L’alterazione microbica in un sistema alimentare e le hurdle technologies come mezzo di controllo

hurdle technologies

Il deterioramento alimentare

Gli alimenti sono ecosistemi complessi, che se non conservati e trattati nei giusti modi, risultano essere rapidamente deperibili e non più idonei ad essere consumati.

Il deterioramento alimentare consiste in un cambiamento indesiderato nel prodotto, e può essere di tipo chimico, enzimatico o microbico, in relazione a fattori ambientali (ossigeno, temperatura, presenza di fonti di calore, di luce e tracce di metalli) e da fattori intrinseci (sostanze nutritive, pH, umidità, attività dell’acqua, potenziale di ossido riduzione, presenza di conservanti).

Limitare ed impedire tale fenomeno è una sfida per l’industria alimentare.

Gli alimenti sono un terreno adatto alla crescita dei microrganismi, che si sviluppano utilizzando i composti organici. In questo modo provocano lo sfaldamento dei tessuti, produzione di gas (CO2, ‎H2, H2S), e fenomeni putrefattivi con l’idrolisi delle proteine, degradazione degli aminoacidi e conseguente produzione di composti off flavours.

I principali microrganismi alterativi appartengono a diverse specie microbiche:
– batteri gram negativi: Pseudomonas spp. e Enterobacteriaceae spp.;
– batteri gram positivi sporigeni: Bacillus spp. e Clostridium spp.;
– batteri gram positivi non sporigeni: batteri lattici e Brochothrix thermosphacta;
– lieviti e muffe.

Come lo combattiamo?

Per arginare o rallentare i processi di deterioramento, le più comuni tecniche di conservazione sono: termizzazione, pastorizzazione e sterilizzazione, ma anche refrigerazione, surgelazione, essiccazione, affumicamento e conservanti.

Tra i conservanti più ampiamente impiegati vi sono i nitriti, composti che destano non poche preoccupazioni a causa del loro effetto cancerogeno. Essi infatti possono interagire con l’emoglobina, oppure associarsi alle ammine formando le nitrosammine, sostanze altamente nocive. Tale fenomeno può avvenire sia nell’alimento che nell’organismo umano, in particolare nello stomaco, durante il processo di degradazione delle proteine.

I nitrati invece possono essere assorbiti dallo stomaco, dall’ileo distale, dal cieco e dal colon, entrano in circolazione e raggiungono le ghiandole salivari, in seguito sono rilasciati nella saliva e ridotti a nitriti dalla flora batterica presente nella cavità orale.

I consumatori, consci dell’eccessivo utilizzo di conservanti e dei loro possibili effetti, fanno sempre più richiesta di prodotti alimentari sicuri e meno processati. L’industria alimentare ha accolto tali esigenze optando così per la riduzione di additivi chimici, sostituendoli con le hurdle technologies ed additivi naturali.

L’unione fa la forza

Per hurlde techonologies si intende tecnologie delle barriere, ovvero sistemi di controllo in grado di proteggere l’alimento ed il consumatore. In questo caso i sistemi di conservazione sono impiegati in modo sinergico e non singolarmente in maniera intensiva, evitando così il rischio di compromettere le caratteristiche del prodotto. Inoltre, alcuni batteri possono mostrarsi più resistenti se sottoposti a stress eccessivi, e ciò è dovuto all’attivazione dei geni che codificano per la sintesi delle stress shock proteins.

Quindi anziché utilizzare una sola barriera ad alti livelli, si preferisce applicare un insieme di barriere a bassi livelli, conservando quanto più possibile le caratteristiche organolettiche e nutrizionali dell’alimento.

L’attività antimicrobica dei trattamenti è dovuta al numero di stress subletali sulla cellula batterica, che costringono l’organismo microbico a spendere molta energia per superare l’ambiente ostile nella quale si trova, con la perdita della stabilità intracellulare e conseguente morte del microrganismo.

I conservanti naturali

Una valida barriera sono i conservanti naturali, come le batteriocine e gli estratti essenziali.

Diversi studi hanno accertato l’attività antimicrobica delle batteriocine (bioconservazione). Queste sono complessi proteici biologicamente attivi, vengono sintetizzati ribosomialmente e modificati post-traduzionalmente. In particolare i microrganismi batteriocinogeni impiegati nel settore alimentare sono i batteri lattici (LAB).

