I FATTORI CHE INFLUENZANO

Presentazione sul tema: "I FATTORI CHE INFLUENZANO"— Transcript della presentazione:

1 I FATTORI CHE INFLUENZANO
LA CRESCITA MICROBICA

2 Caratteristiche del substrato cui il del microrganismo vive
Caratteristiche di altri organismi presenti nello stesso ambiente Caratteristiche proprie del microrganismo Caratteristiche dell’ambiente in cui il substrato è collocato

3 DEFINIZIONE DI ALIMENTO
Sono chiamati alimenti tutte quelle sostanze che l'organismo assume dall'esterno e che sono capaci, da soli o convenientemente associati, di soddisfare i suoi fabbisogni materiali, energetici e "bioregolatori".

4 AD ESCLUSIONE DI ACQUA E CLORURO DI SODIO TUTTI GLI ALIMENTI HANNO ORIGINE ORGANICA, SIA ESSA ANIMALE O VEGETALE

5 ORIGINE DEI MICRORGANISMI NEI PRODOTTI ALIMENTARI
MATERIE PRIME ACQUA ARIA E POLVERE SUOLO UOMO AMBIENTE DI FABBRICA ALTRI VETTORI

6 FATTORI CHE INFLUENZANO LA VITA DEI MICRORGANISMI IN UN ALIMENTO
FATTORI INTRINSECI FATTORI IMPLICITI FATTORI ESTRINSECI

7 FATTORI INTRINSECI ATTIVITA’ DELL’ACQUA (aw) pH
ESPRESSIONE DELLE CARATTERISTICHE FISICHE, CHIMICHE E BIOLOGICHE DELL’ALIMENTO (substrato) ATTIVITA’ DELL’ACQUA (aw) pH POTENZIALE DI OSSIDORIDUZIONE (Eh) CONTENUTO IN NUTRIENTI PRESENZA DI INIBITORI STRUTTURE FISICHE DELL’ALIMENTO

8 ESPRESSIONE DEI FENOMENI DI INTERAZIONE MICROBICA
FATTORI IMPLICITI ESPRESSIONE DEI FENOMENI DI INTERAZIONE MICROBICA NEUTRALISMO MUTUALISMO COMMENSALISMO ANTAGONISMO COMPETIZIONE PARASSITISMO

9 ESPRESSIONE DELL’AMBIENTE IN CUI SI TROVA L’ALIMENTO (substrato)
FATTORI ESTRINSECI ESPRESSIONE DELL’AMBIENTE IN CUI SI TROVA L’ALIMENTO (substrato) TEMPERATURA COMPOSIZIONE DELL’ATMOSFERA

10 FATTORI INTRINSECI ATTIVITA’ DELL’ACQUA (aw) pH
POTENZILE DI OSSIDORIDUZIONE (Eh) CONTENUTO IN NUTRIENTI PRESENZA DI INIBITORI STRUTTURE FISICHE DELL’ALIMENTO

11 CHE COSA E’ L’ATTIVITA’ DELL’ACQUA
Le cellule microbiche non possono vivere in assenza di acqua Substrato: H2O presente --> umidità percentuale H2O utilizzabile o "libera" --> attività dell'H2O = aw aw = p/po p= pressione di vapore del substrato po= pressione di vapore dell'H2O pura alla stessa temperatura

12 STRUMENTI PER LA MISURA DELL’ATTIVITA’ DELL’ACQUA

13 per diversi gruppi microbici
Valori di aw ottimali per diversi gruppi microbici BATTERI = 0,990-0,995 LIEVITI = 0,870 MUFFE = 0,700

14 Valori di aw limite per diversi gruppi microbici
GRUPPO MICROBICO aw PRODOTTO Batteri normali 0.91 Carne fresca, latte Lieviti normali 0.88 Succhi concentrati Muffe normali 0.80 Marmellate Batteri alofili 0.75 Pesce salato Muffe xerofile 0.65 Farine Lieviti osmofili 0.60 Futta secca Miele

