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Microrganismi e alimenti

I microrganismi che si ritrovano negli alimenti sono sempre il frutto di una contaminazione che può essere:

  • casuale (materie prime, ambiente di lavorazione, operatori, aria, strumenti ecc.);
  • volontaria attraverso l’uso di preparati microbici commerciali detti starter,
  • utilizzati spesso come agenti della fermentazione necessaria per la produzione di vino, pane, formaggio, yogurt, salame, ecc.;
  • volontaria mediante inoculi naturali (l’impiego di madri acide per i prodotti da forno o la pratica del pied de cuve in enologia).

 

Questi microrganismi “contaminanti”, una volta che sono riusciti a colonizzare l’alimento, possono essere suddivisi in tre categorie in base al ruolo che rivestono: indicatori di qualità, di salubrità o di tipicità. I microrganismi indicatori di qualità sono quelli la cui quantità indica la qualità dell’alimento (la carica microbica totale). I microrganismi indicatori di salubrità sono quelli il cui numero, oppure la loro semplice presenza, è un parametro di rischio igienico sanitario per il consumatore. Infine, i microrganismi indicatori di tipicità sono quelli responsabili dei processi fermentativi e sono prevalentemente lieviti e batteri lattici. Le attività metaboliche principali dei microrganismi responsabili delle fermentazioni alimentari garantiscono lo svolgimento del processo fermentativo limitando contemporaneamente lo sviluppo di microrganismi indesiderati mediante produzione di acidi organici come l’acido lattico, oppure di etanolo. Le attività metaboliche secondarie di questi microrganismi possono, invece, impattare sulle qualità organolettiche, nutrizionali o addirittura nutraceutiche del prodotto finito. Queste capacità metaboliche secondarie non sono tanto legate alla specie di appartenenza delle popolazioni microbiche responsabili del processo fermentativo, ma sono dovute alle caratteristiche dei ceppi (individui) che le compongono. La possibilità per le aziende che producono alimenti fermentati in modo naturale (senza cioè l’impiego di preparati commerciali) di isolare i propri ceppi microbici e di poterli utilizzare come starter, dovrebbe dare gli stessi vantaggi dell’impiego di un preparato commerciale (processi di produzione standardizzati e rapidi), senza dover rinunciare alla grande biodiversità microbica che spesso nasconde capacità metaboliche sfruttabili per valorizzare i prodotti finiti.

 

Come sfruttare tutto ciò?

L’idea proposta da FoodMicroTeam è quella di offrire alle aziende che producono alimenti fermentati la possibilità di “isolare” e “depositare” presso FMT i propri ceppi microbici indigeni. FMT provvederà a conservali, caratterizzarli geneticamente e fenotipicamente per le loro capacità metaboliche, tecnologiche e nutraceutiche. Per essi saranno anche messi a punto protocolli di produzione massiva in fermentatori industriali. In questo modo le aziende potranno disporre di preparati starter unici, selezionati in modo da soddisfare le diverse necessità produttive. Lo schema operativo per depositare i ceppi indigeni, per conoscere le loro potenzialità ed arrivare infine ad un protocollo di impiego, è il seguente:

 

  • 1) Studio dell’ecologia microbica del processo fermentativo condotto in modo naturale per selezionare i ceppi indigeni dominanti ciascun processo e ricorrenti tra processi diversi (uso di metodiche di microbiologia classica per ottenere isolati, identificazione alla specie e al ceppo mediante metodiche molecolari, elaborazione statistica dei dati ottenuti al fine di individuare i ceppi dominanti e ricorrenti).
  • 2) Studio delle caratteristiche fenotipiche dei ceppi autoctoni dominanti e ricorrenti:
    • a) valutazione delle capacità metaboliche dei ceppi (in mezzi sintetici e direttamente nella matrice alimentare), prendendo in esame sia il metabolismo principale che secondario (analisi chimiche mediante HPLC, GC, ecc.);
    • b) valutazione delle capacità tecnologiche mimando il processo produttivo in impianti pilota; l’in

       

      dagine sulle capacità tecnologiche saranno affiancate da studi di cinetica di crescita che potranno servire a scopi predittivi al momento dell’impiego dei ceppi in condizioni reali.
    • c) valutazione delle possibili capacità nutraceutiche dei ceppi selezionati e verifica del mantenimento di tali capacità quando impiegati in impianti pilota: questo aspetto sarà valutato sia attraverso saggi in vitro che in vivo grazie alla collaborazione con centri di ricerca Universitari.
  • 3) Elaborazione statistica dei dati ottenuti al fine di individuare il ceppo autoctono (o la combinazione ottimale dei ceppi) con le caratteristiche più simili possibile a quelle desiderate.
  • 4) Prove di impiego in impianti pilota e messa a punto della coltura massiva del ceppo o dei ceppi scelti in modo da disporre di un protocollo per ottenere la quantità adeguata di preparato da utilizzare come starter.
  • 5) Prove in azienda per valutare l’efficacia dello starter, organizzare un protocollo di impiego e stabilire le dosi più adeguate (verifica dell’ecologia microbica del processo fermentativo e della qualità del prodotto finito).

