il ritmo di crescita della popolazione microbica. L’intervallo fra due generazioni va da un quarto d’ora a qualche ora. fase log

Fattori che possono interrompere la fase log: • cessata disponibilità di un nutriente • cambio di p. H • cambio di temperatura. Raramente la fase log supera le 48 ore. fase log

Fase stazionaria: il numero di individui rimane costante, a causa: • della presenza di sostanze tossiche • dell’esaurimento di sostanze nutritive • di condizioni ambientali sfavorevoli. fase stazionaria

Es. i batteri lattici interrompono lo sviluppo per l’abbassamento di p. H provocato dall’acido lattico prodotto da loro.

Si formano cellule di dimensioni più piccole, ma più resistenti ai fattori ambientali avversi. I microrganismi sporigeni producono spore. fase stazionaria

La ripidità della curva dipende dall’ambiente e dal tipo di microrganismo. fase di morte

Influenza dell’ attività dell’acqua quantità di acqua libera presente nell’alimento, in rapporto al peso totale dell’alimento stesso. E’ la frazione di acqua che prende parte effettivamente ai processi di trasformazione, e può essere rimossa con la disidratazione. aw: negli alimenti varia da 0, 3 a 0, 9 aw = 1 (acqua pura) aw = 0 (acqua legata

I microrganismi non possono moltiplicarsi in acqua pura, perché hanno bisogno di sali minerali e fattori di crescita disciolti in acqua. Vivono bene per valori di aw compresi fra 0, 9 e 0, 6; hanno bisogno di acqua libera, ma possono sopravvivere per moltissimo tempo in ambiente secco.

Il congelamento dell’acqua impedisce lo sviluppo dei microrganismi. In rapporto alla concentrazione della soluzione acquosa, si distinguono: • microrganismi osmofili (vivono bene in soluzioni concentrate) • microrganismi alofili (vivono bene in soluzioni saline concentrate)

• microrganismi xerofili : vivono bene in condizioni di relativa disidratazione (es. le muffe) I batteri sono i microrganismi più esigenti per l’acqua. Attaccano preferibilmente gli alimenti freschi.

Influenza del p. H In generale i batteri prediligono un p. H neutro, ma diverse specie crescono anche a p. H acidi. Es. batteri malolattici del vino (p. H: 3, 3 – 3, 5) batteri acetici (si riproducono anche a p. H 1)

I lieviti e le muffe prediligono p. H acidi (alimenti di origine vegetale) I batteri attaccano maggiormente alimenti di origine animale (a p. H neutro)

Influenza dell’ossigeno costituisce 1/5 dell’atmosfera; è ossidante nei processi bio-organici aerobi (vivono solo in presenza di ossigeno) anaerobi (vivono in assenza Microrganismi di ossigeno) facoltativi obbligati

Influenza della temperatura Non esiste un limite inferiore. Limite superiore: 60°C (denaturazione delle proteine) Temperatura ottimale di crescita: in media 35°C

Si dividono in: • termofili: termofili crescono a temperature superiori a 55°C sopra i 75°C sopravvivono come spore. • mesofili: mesofili crescono bene fra i 20 e i 45°C. Sono la maggioranza. • psicrofili: psicrofili hanno un optimum di temperatura attorno a 0°C (crescono anche a -10°C in soluzioni concentrate).

MICRORGANISMI PATOGENI PER GLI ALIMENTI Patogenesi: • infezione: infezione il microrganismo si riproduce nell’organismo ospite, provocando malattie (infiammazioni, febbre, ecc. ) • intossicazione: intossicazione il microrganismo produce tossine dannose all’organismo.

I germi patogeni sono quasi tutti mesofili, con poche eccezioni. es. Clostridium botulinum termofilo sporigeno anaerobio saprofita

Le spore possono diventare cellule vegetative a p. H neutro, in anaerobiosi e in assenza di nitriti. Possono contaminare alimenti non acidi conservati fuori del contatto dell’aria, e non adeguatamente sterilizzati. Producono una tossina sensibile al calore, pericolosa perché letale, soprattutto per i bambini.

