Attività dell’acqua e proliferazione microbica negli alimenti

Fattori che contribuiscono alla proliferazione microbica negli alimenti

I fattori che controllano lo sviluppo microbico negli alimenti sono numerosi e si distinguono in fattori di tipo fisico, chimico e di tipo biologico. Tra i fattori di tipo chimico rientra l’attività dell’acqua.

I microrganismi necessitano di acqua per il loro metabolismo. Ogni substrato o alimento per consentire la crescita deve presentare una fase acquosa che funge da solvente per gli enzimi microbici. L’attività dell’acqua (aw) di un substrato è rappresentato pertanto dall’acqua presente non legata chimicamente, e quindi effettivamente disponibile per gli enzimi microbici. In altre parole, è la quantità di acqua libera presente in un alimento. Essa viene indicata con il simbolo aw e si definisce dal rapporto:

aw = P/P0

Dove P è la pressione di vapore dell’acqua nel prodotto e P0 la pressione di vapore dell’acqua pura.

Nell’acqua pura P = P0 e quindi aw = 1.

La scala numerica va da 1, corrispondente appunto all’acqua pura, a 0 che corrisponde ad un prodotto totalmente disidratato (secco).

La disponibilità di acqua libera di un substrato o di un alimento può essere influenzata dalle seguenti caratteristiche:

  • Umidità relativa dell’ambiente
  • Temperatura
  • Stato fisico dell’acqua
  • pH
  • Potenziale di ossidoriduzione (red/ox)
  • Presenza di sostanze in grado di legare acqua (sorbitolo, glicerolo, ecc.)

Determinazione dell’attività dell’acqua

La misura dell’attività dell’acqua è un fattore estremamente importante, in particolare per i prodotti deteriorabili come gli alimenti. Nelle aziende alimentari possono essere eseguiti controlli a campione su formaggi, carni, mangimi, ecc. Lo strumento di misura è l’igrometro, e può essere da banco oppure portatile.

Attività dell’acqua e valori tipici

In condizioni ottimali di temperatura, i microrganismi mostrano diversi bisogni nei confronti dei valori minimi di aw necessari per la moltiplicazione. I patogeni progrediscono molto facilmente con valori fino a 0,98; tra 0,98 e 0,93 vengono enormemente rallentati, a parte Staphylococcus aureus, che continua a sviluppare fino a 0,85 ma solo in condizioni aerobiche.

Le muffe possono produrre tossine fino a valori di 0,85; per valori < 0,65 in genere si arresta la moltiplicazione microbica, ad eccezione delle forme xerofile e osmofile di Eumiceti (vedi Tab. 1).

awSopravvivenza microbicaAlimenti
1,00-0,95Gram negativi, spore batteriche, alcuni lieviti, Clostridium spp.Alimenti freschi. Alimenti con il 20% di zucchero e il 3% di sale.
0,95-0,91La maggior parte dei cocchi, lattobacilli, le forme vegetative dei Bacillus, alcune muffe e lieviti.Prosciutti in salamoia al 2-3% di sale. Formaggi a media stagionatura. Alimenti con il 55% di saccarosio e il 12% di sale.
0,91-0,87La maggior parte dei lieviti.Alimenti con il 65% di saccarosio e il 15% di sale. Salumi e formaggi stagionati.
0,87-0,80La maggior parte delle muffe, Staphylococcus aureus.Farina. Riso con il 15-17% di umidità. Latte condensato zuccherato.
0,80-0,75Batteri alofili / osmofili.Alimenti con il 26% di sale. Gelatine di frutta, marmellate.
0,75-0,65Lieviti e muffe alofile / osmofile.Formaggi molto stagionati.
0,65-0,60Lieviti e muffe xerofile.Frutta fresca con il 15-20% di acqua. Dolciumi e caramelle con l’8% di acqua. Cioccolato.
0,50-0,20Moltiplicazione microbica impossibile.Spezie. Polvere di uova al 5% di acqua. Latte in polvere al 2-3% di acqua. Biscotti secchi con il 3-5% di acqua. Umidità del deserto.
Tabella 1 – Valori di attività dell’acqua tipici per alcuni alimenti e sopravvivenza microbica

Trattamenti che modificano l’attività dell’acqua

L’attività dell’acqua di un alimento può essere modificata per sottrazione di acqua tramite processi tecnologici (evaporazione, essiccamento, congelamento, affumicamento, ecc.) o per aggiunta di soluti (sale, zucchero). Questi sono i trattamenti più comuni, utilizzati per la conservazione degli alimenti.

Il tempo di conservazione di un alimento sottoposto a disidratazione dipende dalla quantità di acqua rimanente nell’alimento; se l’alimento viene portato a valori di attività dell’acqua inferiori a 0,61 le prime alterazioni si possono verificare dopo due anni ad opera di alcune specie fungine.

L’essiccamento è maggiormente utilizzato per i prodotti di origine animale, in particolare per i prodotti liquidi (latte e uova), mentre invece non viene particolarmente utilizzato sulla carne, poiché il trattamento può portare a delle alterazioni dei caratteri organolettici.

Nella salagione, invece, viene utilizzato il sale per la conservazione dei cibi (soprattutto di carne e di pesce). È una pratica con origini antichissime. Il principio su cui si basa questo processo di conservazione è da ricercarsi nell’effetto disidratante del sale operato sia sulle cellule dell’alimento che su quelle dei microrganismi, e nella produzione di ioni cloruro che sono nocivi per i batteri.

L’azione inibente degli zuccheri sui microrganismi è molto simile a quella del sale, anche se è più contenuta. Lo zucchero viene utilizzato anche nell’industria delle carni salate in quanto impedisce la formazione di metamioglobina, sostanza responsabile dell’imbrunimento della carne, la quale non risulta più fresca.

