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Francesco Villani » 21.Microbiologia di prodotti alimentari: Vegetali, Prodotti fermentati da forno


Microbiologia dei vegetali

Vegetali in pieno campo e dopo la raccolta: i microrganismi

Numero e tipi di microrganismi riflettono l’habitat di coltivazione:

  • Microrganismi epifitici non patogeni
  • Microrganismi patogeni
  • I batteri che vivono sulle foglie possono essere uccisi dall’essiccazione e dai raggi UV.
  • Sopravvivono meglio i batteri che si trovano in parti più umide e protette dalla luce.
  • In genere i vegetali appena raccolti presentano gli stessi batteri dei vegetali in pieno.

Quanti Microrganismi?

Livelli di contaminazione compresi tra 103 e 109 UFC/g.

Il numero di batteri presenti varia in funzione:

  • del clima;
  • delle stagioni;
  • dalla localizzazione sulle parti del vegetale;
  • dalle pratiche agricole.

Vegetali in pieno campo e dopo la raccolta: quali microrganismi?

  • Molti tipi di microrganismi possono popolare la superficie dei vegetali.
  • La varietà di generi e specie ritrovate riflette le condizioni colturali e i terreni nutritivi utilizzati per il loro isolamento.

La maggior parte dei terreni nutritivi e delle condizioni di crescita mirano ad evidenziare:

  • batteri mesofili (25-30°C);
  • batteri psicrotrofici (temperature di refrigerazione);
  • batteri coliformi ed altre Enterobacteriaceae.
  • Pseudomonas spp. Popolazione dominante (50-90%): P. fluorescens, P. cichorii, P. syringae, P. cepacia, P. gladioli, P. solanacearum.
  • Enterobacteriaceae: Enterobacter cloacae e agglomerans, Citrobacter freundii, Erwinia erbicola.

Vegetali in pieno campo e dopo la raccolta: quali microrganismi?

Batteri ritrovati con minore frequenza

  • Batteri lattici: Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus spp., Lactococcus spp. , Enterococcus spp.
  • Anaerobi sporigeni: Presenti come microflora naturale del terreno (fino a 106/g): Clostridium perfringens, Clostridi butirrici.
  • Microrganismi patogeni: Negli ultimi anni sono stati registrati numerosi episodi tossi-infettivi in cui sono risultati implicati molti batteri patogeni, tra i quali:
    • Salmonella spp.
    • Shigella spp.
    • Escherichia coli enterovirulenti
    • Staphylococcus aureus
    • Campylobacter spp.
    • Listeria monocytogenes
    • Bacillus cereus
    • Clostridium perfringens
    • Clostridium botulinum

Fonti di contaminazione microbica dei vegetali

Durante la coltivazione e la successiva raccolta esistono numerose opportunità per i microrganismi di contaminare i prodotti.

Terreno. Ricca riserva di:

  • microrganismi tellurici: svolgono un ruolo fondamentale nei cicli biogechimici degli elementi. L’attività degradativa di questi microrganismi potrebbe causare danni dopo la raccolta esponendo i prodotti ad ulteriori attacchi microbici;
  • patogeni: Cl. botulinum; Cl. perfringens; L. monocytogenes; B. cereus;
  • patogeni enterici: Salmonella, E.coli, Shigella, etc. ; suoli non contaminati da materiale fecale non rappresentano una fonte importante di patogeni umani sui vegetali.

Fonti di contaminazione microbica dei vegetali

  • Qualità dell’acqua di irrigazione: se contaminata con alti livelli di batteri fecali aumenta il rischio della presenza di patogeni.
  • L’estensione della contaminazione dipende:
    • dalla struttura del vegetale. Alte contaminazioni sono associate a vegetali a foglia larga o con superfici crespate che favoriscono l’adesione e l’intrappolamento dei microrganismi, rendendo difficile anche la loro eliminazione durante il lavaggio;
    • dalle tecniche di irrigazione. L’irrigazione a pioggia aumenta la contaminazione rispetto agli altri sistemi di contaminazione.
  • Letame, compost e fanghi di depurazione delle acque reflue possono essere una fonte importante di contaminazione di microrganismi fecali dei vegetali. In molti episodi tossi-infettivi conseguenti al consumo di vegetali, il letame viene identificato come sorgente di contaminazione.

Vegetali freschi minimamente processati (IV GAMMA)

  • I vegetali freschi prima di essere commercializzati e consumati possono subire una serie di trattamenti tecnologici di blanda intensità tali da non compromettere le loro caratteristiche naturali di freschezza e al tempo stesso miranti ad aumentare il loro valore e convenienza d’uso.
  • I vegetali di IV gamma sono una categoria di prodotti freschi lavati, tagliati, asciugati, confezionati in buste o vassoi e direttamente pronti per il consumo, tal quali o previa cottura.
  • La conservazione dei vegetali freschi deve essere basata sull’azione combinata e sinergica di diversi trattamenti con l’obiettivo di ostacolare i microrganismi e ritardare la comparsa di alterazioni.

Fasi del ciclo di produzione di vegetali di IV gamma

Non esistono trattamenti letali specificamente designati per eliminare completamente potenziali patogeni o per stabilizzare a lungo il prodotto nei confronti delle alterazioni.

Alcune operazioni possono addirittura rendere questi prodotti più deperibili dei rispettivi vegetali interi.

Fasi del ciclo di produzione di vegetali di IV gamma

Fasi del ciclo di produzione di vegetali di IV gamma


Fasi del ciclo di produzione di vegetali di IV gamma

Durante le varie operazioni il rischio può essere aumentato dal fatto che i microrganismi possono moltiplicarsi.

La crescita, la sopravvivenza e l’inattivazione dei microrganismi sui vegetali freschi dipende dalla stretta interazione tra i seguenti fattori:

  • Caratteristiche specifiche dei microrganismi presenti.
  • Stato fisiologico dei tessuti vegetali e la loro intrinseca resistenza ai processi metabolici dei microrganismi.
  • Le caratteristiche dell’ambiente in cui è confinato il vegetale.
  • Gli effetti delle tecnologie di processo sulle popolazioni microbiche e sulla fisiologia della pianta.

Fasi del ciclo di produzione di vegetali di IV gamma

  • La materia prima: i vegetali destinati ad essere tagliati o pelati e conservati per vari tempi devono essere di prima qualità. I requisiti più importanti riguardano:
    • scelta della varietà: determinate caratteristiche strutturali, metaboliche e compositive;
    • accurata selezione dei fornitori.
  • Refrigerazione: rispetto della catena del freddo.
  • Pulitura, pre-lavaggio e lavaggio. Fattori importanti:
    • qualità dell’acqua: potabile;
    • temperatura dell’acqua: < 5°C;
    • turbolenza dell’acqua: favorisce il distacco dei microrganismi adesi e di particelle solide;
    • quantità di acqua: 5-10 l/Kg di prodotto prima del taglio. 3-5 l/Kg di prodotto dopo taglio.

Fasi del ciclo di produzione di vegetali di IV gamma

Operazioni di taglio

Rendono il prodotto maggiormente suscettibile di alterazioni come conseguenza dell’aumento del metabolismo cellulare (respirazione) e dell’esposizione di superfici non protette agli enzimi microbici e dei tessuti vegetali. Fattori da considerare:

  • Lame ben affilate, di giusto spessore, in acciaio inox.
  • Angolo di incidenza del taglio e velocità di taglio.
  • Sanificazione accurata delle lame (ipoclorito all’1%).
  • Igiene del personale. Evitare contaminazioni crociate.

Lavaggio

Dopo le operazioni di taglio i vegetali sono ancora popolati da molti microrganismi che possono svilupparsi rapidamente per disponibilità di succhi cellulari liberati con il taglio.

Asciugatura

La rimozione dell’acqua contribuisce ad evitare la proliferazione microbica.

Fasi del ciclo di produzione di vegetali di IV gamma

Prima del confezionamento, nonostante tutte le operazioni industriali siano state condotte “bene”, i vegetali presentano ancora un certo numero di microrganismi.

La microflora di alcuni vegetali

La microflora di alcuni vegetali


Fasi del ciclo di produzione di vegetali di IV gamma

Confezionamento

E’ l’ultima operazione del processo industriale ma sicuramente fondamentale per garantire la shelf-life dei prodotti.

Meccanismi che alterano la stabilità biochimica e microbica dei vegetali confezionati:

  • Senescenza del vegetale (produzione di etilene).
  • Aumento dell’attività respiratoria.
  • Metabolismo anaerobico (accumulo di CO2).
  • Modificazioni enzimatiche (variazione di colore-polifenolossidasi).
  • Proliferazione microbica.

Con il confezionamento si tenta di creare condizioni tali da ritardare l’azione combinata dei fattori di deterioramento.

Dunque le modalità di confezionamento hanno un ruolo fondamentale per il prolungamento della conservabilità dei vegetali.

Fasi del ciclo di produzione di vegetali di IV gamma

  • Nel confezionamento in atmosfera modificata (MAP) i prodotti si trovano in un’atmosfera diversa da quella naturale e costituita da gas miscelati tra loro in differenti proporzioni.
  • Generalmente, sono utilizzati azoto, ossigeno ed anidride carbonica ma, potenzialmente, anche argon, elio e protossido di azoto, tutti definiti dalla Direttiva Europea sugli additivi, già recepita in Italia, come gas d’imballaggio.
  • All’interno della confezione i livelli di O2 e CO2 si modificano in seguito alla respirazione dei tessuti e alle proprietà di permeabilità dei film di imballaggio fino a che si stabiliscono condizioni di equilibrio.
  • L’uso delle atmosfere protettive non va considerato come un mezzo di risanamento o di miglioramento qualitativo di un prodotto scadente, ma piuttosto, come un’operazione tecnologica di supporto che solo unitamente ad altri interventi (refrigerazione e controllo igienico) può raggiungere gli effetti desiderati.

Vegetali fermentati

Fermentazione lattica ad opera di batteri lattici omofermentanti facoltativi (Lactobacillus plantarum) di Cavoli (crauti), Olive, Cetrioli. Presentano un pH di 3-3,5.

Alterazioni

  • Crauti: rammollimento; inscurimento (ossidazione da lieviti filmogeni); viscosità (ceppi di lattici filanti).
  • Cetrioli: viscidi (batteri dotati di capsula mucillaginosa); Rammollimento (enzimi pectinolitici prodotti da muffe); cavi (sviluppo di gas da parte di lieviti o LAB eterofermentanti); anneriti (H2S di origine microbica).

Olive: odore fecale (sviluppo di coliformi e bacilli); rammollimento (enzimi pectinolitici prodotti da batteri e muffe); pustule bianche sub-epidermiche (sviluppo di LAB gasogeni).

Microbiologia della frutta

Microrganismi

Molti tipi di microrganismi possono popolare la superficie della frutta. La varietà di generi e specie ritrovate riflette le condizioni colturali, di raccolta, di trasporto e stoccaggio:

  • batteri mesofili (25-30°C);
  • batteri psicrotrofici (temperature di refrigerazione);
  • batteri coliformi ed altre Enterobacteriaceae;
  • muffe e lieviti;
  • batteri lattici e acetici.
pH di alcuni vegetali e frutta

pH di alcuni vegetali e frutta


Microbiologia dei prodotti lievitati da forno

Caratteristiche

Sono prodotti cotti ottenuti dalla levitazione spontanea o da colture starter di impasti costituiti da una miscela di farina di cereali diversi e acqua.

Farine: frumento tenero (Triticum vulgare, farina per pane, torte, biscotti e prodotti similari) o di frumento duro (Triticum durum, semola per paste alimentari, pane e similari).

Le cariossidi di frumento presentano la seguente composizione:

  • glucidi 72%: amido 60-68%, pentosani 6.5%, cellulosa 2.0-2.5%, zuccheri riducenti 1.5%;
  • protidi 10-13%: proteine solubili in acqua e sali (albumina 12%, globulina 4%), proteine insolubili in acqua (gliadina 44%, glutenina 40%);
  • lipidi 1.5-2.0%: gliceridi, fosfolipidi, steroli, tocoferoli (vitamina E);
  • sali minerali 1.5-2.0%: fosforo, ferro, potassio, calcio, zolfo;
  • vitamine: riboflavina (B2), niacina, acido folico, biotina, inositolo;
  • enzimi: diastasi (alfa e beta amilasi), proteasi, maltasi, ossidasi.

Preparazione dell’impasto: formazione del glutine

  • La formazione dell’impasto pronto per essere infornato è il risultato delle modifiche strutturali del glutine, in seguito alla formazione della CO2, dell’etanolo e dell’indebolimento dei legami per azione di sostanze riducenti.
  • La fusione delle gliadine e glutenine produce un complesso colloidale (glutine) che rappresenta l’intelaiatura dell’impasto.
  • Gliadine e glutenine sono legate fra loro e con altre sostanze presenti nell’impasto mediante:
    • legami-idrogeno tra i gruppi caricati negativamente e l’acqua;
    • ponti disolfuro tra i residui di cisteina;
    • legami ionici tra i sali (della farina, dell’acqua e l’NaCl), e l’acido glutammico e aspartico.

Gli impasti a lievitazione biologica

Il processo fermentativo è sostenuto da microrganismi e possono essere preparati secondo tre tipologie principali: Metodo istantaneo; Metodo diretto; Metodo indiretto.

  • Metodo istantaneo (Instant dough process). Processo in cui tutti gli ingredienti sono miscelati contemporaneamente e dopo un breve tempo (1-2 ore) di lievitazione l’impasto è infornato. Sono utilizzate alte percentuali di lievito di birra (Saccharomyces cerevisiae) e la lievitazione avviene a temperature di 30-40°C.
  • Metodo diretto (Straight dough process). Gli ingredienti sono miscelati contemporaneamente e dopo una lievitazione di 6-12 ore l’impasto è infornato. Sono utilizzate percentuali di lievito e temperature (22-30°C) più basse rispetto al processo veloce. Il prodotto risulta più strutturato e aromatico. E’ utilizzato per la produzione di pane di piccola e media pezzatura, per pane in cassetta, ma anche per pizza, focaccia e grissini.

Gli impasti a lievitazione biologica

  • Metodo indiretto o naturale o impasto acido (Sour dough process). E’ un processo a più fasi in cui acqua e farina non vengono aggiunti in una sola soluzione ma in momenti diversi del processo. La maggior parte dell’acqua viene aggiunta subito e la lievitazione si ha in più riprese. Si conoscono almeno tre tipologie:
    • TIPO I: propagazione giornaliera, ottenuto per fermentazione a tre o più stadi; pH finale di circa 3,9. Parte di questo impasto viene utilizzato come coltura starter (“madre” o “capolievito”).
    • TIPO II: ottenuto per fermentazione prolungata (15-20 ore) operata da lievito panario. Prodotto in grande quantità e conservato fino ad una settimana in silos da dove viene prelevato in parte e impiegato per la produzione giornaliera.
    • TIPO III: preparazione secca di impasti acidi.

Attività svolte dai lieviti

Il lievito panario (Saccharomyces cerevisiae) è implicato nella produzione di gas, nella formazione (levitazione) dell’impasto e nella produzione di aromi.

Le caratteristiche desiderate nei ceppi di lieviti panari sono:

  • l’adattamento al maltosio;
  • l’acido-tolleranza;
  • la tolleranza al congelamento;
  • l’osmotolleranza.

Gli impasti acidi contengono anche altre specie di lieviti, quali:

  • S. exiguus
  • Candida crusei
  • Candida stellata
  • Candida milleri

Batteri lattici tipici degli impasti acidi (sourdough bacteria)

  • Alta capacità di adattarsi all’ambiente fisico-chimico degli impasti.
  • Natura di essere anaerobi o microaerofili.
  • Acido tolleranza.
  • Capacità di fermentare intensamente i carboidrati con formazione di acido lattico (omofermentanti) o acido lattico, acido acetico, etanolo e CO2 (eterofermentanti).

Considerazioni conclusive

Vegetali e prodotti fermentati da forno

In questa lezione abbiamo considerato gli aspetti microbiologici dei vegetali freschi e dei prodotti fermentati da forno.

Alcuni punti di riflessione e studio sono i seguenti:

  • Numero e tipi di microrganismi dei vegetali freschi dopo la raccolta riflettono l’habitat di coltivazione. Sono presenti microrganismi epifitici non patogeni e anche microrganismi patogeni. I Livelli di contaminazione variano in funzione di molti fattori e possono essere compresi tra 103 e 109 UFC/g.
  • I vegetali freschi prima di essere commercializzati e consumati possono subire una serie di trattamenti tecnologici di blanda intensità tali da non compromettere le loro caratteristiche naturali di freschezza e al tempo stesso miranti ad aumentare il loro valore e convenienza d’uso (IV gamma).
  • I prodotti fermentati da forno sono ottenuti dalla levitazione spontanea o da colture starter di impasti costituiti da una miscela di farina di cereali diversi e acqua. Il processo fermentativo è sostenuto da Saccharomyces cerevisiae, ma anche i batteri lattici sono coinvolti.

Prossima lezione

Microbiologia di prodotti alimentari: vino e birra

Nella prossima lezione tratteremo gli aspetti microbiologici della produzione e conservazione di vino e birra.

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