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Francesco Villani » 3.Ecologia microbica degli alimenti


Ecologia microbica degli alimenti e fattori ecologici che influenzano la sopravvivenza, la crescita e la morte dei microrganismi negli alimenti

Gli alimenti sono ecosistemi complessi.

Gli ecosistemi sono costituiti dall’ambiente e dagli organismi che vivono in esso. Quando sono colonizzati da microrganismi, gli alimenti costituiscono degli ecosistemi ben definiti, la cui complessità è determinata dalle interazioni tra i fattori ambientali intrinseci ed estrinseci dell’alimento stesso. Le popolazioni microbiche inizialmente presenti nell’alimento, sotto l’azione selettiva dei determinanti ecologici, subiranno delle modificazioni della loro struttura comunitaria.

Elementi della colonizzazione microbica di un ecosistema alimentare

Elementi della colonizzazione microbica di un ecosistema alimentare

Elementi della colonizzazione microbica di un ecosistema alimentare


Distribuzione casuale e stratificazione spaziale dei microrganismi

Gli alimenti sono degli ecosistemi dinamici ed eterogenei. La comunità microbica iniziale, determinata dalle fonti di contaminazione primaria, può essere sostituita da nuove comunità microbiche in funzione dei fattori intrinseci, estrinseci, tecnologici ed impliciti che ricorrono durante i processi di produzione e di conservazione.

Crescita dei microrganismi negli alimenti

Nel corso della produzione, trasformazione, trasporto, conservazione e consumo di un alimento, i microrganismi che lo contaminano possono crescere, sopravvivere o morire in funzione dell’azione esercitata da una serie di fattori ecologici (Figura 3a).

Quando le condizioni ecologiche dell’alimento sono favorevoli, i microrganismi si moltiplicano, aumentando come numero e come massa.

Prima di prendere in considerazione i fattori che possono influenzare il comportamento di un microrganismo in un alimento, è bene avere conoscenza della matematica della crescita microbica.

Destino dei microrganismi negli alimenti

Destino dei microrganismi negli alimenti


Crescita dei microrganismi negli alimenti

La moltiplicazione dei microrganismi negli alimenti avviene secondo una cinetica paragonabile a quella che si realizza nei sistemi di coltura chiusi discontinui (cultura batch).

In particolare i batteri si moltiplicano per FISSIONE BINARIA in cui una cellula (madre) da origine a due cellule (figlie).

Partendo da una popolazione iniziale costituita da 1 cellula o più realisticamente da una popolazione iniziale (N0) a concentrazione sconosciuta che raddoppia di numero ad ogni dato intervallo di tempo, possiamo scrivere il numero di cellule prodotte dopo un certo numero di generazioni come nella Tabella successiva:

Moltiplicazione esponenziale dei microrganismi

Moltiplicazione esponenziale da microrganismi

Moltiplicazione esponenziale da microrganismi


Fasi della crescita microbica (curva di crescita)

Figura 3b (I-II). Trasferiamo, con un’ansa per batteriologia, una data quantità di una coltura di Escherichia coli, in una bottiglia contenente un adatto terreno di coltura liquido (sistema di coltura chiuso).

Figura 3b (III-VIII). Incubiamo la coltura alla temperatura ottimale di crescita del microrganismo (III). Ad intervalli di tempo regolari (es. 1 h) preleviamo 1 ml di coltura, diluiamo e seminiamo in piastre contenenti un adatto terreno nutritivo agarizzato (IV-V). Incubiamo le piastre alla temperatura ottimale di crescita (VI) e dopo 24-48 ore contiamo il numero di colonie sviluppate (VIII).

Nelle condizioni ottimali di sviluppo, se riportiamo il log decimale del numero di cellule per g o ml di terreno nutritivo si ottiene una curva caratterizzata da una serie di fasi, come illustrato nella Figura 3c.

