Fattori intrinseci
Sono l’espressione delle caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche dell’alimento
Tratteremo di:
Definizione di pH
Quando l’acqua ionizza sono prodotte uguali concentrazioni di ioni H+ e OH-
H2O OH-+H+
[H+]=[OH-]=1×10-7 mol/l
Il pH è il logaritmo negativo della concentrazione idrogenionica.
I microrganismi hanno valori di pH minimi, massimi e ottimali di crescita.
Generalizzando si possono indicare i seguenti range di pH per i vari gruppi di microrganismi, anche se singole specie possono differire in maniera significativa nei loro valori minimi di pH di crescita.
I valori di pH minimi e massimi non devono essere considerati in termini assoluti in quanto essi sono fortemente dipendenti dai valori degli altri fattori di crescita e dal tipo di acido presente.
Il pH interno delle cellule è vicino alla neutralità.
Le membrane cellulari sono impermeabili agli ioni H+ e OH-.
Cellula in ambiente a pH sub-ottimale. Gli ioni H+ e OH- influenzano lo strato esterno della cellula senza modificare il pH interno. Conseguenze possono riguardare le seguenti attività:
Cellula in ambiente a pH estremi. La memrana cellulare viene danneggiata e gli ioni H+ e OH- possono penetrare all’interno della cellula:
I valori di pH minimi e massimi per la crescita dei microrganismi dipendono dal tipo di acido presente e dal loro grado di dissociazione.
Il grado di dissociazione dipende dal pH dell’ambiente:
a pH acido l’equilibrio si sposta verso la forma indissociata che essendo solubile nei lipidi entra facilmente all’interno della cellula dove grazie al suo pH neutro viene dissociata determinando l’abbassamento del pH e la denaturazione delle proteine e degli acidi nucleici con conseguente morte della cellula.
I valori di pH minimi e massimi non devono essere considerati in termini assoluti in quanto essi sono fortemente dipendenti dai valori degli altri fattori di crescita.
Tali valori sono determinati in colture di laboratorio dove i valori degli altri fattori di crescita (temperatura, aw, nutrienti, antimicrobici) sono mantenuti ai loro livelli ottimali.
Concetti generali
Per crescere e svolgere le proprie attività metaboliche, i microrganismi hanno bisogno di acqua. In un alimento la quantità totale di acqua (umidità) è presente sia in forma libera (utilizzabile dai microrganismi) che legata a componenti dell’alimento stesso.
L’acqua può essere non disponibile per i microrganismi perché:
Dunque, solo l’acqua libera presente in un ambiente consente la crescita dei microrganismi
Definizione
È la misura della disponibilità di acqua libera presente in un ambiente per lo svolgimento delle funzioni biologiche dei microrganismi.
La pressione di vapore si misura in mmHg e dipende strettamente dalla temperatura:
L’aw può assumere solo valori compresi tra 1 [(la pressione di vapore dell'acqua dell'alimento è uguale a quella dell'acqua pura (P=P0=1)] e 0 [(in materiali molto secchi non vi sono molecole di acqua in grado di esercitare una pressione di vapore (P=0)]. In realtà nessun alimento può avere una aw uguale ad 1 o a 0.
L’Umidità Relativa all’Equilibrio, cioè il contenuto di acqua nell’atmosfera sopra un alimento in equilibrio con l’alimento stesso (in pratica l’umidità atmosferica) è correlata con aw secondo la relazione:
ERH=100 x aw
aw=ERH/100
MISURA L’attività dell’acqua può essere calcolata mediante la legge di Rault:
Attualmente esistono strumenti in grado di misurare in maniera precisa e veloce l’aw di un alimento mediante la misura della pressione del vapore d’acqua sopra l’alimento.
Al di sotto dei valori minimi di aw, il comportamento dei microrganismi dipende molto da come l’acqua viene rimossa.
