Da un lato sub-disciplina della Scienza degli alimenti, dall'altro branca della Microbiologia (scienza che studia gli esseri microscopici), a sua volta parte della Biologia (scienza che studia gli esseri viventi), la Microbiologia alimentare si occupa esclusivamente dei microrganismi che hanno a che fare, nel bene e nel male, con i prodotti alimentari.

Generalità sui microrganismi Per microrganismi si intendono esseri di dimensioni dell'ordine dei micron (milionesimi di metro o millesimi di millimetro) e quindi individualmente invisibili se non ingranditi di circa 1000 volte con l'uso del microscopio ottico. Solo l'insieme di svariati milioni di individui nei brodi o terreni di coltura, danno manifestazioni evidenti ad occhio nudo (torbidità nei liquidi e macrocolonie nei mezzi "solidi").

Sono i veri padroni della Terra e alcuni studiosi ipotizzano addirittura spostamenti interplanetari. Esistono sul pianeta almeno da 3,5 miliardi di anni, in confronto con i 2,5 milioni per l'uomo, e non è difficile pensare che continueranno ad esistere dopo l'estinzione del genere umano. Hanno in effetti risorse straordinarie, sia in termini di resistenza che di capacità di adattamento agli ambienti più ostili. Questo deriva, tra l'altro, dai brevissimi tempi di riproduzione (sull'ordine dei venti minuti): nel tempo di una generazione per l'essere umano, un microrganismo ha circa un milione di riproduzioni successive e, proporzionalmente, altrettante possibilità di evolvere in forme più efficienti, tant'è vero che ce ne sono che sopportano temperature altissime o bassissime, elevate pressioni, radiazioni, agenti chimici fortemente tossici, le atmosfere più ostiche, i nutrienti più insoliti come plastica e idrocarburi.

Sono diffusi a miliardi di miliardi su tutto il pianeta, compresi i siti più inospitali. Sono nell'acqua, nell'aria, nel suolo, sulle piante, sulla superficie ed all'interno del corpo degli animali e dell'uomo.

Riproduzione microbica

Si riproducono per lo più per scissione binaria, cioè duplicandosi, secondo un andamento che, se avviene in un ambiente circoscritto, segue una curva caratterizzata da quattro fasi distinte: Fase di latenza o Lag-fase, in cui la crescita è quasi nulla in quanto c'è un tempo più o meno lungo dedicato all'adattamento all'ambiente Fase esponenziale, con crescita regolare in base a duplicazioni successive secondo una progressione matematica (Nt = N0 2 t/g ) dove Nt è il numero di cellule in funzione del tempo trascorso t, e g è il tempo di generazione) Fase stazionaria, in questa fase non è vero che il numero di cellule nate eguaglia il numero di cellule morte. È una fase di massimo sviluppo in cui le cellule smettono di duplicarsi. Fase di morte, in cui i metaboliti tossici generati nella riproduzione hanno il sopravvento e portano il ceppo microbico verso l'estinzione

Le spore A differenza dei Batteri che presentano il meccanismo riproduttivo citato sopra, i Funghi si riproducono per gemmazione alcuni, per sporulazione altri. Le spore microbiche, che per i Funghi attengono alla riproduzione, un po' quello che sono i semi per le piante, nell'ambito delle Bacillaceae ( Bacillus e Clostridium) sono forme inattive di autoprotezione, straordinariamente resistenti a qualsiasi tipo di avversità, che le cellule vegetative possono assumere.

Microrganismi ed alimenti Un numero relativamente limitato di microrganismi presenta un interesse pratico nel campo alimentare, tra quelli comunemente indicati come Batteri, Lieviti e Muffe, i primi procarioti (le forme più antiche, senza nucleo), i rimanenti eucarioti (con nucleo) del regno dei Funghi.

Le caratteristiche di compatibilità ambientale secondo cui possono essere classificati i microrganismi nell'ottica delle problematiche alimentari, possono essere:

il pH (acidofili, neutrofili, basofili) la temperatura (psicrofili, mesofili, termofili) l'ossigeno (aerobi, anaerobi, aerotolleranti) i sali (alofili) zuccheri e aw (osmofili)

Ma la prima e più importante suddivisione deve essere tra microrganismi dannosi e utili in relazione al consumo di alimenti.

Microrganismi dannosi I microrganismi dannosi per chi consuma alimenti, in linea di massima si possono suddividere in:

patogeni trasmessi con gli alimenti e causa diretta di infezioni (es. Salmonella typhimurium) tossigeni, produttori di tossine che, ingerite con il cibo, generano intossicazioni (es. Clostridium botulinum) responsabili di alterazione del substrato alimentare in cui si riproducono rendendolo incommestibile (es. Muffe)

anche se i casi pratici spesso presentano combinazioni tra le attività descritte.

All'origine del problema c'è necessariamente una contaminazione microbica dell'alimento,

primariamente dall'atmosfera, dall'acqua e dal terreno, per quanto concerne i prodotti-base derivanti dall'agricoltura: tranne casi particolarmente anomali, si tratta di una presenza naturale, "fisiologica", che si controlla agevolmente con le banali tecniche di pulizia e lavaggio; successivamente i materiali che vanno in lavorazione possono essere ricontaminati dall'ambiente, dalle attrezzature, dal personale: in questo caso i rischi sono maggiori e la prevenzione risiede nelle Norme di buona fabbricazione, cioè regole rigorose che impongono determinati comportamenti come l'uso di guanti, copricapi e mascherine da parte degli operatori, o interventi come la filtrazione dell'aria, la sterilizzazione delle attrezzature, ecc.

Alla fine ciò che resta deve essere messo in condizioni di sicurezza mediante adeguate tecniche di conservazione (riscaldamento, raffreddamento, disidratazione, additivazioni, ecc.), confezionamento e trasporto, affinché nell'alimento, che rimane potenzialmente un ottimo terreno di coltura, non sia consentito lo sviluppo della microflora residua.

Microbi utili Limitatamente agli alimenti, alcuni microrganismi sono di grande utilità per trasformare convenientemente prodotti dell'agricoltura con interessanti risultati, sia sul piano della commestibilità che della conservabilità. Basta pensare, tra le applicazioni più antiche, alla panificazione ed alla vinificazione ad opera di saccaromiceti, e poi allo sconfinato mondo dei prodotti caseari ottenuti con lattofermenti e muffe, e ancora all'aceto, ai salumi, ai crauti, alle olive da tavola, ai capperi, ai cetriolini, alla birra, al whisky, ecc.

Inoltre un gruppo particolare di batteri lattici (Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterococcus e altri), legati alla preparazione di latti acidi (yogurt e simili), si ritiene abbiano, se ingeriti vivi in numero elevato, un effetto positivo sulla salute dell'ospite in relazione al rafforzamento del suo ecosistema intestinale. Sono da considerarsi essi stessi alimenti e vengono definiti probiotici per i loro effetti benefici.

Aree principali La Microbiologia alimentare abbraccia una serie di argomenti specifici e specialistici, tra cui:

Fermentazioni alimentari ed industriali

Nel significato più ampio, anche se improprio, ci si riferisce a tutte le trasformazioni di substrati alimentari, o in genere organici per la parte industriale, ottenute volontariamente con l'ausilio di microrganismi, in ambiente adatto.

Per le preparazioni alimentari esiste una tradizione millenaria in tutte, o quasi tutte, le civiltà, sia del passato che del presente, anche ampiamente ripresa dalla industria alimentare. Oggetto di fermentazione sono stati i cereali (in farine ed in grani), pane, birra, i latticini yogurt, formaggi, vegetali (es. crauti), pesci, carni, ed una infinità di creme e paste alimentari.

Tali procedimenti hanno interesse per la trasformazione e l'arricchimento in sostanze pregiate, ma anche di disinfezione e conservazione dei cibi e delle bevande. Consorzio della quarantina, preparazioni domestiche.

Le fermentazioni industriali riguardano i procedimenti applicati all'industria, che comprende settori farmaceutici o para-farmaceutici (vitamine, antibiotici, starter, enzimi, ecc.) e alcuni aspetti dell'impiantistica civile, come la depurazione delle acque, o la produzione di biogas.

