pH fattore intrinseco degli alimenti che determina in maniera significativa il comportamento dei microrganismi rappresenta la concentrazione di ioni d’idrogeno liberi si sfrutta l’abbassamento del pH (acidificazione) per la conservazione 117

pH la maggior parte dei microrganismi d’interesse alimentare sono neutrofili; il pH neutro è ottimale per la loro crescita i valori minimi e massimi dipendono e sono influenzati da altri parametri 118

pH 119

120 pH

Effetto pH sulla crescita 121

acidofili: sviluppano a pH acidi (< 5.5), batteri lattici, batteri acetici Acidotoleranti: sopravvivono a pH bassi Muffe e lieviti: intervalli di pH che permettono la crescita più ampi rispetto ai batteri Batteri Gram – intervalli più ristretti rispetto a Gram + 122

pH degli alimenti 123 Alcuni alimenti sono caratterizzati da acidità intrinseca, altri devono la loro acidità o pH sull’azione di alcuni microrganismi, nel secondo caso parliamo di acidità biologica. Inoltre, l’acidità degli alimenti può essere provocata da un’aggiunta di acidi per la conservazione Gli alimenti che mostrano migliore resistenza alle variazioni di pH vengono definiti a effetto tampone

Acidità intrinseca degli alimenti 124 Alimenti a media acidità: 4.5<pH<5.5; molti mo crescono e/o sopravvivono

125 Acidità degli alimenti Alimenti non acidi; pH>5.5; cresce la maggior parte dei microrganismi

Effetto di variazioni pH sulla fisiologia cellulare 126 Gradiente elettrochimico attraverso la membrana alterato

127 Acidi organici deboli L’effetto del pH sui microrganismi dipende anche dal tipo di acido presente, prodotto o aggiunto L’effetto combinato di valori bassi di pH e acidi organici deboli è chiamato stress acido

128 pH - meccanismi di protezione Meccanismi attivi: sintesi di proteine che sono responsabili per la prevenzione e/o il riparo dei danni su macromolecole (Acid Shock Proteins, ASP) sistemi di simporto/antiporto di H +, pompe di protoni produzione di decarbossilasi e deaminasi Meccanismi passivi: impermeabilità della membrana cellulare effetto tampone del citoplasma

Decarbossilasi 129

130

Alimenti fermentati – Acidità biologica 131

Acidità tecnologica (aggiunta di acidi organici) 132

Attività dell’acqua - a w Acqua totale di un alimento (umidità) presente: in forma libera legata a componenti dell’alimento (sali, zuccheri) immobilizzata (ghiaccio) acqua di idratazione (proteine, carboidrati) 133

Attività dell’acqua - a w I microrganismi negli alimenti necessitano di acqua libera per le loro attività metaboliche 134 La quantità di acqua libera è un parametro intrinseco dell’alimento che influenza la crescita (e sopravvivenza) microbica

Misura dell’acqua libera, disponibile per attività biologiche Parametro intrinseco degli alimenti In un sistema alimentare è espressa come il rapporto tra la pressione di vapore dell’acqua in un alimento (p) e la pressione di vapore dell’acqua pura (p 0 ), a w =p/p 0 in teoria varia tra 1 (acqua pura) e 0 (il valore 0 rappresenta totale indisponibilità di acqua); negli alimenti questo valori non hanno valenza 135 Attività dell’acqua – a w (water activity)

Umidità relativa all’equilibrio (Equilibrium relative humidity, ERH) Il contenuto in acqua dell’atmosfera che circonda l’alimento quando va in equilibrio con l’acqua presente nell’alimento a w = ERH (%)/

137 Attività dell’acqua – a w Presenza di sale Assenza di acqua Presenza di sostanze osmoticamente attive

138 Effetto a w sulla crescita

a w degli alimenti Alimenti con bassi valori di a w : Ecologia microbica meno complessa rispetto ad alimenti freschi, caratterizzati da alta a w Sopravvivenza aumentata (sopravvivenza per lunghi periodi di tempo); dipende dalla modalità di abbassamento dell’a w (liofilizzazione rispetto all’aggiunta di soluti) 139

140 Effetto di variazioni a w sulla fisiologia cellulare

Risposta dei microrganismi a variazioni di a w 141 Accumulo di soluti compatibili Sostanze che non interagiscono con macromolecole (non cariche), non tossiche per le cellule, anche a concentrazioni alte Trasportate dall’esterno, sintetizzate ex novo

Soluti compatibili o osmoliti Batteri K + Amino acidi: carnitina, glicina betaina, prolina 142 Lieviti e muffe zuccheri: Saccarosio, glicerolo, trealosio

awaw 143 Per Listeria monocytogenes e Yersinia enterocolitica; sviluppo a basse temperature favorito dall’accumulo di glicina betaina Stress osmotici o da basse temperature: accumulo di osmolti

a w degli alimenti alimenti ad alta a w ( ): alimenti freschi (carne, pollame, latte, uova, vegetali), alimenti processati (formaggi, prosciutto, pane) alimenti ad a w intermedia ( ) (15-50% umidità); Intermediate moisture foods (IMF): alimenti essiccati o aggiunti di sale o zuccheri, prodotti (carnei, lattiero-caseari) di lunga stagionatura, frutta secca, marmellate alimenti a bassa a w (<0.60) (umidità < 25%); Low moisture foods (LMF) : latte in polvere, vegetali disidrati, pasta, miele 144

Alimenti a bassa a w - LMF Essiccamento (spray, a tamburo rotante), liofilizzazione Alimenti microbiologicamente stabili per lunghi periodi di tempo Sopravvivenza dei microrganismi nei prodotti LMF – ricostituzione (con aggiunta di acqua); rischio microbiologico? 145

Liofilizzazione 146

alimenti microbiologicamente stabili a temperatura ambiente Soggetti ad alterazione da parte di muffe (Aspergillus, Penicillium) e lieviti (Zygosaccharomyces bailii, Saccharomyces rouxii) 147 Alimenti a a w intermedia- IMF Disidratazione Aggiunta di sali, zuccheri (umettanti)

Umidità relativa (UR) dell’ambiente Parametro estrinseco degli alimenti D’interesse per alimenti sfusi, monitorato nei processi di maturazione di prodotti fermentati; questo parametro valutato in relazione all’a w degli alimenti Alimenti con bassa a w posti in ambienti con alta UR tendono ad assorbire acqua Alimenti con alta a w posti in ambienti con bassa UR perdono umidità Fino al raggiungimento di condizioni di equilibrio 148