Luigi Grazia - Federalimentare

Innovazione di prodotti alimentari
fermentati: aspetti microbiologici
Prof. Luigi Grazia
Dipartimento di Scienze degli Alimenti
Alma 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
-
-
Salami
SALAMI 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 preparazioni
Prodotto
Bresaola della Valtellina (IGP)
Capocollo di Calabria (DOP)
Coppa Piacentina ( DOP)
Culatello di Zibello (DOP)
Pancetta di Calabria (DOP)
Pancetta Piacentina (DOP)
Zona di produzione
Lombardia
Calabria
Emilia Romagna
Emilia Romagna
Calabria
Emilia Romagna
Materia
prima
Tecnologia
Attività
microbiche
Origine dei microrganismi
 Microbiota naturalmente presente nella
materia prima
 Colture starter naturali
 Colture 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
1
Gruppi microbici
Streptococchi termofili
Lattococchi
Lattobacilli termofili
Lattobacilli mesofili
Lieviti
Enterococchi
Stafilococchi coagulasi-negativi
Carica mesofila aerobia
Log UFC/g
Composizione microbiologica del Pecorino
di Farindola
10
9
8
7
6
5
4
3
2
Mediana
25%-75%
Max Min
Esterno
Contenuto di amine biogene nei campioni Pecorino di
Farindola
1400
1200
mg/kg formaggio
1000
800
600
400
200
0
-200
Etilamina
Putrescina
Feniletilamina
Istamina
Cadaverina
Spermidina
Tiramina
Mediana
25%-75%
Max - Min
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.
50
• • • •
75
L394
L408
L357
L447
L362
• • •
L400
L369g
L417
L350
•
347
H5
C3
3RI
3BA
1BA
•
L300
•
2RiC
• • • • •
280/A
137
221
L364
4117
4005
0
3997
25
3995
(B)
50
L394
L408
L357
L447
L362
• • •
L400
L369g
L417
347
L350
•
H5
C3
3RI
1BA
137
3BA
•
L300
•
2RiC
• • • •
221
L364
4117
•
4005
0
3997
25
280/A
Genotoxicity
inhibition (%)
(A)
75
3995
(●) Ceppi con
elevata vitalità
dopo test acidobile.
100
Genotoxicity inhibition (%)
Le linee tratteggiate
indicano i livelli soglia per
l’inibizione della
genotossicità :
Alta ( > 75 % ); Debole (
25 - 75 % ); Assente ( < 25
%).
• • • •
103 (4), 948-960 (2007)
CARATTERISTICHE DEL PECORINO D’ABRUZZO
Gruppo Del Gallo et al. – Università dell’Aquila





Lactobacillus paracasei,
Lactobacillus plantarum,
Lactococcus latis subsp. lactis.
Costituzione di una ceppoteca di
microrganismi tipici del Pecorino
d’Abruzzo
Proteolisi accentuata con notevole
liberazione di amminoacidi
Lipolisi spinta tipica di formaggi
vocati a lunga stagionatura
Dipendenza dal fattore stagionale
e dalla tecnologia produttiva
Toma piemontese
GRUPPO – Manachini P. L., Fortina M. G., Ricci G.
 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.
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
Comunicazione cellulare nei batteri lattici del lievito naturale
Fig. 1.Mono-coltura (1)
Lactobacillus plantarum DC400
Fig. 2.Co-coltivazione (2)
Fig. 3.Mono-coltura (3)
Lactobacillus sanfranciscensis DPPMA174
L. plantarum DC400 e L. paralimentarius, L.
pentosus, L. brevis, L. reuteri o Weissella
cibaria)
Fig. 5
Plantaricina A
(4)
Fig. 4.Co-coltivazione (4)
L. plantarum DC400 e L. sanfranciscensis
DPPMA174
(2)
(1) (3)
Fig. 6
Fig. 7
Inibizione
vitalità
Aumento
della
resistenza
elettrica trans-epiteliale (TEER)
di cellule Caco-2/TC7
della
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.
Di Cagno et al., 2010. Proteomics, 10, 21
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.