Malattie microbiche da alimenti

Botulismo e Salmonellosi sono le patologie più note e pericolose, ma ci sono tanti altri casi di infezioni, intossicazioni e tossinfezioni che possono colpire, in forme più o meno gravi, i consumatori di alimenti contaminati da Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Bacillus cereus, Clostridium perfringens, Streptococcus fecalis, ecc.

Le infezioni alimentari sono provocate dall'ingestione di alimenti che sono contaminati da microbi patogeni vivi. Giungendo nell'apparato digerente tali microrganismi si moltiplicano danneggiando la mucosa e dando luogo a sintomi la cui gravità può variare. Tra l'ingestione dell'alimento e la comparsa dei sintomi possono passare da poche ore a vari giorni. Le infezioni alimentari più frequenti possono essere provocate da: Brucella (brucellosi); Campilobacter (campilobatteriosi); Escherichia coli enteroemoraggici; Listeria monocytogenes (listeriosi); Mycobacterium bovis ; Salmonella (salmonellosi) ; Shigella (shigellosi) ; Vibrio pahaemolyticus ; Yersinia enterocolica ; enterovirus.

Botulismo

Il botulismo è una malattia causata dall'ingestione di una potente tossina prodotta da Clostridium botulinum. Durante il suo sviluppo all'interno dei barattoli può produrre del gas che determina dei rigonfiamenti del barattolo stesso. Le cause della malattia sono attribuibili sia a carenze igieniche durante le fasi di lavorazione dell'alimento sia ad un trattamento termico di sterilizzazione non adeguato alla tipologia di prodotto alimentare.

Gli alimenti maggiormente coinvolti nella malattia sono: conserve di verdure (soprattutto sott'olio e sotto vuoto) conserve e semiconserve di carne (prosciutti, insaccati, carne in scatola) conserve e semiconserve di pesce (tonno e pesce sottoposto a trattamenti di affumicatura).

I sintomi della malattia si possono presentare dopo 12-36 ore dall'ingestione dell'alimento, ma a volte si presentano anche dopo 2-6 giorni, e consistono in disturbi alla vista, vertigini, mal di testa, secchezza della bocca, difficoltà respiratoria fino alla paralisi dei muscoli respiratori e del muscolo cardiaco.

Il Botulismo può essere prevenuto adottando delle semplici regole: adeguata sterilizzazione delle conserve inserimento di acidificanti negli alimenti aggiunta di sale nelle conserve di carne conservazione degli alimenti a temperature inferiori a 10 °C eliminazione delle confezioni che presentano rigonfiamenti (potrebbe essere presente il gas prodotto dal batterio).

Salmonellosi

Le gastroenteriti dovute agli alimenti provocate da salmonelle sono tra le malattie trasmesse da alimenti più frequenti. Le salmonelle sono patogene per l'uomo e per gli animali e se ne conoscono moltissime specie,ma solo poco più di una decina sono responsabili di forme gastroenteriche. Questi microrganismi vivono nell'intestino dell'uomo e di altri animali come bovini, pollame, suini, animali domestici o selvatici. Si diffondono nell'ambiente attraverso le feci di malati o di portatori e nell'acqua in cui possono sopravvivere anche per mesi. La diffusione nell'ambiente è aggravata dal fatto che anche dopo la guarigione il batterio è presente nelle feci per periodi fino a sei mesi e dall'esistenza di portatori sani. I soggetti particolarmente esposti al rischio di infezione da Salmonella sono gli anziani, i bambini e le persone debilitate da altre malattie. La maggior parte dei casi e delle epidemie si sviluppano nei mesi estivi.

I sintomi gastroenterici compaiono dopo 12-72 ore e persistono per alcuni giorni. L'infezione si manifesta con febbre, brividi, dolori addominali, diarrea, nausea, vomito, cefalea e sensazione di malessere. La guarigione è spontanea in quasi tutti i casi, per soggetti deboli la malattia si potrebbe diffondere all'intero organismo e potrebbe richiedere il ricovero ospedaliero.