Innovazione di prodotti alimentarifermentati: aspetti microbiologici

Prof. Luigi Grazia

Dipartimento di Scienze degli AlimentiAlma Mater Studiorum – Università di Bologna

Innovazione di processo: miglioramento della qualità e della sicurezza alimentare anche nei

prodotti tradizionali? Fiere di Parma, 15 Aprile 2011

Alimenti fermentati

Bevande alcoliche Prodotti da forno Crauti olive Formaggi Yoghurt Latti fermentati Salami Salsicce fermentate

Formaggi

Tipo di latte DOP IGP STG

bovino 21 - 1

ovino 10 - -

misto 8 1 -

bufala 1 - -

SalamiSALAMI DOP• Salame Brianza• Salame Varzi• Salame Piacentino• Salamini italiani alla cacciatora• Salsiccia di Calabria• Soppressata di Calabria • Sopressa Vicentina

SALAMI IGP• Salame Cremona• Salame Ciauscolo• Salame Sant’Angelo• Salame d'oca di Mortara

Altre preparazioniProdotto Zona di produzioneBresaola della Valtellina (IGP) LombardiaCapocollo di Calabria (DOP) CalabriaCoppa Piacentina ( DOP) Emilia RomagnaCulatello di Zibello (DOP) Emilia RomagnaPancetta di Calabria (DOP) CalabriaPancetta Piacentina (DOP) Emilia Romagna

Materia prima

Attività microbicheTecnologia

Origine dei microrganismiMicrobiota naturalmente presente nella

materia primaColture starter naturaliColture starter selezionate

Alimenti fermentati tradizionali Sono prodotti a partire da materia prima non trattata al

calore Gli studi condotti permettono di perfezionare le

conoscenze sul ruolo dei microrganismi virtuosi nella maturazione di questi prodotti

Fonte di microrganismi utili da impiegare come colture starter o colture probiotiche: Lievito madre Formaggi a latte crudo Salami Olive Mosti in fermentazione

Mediana

25%-75% Max Min Esterno

Caric

a mes

ofila

aero

bia

Staf

iloco

cchi

coag

ulas

i-neg

ativ

i

Ente

roco

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Liev

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ili

Latto

baci

lli te

rmof

ili

Latto

cocc

hi

Stre

ptoc

occh

i ter

mof

iliGruppi microbici

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Log

UFC

/g

Composizione microbiologica del Pecorino di Farindola

Mediana 25%-75%Max - Min

Etilamina

Feniletilamina

Putrescina

Cadaverina

Istamina

Tiramina

Spermidina-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400m

g/kg

form

aggi

o

Contenuto di amine biogene nei campioni Pecorino di Farindola

I formaggi prodotti con latte crudo rappresentano una fonte di batteri lattici con proprieta antigenotossiche?

Antigenotossicità in vitro di L. casei verso 4-NQO ( A ) and MNNG ( B ) nel SOS-Chromotest.

3995

3997

4005

4117

L364 221

137

280/

A

2RiC

1BA

3BA

3RI

C3

H5

L300 347

L350

L417

L369

g

L400

L362

L447

L357

L408

L394

0

25

50

75

100(A)

Gen

otox

icity

inhi

bitio

n (%

)• • • • • • • • • • • • • • •

3995

3997

4005

4117

L364 221

137

280/

A

2RiC

1BA

3BA

3RI

C3

H5

L300 347

L350

L417

L369

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L400

L362

L447

L357

L408

L394

0

25

50

75 (B)

• • • • • • • • • • • • • • •

Gen

otox

icity

inhi

bitio

n (%

)

Le linee tratteggiateindicano i livelli soglia per

l’inibizione dellagenotossicità :

Alta ( > 75 % ); Debole ( 25 - 75 % ); Assente ( < 25

%).

(●) Ceppi con elevata vitalitàdopo test acido-

bile.

103 (4), 948-960 (2007)

Lactobacillus paracasei, Lactobacillus plantarum, Lactococcus latis subsp. lactis.

Proteolisi accentuata con notevole liberazione di amminoacidi

Dipendenza dal fattore stagionale e dalla tecnologia produttiva

Costituzione di una ceppoteca di microrganismi tipici del Pecorino d’Abruzzo

Lipolisi spinta tipica di formaggi vocati a lunga stagionatura

CARATTERISTICHE DEL PECORINO D’ABRUZZO

Gruppo Del Gallo et al. – Università dell’Aquila

Toma piemontese

Sono stati isolati e identificati ceppi non virulenti di specie note p. es. di Lactococcus garvieae e ceppi di una nuova specie di enterococco: E. italicus.

