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
cchi
Liev
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Latto
baci
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esof
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
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0
25
50
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• • • • • • • • • • • • • • •
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
lbrue
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subs
p. bu
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P5
L. pa
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C01
L. pa
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ei BGP1
L. pa
racas
ei BGP2
L. pla
ntarum
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
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