Fig. 3B – Sequenza della procedura di inoculo, incubazione e numerazione dei batteri

Fig. 3B - Sequenza della procedura di inoculo, incubazione e numerazione dei batteri

Fig. 3C – Fasi della curva di crescita microbica

Fig. 3C - Fasi della curva di crescita microbica


Fasi della crescita microbica (curva di crescita)

FASE DI LATENZA O FASE LAG. Le cellule mettono in atto meccanismi tali per adattarsi all’ambiente e pertanto il numero di cellule in questa fase rimane costante. La durata della lag fase dipende da molti fattori come la composizione del substrato di crescita, la temperatura e l’atmosfera di incubazione, la grandezza dell’inoculo e lo stato fisiologico delle cellule al momento dell’inoculo. Se preleviamo una coltura in fase logaritmica di crescita, la inoculiamo nello stesso terreno nutritivo e la incubiamo alla stessa temperatura da cui proviene, la fase lag potrebbe mancare o essere di brevissimo tempo. (Figura 3c).

Fig. 3C – Fasi della curva di crescita microbica

Fig. 3C - Fasi della curva di crescita microbica


Fasi della crescita microbica (curva di crescita)

  • FASE ESPONENZIALE O FASE LOG. Le cellule incominciano a moltiplicarsi mediante divisione binaria, per cui il numero di batteri raddoppia ad ogni successiva divisione e continua fino all’intervento di fattori limitanti (esaurimento dei nutritivi, diminuzione del pH, accumulo di metaboliti tossici, insufficiente concentrazione di ossigeno per gli aerobi, ecc.).
  • FASE STAZIONARIA. Il numero di cellule rimane più o meno costante (poche cellule muoiono e poche si moltiplicano) per il crearsi di condizioni colturali non favorevoli.
  • FASE DI DECLINO O MORTE. La velocità di morte delle cellule è maggiore di quella di moltiplicazione. La morte sopraggiunge per una serie di fattori come esaurimento dell’energia di riserva da parte delle cellule, pH e accumulo di prodotti tossici che uccidono la cellula. (Figura 3c).
Fig. 3C – Fasi della curva di crescita microbica

Fig. 3C - Fasi della curva di crescita microbica


Cinetica della crescita microbica

Numero di generazioni (n) di una popolazione microbica nel tempo (t).


Cinetica della crescita microbica

Dopo ogni generazione il numero di cellule della popolazione raddoppia. In microbiologia degli alimenti è importante conoscere il tempo di raddoppiamento di una popolazione microbica, più noto come tempo medio di generazione (G).


Cinetica della crescita microbica

Tasso di crescita specifico di una popolazione microbica.

Tasso di crescita specifico di una popolazione microbica

Tasso di crescita specifico di una popolazione microbica


Fattori ecologici e comportamento dei microrganismi

I fattori ecologici che influenzano il comportamento dei microrganismi negli alimenti, e quindi il destino della comunità microbica inizialmente presente, vengono classificati in quattro gruppi principali:

Categorie di fattori ecologici

Categorie di fattori ecologici


Considerazioni conclusive

Ecologia microbica e fattori che influenzano il comportamento dei microrganismi

In questa lezione abbiamo preso in considerazione gli elementi della colonizzazione microbica di un ecosistema alimentare e i concetti generali sui fattori ecologici che influenzano il comportamento dei microrganismi negli alimenti.

Alcuni punti di riflessione e studio sono i seguenti:

  • Gli alimenti come ecosistemi complessi
  • Il comportamento dei microrganismi negli alimenti e cinetica della crescita microbica
  • Fattori ecologici intrinseci, estrinseci impliciti e tecnologici

Prossima lezione

Fattori ecologici intrinseci

La colonizzazione di un alimento da parte di specie e ceppi di microrganismi appartenenti ad ogni uno dei gruppi passati in rassegna nelle lezioni precedenti, siano essi patogeni o alterativi, così come protecnologici, dipende strettamente dalle condizioni ecologiche che si realizzano nell’alimento stesso. Nella prossima lezione tratteremo dei fattori ecologici intrinseci che influenzano il comportamento dei microrganismi negli alimenti:

  • Attività dell’acqua (aw)
  • pH
  • Potenziale redox
  • Strutture e nutrienti
  • Antimicrobici

Le lezioni del Corso

I materiali di supporto della lezione

Ecologia microbiotica degli alimenti

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