L’affumicamento è un altro antichissimo metodo impiegato per la conservazione degli alimenti. Questo procedimento viene utilizzato il più delle volte come completamento della salagione, perché si pensa che l’azione del sale favorisca la penetrazione dei princìpi antimicrobici del fumo.

Contaminazioni alimentari “inaspettate”

Esistono alcune eccezioni rispetto a quanto riportato nei paragrafi precedenti. Infatti, alcuni studi affermano che certi microrganismi anche patogeni possono sopravvivere per lunghi periodi negli alimenti con valori molto bassi di attività dell’acqua. Molti microrganismi possono, per esempio, perdurare a seguito del processo di essiccazione. In seguito, la proliferazione dei patogeni può avvenire se gli alimenti con una bassa attività dell’acqua vengono re-idratati prima del consumo oppure conservati in condizioni inadeguate.

Focolai di infezione da Salmonella

Sono state identificate diverse epidemie dovute proprio dal consumo di cibi secchi contaminati. La maggior parte di queste epidemie sono state provocate da diverse specie di Salmonella. In tabella 2 sono elencati alcuni focolai di infezione associati al consumo di cioccolato contaminato (vedi Tab.2). Il cioccolato ha un valore basso di attività dell’acqua, pari a 0,65 – 0,60.

AlimentoAnnoPatogenoLuogoN° infetti
Cioccolato1973Salmonella eastbourneCanada, USA95
 1982 Salmonella napoliInghilterra, Galles245
 1985 Salmonella nimaUSA, Canada33
 1987 Salmonella tiphymuriumNorvegia, Finlandia361
 2001 Salmonella oranienburgGermania, Danimarca, Austria, Belgio, Finlandia, Olanda, Svezia439
Tabella 2 – Esempio di focolai di infezione da Salmonella, associate al consumo di cioccolato contaminato

Nel caso dell’epidemia del 1982 provocata da Salmonella napoli, le persone infettate hanno manifestato sintomi gastroenterici (diarrea, febbre e vomito). L’inchiesta epidemiologica ha permesso l’identificazione del veicolo dell’infezione, del tutto inusuale: un tipo di merendine farcite da crema al cioccolato prodotte in Italia e contaminate da Salmonella napoli.

Se si verifica una contaminazione in questa tipologia di alimento, l’agente patogeno, pur non potendo moltiplicarsi, risulta in grado di sopravvivere per un periodo di tempo estremamente lungo e di resistere maggiormente ai trattamenti termici, grazie all’azione protettiva svolta dai lipidi contenuti in tale matrice alimentare. Infatti, l’alto contenuto di sostanze lipidiche conferisce all’agente contaminante una maggiore resistenza nei confronti dell’acidità gastrica, consentendo al patogeno di colonizzare il tratto intestinale e dare luogo alla manifestazione clinica.

Misure di controllo efficaci nelle aziende alimentari

È praticamente impossibile eliminare gli agenti patogeni in molti cibi o ingredienti secchi, senza alterare i caratteri organolettici dell’alimento stesso. Le misure di controllo nelle aziende alimentari dovrebbero quindi concentrarsi sulla prevenzione della contaminazione. Gli approcci più efficienti si basano sulla suddivisione in zone delle aree di produzione, e sull’implementazione di procedure efficienti di pulizia e sanificazione delle superfici e in generale degli ambienti di lavorazione degli alimenti.

Verifica di buon funzionamento

Nella gestione del rischio per la sicurezza alimentare, la verifica serve a valutare che le misure di controllo siano correttamente attuate, e che il prodotto finito soddisfi i criteri di sicurezza predefiniti nelle aziende alimentari.

L’analisi microbiologica del prodotto finito potrebbe non essere significativa per la verifica di alimenti con valori di attività dell’acqua molto bassi. Infatti, non si può presumere che gli agenti patogeni siano distribuiti in modo omogeneo negli alimenti secchi. Per questo motivo, il buon funzionamento dovrebbe essere verificato anche e soprattutto con il monitoraggio ambientale e la verifica delle materie prime.

Letture consigliate

Di seguito vi proponiamo alcune letture consigliate riguardo la microbiologia degli alimenti:

Fonti

  • zetalab.it
  • wikipedia
  • Rapporti Istisan 05/27
  • Libro Antonietta Galli Volonterio “Microbiologia degli alimenti” casa editrice Ambrosiana edizione 2017
  • O N. Gill, P N. Sockett, C L. Bartlett, M S. Vaile, B. Rowe, R J. Gilbert, C. Dulake, H C. Murrell, S. Salmaso, 1983. “Outbreak of Salmonella napoli infection caused by contaminated chocolate bars”. PMID: 6131266. DOI. 10.1016/s0140-6736(83)92822-2.
  • Larry R. Beuchat, Evangelia Komitopoulou, Harry Beckers, Roy P. Betts, François Bourdichon, Séamus Fanning, Han M. Joosten, Benno H. Ter Kuile, 2013. “Low-water activity foods: increased concern as vehicles of foodborne pathogens”. PMID: 23317872. DOI. 10.4315/0362-028X.JFP-12-211.
  • Amin N. Olaimat, Tareq M. Osaili, Murad A. Al-Holy, Anas A. Al-Nabulsi, Reyad S. Obaid, Akram R. Alaboudi, Mutamed Ayyash, Richard Holley, 2020. “Microbial safety of oily, low water activity food products: A review”. PMID: 32950156. DOI. 10.1016/j.fm.2020.103571.

Crediti delle immagini

Immagine in evidenza

Rispondi

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: