Prof. Antonello Paparella Microbiologia degli alimenti Policastro, 17 giugno 2013
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Prof. Antonello Paparella
Microbiologia degli alimenti Policastro, 17 giugno 2013
apaparella@unite.it
ARGOMENTI Patogeni alimentari in relazione allo sviluppo delle tecnologie alimentari Decontaminazione vs. Bioconservazione Proposta di un modello per la valutazione dei bioconservanti Strategie combinate per il controllo dei patogeni e/o l’estensione della shelf-life Studi in vivo
PATOGENI ALIMENTARI “EMERSI”
Malattie a trasmissione alimentare nella UE:
incidenza registrata (Jakobsen e Skovgaard, 2009)
Maggiore incidenza
di letalità: 160
casi nel 2007
(Batz et al., 2011; QUALY= Quality Adjusted Life -
Year)
(Batz et al., 2011; QUALY= Quality Adjusted Life - Year)
CONSUMATORI A RISCHIO
Y O P I
young
old
pregnant
immunocompromised
tipologia di prodotto
tempo e temperatura di
campionamento
formulazione campionata
carica iniziale di L.m. e latenza
relativa
conta totale iniziale e latenza relativa
rapporto stimato tra LAB e conta
totale
crescita o latenza residua stimata dei
LAB
è stata raggiunta la fase
stazionaria o il prodotto è crescita o latenza residua stimata di
alterato? L.m.MERCATO ORIENTATO VERSO PRODOTTI “NATURALI”
Tradizionali
Minimally processed
Meno sale
Meno zucchero
Meno acido
Meno additivi
Meno grassi
Packaging simil-tradizionali
Extended Shelf-Life (ESL)
Confezionati in Camere biancheA. Paparella UNITE
D.M. 21.09.05
fissa i requisiti di alcuni prodotti a base di carne di largo
consumo
PROSCIUTTO COTTO:
SOLO DA ARTO POSTERIORE, UPSD MAX 81, SL MAX 60 GG
INTERO/TRANCIO. DUE DENOMINAZIONI: SCELTO E ALTA
QUALITA’ (DIFF. IN RESA E INGREDIENTI)
PROSCIUTTO CRUDO STAGIONATO:
NO CONGELAMENTO FINALE, STAGIONATURA MIN 7 MESI X
PESO FINALE MIN 6 KG, 9 MESI PER PESO FINALE OLTRE 8 KG,
ASCIUGAMENTO MAX 22°C, NO ACCELERAZIONE, (NO STARTER)
SALAME:
NO CARNI SEPARATE MECC., NO COLORANTI, MIN 107
MESOFILI/G, SOLO MUSCOLO STRIATO DI CARCASSA DI SUINO
A. Paparella UNITEProsciutti cotti ricomposti
Mortadelle SB suino-bovino
Conserve macinate (es. corned beef)
Crudi a ciclo caldo (es. quartini s/v)
A. Paparella UNITEHamburger di cotto
Paste farcite al prosciutto cotto
Coestrusi
Light
A. Paparella UNITESOSTITUZIONE DELLA GELATINA ANIMALE
(GELATINE SUBSTITUTES)
La gelatina animale, sottoprodotto della macellazione bovina
e suina, è ampiamente diffusa nelle formulazioni alimentari
La ricerca e sviluppo nel settore degli alimenti destinati al
consumatore religioso o etico punta all’applicazione di
idrocolloidi alternativi o alla sintesi di nuovi (es. gellano)
A. Paparella UNITESOSTITUZIONE DELLA GELATINA ANIMALE
(GELATINE SUBSTITUTES)
La pectina è largamente utilizzata come gelificante e
stabilizzante nel settore delle confetture e dei dessert
(Da Willats et al., 2006)
Un’applicazione molto utile per il mercato halal e kosher
consiste nella sostituzione integrale della gelatina animale
nei prodotti di confectionery, previa riformulazione
A. Paparella UNITESOSTITUZIONE DELLA GELATINA ANIMALE
(GELATINE SUBSTITUTES)
La pectina sostituisce la gelatina anche in molte attuali
formulazioni nutraceutiche del segmento confectionery
(multivitaminici, antiossidanti, antinfiammatori,
caramelle arricchite)
A. Paparella UNITESOSTITUZIONE DELLA GELATINA ANIMALE
(GELATINE SUBSTITUTES)
La pectina sta progressivamente sostituendo la gelatina
animale anche in prodotti di confectionery non
espressamente riservati al consumatore religioso
A. Paparella UNITEOfferta crescente di “alimenti pronti”, estesa negli
ultimi anni agli alimenti di origine vegetale
Previsioni di consumo pro capite in USA – anno 2020
A. PAPARELLA, 2009DISTRIBUZIONE AUTOMATICA DI ALIMENTI DEPERIBILI:
NUOVI RISCHI MICROBIOLOGICI?