Infine, grazie all’impianto pilota per la produzione di starter di FMT è possibile mettere a punto un protocollo di produzione in termini di parametri intrinseci ed estrinseci di processo nonché di conservazione del preparato. Il tutto rivolto ad ottenere un preparato con una adeguata concentrazione cellulare e con cellule in uno stato fisiologico adeguato al loro impiego.

schema

I vantaggi per le Aziende possono essere i seguenti:

  • Disporre di ceppi autoctoni garanti di tipicità e di efficienza in quanto selezionati dalla realtà produttiva nella quale si troveranno ad operare (primo esempio);
  • Valorizzare la biodiversità microbica la quale potrebbe nascondere potenzialità nutraceutiche sfruttabili per produrre alimenti con caratteristiche salutistiche (innovazioni di processo/prodotto) (secondo esempio).

 

Primo esempio: selezione di lieviti vinari.

Negli ultimi anni, nel settore enologico, è stato registrato un incremento della richiesta di vini tipici come espressione di determinati territori vitivinicoli (terroir). Alla tipicità di un vino concorrono sia le caratteristiche varietali dell’uva, sia le capacità metaboliche dei lieviti responsabili della fermentazione alcolica che, producendo metaboliti in quantità e rapporti relativi ceppo-specifici, influenzano le caratteristiche organolettiche del vino finito. La diffusa pratica di inoculare il mosto con i ceppi di Saccharomyces cerevisiae attualmente in commercio (starter), pur assicurando la buona conduzione del processo fermentativo, non contribuisce alla diversificazione e valorizzazione del profilo sensoriale del prodotto finito dato che, spesso, tali ceppi sono isolati da ecosistemi differenti da quello in cui devono operare. Pertanto, per esaltare le peculiarità di un determinato vino, è stato recentemente proposto l’impiego di ceppi di lievito selezionati nella specifica area di produzione indicati come “lieviti indigeni di cantina”. La popolazione di S. cerevisiae presente nelle prime fasi della fermentazione alcolica di una vinificazione spontanea è caratterizzata da un elevato polimorfismo genetico. Ciò significa che questa popolazione è costituita da ceppi tra loro geneticamente diversi e quindi potenzialmente capaci di influenzare in modo diverso le caratteristiche organolettiche del prodotto finito. Nonostante l’elevato polimorfismo iniziale, solo due o tre ceppi sono presenti fino alla fine del processo fermentativo e sono detti “dominanti”. Solo alcuni di questi ceppi “dominanti” possono addirittura essere “ricorrenti” negli anni diventando così i lieviti tipici della cantina. FoodMicroBank offre la possibilità alle aziende Vitivinicole di caratterizzare geneticamente e selezionare, secondo criteri tecnologici di interesse, i propri ceppi ricorrenti per utilizzarli come starter.

 

Secondo esempio: selezione di microrganismi da impasti acidi per prodotti da forno.

Il lievito madre, o impasto acido, è una miscela di acqua e farina fermentata da batteri lattici e lieviti, i primi responsabili dell’acidificazione, i secondi della lievitazione. In Toscana molti prodotti lievitati da forno sono ancora ottenuti secondo la tradizionale procedura del rinfresco che consiste nel rinnovare giornalmente il lievito madre con lo scopo di mantenerlo attivo per utilizzarlo come agente lievitante e acidificante nel processo di produzione. Questa tecnica consente di selezionare una popolazione microbica stabile e caratteristica di ogni impasto acido, capace di conferire una serie di vantaggi ai prodotti da forno che possono essere sensoriali, strutturali, di durabilità, ma soprattutto nutrizionali. In particolare, recenti studi hanno dimostrato come gli impasti acidi possano essere in grado di diminuire nei prodotti da forno l’indice glicemico e di incrementare la biodisponibilità di nutrienti (fibre, composti fitochimici, sali minerali). Oltretutto i microrganismi degli impasti acidi possono produrre molecole bioattive con capacità nutraceutiche (peptidi con capacità antiinfiammatoria, antitumorale o ACE-inibitori, polisaccaridi con capacità prebiotiche, acido gamma ammino butirrico, ecc.) o degradare fattori anti-nutrizionali come l’acido fitico. Queste capacità non sono però estendibili a tutti i microrganismi degli impasti acidi, ma dipendono dalle caratteristiche metaboliche dei ceppi microbici che li compongono. Pertanto, selezionare microrganismi con potenzialità nutraceutiche dai propri impasti acidi può consentire alle aziende di ottenere starter microbici unici, capaci di dare prodotti da forno arricchiti naturalmente con molecole bioattive.

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