Judit Gasparik Reichardt

Hungarian Meat Research Institute

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Produzione di insaccati fermentati

Confronto fra tecnologie di produzione tradizionali e con colture starter

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• La carne deve essere conservata in qualche modo per evitare il deterioramento L’essiccazione e la fermentazione della carne è il metodo più antico di conservazione

• La fermentazione e l’essiccazione nella maggior parte dei casi sono associate

Conservazione

• Può ridurre la carica microbica iniziale o• Può inibire la crescita dei batterica sopravvissuti ai trattamenti

• Può essere di tipo fisico, chimico, biologico o una combinazione di trattamenti

Storia dei prodotti a base di carne fermentata ed essiccata

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Storia dei prodotti a base di carne fermentata ed essiccata

• Una lunga storia non solo in Europa, ma anche in altri paesi

- Cipro - più di 2000 anni fa- Salume di maiale cinese - 500 anni a.C.- Salume essiccato in Europa - solo 250 anni

I prodotti vengono stagionati a temperature diverse:

• Lo stile europeo (del “Vecchio Mondo”) prevede che la fermentazione avvenga generalmente a basse temperature.La temperatura è il solo o il principale inibitore.

• I salumi Cinesi sono generalmente essiccati a temperature elevate Questo causa inattivazione microbica.

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Tipologie di salumi fermentati ed essiccati

Salumi a bassa acidità Salumi ad alta acidità Salumi ad alta acidità

con acidificanti chimici

Con o senza muffe di copertura

Con o senza muffe di copertura

Normalmente senza muffe di copertura

Periodi di maturazione più lunghi

Periodi di maturazione più corti

Periodi di maturazione più corti

A più basso contenuto di acqua (< 30%)

A più alto contenuto di acqua (< 38%)

A più alto contenuto di acqua (< 38%)

pH maggiori(> 5,5) pH minori (< 5,3) pH minori (< 5,3)

Shelf-life più lunghe senza refrigerazione

Shelf-life lunghe senza refrigerazione

Shelf-life lunghe senza refrigerazione

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Principali fasi di produzione di salumi fermentati essiccati

• Selezione delle materie prime (qualità igienica e tecnologica)

• Congelamento/raffreddamento delle materie prime (critico: lardo - 4 ° C. .. -7 ° C)

• Macinatura e impastatura di carne e grasso ( Impastatrice/bowl chopper o tritacarne e mixer sottovuoto)

• Aggiunta di spezie e di sale per la stagionatura (“Curing salt”: colture starter e carboidrati)

• Miscelazione

• Rimozione dell’aria (Impastatrice o miscelatore sottovuoto)

• Insaccatura e graffettatura (Insaccatrice sottovuoto)

• Essiccamento della superficie

• Affumicatura (se necessaria in base al paese/prodotto)

• Incubazione (se sono state aggiunte culture starter)

• Maturazione

• Essiccazione

• Confezionamento (i dettagli nell’altro file)

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Materie prime e additivi

• Pezzi di carne magra, tagli principali, grasso (lardo)• Spezie• Nitriti, miscele di stagionatura o nitrati• Colture Starter o acidificanti chimici - solo per salumi ad alta acidità• Carboidrati (zucchero)• Altri additivi• Budelli (naturali o artificiali)• Pellicole per il confezionamento

Principali fasi di produzione di salumi fermentati essiccati

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CongelamentoObiettivo: superfici di taglio nette, senza sbavature, insaccatura a bassa temperatura per evitare imprecisioni e pellicole grasse

MacinaturaObiettivo: raggiungere le dimensioni richieste, miscelare in modo omogeneo le spezie, i nitriti ed altri additivi o acidificanti chimici aggiunti.Ordine corretto: aggiungere prima le colture starter e alla fine i nitriti (nitrite curing blend)

Principali fasi di produzione di salumi fermentati essiccati

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Insaccatura e graffettatura:

• Utilizzare involucri/budelli (naturali o artificiali) permeabili all’umidità, ma opportunamente resistenti

• Insaccatura senza bolle d’aria - rimozione dell'aria• Evitare danni dell'involucro durante la chiusura

Asciugatura della superficie:

Obiettivo: inibire la crescita indesiderata di microrganismi(crescita di lieviti e muffe, di batteri che formano pellicole viscose)  stabilire le condizioni per una buona affumicatura.