15 ATTIVITÁ DELL’ACQUA DI ALCUNI ALIMENTI

16 ATTIVITÁ DELL’ACQUA DI ALCUNI ALIMENTI

17 COME ABBASSARE L’aw DI UN ALIMENTO
RIDUZIONE DEL CONTENUTO DI ACQUA CONCENTRAZIONE ESSICCAZIONE LIOFILIZZAZIONE AUMENTO DEL CONTENUTO DI SOLUTI ZUCCHERAGGIO SALAGIONE

18 CONCENTRAZIONI DI SACCAROSIO
EFFETTO DEL SACCAROSIO SULL’aw DI UNA SOLUZIONE CONCENTRAZIONI DI SACCAROSIO (w/w) aw 4 % 0.990 8 % 0.987 13 % 0.985 24 % 0.976 32 % 0.968 39 % 0.958 45 % 0.947

19 CONCENTRAZIONI DI NaCl
EFFETTO DEL SALE SULL’aw DI UNA SOLUZIONE CONCENTRAZIONI DI NaCl aw 0.9 % 0.995 1.7 % 0.99 3.5 % 0.98 7 % 0.96 10 % 0.94 13 % 0.92 16 % 0.90 19 % 0.88 22 % 0.86

20 IMPIANTI INDUSTRIALI DI CONCENTRAZIONE

21 TAMBURI DI ESSICCAZIONE

22 IMPIANTO PILOTA DI ESSICCAZIONE SPRAY
                                                                               MINI SPRAY DRYER

23                                 ATOMIZZATORI SPRAY DRYER

24 LIOFILIZZATORE

25 MECCANISMI DI RESISTENZA
A BASSI VALORI DI aw ACCUMULO INTRACELLULARE DI SOLUTI STRATEGIA GENERALE: K+, glutammato, glutammina, prolina, aminobutirrato, alanina, glicina, trealosio, saccarosio, glucosio, glicerolo.

26 MECCANISMI DI RESISTENZA
A BASSI VALORI DI aw ACCUMULO DI PROLINA E ALTRI A.A. SINTETIZZATI EX-NOVO O ASSIMILATI DAL MEZZO ESTERNO (da 166 mM in assenza di NaCl a 716 mM al 7.5% di NaCl). SINTESI E ACCUMULO DI TREALOSIO. ACCUMULO DI ALCOLI POLIVALENTI (es. glicerolo).

27 FATTORI INTRINSECI ATTIVITA’ DELL’ACQUA (aw) pH
POTENZILE DI OSSIDORIDUZIONE (Eh) CONTENUTO IN NUTRIENTI PRESENZA DI INIBITORI STRUTTURE FISICHE DELL’ALIMENTO

28 DEFINIZIONE DI pH IL pH È IL LOGARITMO NEGATIVO DELLA CONCENTRAZIONE IDROGENIONICA pH 7.0 rappresenta una concentrazione di ioni H+ pari a 10-7 M = neutralità pH<7.0 = acidità pH>7.0 = alcalinità

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30 TIPI DI SONDE PER MISURA DI pH
Punta a sfera: è consigliata per gli usi generali in soluzioni acquose o comunque liquide. L'estremità a sfera consente di avere un'ampia superficie di contatto con il campione di misura. Punta piatta: ideale per superfici, per misure dirette su cute, pelli, carta, etc. Punta conica: molto adatta per misure in prodotti semisolidi, emulsioni, formaggi, carni ed alimenti in genere.

31 pH APPROSSIMATIVO DI ALCUNE VERDURE E FRUTTI FRESCHI

32 pH APPROSSIMATIVO DI CARNE E PESCE

33 ALIMENTI IL CUI pH E’ DOVUTO A PROCESSI DI FERMENTAZIONE
FORMAGGI SALAMI OLIVE VERDI YOGURT CRAUTI CETRIOLINI PANE

34 POTERE TAMPONE DEGLI ALIMENTI
I PRODOTTI CARNEI TAMPONANO MEGLIO VARIAZIONI DI pH, RISPETTO AI PRODOTTI VEGETALI, GRAZIE AL CONTENUTO IN PROTEINE.