Principal Investigator (P.I.):
Professor Giuseppe SPANO
Innovazioni nel settore
dei prodotti carnei
fermentati
 Controllo amine
 Impiego di colture protettive nei salumi
a pezzo anatomico intero
 Impiego di colture probiotiche
 Interazioni tra microrganismi
l’impiego di nitriti combinato con l’uso di colture starter
selezionate permette l’ottenimento di salami sicuri da un punto
di vista sanitario e con un migliorato profilo sensoriale
Innovazione Prodotti Carnei Fermentati
Attività finalizzate alla selezione di ceppi da impiegare nella preparazione di
insaccati 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. varians
K4 e il ceppo Staph xylosus X1, in grado
di determinare un forte effetto
stimolatorio sulla crescita di K. varians,
fa apprezzare una spiccata attività
proteolitica. Carattere di non poco
interesse nella definizione delle
specifiche qualitative del prodotto finito
Innovazione Prodotti Carnei Fermentati
Attività finalizzate alla selezione di ceppi da impiegare nella preparazione di insaccati
fermentati tradizionali
Scopo: Individuazione di colture starter multiple costituite da ceppi di Lactobacillus sakei e CNC (Staph xylosus
e 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
una
esaltazione dell’attività proteolitica.
Fondamentale per il conseguente e
caratterisitico profilo aromatico dei
prodotti carnei fermentati tradizionali
antagonism
Salami
Inoculo starter: 106 UFC/g
Staphylococcus xylosus,
St. carnosus
Lactobacillus sakei
Gruppo: Udine prof. Giuseppe Comi
Starter protettivi
Valutazione competizione
+ inibizione L.monocytogenes
per impasti
Listeria monocytogenes
7
6
log UFC/g
5
- 5,0 log
4
3
2
1
0
T0
T3
T7
T15
T30
Tempo (giorni)
Prof. Giuseppe Comi Dipartimento di Scienze degli Alimenti Università degli Studi di Udine
Inoculo starter: 106 UFC/g per superficie
Lactobacillus sakei
Cotto
cubettato
Andamento c aric a L is teria m onoc ytogenes
in pros c iutto c otto c ons erv ato a 6-7 °C
log
UF C /g
10
5
0
0
5
10
15
c on L b.
s akei
c ontrollo
20
30
40
g iorni
- 3 log no 0 tolerance
Prof. Giuseppe Comi Dipartimento di Scienze degli Alimenti Università degli Studi di Udine
Innovazioni nel settore dei prodotti
lattiero-caseari
Foto da Ottogalli “Atlante dei formaggi”
 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
PROGETTO
Produzione di formaggi con latte fortificato con Zn++
Zn++
oligoelemento essenziale
Inadeguato intake
provoca deficienze
Neurogenesi, Sinaptogenesi, Mineralizzazione ossa, etc…
livello consigliato:10 mg/gg (CE/ WHO)
Zn gluconate e Zn solfato (autorizzati dal Reg.CE
1925/2006); Zn aspartato (parere positivo EFSA, 2008)
CACIOTTA
SQUACQUERONE
Str.thermophilus
Str.thermophilus
Lb.helveticus
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
Sample
Pasteurized cow milk
pH
NaCl
Fat
Protein
(g/100 g)
(g/100 g)
(g/100 g)
Starter Culture
Zn++(mg/kg)
Log cfu/g
M17
aw
MRS
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 Squacquerone
Cristiana 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
Fig. 1
9.5
Screening di 18
lattobacilli probiotici in
base alla
termoresistenza
9
8.5
Log cfu/g
8
65°C
55°C
55°C Adapted
7.5
7
6.5
6
5.5
L
bs . ca
p.
s
b ei
L. ulg BG
pa ari P9
3
ra cu
L. cas s S
pa ei P5
ra
LP
L.
c
C
pa ase 01
L. rac i B
a s GP
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e
1
L. nta i B
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L. ru
11
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B 2
a
L. nta GP
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1
u
pl
m 2
a
L. nta LP
pl rum 27
a
L. nta LP
pl rum 32
a
L. nta LP
pl rum 33
a
L. nta LP
pl rum 35
an
ta LP
L.
pl rum 36
a
L. nta LP
pl rum 39
a
L. nta LP
pl rum 40
a
L. nta LP
ru
4
r
L. ham m 2
LP
re
ut nos 47
er
u
iD sS
SM P1
17
93
8
5
de
lb
ru
ec
ki
i
su
Aggiunta di probiotici
termoresistenti nel latte
da caseificare e nella
cagliata
L.