Principali fasi di produzione di salumi fermentati essiccati

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Incubazione

Obiettivo: acidificazione a partire dai carboidrati aggiunti e sostegno al metabolismo e alla crescita delle colture starter, abbassamento del pH a valori sotto 5,3

(vedere maggiori dettagli sulle colture starter in seguito)

Temperature: Europa centrale: 20 - 24 ° CEuropa del nord: può essere anche di 28 - 30 ° C

USA: 37 ° C

Principali fasi di produzione di salumi fermentati essiccati

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Affumicatura

Obiettivo: formazione dell’aroma, miglioramento del colore, inibizione della crescita di microrganismi indesiderati e riduzione dell’irrancidimento

Sistemi:

– In modo tradizionale bruciando tronchi di legno, trucioli e segatura– Nebulizzando fumo liquido– Miscelando fumo liquido nell’impasto del salume (etichettatura!)

Temperatura dell’affumicatura:

– 10-12 ° C per un tempo più lungo in caso di salumi a bassa acidità– temperature più alte (18 - 22 °C) per un tempo più breve con salumi ad elevata acidità

Principali fasi di produzione di salumi fermentati essiccati

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Maturazione/asciugatura

- Salumi essiccati a bassa acidità: tollerano solo lenti processi di asciugatura che possono essere controllati tramite la velocità dell'aria, la temperatura deve essere mantenuta bassa (<15°C) per poter controllare la crescita dei microrganismi dannosi.

- Salumi con media asciugatura ad alta acidità: tollerano elevati tassi d’asciugatura in quanto il pH risulta prossimo al punto isoelettrico delle proteine muscolari e l'umidità debolmente legata è facilmente persa. Le colture starter generalmente richiedono temperature più elevate (20-37°C) per la loro crescita e metabolismo, ma la caduta del pH controlla la crescita dei microrganismi dannosi. Per motivi di sicurezza l’abbassamento del pH dovrebbe avvenire prima possibile.

Principali fasi di produzione di salumi fermentati essiccati

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Maturazione/asciugatura

Uno dei principali fattori inibitori dei microrganismi patogeni ed alteranti è un valore basso dell’attività dell’acqua (Aw).

– se l’aw è abbastanza bassa (<0,89) provoca un’inibizione adeguata– se è superiore (per esempio 0,95), è necessaria una combinazione con

un pH basso per garantire la sicurezza alimentare.

La riduzione del aw si ottiene di solito con l'aggiunta di sale di stagionatura (curing salt: NaCl: 99,5%, NaNO2: 0,5%) e l'essiccazione.

In Cina viene applicato un altro metodo: viene impiegata una bassa quantità di sale, elevate quantità di zucchero (20-25%) ed alte temperatura di essiccazione (50°C o superiore) - (diametro piccolo – abbassamento veloce dell’ aw, gusto del tutto diverso dai prodotti europei o americani).

Principali fasi di produzione di salumi fermentati essiccati

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Prodotti a base di carne fermentati a bassa acidità

Caratteristiche comuni dei prodotti tradizionali a base di carne fermentati a bassa acidità:

– Sono tutti fermentati ed essiccati per lungo periodo– Nessun carboidrato viene aggiunto (o solo in bassissime quantità), nessun sostanziale

abbattimento di carboidrati e produzione di acidi– Valori di pH superiori a 5,5, di solito 5,8-6,2

Principali modifiche durante la maturazione:

– L’essiccazione provoca una perdita di peso della carne che può raggiungere il 40-50%– L’essiccazione provoca una selezione della flora iniziali– Gli enzimi proteolitici demoliscono le proteine muscolari– Gli enzimi lipolitici degradano il grasso– Riduzione del nitrito– La frazione di sale solubile gelifica

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- Le colture starter come colture microbiche pure sono in uso da circa 60 anni nel settore della carne

Niinivaara – EuropaNiven - USA

- In origine l’acidificazione e la riduzione dei nitrati è stato l'obiettivo principale nelle produzioni degli Stati Uniti e d’Europa

- Colture starter di batteri acido produttori (LAB) sono aggiunte da sole o in miscela

- Tendenze: Temperature d’incubazione più bassa in Europa (20-24°C)Temperature d’incubazione più alte negli Stati Uniti (circa 37°C)

Prodotti a base di carne fermentati ad alta acidità

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Caratteristiche comuni dei prodotti tradizionali a base di carne fermentati ad alta acidità:

– I salumi vengono fatti fermentare ed asciugare per un tempo più breve– L’impasto contiene sempre carboidrati aggiunti come fonte per la produzione di

acido lattico, che svolge un ruolo decisivo nella formazione del gusto, della consistenza, della stabilità e della sicurezza.