35 INTERVALLI DI pH DI CRESCITA APPROSSIMATIVI PER GRUPPI MICROBICI
Muffe Lieviti Batteri Lieviti e Muffe pH OTTIMALI Batteri

36 ESSI DIPENDONO ANCHE DAGLI ALTRI FATTORI AMBIENTALI
I VALORI DI pH MINIMI, OTTIMALI E MASSIMI PER LA CRESCITA DEI MICRORGANISMI SONO ASSOLUTI? NO ESSI DIPENDONO ANCHE DAGLI ALTRI FATTORI AMBIENTALI E DAL TIPO DI ACIDO

37 Valori di pH min., max. e optimum per lo sviluppo di alcuni microrganismi

38 EFFETTO DEL pH NON OTTIMALE SULLE CELLULE MICROBICHE
1 FUNZIONALITÁ DEGLI ENZIMI 2 DISPONIBILITÀ E TRASPORTO DEI NUTRIENTI

39 FATTORI INTRINSECI ATTIVITA’ DELL’ACQUA (aw) pH
POTENZILE DI OSSIDORIDUZIONE (Eh) CONTENUTO IN NUTRIENTI PRESENZA DI INIBITORI STRUTTURE FISICHE DELL’ALIMENTO

40 DEFINIZIONE DI POTENZIALE DI OSSIDO-RIDUZIONE
IL POTENZIALE DI OSSIDO-RIDUZIONE (Eh) PUÒ ESSERE DEFINITO COME LA TENDENZA DI UN SUBSTRATO A CEDERE O ACQUISIRE ELETTRONI; ESSO SI MISURA IN mV.

41 PARI CONCENTRAZIONE DI AGENTI OSSIDANTI E RIDUCENTI
VALORI DELL’Eh PUÓ ASSUMERE VALORI POSITIVI: max 816 SUBSTRATI OSSIDATI PUÓ ASSUMERE VALORI NEGATIVI: min -421 SUBSTRATI RIDOTTI PUÓ ESSERE UGUALE A ZERO: PARI CONCENTRAZIONE DI AGENTI OSSIDANTI E RIDUCENTI

42 REAZIONE DI OSSIDAZIONE
REAZIONE DI RIDUZIONE A e A RIDOTTO OSSIDATO REAZIONE DI OSSIDAZIONE A A e- RIDOTTO OSSIDATO

43 REAZIONE DI OSSIDO-RIDUZIONE
IL SUBSTRATO CHE CEDE ELETTRONI SI OSSIDA, MENTRE IL SUBSTRATO CHE ACQUISTA ELETTRONI SI RIDUCE. A B C D ossidato ridotto ridotto ossidato

44 AGENTI RIDUCENTI E OSSIDANTI
SOSTANZE CHE CEDONO FACILMENTE ELETTRONI (ANTIOSSIDANTI) AGENTI OSSIDANTI SOSTANZE CHE ACQUISISCONO FACILMENTE ELETTRONI

45 UNA REAZIONE DI OSSIDO-RIDUZIONE PUÒ AVVENIRE PER REAZIONE CON L’OSSIGENO
2A + O2 2AO

46 ANTIOSSIDANTI USATI NEGLI ALIMENTI

47 CHE COSA INFLUENZA L’Eh DEGLI ALIMENTI?

48 INFLUENZA DELL’ATMOSFERA ESTERNA SULL’Eh DEGLI ALIMENTI
ALIMENTO H2O O2 CO2

49 PROCESSI DI TRASFORMAZIONE CHE INFLUENZANO L’Eh DEGLI ALIMENTI
MACINAZIONE OMOGENEIZZAZIONE TRATTAMENTI TERMICI ……...

50 INFLUENZA DELLA CRESCITA MICROBICA SULL’Eh DEGLI ALIMENTI
METABOLISMO MICROBICO Eh positivo Eh negativo

51 COMPONENTI CHIMICI CHE STABILIZZANO L’Eh DEGLI ALIMENTI
NELLE CARNI: GRUPPI SH IN FRUTTA E VEGETALI: ACIDO ASCORBICO E ZUCCHERI RIDUCENTI

52 FATTORI CHE INFLUENZANO L’Eh DEGLI ALIMENTI
L’Eh DEGLI ALIMENTI DIPENDE DA: tensione di ossigeno dell’atmosfera circostante; grado di accesso dell’atmosfera; processi di trasformazione; metabolismo microbico; capacità di resistere a cambiamenti di Eh.