Caratterizzazione del
prodotto:
•Analisi microbiologiche
• Concentrazioni di acido
lattico e carboidrati residui
• Proteolisi
•Analisi sensoriale
f lavour
Fig. 3
3
Panel test
day 14
2,5
2
BAMP (con probiotici)
BAM (controllo)
1,5
1
Fig. 2
before stretching *
T1 **
T7 **
T14 **
BGP1
before stretching **
T1 **
T7 **
T14 **
0,5
body/texture
creamy
0
SP5
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
sour
Minervini et al., 2011. J. Dairy Sci., sottomesso
Dipartimento di Biologia e Chimica Agroforestale ed Ambientale
Produzione di Caciotta vaccina mediante l’aggiunta di starter aggiunti attenutati
Fig. 2
Fig. 1
Sulphur
Lactobacillus paracasei FC2-5
Lactobacillus casei LC01
Lactobacillus curvatus 2770
Compounds
1000
area/100
Arbitrary units of
Aminopeptidase
Proline iminopeptidase
Endopeptidase type O
Glutamate dehydrogenase
Cystathionine lyase
800
600
Methanethiol
400
Carbon Disulfidel
200
Dimethyl Sulfide
0
AC
AAC
Attenuated adjunct cultures
(AAC) by sonication on ice-bath
(3 cycles, 5 min/cycle) and freeze-dried
Adjunct culture (AC)
(ca. 8.2 log cfu mL-1)
Primary starters Streptococcus thermophilus
and Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis
(ca. 5.6 log cfu mL-1)
(ca. 7.0 log cfu mL-1 for each species)
(AC)
CC
Control
cheese
(CC)
Ripening was at 10°
C for 60 days
Tab. 1
Attributes
(AAC)
Control
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
Dipartimento di Biologia e Chimica Agroforestale ed Ambientale
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)
- Germe di grano fermentato con
batteri lattici selezionati (3)
Proteine e peptidi nativi
Acidi organici prodotti da batteri
lattici
- Lactobacillus brevis AM7 (1)
- Lactobacillus plantarum 1a7 (4)
- Wickerhamomyces anomalus 1695 (4)
Miscele di ac. organici e peptidi
(batteri lattici); etanolo/etil
acetato (lieviti)
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 Food
Microbiology, 131: 189–196
3- Rizzello et al., 2011. Food Chemistry, 127: 952-959
4- Rizzello et al., 2011. Applied and Environmental
Microbiology, in press
Dipartimento di Biologia e Chimica Agro-Forestale ed Ambientale - Bari
Biotecnologia del lievito naturale – glutine idrolizzato
tollerato da pazienti celiaci
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.
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
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Coliformi
Batteri lattici
0
1
2
3
4
Itrana con starter
B
log10 ufc ml-1
log10 ufc ml-1
A
5
6
7
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
8
Batteri lattici
Coliformi
0
1
Leccino controllo
10
D
Batteri lattici
log10 ufc ml-1
log10 ufc ml-1
8
6
4
Coliformi
2
0
0
1
2
3
4
5
6
Tempo di fermentazione (giorni)
3
4
5
6
7
8
7
8
Tempo di fermentazione (giorni)
Tempo di fermentazione (giorni)
C
2
7
8
Leccino con starter
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Batteri lattici
Coliformi
0
1
2
3
4
5
6
Tempo di fermentazione (giorni)
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
•Scopo del convegno
“…individuare
gli
approcci
tecnologici,
microbiologici e normativi appropriati per
assicurare al consumatore un alimento tradizionale
evoluto e non involuto, anche attraverso l’adozione
di adeguati marcatori di processo e di prodotto.”
 Possibili miglioramenti degli alimenti fermentati
 Nei prodotti tradizionali l’impiego di colture
selezionate è condizionato dai disciplinari
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