– I valori di pH dei prodotti sono inferiori a 5,3

Principali modifiche durante la maturazione:

– Si forma acido lattico ed il pH scende sotto 5,3– Con l’essiccazione vi è una perdita di peso - il 15-20% è sufficiente (non per prodotti

confezionati a lunga conservazione)– Selezione della microflora iniziale– Enzimi proteolitici degradano le proteine muscolari– Diverse colture starter e la carne possiedono attività lipolitica

Prodotti a base di carne fermentati ad alta acidità

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Colture starter abitualmente utilizzate nell’industria della carne

Gruppi microbici impiegati come starter nell’industria della carne

Ceppi tipici delle colture starter della carne

Batteri• Lactobacillus• Pediococcus• Staphylococcus• Kocuria

Lactobacillus plantarum, L. sakei, L. curvatus, L. pentosus, L. jenseniiPediococcus acidilactici, P. pentosaceusStaphylococcus xylosus, S. carnosusKocuria varians

Lieviti• Debaryomyces

Debaryomyces hansenii

Muffe• Penicillium

Penicillium nalgoviense, P. chrysogenum,P. camambertii

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Ruolo delle colture starter durante la fermentazione

Parametri Effetti LAB Kocuria Lieviti Muffe

ColoreRiduzione dei nitritiAbbassamento pH

-+++

+++-

--

--

Aroma

Produzione di acidiDegradazione delle proteineDegradazione dei grassi

+++--

-+

++

-+

++

-++++

Struttura Abbassamento del pH +++ - - -

Effetti conservativi

Abbassamento del pHRiduzione dei nitritiInibizione flora indesiderata

+++-

++

-++-

---

--

+++

AspettoEvitare l’eccessiva asciugaturaProtezione da luce-ossigeno (copertura di muffe)

--

--

--

++++++

Altro Inibire la formazione di micotossine - - - +++

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Variazioni di pH durante processi di maturazione effettuati in modo tradizionale e con colture starter

5,2

5,3

5,4

5,5

5,6

5,7

5,8

5,9

6

6,1

0 5 10 15 20 25 30

Days

pH

Traditional

Starter culture

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Perdita di peso durante la fermentazione e l’asciugatura di salumi prodoti in modo tradizionale e con colture starter (diametro 50 mm)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30

Days

wei

gh

t lo

ss

Traditional

Starter culture

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Variazioni di flora microbica durante la fermentazione con colture starter

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 10 20 30

days

log

CF

U

Lactic acid bacteria

TVC

Micrococci

Enterococci

Enterobacteriaceae

Pseudom onas

Yeasts

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Criteri di scelta delle colture starter

• Tutti i tipi di colture starter devono essere sicuri (non tossiche e non patogene), il loro utilizzo non deve avere nessun rischio per la salute.

• Produzione di acido rapida e sempre riproducibile(sfavorevole per la crescita di micrococchi / Kocuria)

• Per soddisfare altri requisiti tecnologici:

– Resistenza ad abbassamenti di pH e aw

– Migliorare il colore– Formazione dell’aroma, degradazione di proteine e lipidi– Attività sui nitriti e catalasi– Formazione sulla superficie del salume (muffe) di un’unica copertura

fungina ed inibizione di altri microbi

• Buona vitalità per competere con i microbi indesiderati

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Vantaggi nell’utilizzo di colture starter:

• Buona vitalità per la competizione con i microbi indesiderati• Produzione rapida e riproducibile di acido

• Resistenza nel tollerare abbassamenti di pH e aw

• Aumento della sicurezza del prodotto• Diminuizione dei tempi di maturazione• Miglioramento del processo di formazione del colore• Estensione della shelf-life• Standardizzazione della qualità del prodotto

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Elementi che influenzano la produzione di acido delle colture starter

• Temperatura• Tipo di carboidrati• Quantità di carboidrati• Concentrazione di sale• pH• Diametro del salume• Ossigeno• Tipo e quantità di spezie• Altri additivi• Concentrazione di nitriti• Contaminazione microbica• Carica iniziale di coltura starter• Attività della coltura starter

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Acidificanti chimici

Perchè non aggiungere acido direttamente?

- Il problema è che l'acido dovrebbe reagire con le proteine della carne solo dopo diverse ore dall’insaccatura, altrimenti non si formerebbe una struttura adatta per essere affettata

- GDL - idrolizza nell’acqua rilasciata dalla carne, la reazione siinnesca solo alcune ore dopo l’insaccatura

- Acidi organici incapsulati con rivestimento speciale che si fondea temperature elevate

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-L’abbassamento del pH nei salumi fermentati avviene in pochissimo tempo – alcune ore rispetto ad alcuni giorni – non è necessario incubare

- Si ottiene la sicurezza microbiologica

- Le proprietà organolettiche e la shelf-life sono migliori nei prodotti preparati con colture stater.