La rimozione rapida dell’acqua (es.: liofilizzazione di una alimento) dalla cellula microbica consente una sua sopravvivenza per lunghi periodi. Quando l’aw di un alimento è abbassata attraverso l’aggiunta di sale o zucchero, le cellule microbiche sono soggette a fenomeni osmotici che ne causano una morte più rapida.
PLASMOLISI DELLA CELLULA
La cellula subisce danni spesso irreversibili.
La morte sopraggiunge per:
Strategia generale: accumulo intracellulare di soluti.
I batteri possono adattarsi a variazioni di aw nel range dei valori che ne consentono lo sviluppo mediante accumulo di soluti fisiologicamente compatibili (non tossici) che ristabiliscono le condizioni osmotiche ottimali.
Tali soluti possono essere:
I batteri possono accumulare: K+ e amminoacidi
Lieviti e muffe accumulano: K+ e, a seconda della specie, trealosio, saccarosio, glucosio, glicerolo.
MICRORGANISMI E OSSIGENO. I microrganismi, in funzione della loro crescita in presenza o in assenza di ossigeno libero sono raggruppati in:
AEROBI: richiedono ossigeno per produrre l’energia necessaria per la loro crescita. L’ossigeno funge da accettore finale di elettroni durante la respirazione aerobica che coinvolge la glicolisi, il ciclo di Krebs e il sistema di trasporto degli elettroni.
MICROAEROFILI: richiedono ossigeno per produrre l’energia necessaria per la loro crescita, ma in concentrazione minore di quello presente nell’aria (20%).
ANAEROBI FACOLTATIVI: possono crescere sia in presenza che in assenza di ossigeno. In presenza di sufficienti quantità di ossigeno generano energia come gli aerobi. In assenza di ossigeno utilizzano composti organici come accettori finali di elettroni.
ANAEROBI OBBLIGATI: crescono solo se non è presente ossigeno libero che risulta tossico per la cellula. Traggono energia da processi di fermentazione.
OSSIGENO-TOLLERANTI: possono crescere sia in presenza che in assenza di ossigeno producendo la stessa quantità di energia e di prodotti metabolici in entrambe le condizioni. Sono quindi indipendenti dall’ossigeno.
Tossicità dell’ossigeno per le cellule microbiche
Definizione: il potenziale di ossido-riduzione o redox (Eh) può essere definito come una misura (espressa in mVolt) della tendenza di un substrato ad acquisire elettroni (diventando RIDOTTO) o a cedere elettroni (diventando OSSIDATO).
Il donatore di elettroni riducendo una sostanza ossidata è detto anche AGENTE RIDUCENTE (o ANTIOSSIDANTE).
L’accettore di elettroni ossidando una sostanza ridotta è detto anche AGENTE OSSIDANTE.
Misura. Il potenziale redox di un materiale è misurato in unità elettriche espresse in millivolt (mV) con un elettrodo standard di riferimento (0 mV) di platino/idrogeno collegato ad un Voltmetro.
Le sostanze nel loro stato ossidato (con una tendenza ad accettare elettroni) producono corrente con valore positivo (+ mV), mentre nel loro stato ridotto (con una tendenza a donare elettroni) danno un valore negativo (-mV).
Il potenziale redox di un materiale può assumere valori che vanno da -421 a +816 mV.
Più ossidato è un substrato maggiormente positivo è il suo Eh; più ridotto è un substrato maggiormente negativo è il suo Eh.
Il potenziale redox di un alimento è determinato da:
Influenza di operazioni tecnologiche
I tessuti in vita (animali e vegetali) tendenzialmente hanno un Eh negativo come conseguenza della loro attività respiratoria.
Il POR degli alimenti influenza la crescita dei microrganismi.