REPFEDs (Refrigerated Prepared Foods
with Extended Durability) nei
distributori automaticiINNOVAZIONE TECNOLOGICA NEL SISTEMA DISTRIBUTIVO:
NUOVI RISCHI MICROBIOLOGICI?
REPFEDs venduti via InternetALIMENTI MIRACOLOSI? “I consumatori richiedono alimenti miracolosi che siano totalmente naturali, con zero calorie, zero grassi e colesterolo, gusto delizioso, ottime caratteristiche nutrizionali, prezzo contenuto, rispettosi dell’ambiente, con un packaging “verde” … e che garantiscano un fisico perfetto, l’amore e l’immortalità.” Carol Brookins, Global Food and Agriculture Summit, 1999
MELONE: EPIDEMIA DI LISTERIOSI IN USA (2011)
Epidemie di listeriosi (2011) e
salmonellosi (2012) da melone in USAMELONE: EPIDEMIA DI LISTERIOSI IN USA (2011)
RISCHIO L. MONOCYTOGENES NEL MELONE
PREVENZIONE L. MONOCYTOGENES NEL MELONE
Salmonella enterica: differenze tra varietà di melone Melone cantalupo Melone retato
MELONE E RISCHIO MICROBIOLOGICO: LE CAUSE
1. Salmonella spp.
2. L. monocytogenes
pH neutro 3. E.coli a patogenicità
aw elevata specif.(ETEC, EHEC)
4. C. jejuni
alta % zuccheri
superficie irregolare
preparazione anticipataAlimenti che soddisfano le seguenti condizioni: a) esposti alla contaminazione da L. monocytogenes; b) permissivi per lo sviluppo del microrganismo; c) pronti per il consumo (ready-to-eat); d) refrigerati; e) con una conservazione estesa.
PRODOTTI CARNI E PRODOTTI ALIMENTI ITTICI ALIMENTI DI ALIMENTI
LATTIERO- A BASE DI CARNE ORIGINE COMPLESSI
CASEARI VEGETALE
FORMAGGI MOLLI POLLO COTTO PESCE INSALATA A BASE DI TRAMEZZINI
CAVOLO
LATTE (CRUDO) TACCHINO MOLLUSCHI CAGLIO VEGETALE
GELATO WÜRSTEL GAMBERETTI FUNGHI SALATI
PANNA PATÈ E PASTICCI DI PESCE AFFUMICATO COMPRESSE DI
CARNE ERBA MEDICA
BURRO LINGUA DI SUINO IN UOVA DI MERLUZZO VEGETALI CRUDI
GELATINA
AFFETTATI OLIVE FERMENTATE
INSALATA DI RISO
FRUTTA TAGLIATA
(MELONE)
HUMMUSMA MOLTI DEI PRINCIPI ATTIVI PROPOSTI A LIVELLO
INTERNAZIONALE NON SONO AUTORIZZATI IN
EUROPA
Miscele di argento colloidale in acqua Spray a base di batteriofagi(E NON SOLO NEL CONTINENTE ASIATICO) Ozonizzazione applicata sul prodotto 17 sostanze vietate in Cina nel 2008 Recentemente proposta in Italia Tra le sostanze formalmente come trattamento decontaminante vietate nella Cina post melamina: per la produzione di vino senza idrossido di sodio, liscivia, solfiti (Mencarelli e Catelli, 2011) formaldeide, acido borico.
UV per trattamenti di superficie (Isohanni et Lyhs, 2009) Disinfettanti a base di cloro (es. ipocloriti, ClO2) (Sofos e Smith, 1998) Quaternari di ammonio (Kim e Slavik, 1996; Cutter et al., 2000) Etanolo e altri alcoli (Esteves et al., 2000) H2O2 (Nassar et al., 1997) Tensioattivi non ionici (Calicioglu et al., 2002) Colture protettive/predatori microbici (Paparella et al.,2004;Aymerich et al., 2008) Acidi organici e lattato (eccetto acido lattico carcasse bovine)
Trattamenti con acqua >74°C o vapore pressurizzato HHP (Alte pressioni idrostatiche) Bioconservazione con oli essenziali o estratti vegetali
BIOCONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI
Tecnologie per la prevenzione
della contaminazione e dello
sviluppo di microrganismi negli
alimenti, attraverso l’uso di:
sostanze antimicrobiche naturalmente
presenti negli alimenti
sostanze antimicrobiche prodotte
negli alimenti dopo stimolazione
fisica o chimica, oppure in seguito
all’aggiunta di colture microbiche
protettiveCOLTURE PROTETTIVE
Colture microbiche che possono essere
aggiunte agli alimenti al fine di inibire
microrganismi indesiderati, senza
modificare le caratteristiche
tecnologiche e sensoriali del prodotto
Invece, nelle colture starter, la
modificazione delle caratteristiche
fisico-chimiche è desiderataEVENTUALI INTERVENTI BONIFICANTI SULLE M.P. A ELEVATO RISCHIO
INTERVENTI SULLA FORMULAZIONE (RICERCA DI CONDIZIONI NON
PERMISSIVE)
BIOCONTROLLO ATTRAVERSO TRATTAMENTI DI SUPERFICIE
(BIOCONSERVAZIONE)
EVENTUALI TRATTAMENTI DI BONIFICA POST CONFEZIONAMENTO (ES. HHP)
CONTROLLO EFFICACE DELLA CATENA DEL FREDDO
E PREVENZIONE DELL’ABUSO TERMICO (ES. INDICATORI DI ABUSO TERMICO)Tween 80 Lecitina Caseinato di
SodioCitofluorimetria Tecnologia versatile per la valutazione dell’attività antimicrobica degli OE
Citofluorimetria
Studio delle sottopopolazioni
cellulari
Valutazione degli effetti dell’OE origano:
sottopopolazioni cellulari inattivate,
danneggiate e vitaliVisualizzazione del danno cellulare in
L.monocytogenes a % OE origano
crescente
4 vitali 3 danneggiate 2 inattivate 1 assenza di segnale
2
3
1Effetto dell’OE di origano sulla membrana cellulare di L. monocytogenes,
valutato mediante spettroscopia EPRSpettroscopia EPR
Studio di cellule in vivo
OE origano si dissolve preferibilmente nei microdomini
lipidici ld (liquidi-disordinati) di L. monocytogenes
Espansione dei microdomini lipidici rigidi
A dosaggio di EO ≤ 0,5%, risposta adattativa
con modifica della organizzazione di membrana
e aumento di ordine nei microdominiDinamiche di sviluppo
di L. monocytogenes in
condizioni suboptimali
Effetto additivo di NaCl su L. monocytogenes in
sistemi modello simulanti il pesce
A partire da aggiunte di 4% NaCl
Cinetiche di crescita nettamente diverse tra
terreni colturali tradizionali e sistemi modelloLM58
Dati elaborati e modellati
con equazione di Gompertz
modificata da Zwietering
D.O. (600 nm)
% OE Origano A µ max λ
0 0,427 0,100 1,93
0,125 0,312 0,026 2,47
Tempo (ore) 0,250 0,221 0,009 14,39
0,500 0,077 0,005 32,68
Paparella et al, 2011O.D. (600 nm)
648/4II
% OE Origano A µmax λ
0 0,8338 0,2819 2,3357
0,03125 0,9213 0,2888 4,2636
0,0625 0,7557 0,1371 8,3391
0,125 0,7224 0,1669 11,847
0,250 0,7068 0,1273 16,044
Time (Hrs)
0,500 - - -
1 - - -
2 - - -
Paparella et al, 2011SOLUZIONE 2: combinare il trattamento con altre “barriere”
IMPORTANZA DELL’AMPIEZZA
E DELLA SEQUENZA DELLE
“BARRIERE DI
STABILIZZAZIONE” (“hurdles”)