Acidificanti chimici

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Punti critici nei salumi crudi fermentati

Parametri critici Salumi a bassa acidità (Asciutti, salami)

Salumi ad alta aciditàSemi-asciutti

Materia prima cruda:Caratteristiche sensoriali

Contaminazioni

Livello igienico

Temperatura

pH

Buon odore e colore (fresca)

Nessuna contaminazione fisica/chimica oltre i limiti

Nessun microganismo (patogeno o alterante) oltre i limiti(variano nei diversi stati in different countries) CBT < 106 g-1

Da 0 a + 4 °C / -7 °C (grasso)

≤ 5.8

ImpastoSali di nitrito% Carboibrati

2.5 – 3.5 %0.1 – 0.3% (trascurabile)

2.2 -3.0%0.3 – 0.7%

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Parametri critici

Salumi a bassa acidità (Asciutti, salami)

Salumi ad alta aciditàSemi-asciutti

Temperatura di fermentazione

Prima: <12CDopo: 14-16C

Prima: 22-25CDopo: 14-18C

Temperatura di maturazione

<15 °C fino alla riduzione di aw18-24 °C

Tasso di asciugatura

Tanto elevato quanto possibile senza provocare indurimento di….

pH Iniziale: < 6.2 (non critica)Finale: 5.6 – 6.6

Iniziale: < 6.2 (non critica)Finale: < 5.3

Tempo di riduzione pH

- Dipende dalla temperatura, limitato

Attività dell’acqua finale

≤ 0.89 < 0.95

Ulteriori punti critici nei salumi crudi fermentati

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Alcuni importanti aspetti tecnologici

• Deve essere impiegato grasso duro/compatto; grassi provenienti da animali nutriti con quantità eccessive di acidi grassi insaturi non hanno una struttura ferma, ben affettabile e l'irrancidimento si sviluppa prima.

• Deve essere utilizzata la giusta quantità e tipologia di carboidrati Troppo poca non supporterà adeguatamente la produzione di acido lattico; troppa può causare un’eccessiva acidità o addirittura inibire la crescita di colture starter a causa dell'abbassamento eccessivo della aw. La fermentazione può essere controllata con la scelta dei carboidrati (mono-, di-, oligosaccaridi)

• Una bassa concentrazione (<2%) di sali di stagionatura (generalmente una miscela di 0,5% NaNO2 e il 99,5% NaCl) favorisce più i microbi indesiderati che le colture starter; una concentrazione elevata (> 4%) inibisce la crescita delle colture starter. Deve essere raggiunto il compromesso ottimale.

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• Una concentrazione relativamente alta (> 105 –106 UFC / g) e una buona attività metabolica delle coltura starter sono un presupposto per una buon salume.

• E’ necessario anche un compromesso accettabile per la giusta temperatura di incubazione e maturazione, in funzione delle esigenze della coltura starter. L’obiettivo è che la temperatura dovrebbe favorire più possibile le colture starter ed inibire i microrganismi indesiderati.

• Al fine di conseguire un’ottimale tasso di perdita di peso - un requisito essenziale, sia da un punto di vista economico che di qualità - il livello di asciugatura deve essere controllato molto attentamente regolando la differenza tra umidità relativa (H) e umidità relativa di equilibrio (ERH) e la velocità dell'aria in funzione della tipologia di prodotto (acidità bassa e alta) ed il diametro del prodotto.

Alcuni importanti aspetti tecnologici

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Tipici difetti e loro cause• La superficie è indistinta, le particelle di grasso non possono essere viste distintamente: la temperatura del grasso non era abbastanza bassa durante le fasi di macinatura, impastatura ed insaccatura

•  Il salume è deformato: essiccazione troppo rapida, indurimento della superficie, spalmatura di grasso sotto i budelli. I prodotti a bassa acidità tollerano solo processi lenti di essicazione.

• Scolorimento della superficie: processo di affumicatura con la superficie umida; processo di affumicatura con umidità relativa elevata; maturazione con umidità relativa troppo elevata.