53 Eh INDICATIVO DI ALCUNE CATEGORIE DI ALIMENTI
VALORI POSITIVI: SUBSTRATI OSSIDATI VALORI NEGATIVI: SUBSTRATI RIDOTTI

54 CLASSIFICAZIONE DEI MICRORGANISMI IN BASE ALLE ESIGENZE NEI CONFRONTI DELL’Eh E DELL’OSSIGENO
Microrganismi anaerobi: Eh di circa -200 mV (prediligono substrati ridotti) Microrganismi aerobi: Eh + (prediligono substrati ossidati) Microrganismi anaerobi facoltativi: Eh indifferenti Microrganismi microaerofili: Eh + ma con poco O2

55 ESEMPI DI MICRORGANISMI:
AEROBI MUFFE, MOLTI MICROCOCCHI, BACILLUS ANAEROBI OBBLIGATI OSSIGENOTOLLERANTI CLOSTRIDI, BATTERI PROPIONICI BATTERI LATTICI ANAEROBI FACOLTATIVI LIEVITI, MOLTI STAFILOCOCCHI MICROAEROFILI ALCUNI LATTOBACILLI

56 FATTORI INTRINSECI ATTIVITA’ DELL’ACQUA (aw) pH
POTENZILE DI OSSIDORIDUZIONE (Eh) CONTENUTO IN NUTRIENTI PRESENZA DI INIBITORI STRUTTURE FISICHE DELL’ALIMENTO

57 ESIGENZE NUTRITIVE DEI MICRORGANISMI ALIMENTARI
ACQUA FONTE DI ENERGIA SORGENTE DI AZOTO VITAMINE E FATTORI DI CRESCITA SALI MINERALI

58 NUTRIENTI DEI MICRORGANISMI ALIMENTARI
SORGENTI DI ENERGIA: ZUCCHERI, ALCOLI, AMMINOACIDI, CARBOIDRATI COMPLESSI, GRASSI. SORGENTI DI AZOTO: AMMINOACIDI, PEPTIDI, PROTEINE, ACIDI NUCLEICI. VITAMINE FATTORI DI CRESCITA: Vitamina B, biotina, acido pantotenico, piridossina…

59 I PRINCIPALI GRUPPI MICROBICI IN RELAZIONE ALLE ESIGENZE NUTRITIVE
BATTERI GRAM + BATEERI GRAM - LIEVITI MUFFE

60 FATTORI INTRINSECI ATTIVITA’ DELL’ACQUA (aw) pH
POTENZILE DI OSSIDORIDUZIONE (Eh) CONTENUTO IN NUTRIENTI STRUTTURE FISICHE DELL’ALIMENTO PRESENZA DI INIBITORI

61 COSTITUENTI ANTIMICROBICI INTRINSECI DEGLI ALIMENTI
COMPOSTI O COMPLESSI DI COMPOSTI, TIPICI DI CERTI ALIMENTI, CHE MOSTRANO UNA PIÙ O MENO INTENSA ATTIVITÀ ANTIMICROBICA.

62 SPEZIE AD ATTIVITÀ ANTIMICROBICA
Rosmarino Salvia Origano Timo Noce moscata Chiodi di garofano Pepe Alloro Cannella

63 ALCUNI ANTIMICROBICI NEGLI ALIMENTI
Eugenolo Allicina Aldeide cinnamica Isotiocianato di allile Timolo Isotimolo (carvacrolo) Lattoferrina Conglutinina Sistema lattoperossidasico Lisozima Conalbumina Ovotransferrina Acido idrossicinnamico e derivati: p-cumarico, ferulico, caffeico, clorogenico.