Particolarmente pericolosi per gli alimenti sono i microrganismi patogeni termoresistenti es. Clostridium perfringens sporigeno anaerobio che vive nel terreno, ma le spore possono trovarsi dappertutto.

Altro esempio: Staphylococcus aureus Produce una tossina termoresistente. Può contaminare alimenti trattati termicamente per motivi di scarsa igiene o di conservazione impropria.

Escherichia coli Prolifera nell’intestino producendo enterotossine che provocano malattie anche mortali…

Salmonella typhimurium Enterobatterio, responsabile di gravi malattie come le salmonellosi con vomito, febbre e dissenteria.

Processi metabolici delle alterazioni microbiologiche Microrganismi eterotrofi che causano processi di demolizione ossidativa respirazione fermentazione

I fenomeni fermentativi hanno sempre destato la curiosità e l’interesse dei naturalisti

L’introduzione del microscopio come metodo di indagine apportò una vera rivoluzione in campo biologico Robert Hooke (1635 -1703)

Gli studi dell’olandese Antony Van Leeuwenhoek (1632 – 1723) che si dilettava a costruire lenti e microscopi, dettero il primo impulso alla microbiologia.

Fino alla prima metà del 1600 si pensava che i microrganismi… … si generassero spontaneamente da materiale organico in disfacimento.

Nel 1660 il medico italiano Francesco Redi dimostrò che la comparsa di larve nella carne in decomposizione era dovuta al deposito di uova da parte delle mosche adulte.

Lazzaro Spallanzani (1729 -1799) dimostrò che un’infusione di carne in una bottiglia tappata, poteva rimanere limpida se la si faceva bollire. (Prima tecnica di sterilizzazione)

Nel 1837 il biologo tedesco Theodor Schwann dimostrò che l’infuso di carne rimaneva limpido anche se si faceva entrare nella bottiglia dell’aria, purchè questa fosse riscaldata.

Gli studi del grande chimico francese Louis Pasteur (1822 – 1895) dettero un grande impulso agli studi di microbiologia e di chimica delle fermentazioni.

Nel 1877 il fisico inglese John Tyndall ipotizzò che esistessero microrganismi capaci di resistere a temperature superiori a 100°C.

Nello stesso anno il medico tedesco Ferdinand Cohn isolò e identificò il bacillo del fieno. Bacillus subtilis che forma endospore molto resistenti al calore e alla siccità.

Per provocare la morte delle endospore utilizzò vapore a 120°C. Invenzione dell’autoclave.

Pasteur fece numerosi studi sulle fermentazioni, e scoprì che si dovevano a diverse specie di microrganismi anaerobi divisi in: • obbligati • facoltativi

Scoprì anche le fermentazioni non consentono una crescita significativa della popolazione dei microrganismi. Nel 1857 annunciò di aver scoperto due tipi di microrganismi, che attuavano due fermentazioni diverse.

I lieviti fermentazione alcolica I lattobacilli fermentazione lattica

DIFFERENZE FRA RESPIRAZIONE E FERMENTAZIONE Respirazione cellulare: • processo di ossidoriduzione ad alta resa energetica, che avviene con un trasferimento di elettroni da un composto più ridotto a un altro più ossidato. Primo donatore di elettroni: H

ossigeno re sp . a er ob i ca 2 e- + 2 H+ + 1/2 O 2 H 2 O ultimo accettore di elettroni Sempre si producono re sp . a molecole di ATP ad alto contenuto di energia na er ob i ca altre molecole inorganiche (nitrati, solfuri, solfati, CO 2)

Nelle fermentazioni: • non c’è una catena di trasporto di elettroni • si producono sostanze organiche (alcol etilico, acido lattico, acido acetico, ecc. ) • si ottengono poche molecole di ATP (bassa resa energetica) • si possono ottenere diversi prodotti secondari • il principale prodotto può provenire da diversi substrati

Tutti i processi fermentativi partono dalla GLICOLISI

Glicolisi: sequenza di reazioni catalizzate da enzimi, che parte dal glucosio e arriva a produrre due molecole di acido piruvico, due di ATP e due di NADH.