• Scolorimento interno: sale di stagionatura insufficiente, rimozione di ossigeno insufficiente durante l’impastatura e l'insaccatura; grasso troppo vecchio (rancido)

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Tipici difetti e loro cause

• Macchie bianche (lieviti) o muffe sulla superficie: inefficient asciugatura inefficiente; contaminazione dell’ambiente di maturazione con lieviti e muffe

• Strato bianco e sottile sulla superficie: cristalli di fosfato a bassa temperatura

• Gusto troppo acido: concentrazione troppo alta di carboidrati; temperatura più alta del necessario (coltura starter -dipendente) coltura starter - specifica (produzione di acido acetico oltre ad acido lattico)

• Insufficiente “tagliabilità”: non adeguata riduzione del pH e/o dell’aw; la spalmatura del grasso inibisce binding; gli acidificanti chimici reagiscono troppo in fretta (prima dell’insaccatura)

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Tipici difetti e loro cause

• Pellicola di grasso: il grasso non era congelato, la macchina insaccatrice lavora male, strappo dei budelli, throwing back impasto

•Separazione del grasso sul budello e sotto il budello; uso di grasso morbido, temperatura troppo elevata, asciugatura eccessiva

•Deterioramento superficiale : in condizioni di elevata umidità possono crescere micrococchi/ Kocuria, lieviti e muffe, provocando caratteristici odori sgradevoli (microrganismo-dipendenti)

•Deterioramento interno: asciugatura troppo lenta a temperature elevate; concentrazione iniziale di sale troppo bassa; ingredienti con contaminazione elevata; insuccesso della coltura starter; pH troppo alto della carne; concentrazione troppo bassa di carboidrati, insufficiente rimozione di ossigeno

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Sicurezza microbiologica dei prodotti a base di carne fermentati

- I prodotti a base di carne fermentati sono in genere considerati sicuri se i punti critici sono adeguatamente tenuti sotto controllo (GMP, GHP)

- nei salumi a bassa acidità la bassa temperatura inibisce la crescita di microrganismi pericolosi e la riduzione di aw ne inattiva la maggior parte

- nei salumi ad alta acidità semi-asciutti, il basso pH e il basso valore di aw

insieme inibiscono la crescita ed inattivano la maggior parte dei microrganismi pericolosi

- l’inibizione della crescita di Salmonella, E. coli, Staph. aureus ed altra flora competitiva è stato ben determinato da diversi ricercatori

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-Alcuni salumi semi-asciutti sono trattati con il calore, o immediatamente dopo l’insaccatura o dopo una breve fermentazione. Questo trattamento al calore è sufficiente per eliminare tutte le forme vegetative e le spore meno resistenti– „miglior inizio” dal punto di vista igienico per l’asciugatura (le proprietà sensoriali non sono le stesse)

Nuovi patogeni emergenti:- prima Listeria monocytogenes - successivamente E. coli O157:H7 (caso studio) può sopravvivere alla fermentazione- molto importante l’uso di materie prime di alta qualità- colture starter altamente attive – numero elevato, rapida riduzione del pH- Nuovo tipo di coltura starter che può produrre batteriocina- una sostanza biologicamente attiva che può inibire i patogeni emergenti

Sicurezza microbiologica dei prodotti a base di carne fermentati

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Range e limiti di stabilità e sicurezza di salumi duri e semi duri

Se il pH va sotto 5.3 il prodotto con aw ≤0.95 diventa stabile e sicuro

Se aw va sotto 0.89 il prodotto diventa praticamente stabile e sicuro indipendentemente dal valore di pH

Se il pH iniziale viene aggiustato a ≤4.5 con acidulanti chimici il prodotto diventa stabile e sicuro anche se con difetti di palatabilità e “tagliabilità”

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Cosa sono le batteriocine?

Le batteriocine prodotte dai batteri lattici possono essere definite come proteine biologicamente attive o complessi di proteine con proprietà battericide ed inibenti verso una gamma più o meno ampia di microrganismi.

(Maggiori informazioni in WP 1)

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Principali batteriocine

Microrganismi Batteriocina Microrganismi inibiti

Lactococcus lactis Nisina Bacillus, Listeria, Clostridium

Lactobacillus sakei Sakacina Listeria

Leuconostoc gelidum Leucocina Listeria, Enterococcus

Pediococcus acidilactici Pediocina Clostridium, Listeria, Bacillus

Carnobacterium piscicola Carnocina Bacillus, Clostridium, Listeria

Lactobacillus curvatus Curvacina Listeria

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Probiotici

Aggiunti al prodotto non per ridurre il pH, ma per gli effetti positivi su intestino e salute

• Non patogeni• Numero e vitalità dei microrganismi• Habitat naturale dell'organismo• Capacità di aderenza del probiotico• Tolleranza agli acidi e alla bile• Potenziamento dell’azione inibente verso i patogeni• Potenziale fattore immunogenico• Capacità fermentativa• Formazione di un buon sapore negli alimenti a base di latte

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Ulteriori letture

Encyclopedia of Meat sciences, edited by Werner K. Jensen, Carrick Devine and Michael Dikeman

Chapter: SAUSAGES, TYPES OF (Volume three, p: 1207-1214)

Dry and semi-dry; K. Incze