Queste ricerche, in parte ancora in corso, sono state condotte in collaborazione con enti pubblici e produttori privati, al fine di definire alcuni parametri atti alla elaborazione della Carta di Identità Microbiologica di alcuni prodotti caseari artigianali.

GRUPPO – Manachini P. L., Fortina M. G., Ricci G.

105 (1), 243-254 (2008)

Ruolo dei microrganismi nel miglioramento dei prodotti Le colture starter naturali sono state messe a punto per

condurre in maniera corretta le fermentazioni; Le prime colture selezionate avevano il compito di

ottimizzare il ruolo dei microrganismi, eliminando quei margini di insicurezza legati alle colture starter naturali

Individuazione dei criteri di selezione: Propri della specie Altri legati al ceppo (caratteri tecnologici e di qualità)

Alcuni dei caratteri attualmente oggetto di interesse dei gruppi di ricerca della SIMTREA riguardano: Possibilità di migliorare prodotti alimentari, sfruttando

proprietà probiotiche Studio di interazioni tra microrganismi; Azione antifungina Azione antibatterica Impiego di colture attenuate

Mono-coltura (1)Lactobacillus plantarum DC400 Co-coltivazione (2)

L. plantarum DC400 e L. paralimentarius, L. pentosus, L. brevis, L. reuteri o Weissella

cibaria)

Mono-coltura (3)Lactobacillus sanfranciscensis DPPMA174

Co-coltivazione (4)L. plantarum DC400 e L. sanfranciscensis

DPPMA174

Plantaricina A

Aumento della resistenzaelettrica trans-epiteliale (TEER)di cellule Caco-2/TC7

Cambiamenti nella sintesi di proteine con un ruolo in: •biosintesi delle proteine; • metabolismo energetico; • catabolismo di proteine e

aminoacidi• risposta agli stress;

• omeostasi del potenziale redox cellulare.

(1)

(2)

(4)

(3)

Di Cagno et al., 2010. Proteomics, 10, 212190

Inibizione dellavitalità

Comunicazione cellulare nei batteri lattici del lievito naturale

Fig. 1.Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Principal Investigator (P.I.):

Professor Giuseppe SPANO

Università di Foggia, Dipartimento di Scienze degli Alimenti

PROGETTO BIAMFOOD

Il progetto (2008-2011) ha lo scopo principale di controllare e ridurre il contenuto di ammine biogene in alimenti fermentati ed in particolare vino, formaggio e sidro, intervenendo sui principali responsabili della produzione di ammine biogene in alimenti fermentati: i batteri lattici.

Innovazioni nel settore dei prodotti carnei fermentati

Controllo amineImpiego di colture protettive nei salumi

a pezzo anatomico interoImpiego di colture probioticheInterazioni tra microrganismi

l’impiego di nitriti combinato con l’uso di colture starterselezionate permette l’ottenimento di salami sicuri da un puntodi vista sanitario e con un migliorato profilo sensoriale

Attività finalizzate alla selezione di ceppi da impiegare nella preparazione diinsaccati fermentati tradizionali

Scopo: Individuazione di colture starter multiple costituite da ceppi di Staph xylosus e K. varians in grado di interagire positivamente tra loro e di esaltare attività di interesse tecnologico

La combinazione tra il ceppo K. variansK4 e il ceppo Staph xylosus X1, in gradodi determinare un forte effettostimolatorio sulla crescita di K. varians,fa apprezzare una spiccata attivitàproteolitica. Carattere di non pocointeresse nella definizione dellespecifiche qualitative del prodotto finito

Innovazione Prodotti Carnei Fermentati

Attività finalizzate alla selezione di ceppi da impiegare nella preparazione di insaccatifermentati tradizionali

Scopo: Individuazione di colture starter multiple costituite da ceppi di Lactobacillus sakei e CNC (Staph xylosuse K. varians) in grado di interagire positivamente tra loro e di esaltare attività di interesse tecnologico

Le combinazioni K. varians AL12 + L.sakei L152; Staph xylosus SMVS9 + L.sakei L192, determinano unaesaltazione dell’attività proteolitica.Fondamentale per il conseguente ecaratterisitico profilo aromatico deiprodotti carnei fermentati tradizionali

Innovazione Prodotti Carnei Fermentati

antagonism

Prof. Giuseppe Comi Dipartimento di Scienze degli Alimenti Università degli Studi di Udine