In un alimento uno o più microrganismi possono modificare il POR favorendo lo sviluppo di specie che normalmente non si sviluppano ai valori di POR iniziale
I microrganismi per crescere negli alimenti hanno bisogno di sorgenti di energia per le loro attività cellulari e sorgenti di composti chimici per la biosintesi dei componenti cellulari
Sorgenti di energia: Zuccheri, alcoli, amminoacidi, carboidrati complessi, grassi.
Sorgenti di azoto: Amminoacidi, peptidi, proteine, acidi nucleici.
Vitamine: Vitamina B.
I microrganismi mostrano una grande diversità in termini di capacità ad usare per le loro esigenze metaboliche le varie sostanze nutritive di un alimento.
Gli alimenti hanno caratteristiche chimiche tali da soddisfare le esigenze nutritive di un gran numero e specie di microrganismi.
La crescita dei microrganismi che contaminano un alimento raramente è limitata dal loro contenuto in nutrienti.
L’effetto combinato degli altri fattori ecologici hanno un effetto maggiormente selettivo nel determinare la composizione microbica di un alimento.
Alcuni alimenti sono provvisti di strutture esterne che rappresentano una barriera efficace contro la penetrazione dei microrganismi proteggendoli dalle alterazioni:
La raccolta, la macellazione e i trattamenti tecnologici a cui sono sottoposte le materie prime diminuiscono o eliminano l’efficacia di queste barriere.
In questa lezione abbiamo preso in considerazione i fattori ecologici intrinseci e la loro influenza sul comportamento dei microrganismi negli alimenti.
Alcuni punti di riflessione e studio sono i seguenti:
La crescita dei microrganismi negli alimenti è strettamente influenzata dalla natura dei nutrienti (fonti di carbonio e azoto), dalla presenza di acqua, di fattori di crescita e inibitori e da alcuni parametri che sono inerenti ai tessuti dei vegetali e degli animali, come il pH, l’attività dell’acqua o il potenziale di ossidoriduzione.
I valori minimi e massimi di ciascun fattore non devono essere considerati in termini assoluti in quanto essi sono fortemente dipendenti dai valori degli altri fattori di crescita.
Fattori ecologici estrinseci, impliciti e tecnologici
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 estrinseci ed impliciti che influenzano il comportamento dei microrganismi negli alimenti:
1. Introduzione: origine, storia, scopi ed evoluzione della microb...
2. Principali caratteristiche dei microrganismi associati con gli ...
3. Ecologia microbica degli alimenti
4. Fattori ecologici intrinseci
5. Fattori ecologici estrinseci, impliciti e tecnologici
6. Batteri lattici: ecologia, fisiologia e tassonomia
7. Batteri lattici: Lactobacillus, Carnobacterium, Weissella, Leuc...
8. Batteri lattici: Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus, Bifi...
9. Batteri acetici, batteri proponici, Micrococchi e stafilococchi...
10. I microrganismi Probiotici. Le colture starter
11. I microrganismi indicatori della qualità e sicurezza microbiol...
12. Le alterazioni microbiche degli alimenti e i microrganismi anti...
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23. Microbiologia di prodotti alimentari: Uova e prodotti a base d'...
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25. La sicurezza nel laboratorio di microbiologia e l'analisi micro...
26. Criteri microbiologici e piani di campionamento
27. Principali terreni nutritivi e diluenti usati per l'analisi mic...
28. Preparazione del campione per l'analisi e numerazione dei micro...
29. Preparazione delle diluizioni decimali seriali
30. Conteggio in terreno liquido: tecnica MPN (Most Probable Number...
31. Numerazione di popolazioni microbiche specifiche degli alimenti
32. Principi di microbiologia selettiva e differenziale e fasi per ...
33. Cenni sui metodi e procedure di identificazione dei microrganis...
34. Schemi generali delle operazioni di laboratorio
35. Numerazione dei microrganismi aerobi mesofili totali e delle En...
36. Numerazione dei coliformi e di Escherichia coli in carne macina...
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38. Numerazione di coliformi totali, coliformi fecali e streptococc...
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