La glicolisi avviene nei mitocondri ed è inibita dalla presenza dell’ossigeno, (effetto Pasteur) mentre è favorita dalla presenza degli zuccheri (effetto glucosio).

FERMENTAZIONE ALCOLICA C 6 H 12 O 6 + 2 ADP + 2 Pi 2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO 2 + 2 ATP Substrato: monosaccaridi (glucosio, fruttosio) disaccaridi (maltosio, saccarosio) Prodotti principali: alcol etilico e anidride carbonica.

E‘ utilizzata per produrre…

Gli agenti fermentanti sono i lieviti del genere Saccharomyces cerevisiae (nell’industria enologica e del pane e prodotti da forno)

Nell’industria birraria si usa il Saccharomyces Carlsbergensis

FERMENTAZIONE LATTICA Gli agenti della fermentazione lattica sono i… BATTERI (o fermenti) LATTICI Lactobacillus bulgaricus Streptococcus thermophylus

I batteri lattici trasformano i carboidrati (lattosio) in acido lattico e altri prodotti La fermentazione lattica costituisce la base dell’industria lattiero-casearia

FERMENTAZIONE OMOLATTICA I batteri omolattici producono solo acido lattico

FERMENTAZIONE ETEROLATTICA I batteri eterolattici producono, oltre all’acido lattico, anche altre sostanze, come ad es. alcol etilico, glicerina, anidride carbonica. Spesso sono prodotti indesiderati, che danneggiano l’alimento.

FERMENTAZIONE ACETICA E’ in realtà un processo ossidativo, in cui l’ossigeno serve a sottrarre idrogeno all’NADH, per trasformare l’alcol etilico in acido acetico

Gli agenti della fermentazione acetica sono batteri del genere Acetobacter utilizzati nell’industria dell’aceto, hanno un p. H ottimale da 3 a 3, 5, sono molto sensibili alla mancanza d’aria.

FERMENTAZIONE BUTIRRICA E’ prodotta da batteri del genere Clostridium, che fermentano gli zuccheri, producendo acido butirrico ed altre sostanze (ad es. acido acetico, alcol butilico, acetone, ecc. ) dal sapore e odore sgradevoli Producono una grave alterazioni dei formaggi: il “gonfiore”

FERMENTAZIONE PROPIONICA Dovuta ai batteri propionici che trasformano il lattosio e l’acido lattico in acido propionico e CO 2 responsabili dell’occhiatura di molti formaggi stagionati (Emmenthal, Leerdammer, Gruyere, ecc. )

Fermentazione di batteri “coliformi”, con produzione di diverse sostanze. Fermentazione indesiderabile negli alimenti.

Processi lipolitici Alcuni microrganismi contengono le “lipasi”, enzimi che agiscono sui lipidi, provocando la liberazione di acidi grassi. Il risultato è spesso negativo per gli alimenti, perché si formano sapori e odori sgradevoli di rancido. Eccezioni: Gorgonzola Camembert

Matabolismo lipolitico

Processi a carico dei composti azotati Molti microrganismi posseggono enzimi proteolitici (in grado di degradare le proteine), con liberazione di peptidi e amminoacidi Questi vengono deaminati e decarbossilati, con formazione di ammoniaca, anidride carbonica e composti solforati. In ambiente aerobio, aerobio non ci sono alterazioni dell’odore. In ambiente anaerobio, anaerobio si producono delle sostanze dall’odore spiccato e sgradevole. Il fenomeno è negativo per gli alimenti freschi. Qualche volta può essere utile nei prodotti stagionati (salumi, formaggi)

PUTREFAZIONE aerobica avviene sulla superficie degli alimenti (es. carne) ad opera di numerosi microrganismi anaerobica avviene in profondità negli alimenti, ad opera di batteri Clostridi, che operano velocemente producendo sostanze gassose e ammine tossiche