64 NEL MOSTO E NEL VINO? ANIDRIDE SOLFOROSA LISOZIMA BOTRITICINE ACIDI GRASSI A CATENA CORTA ETANOLO CHITOSANO ACIDO SORBICO

65 ESPRESSIONE DELL’AMBIENTE IN CUI SI TROVA L’ALIMENTO
FATTORI ESTRINSECI ESPRESSIONE DELL’AMBIENTE IN CUI SI TROVA L’ALIMENTO TEMPERATURA COMPOSIZIONE DELL’ATMOSFERA

66 CLASSIFICAZIONE DEI MICRORGANISMI IN BASE ALLE TEMPERATURE DI CRESCITA
PSICROFILI HANNO UN OPTIMUM TRA 4-7°C MESOFILI CRESCONO BENE TRA 20 E 45°C, HANNO UN OPTIMUM TRA 30 E 40°C MESOFILI PSICROTROFICI CRESCONO BENE TRA 4 E 10°C, HANNO UN OPTIMUM TRA 30 E 40°C TERMOFILI CRESCONO BENE A OLTRE 45°C, HANNO UN OPTIMUM TRA 45 E 65°C

67 ESEMPI DI BATTERI PSICROTROFICI, MESOFILI E TERMOFILI
PSEUDOMONAS, ALCUNE SPECIE DI MICROCOCCHI MESOFILI LATTOCOCCHI, ENTEROCOCCHI, STAFILOCOCCHI, MOLTI MICROCOCCHI, LATTOBACILLI MESOFILI, LIEVITI TERMOFILI STREPTOCOCCUS THERMOPHILUS, LATTOBACILLI TERMOFILI

68 ESPRESSIONE DEI FENOMENI DI INTERAZIONE MICROBICA
FATTORI IMPLICITI ESPRESSIONE DEI FENOMENI DI INTERAZIONE MICROBICA MUTUALISMO COMMENSALISMO ANTAGONISMO COMPETIZIONE PARASSITISMO PREDAZIONE ANTAGONISMO

69 MUTUALISMO E COMMENSALISMO
PRESENZA DI AEROBI E ANAEROBI BATTERI DELLO YOGURT PRESENZA DI BATTERI E LIEVITI (FML) ……...

70 COMPETIZIONE COMPETIZIONE DA SUBSTRATO

71 ANTAGONISMO ANTIBIOTICI PEROSSIDO DI IDROGENO
ACIDI ORGANICI (a catena corta) ABBASSAMENTO DEL pH BATTERIOCINE/Tossina Killer DIACETILE

72 ESEMPI DI ANTIBIOTICI DI ORIGINE MICROBICA

73 DEFINIZIONE DI BATTERIOCINE
Proteine biologicamente attive, generalmente di piccole dimensioni, sintetizzate ribosomalmente ed eventualmente modificate post-traduzionalmente o complessi proteici in grado di esercitare attività battericida nei confronti di altre specie batteriche, ma non sul microrganismo produttore.

74 BATTERIOCINE PRODOTTE DA BATTERI LATTICI

75 EVIDENZIAZIONE DI ATTIVITÁ BATTERIOCINOGENA
Strato del ceppo sensibile Zone di inibizione Ceppi produttori Disattivazione enzimatica dell’attività inibente

76 Il fattore KILLER Certi ceppi di lievito (detti K) producono tossine di natura proteica in grado di inibire altri ceppi (detti S). Il ceppo K è insensibile alla sua tossina, ma può essere inibito da una tossina K di un’altro ceppo. Inoltre, esistono ceppi (detti N) che sono resistenti pur non producendo tossine

77 LA CRESCITA DEI MICRORGANISMI NEGLI ALIMENTI PUÓ ESSERE CONTROLLATA MEDIANTE:
TEMPERATURA (alta o bassa) CONSERVANTI CHIMICI AFFUMICAMENTO ESSICCAZIONE ATMOSFERA MODIFICATA RADIAZIONI ALTE PRESSIONI CAMPI ELETTRICI

78 Sterilizzazione Per sterilizzazione si intende l'eliminazione o l'uccisione di tutte le forme viventi presenti La sterilità assoluta non esiste Le procedure e le condizioni da adottare nella sterilizzazione dipendono dalla forma e dal numero di microrganismi presenti, nonché dal materiale da sterilizzare Le forme viventi più resistenti --> endospore batteriche Mezzi di sterilizzazione Fisici: riscaldamento, radiazioni, filtrazione Chimici: impiego di sostanze ad attività antimicrobica