TENDENZA ALLO SVILUPPO DI
“Minimally Processed Foods”
(“Mild Technologies” =
Tecnologie delicate)INATTIVAZIONE DEI MICROORGANISMI
TRADIZIONALMENTE interpretata come
“incapacità di crescere su un substrato
permissivo”
OGGI è noto che l’incapacità di crescere sui
substrati permissivi non implica la perdita di
vitalità
Può manifestarsi successivamente una fase di
crescitaSTRESS NELLE CELLULE MICROBICHE “esposizione a condizioni nutrizionali sfavorevoli, sostanze chimiche tossiche o condizioni fisiche subottimali” (Neidhart e VanBogelen, 2000)
STATO FISIOLOGICO DELLE CELLULE ESPOSTE A STRESS
Effetto dell’aggiunta di NaCl durante i ATCC 19114
trattamenti con differenti % OE Origano
O.D. (600 nm)
0% NaCl
Time (Hrs)4% NaCl
O.D. (600 nm)
Time (Hrs)O.D. (600 nm) Time (Hrs)
Effetto di trattamenti superficiali con OE origano 4% o Mirenat-N 4%
(arginato laurico) su L. monocytogenes ATCC19114 inoculata sulla
crosta di Caciotta, a 10°C
(Serio A., Chaves López C., Paparella A., 2012)Inibizione dello sviluppo di Salmonella Enteritidis in terreno liquido (B: BHI;
BM: BHI modificato) nelle prime 48 ore dopo il trattamento con estratti
concentrati di polifenoli (valori in %), provenienti dalle acque di vegetazione
dell’industria olearia
(Paparella A., Serio A., Chaves López C., 2012)
Salmonella Enteritidis
44/06/09 in BHI
1,6
1,4
1,2
B
1
D.O. 600
0,8 BM
0,6 0,25
0,4 0,50
0,2 0,75
0 1
0 3 10 15 19 22 24 28 31 35 36 41 44 47 49
tempo (h)Effetto della % polifenoli aggiunti
nell’impasto sulla dinamica del
processo fermentativo in salami
mini-cacciatore (Serio, Chaves
López, Mazzarrino, Paparella,
2012)INNOVAZIONE TECNOLOGICA:
PROGETTO TECNOLONZA
Processo continuo di
•disidratazione
•salagione in umido con osmosi controllata
per la produzione di prodotti a base di
carne nitrite-free in condizioni di processo
accelerate
Fondi Min.Att.Prod.
(F.I.T.)
Con SAL.PI. UNO srlSALAGIONE SOTTO VUOTO CONTINUO/PULSATO
Sperimentata anche su
formaggi (Chiralt et
al, 2001)
Scopo:
Accelerare il processo
Modificare la textureCHITOSANO COME BIOCONSERVANTE ALIMENTARE
Copolimero delle unità (1,4)-2-ammino-2-deossi-D-glucopiranosio,
derivato dalla deacetilazione della chitina, presente negli
esoscheletri di crostacei quali gamberi, granchi, gamberetti,
aragoste
Struttura chitina Struttura chitosano
insolubile nei comuni solventi organici, in soluzione acquosa è
insolubile a pH basici e neutri, mentre diventa solubile a pH
4,5, per effetto della protonazione dei gruppi amminici (pKa
6,5) che portano le catene di polimero in soluzione.APPLICAZIONE CHITOSANO Numerosi studi hanno dimostrato come il chitosano eserciti un’azione antimicrobica nei confronti di un’ampia gamma di microrganismi imputabile a: • azione competitiva nei confronti dei cationi Ca2+ per i siti elettronegativi delle membrane • penetrazione del chitosano all’interno della cellula dei microrganismi, impedendo la trascrizione del DNA a RNA .
OLTRE 200 RICERCATORI ITALIANI SONO MEMBRI DELLA
SOCIETÀ ITALIANA RICERCA OLI ESSENZIALI SIROE
www.siroe.itGLI OBIETTIVI RAGGIUNTI Selezionati numerosi OE e altri bioconservanti Identificate combinazioni con ottimo potenziale antimicrobico e basso impatto sensoriale Effettuate numerose prove di validazione in vivo Necessità di adeguare dose e modalità di trattamento alle condizioni tecnologiche specifiche del prodotto alimentare, al fine di evitare effetti da sottodosaggio (stimolazione)
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