0

1

2

3

4

5

6

7

log

UFC/

g

T0 T3 T7 T15 T30

Tempo (giorni)

Listeria monocytogenesValutazione competizione

+ inibizione L.monocytogenesper impasti

- 5,0 log

Salami Inoculo starter: 106 UFC/gStaphylococcus xylosus, St. carnosusLactobacillus sakei

Gruppo: Udine prof. Giuseppe ComiStarter protettivi

Prof. Giuseppe Comi Dipartimento di Scienze degli Alimenti Università degli Studi di Udine

0 5 10 15 20 30 40

0

5

10lo

g

UF

C/g

g iorni

Andamento c aric a L is teria m onoc ytogenesin pros c iutto c otto c ons erv ato a 6-7 °C

c on L b.s akeic ontrollo

- 3 log no 0 tolerance

Inoculo starter: 106 UFC/g per superficie

Lactobacillus sakeiCottocubettato

Innovazioni nel settore dei prodotti lattiero-caseari

Impiego delle colture probiotiche Messa a punto di prodotti funzionali Combinazione delle due azioni precedenti Impiego di colture attenuate al fine di ottimizzare il

prodotto sfruttando caratteristiche biochimiche specifiche

Foto da Ottogalli “Atlante dei formaggi”

Zn gluconate e Zn solfato (autorizzati dal Reg.CE1925/2006); Zn aspartato (parere positivo EFSA, 2008)

SQUACQUERONEStr.thermophilus

CACIOTTAStr.thermophilus

Lb.helveticus

Inadeguato intakeprovoca deficienze

livello consigliato:10 mg/gg (CE/ WHO)

2 colture starter con ceppi selezionati per la capacità acidificante in latte fortificato con Zn hanno permesso di ottenere formaggi fortificati con caratteristiche chimiche e sensoriali non significativamente diverse dai controlli

Zn++ oligoelemento essenziale

Neurogenesi, Sinaptogenesi, Mineralizzazione ossa, etc…

PROGETTOProduzione di formaggi con latte fortificato con Zn++

Sample pH aw

NaCl Fat Protein Starter Culture Zn++(mg/kg)

(g/100 g) (g/100 g) (g/100 g) Log cfu/g

M17 MRS

Pasteurized cow milk

nd nd 3.8+0.2

Squacquerone cheese fortified with Zn-S 5,36 0,98 1,05 12,77 10,38 7 nd 132+0.01

Squacquerone cheese fortified with Zn-G 5,46 0,98 1,09 14,12 11,22 7,2 nd 144+0.01

Squacquerone cheese fortified with Zn-A 5,25 0,96 1,54 12,85 10,99 7,8 nd 143+0.01

Squacquerone cheese -control 1 5,51 0,98 1,49 12,25 10,38 7,2 nd 30.7+0.01

Squacquerone cheese -control 2 5,26 0,99 0,76 14,6 11,38 7,1 nd 30.2+0.01

Caciotta cheese fortified with Zn-S 5,13 0,97 2,39 26,92 23,11 4 4,3 151+0.01

Caciotta cheese fortified with Zn-G 5,18 0,97 2,28 28,61 23,47 3 3,5 116+0.01

Caciotta cheese fortified with Zn-A 5,13 0,94 2,05 28,56 24,42 3,2 4,7 145+0.01

Caciotta cheese -control 1 5,06 0,96 2,26 27,9 24,35 4,6 4,2 43.4+0.01

Caciotta cheese -control 2 5,14 0,93 2,35 26,48 24,43 4,3 4 43.0+0.01

Il formaggio come alimento funzionale: aspetti tecnologici e sensoriali legati all’additivazione di zinco

nella produzione di SquacqueroneCristiana Chiavari1, Fabio Coloretti1, Giovanni Ferri1, Luigi Grazia1, Marco Malavolta2, Eugenio Mocchegiani2

• L’aggiunta di zinco non influenza le caratteristiche tecnologiche e microbiologiche

• L'addizione di aspartato o gluconato di zinco non sembra esercitare alcuna influenza negativa sulle caratteristiche sensoriali

• Lo squacquerone può essere considerato un valido veicolo per l'apporto di zinco nella dieta della popolazione anziana

II° Congresso Lattiero–Caseario La ricerca scientifica e la valorizzazione del latte e dei derivati

Arricchimento di Mozzarella con batteri probiotici

Dipartimento di Biologia e Chimica Agroforestale ed Ambientale

Screening di 18 lattobacilli probiotici in

base alla termoresistenza 5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

L. ca

sei B

GP93

L. de

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ckii

subs

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P5

L. pa

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ei LP

C01

L. pa

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ei BGP1

L. pa

racas

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L. pla

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BG11

2

L. pla

ntarum

BGP12

L. pla

ntarum

LP27

L. pla

ntarum

LP32

L. pla

ntarum

LP33

L. pla

ntarum

LP35

L. pla

ntarum

LP36

L. pla

ntarum

LP39

L. pla

ntarum

LP40

L. pla

ntarum

LP42

L. pla

ntarum

LP47

L. rha

mnosu

s SP1

L. reu

teri D

SM1793

8

65°C55°C55°C AdaptedLo

g cf

u/g

Aggiunta di probiotici termoresistenti nel latte

da caseificare e nella cagliata

Caratterizzazione del prodotto:

•Analisi microbiologiche• Concentrazioni di acido lattico e carboidrati residui• Proteolisi•Analisi sensoriale

T14

T14

T7

T7

T1

T1

before stretching

before stretching

***

****

******

**

7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2 8.4 8.6 8.8 9 9.2 9.4

Log cfu/g

00,5

11,5

22,5

3f lavour

creamy

sour

body/texture

Panel testday 14

BAMP (con probiotici)

BAM (controllo)

BGP1

SP5

Minervini et al., 2011. J. Dairy Sci., sottomesso

Fig. 1

Fig. 2

Fig. 3

Produzione di Caciotta vaccina mediante l’aggiunta di starter aggiunti attenutati

Dipartimento di Biologia e Chimica Agroforestale ed Ambientale

Lactobacillus paracasei FC2-5 Lactobacillus casei LC01 Lactobacillus curvatus 2770

Adjunct culture (AC) Attenuated adjunct cultures (AAC) by sonication on ice-bath

(3 cycles, 5 min/cycle) and freeze-dried

Primary starters Streptococcus thermophilusand Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis

(AC) (AAC)Control cheese(CC)

Ripening was at 10°C for 60 days

(ca. 7.0 log cfu mL-1 for each species)

(ca. 5.6 log cfu mL-1)

(ca. 8.2 log cfu mL-1)

AminopeptidaseProline iminopeptidaseEndopeptidase type O Glutamate dehydrogenaseCystathionine lyase

Lactobacillus paracasei FC2-5 Lactobacillus casei LC01 Lactobacillus curvatus 2770

Adjunct culture (AC) Attenuated adjunct cultures (AAC) by sonication on ice-bath

(3 cycles, 5 min/cycle) and freeze-dried

Primary starters Streptococcus thermophilusand Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis

(AC) (AAC)Control cheese(CC)

Ripening was at 10°C for 60 days

(ca. 7.0 log cfu mL-1 for each species)

(ca. 5.6 log cfu mL-1)

(ca. 8.2 log cfu mL-1)

AminopeptidaseProline iminopeptidaseEndopeptidase type O Glutamate dehydrogenaseCystathionine lyase

0

200

400

600

800

1000

Sulphur Compounds

CC AC AAC

Arbi

trar

y un

its o

f ar

ea/1

00

Methanethiol

Carbon Disulfidel

Dimethyl Sulfide

AttributesControl cheese

Cheese with AC

Cheese with AAC

Flavour 3.6 ± 0.1 5.0 ± 0.2 5.5 ± 0.2

Aroma 4.1 ± 0.2 5.0 ± 0.2 6.0 ± 0.2

Texture 6.8 ± 0.3 5.9 ± 0.2 6.7 ± 0.3

Overall acceptability

5.4 ± 0.2 6.0 ± 0.2 6.8 ± 0.3

Fig. 1 Fig. 2

Tab. 1

Prodotti da forno Impiego di colture starter produttrici

di composti antifungini per il controllo delle muffe.

Impiego di starter microbici per l’idrolisi del glutine e produzione di alimenti funzionali per individui affetti da patologia celiaca.

Lievitazione naturale e composti antifungini

Matrici vegetali Starter selezionati (batteri lattici/lieviti)

- Phaseolus vulgaris (1)- Amaranthus spp. (2)

- Lactobacillus brevis AM7 (1)- Lactobacillus plantarum 1a7 (4)

- Wickerhamomyces anomalus 1695 (4)

- Germe di grano fermentato con batteri lattici selezionati (3)

Proteine e peptidi nativi Miscele di ac. organici e peptidi (batteri lattici); etanolo/etil

acetato (lieviti)

Acidi organici prodotti da batteri lattici

Largo spettro d’azione/ Ritardo ammuffimento pani (21-28 gg)

1- Coda et al., 2008. Applied and Environmental Microbiology.74(23):7391-7398;2- Rizzello et al., 2009. International Journal of FoodMicrobiology, 131: 189–1963- Rizzello et al., 2011. Food Chemistry, 127: 952-9594- Rizzello et al., 2011. Applied and EnvironmentalMicrobiology, in press

Dipartimento di Biologia e Chimica Agro-Forestale ed Ambientale - Bari

J Pediatr Gastroenterol Nutr. 2010 Dec;51(6):777-83.Gluten-free sourdough wheat baked goods appear safe for young celiac patients: a pilot study.Di Cagno R, Barbato M, Di Camillo C, Rizzello CG, De Angelis M, Giuliani G, De Vincenzi M, Gobbetti M, Cucchiara S.Department of Plant Protection and Applied Microbiology, University of Bari, Bari, Italy.

Biotecnologia del lievito naturale – glutine idrolizzato tollerato da pazienti celiaci

Olive Deamarizzazione delle olive Controllo dei microrganismi alteranti

o patogeni

Sviluppo dei batteri lattici e coliformi durante la fermentazione delle cultivar Itrana e Leccino con flora autoctona (controllo) o con coltura

starter di Lactobacillus pentosus 1MO.Itrana controllo

0123456789

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo di fermentazione (giorni)

log 1

0 ufc

ml-1

Coliformi

Batteri lattici

A Itrana con starter

0123456789

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo di fermentazione (giorni)

log 1

0 ufc

ml-1

Batteri lattici

Coliformi

B

Leccino controllo

0

2

4

6

8

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo di fermentazione (giorni)

log 1

0 ufc

ml-1

Batteri lattici

Coliformi

C Leccino con starter

0123456789

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tempo di fermentazione (giorni)

log 1

0 ufc

ml-1

Batteri lattici

Coliformi

D

Uso di microrganismi nel feed Impiego dei microrganismi nel

settore feed consente di controllare lo sviluppo di microrganismi patogeni;

Impiego di microrganismi probiotici nell’alimentazione animale per la profilassi in allevamento

Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroambientali –Area di Microbiologia

Attività di ricerca: colture probiotiche e protettive per la sicurezza degli alimenti

Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroambientali – Area di Microbiologia

ATTIVITA’ DIVULGATIVE

1. “TRADITIONAL FOOD IN COMBATING FOODBORNE PATHOGENS” Intensive Programme, under the EU Lifelong Learning Programme, 2011c

Partners: UNIBO (Prof. Bruno Biavati, Dr. Diana Di Gioia), Université de Bretagne Occidentale (F), University of Ljubljana (SI), University of Tampere (FI), Corvinus University of Budapest (HU)

2. 2010-2012: Follow-up al progetto PathogenCombat “Control and prevention of

emerging and future pathogens at cellular and molecular level throughout the

food chain” (ended up September 2010). Aggiornamento del sito web e gestione

delle “news-flash” nel settore “sicurezza degli alimenti”

(www.pathogencombat.com)

Conclusioni

Possibili miglioramenti degli alimenti fermentati Nei prodotti tradizionali l’impiego di colture

selezionate è condizionato dai disciplinari

•Scopo del convegno“…individuare gli approcci tecnologici,microbiologici e normativi appropriati perassicurare al consumatore un alimento tradizionaleevoluto e non involuto, anche attraverso l’adozionedi adeguati marcatori di processo e di prodotto.”

Da Notari (1890):

“…quest’opera è quella di aver per primo ideato e messo in pratica l’ uso del siero-innesto nella fabbricazione del formaggio di grana; uso estesosi in seguito per naturale conseguenza ad altri tipi di formaggio…”

Da Notari (1890): “…scelsi una via tutta pratica di prove servendomi di latte

fermentato, di contenuto dello stomaco di vitelli, di formaggio grana fresco ben riuscito, di siero di latte, di alcuni agenti chimici che presto misi da parte…”

“… Molte di queste prove mi diedero dei risultati negativi, altre, quella a base di siero di latte, mi confortarono ad insistere persuadendomi alla fine che ero sulla buona strada; tanto che al principio della campagna casearia del 1890, con l’anima di chi crede di aver superato una delle maggiori difficoltà della vita, uscendo dalle prove e dai tentativi adottai l’uso del siero-innesto come metodo ordinario della fabbricazione del grana…”

Da Notari: Riassunto delle attività professionali di G. Notari, presentato nel 1926, per la richiesta del titolo di Perito Agrario