79 Sterilizzazione mediante riscaldamento
Esposizione del materiale ad alte temperature --> denaturazione delle proteine 1) sterilizzazione alla fiamma usata per anse aghi, pinze, bacchette di vetro 2) sterilizzazione con calore secco - Il materiale da sterilizzare viene posto in stufe e quindi riscaldato con aria calda (bassa conducibilità termica) - usata per la sterilizzazione di vetreria da laboratorio: °C 2h - non può essere usata per materiali che possono essere alterati ad alte temperature (gomma, plastica, carta) - bisogna aspettare che il materia si raffreddi (contaminazione e rottura) indicatori di steriliz. (polvere di solfonamide, fonde a 163 °C) 3) sterilizzazione con calore umido - molto efficace, viene impiegata per sterilizzare terreni di coltura e liquidi in genere - vapore sotto pressione o vapore fluente (autoclave) - il vapore saturo sotto pressione permette di raggiungere temperature elevate ed uniformi - espulsione di tutta l'aria dall'autoclave - vapore ad 1 Atm (oltre quella ambientale) ---> 121 °C - sterilizzazione in autoclave: generalmente °C per 20-60' - sterilizzazione a vapore fluente, si lascia la valvola di scarico aperta, la temperatura è di circa 100 °C, il tempo di sterilizzazione 30-60' - usata per sterilizzare soluzioni di sostanze termolabili (aminoacidi, vitamine, zuccheri)

80 4) sterilizzazione continua
- per sterilizzare grandi masse di terreno - tempo di riscaldamento, sterilizzazione, raffreddamento - prolungata esposizione al calore distruzione dei fattori di crescita caramellizzazione degli zuccheri polimerizzazione di aldeidi reazione di Maillard (zuccheri ed aminoacidi) - alte temperature per tempi molto brevi - sistema tubulare o a piastre nel quale il terreno viene rapidamente riscaldato ( °C) ed in seguito subito raffreddato esposizione del terreno a vapore surriscaldato per tempi brevi 5) Tindalizzazione o sterilizzazione frazionata - ripetuti cicli di riscaldamento (100 °C) e raffreddamento - in alcuni substrati permette la germinazione delle spore è raccomandata per materiali alterabili a temp. > di 100 °C 6) Pasteurizzazione - elimina solo le forme vegetative - si impiegano temperature di °C - ideata da Pasteur per il vino e la birra - impiegata per la conservazione degli alimenti poiché non altera troppo le loro caratteristiche es. latte 62 °C per 30 min

81 Sterilizzazione mediante filtrazione
Sterilizzazione mediante radiazioni Raggi UV: -massimo effetto germicida a 260 nm (bersaglio DNA) - posseggono basse capacità di penetrazione - lampade germicide, emettono luce a 258 nm - sterilizzazione di superfici e di ambienti Raggi X ( nm) e Raggi gamma ( nm) - agenti sterilizzanti poco usati data la loro pericolosità posseggono notevoli capacità di penetrazione Sterilizzazione mediante filtrazione - rimozione dei microrganismi dalla massa - applicata principalmente a soluzioni di sostanze termolabili - la soluzione da sterilizzare viene fatta passare attraverso filtri capaci di trattenere i microrganismi (diametro < di 100 mm) - Filtri di porcellana (candela Chamberlad) - Filtri di farina fossile (filtro Berkefeld) - Filtri di amianto (filtro Seitz) - Membrane di nitrocellulosa ( mm)

82 Sterilizzazione chimica
Diverse sostanze chimiche (Antisettici) vengono usate come agenti sterilizzanti Disinfezione (riduzione del n° di microrg., eliminazione di alcune forme) Sostanza: battericida, fungicida, viricida, attività sporicida Non è sempre applicabile Criteri di scelta del composto da impiegare efficacia, l'azione antimicrobica deve avvenire in breve tempo il composto non deve portare alterazioni al materiale trattato la presenza del disinfettante non deve interferire con l'uso del materiale il composto deve essere atossico per l'uomo egli animali Per la sterilizzazione di terreni di coltura: b-propionolattone --> acido b-idrossipropionico Sterilizzazione di ambienti e materiale plastico --> ossido di etilene Meccanismo di azione e ceppi resistenti