Le batteriocine possono essere utilizzate addizionate direttamente all’alimento oppure prodotte in situ, con l’impiego di colture starter.

Nisina o E234

Tra le diverse batteriocine vi troviamo la nisina, prodotta da Lactococcus lactis subsp. Lactis, approvata come conservante con il codice E234. Essa viene sintetizzata ribosomialmente come prepetide, in forma biologicamente non attiva.

I geni che codificano per la nisina sono organizzati in tre operoni multicistronici, in cui ritroviamo i geni strutturali, i geni per l’immunità, per le proteine coinvolte nelle modifiche post-traduzionali e per la traslocazione della batteriocina. Il gene NisA codifica per la sintesi intracellulare della nisina, NisB determina modifiche post-traduzionali per la sequenza amminoacidica, NisP è il gene che codifica una proteasi extracellulare che taglia la sequenza leader per rendere la molecola attiva.

La produzione della nisina si basa su un sistema definito quorum sensing. Il quorum sensing è un tipico esempio di comunicazione batterica, in cui l’espressione genica per la sintesi della nisina è regolata in maniera dipendente alla concentrazione delle cellule target presenti nell’ambiente circostante.

L’azione antimicrobica della nisina consiste nel danneggiare la membrana cellulare delle cellule bersaglio. Il peptide carico positivamente interagisce con le teste idrofile cariche negativamente dei fosfolipidi, che compongono la membrana cellulare, disturbando così l’intera struttura. La regione C-terminale della nisina è responsabile di questa prima interazione di natura elettrostatica. Successivamente la sequenza N-terminale si lega al pirofosfato del lipide II e la sequenza C-terminale trasloca attraverso la membrana, formando un poro.

Figura 1 – Meccanismo di azione della nisina

Gli olii essenziali

Un’altra importante azione battericida si trova negli estratti essenziali di erbe. Gli oli essenziali sono complesse miscele di composti volatili, estratti da una ampia varietà di piante. La composizione può variare in base alla specie di appartenenza, alla metodologia di estrazione, alla stagione di raccolta, all’origine geografica ed alle condizioni climatiche. Tali composti, grazie alle loro note proprietà antisettiche, battericide e fungicide, possono trovare impiego anche come conservanti naturali.

La composizione chimica degli oli essenziali è estremamente complessa, sono principalmente costituiti da monoterpeni (C10) e sesquiterpeni (C15), alcoli, aldeidi, chetoni, esteri, fenoli.

Carvacrolo

Diversi studi hanno affermato che l’attività antimicrobica è maggiore per i composti di natura fenolica come il carvacrolo, presente nell’olio essenziale di origano e di timo. Quest’ultimo riesce facilmente a penetrare nel doppio strato fosfolipidico della membrana cellulare dei batteri, posizionandosi tra le catene degli acidi grassi, con una conseguente espansione e destabilizzazione dell’intera struttura. È possibile inoltre che si formino dei canali d’apertura, attraverso i quali si ha la fuoriuscita dei costituenti intracellulari.

Ulteriore conferma si ritrova nel lavoro eseguito da La Storia e colleghi (2011) in cui furono trattati con carvacrolo diversi microrganismi, fra cui Brochothrix thermosphacta, Carnobacterium maltaromaticum, Lactobacillus plantarum, Listeria innocua, Escherichia coli, Hafnia alvei, Pseudomonas fragi e Serratia proteamaculans, valutando così le possibili alterazioni morfologiche.

Fu evidente che le cellule microbiche risultavano danneggiate, e presentavano delle differenze dal punto di vista morfologico rispetto al controllo. Brochothrix thermosphacta mostrò la perdita della forma originale, la superficie della cellula si presentava irregolare. La cellula di Carnobacterium maltaromaticum mostrava una superficie divisa in setti, Lactobacillus plantarum invece presentava un’area collassata, come anche Pseudomonas fragi.

Quindi, utilizzando più sistemi di conservazione in maniera sinergica, come trattamenti termici, mezzi fisici e conservanti naturali, è possibile limitare l’utilizzo di additivi sintetici ad alto impatto, garantendo così una migliore qualità igienica dei prodotti alimentari, tutelando allo stesso tempo la salute dei consumatori.

Maria Teresa Lanzetta
Tecnologa alimentare

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Appassionato di microbiologia e zoologia, adora classificare gli organismi che incontra. Al momento si sta dedicando all'ittiologia.

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