Microbiologia degli Alimenti L26 San Raffaele

Microbiologia degli alimenti è l'esame del secondo anno di L26 San Raffaele dedicato ai microrganismi che producono, conservano o rovinano il cibo. Vale 6 CFU nel piano di studi dell'A.A. 2026/2027 e 8 CFU nel piano dell'A.A. 2024/2025, sempre con SSD AGR/16 e con lo stesso impianto: prima la cellula batterica e i fattori che ne regolano la crescita, poi i patogeni e le fermentazioni di latte, carne, vegetali, pane, birra, vino e aceto. In un corso di scienze dell'alimentazione e gastronomia è la materia che spiega perché lo yogurt è acido, perché un salame stagionato si conserva a lungo e perché una conserva casalinga preparata male può essere pericolosa. La scheda ufficiale la indica come base per i corsi più avanzati del percorso, come Scienze e tecnologie degli alimenti e Igiene degli alimenti.

Di cosa parla il programma

Il programma del codice 0262506AGR16 è diviso in sette unità didattiche, ciascuna con il proprio peso in CFU. Le prime due costruiscono le basi — il microrganismo e la sua fisiologia — e la seconda, con la quarta sui patogeni e alterativi, è la più pesante: 1,2 CFU ciascuna. Le unità dalla quinta alla settima applicano queste basi ai singoli prodotti fermentati. L'elenco delle videolezioni pubblicato in scheda conta 33 titoli, con più lezioni dedicate agli argomenti più ampi: tre ai microrganismi utili nella fermentazione, cinque ai patogeni, tre alla birra, tre ai formaggi. La scheda indica inoltre che le lezioni sincrone approfondiscono temi di laboratorio e di tecnologia: terreni di coltura, colture pure, microscopio e conta diretta, PCR e Real Time PCR, metabarcoding, controllo di patogeni e shelf life, tecniche di conservazione, alimenti fermentati e salute, fermentazione di legumi e pseudocereali.

Il codice non si sceglie: lo assegna il piano di studi a cui sei iscritto. I contenuti comuni sono gli stessi e questa guida li segue nella versione da 6 CFU; chi ha il codice 0262308AGR16 trova la storia della microbiologia nel primo argomento e i contenuti dell'unità di laboratorio nelle sezioni su terreni, colture pure e conta e sui metodi molecolari. Prima di iniziare controlla sulla pagina ufficiale del tuo codice l'elenco delle lezioni.

Argomenti del programma da approfondire

Gli argomenti seguono un ordine logico: prima il microrganismo e le condizioni in cui cresce, poi chi fa cosa negli alimenti. Ogni prodotto fermentato e ogni patogeno si spiega con gli stessi pochi parametri — pH, acqua disponibile, ossigeno, temperatura — che vanno quindi capiti all'inizio. I prodotti fermentati sono presentati dal più semplice al più complesso: prima le fermentazioni lattiche, poi quelle alcoliche, infine l'aceto, che nasce da una fermentazione alcolica già avvenuta.

Storia della microbiologia e ambienti dei microrganismi

I microrganismi — batteri, lieviti, muffe, protozoi — sono stati usati per millenni senza saperlo: pane lievitato, vino, birra, formaggi e aceto sono molto più antichi della microbiologia. La disciplina nasce quando diventa possibile vederli e, soprattutto, collegarli a ciò che fanno. Il primo passo è di Antoni van Leeuwenhoek, che nel Seicento osserva al microscopio i suoi «animalcoli»; la svolta arriva nell'Ottocento con Louis Pasteur, che dimostra che le fermentazioni sono opera di microrganismi vivi e smentisce la generazione spontanea, e con Robert Koch, che lega un microrganismo preciso a una malattia precisa e mette a punto le tecniche per ottenere colture pure. Per la microbiologia degli alimenti le due eredità sono complementari: da Pasteur vengono lo studio delle fermentazioni e la pastorizzazione, da Koch lo studio dei patogeni e i metodi di laboratorio.

Il programma del codice da 8 CFU aggiunge gli ambienti naturali dei microrganismi e il loro impatto sull'uomo. I microrganismi sono ovunque — suolo, acque, aria, superfici di piante e animali, intestino umano — e sono indispensabili nei cicli del carbonio e dell'azoto, perché decompongono la materia organica e rendono di nuovo disponibili gli elementi. Proprio per questo ogni materia prima alimentare arriva con una propria microflora: quella del latte, della carne, della buccia dell'uva o delle foglie di cavolo è il punto di partenza sia delle fermentazioni spontanee sia delle alterazioni.

Collegamento: per studiare un mondo così vario serve prima di tutto un sistema di classificazione: dare un nome ai microrganismi e saperli riconoscere.

Tassonomia, classificazione e identificazione

La sistematica ordina i viventi in gruppi e ne ricostruisce le parentele; la tassonomia comprende classificazione, nomenclatura e identificazione. Dal lavoro di Woese i viventi si dividono in tre domini: Bacteria e Archaea, entrambi procarioti, ed Eukarya, a cui appartengono anche lieviti e muffe (regno dei Funghi). Sotto il dominio i ranghi sono phylum, classe, ordine, famiglia, genere e specie. Il nome di una specie è binomiale, genere più epiteto specifico in corsivo — Lactococcus lactis, Listeria monocytogenes — e sotto la specie si distinguono sottospecie e ceppi: per le fermentazioni e per la sicurezza conta spesso il ceppo, non solo la specie.

La classificazione dei batteri si basa oggi sulla filogenesi, cioè sul confronto delle sequenze del gene dell'RNA ribosomiale 16S e, sempre più, di interi genomi. Ha conseguenze pratiche: nel 2020 il vecchio genere Lactobacillus è stato suddiviso in 25 generi, e così Lactobacillus plantarum è diventato Lactiplantibacillus plantarum e Lactobacillus casei è ora Lacticaseibacillus casei. Nei testi precedenti trovi i nomi vecchi: conviene conoscerli entrambi.

I metodi di identificazione sono di due famiglie. Quelli fenotipici osservano caratteri espressi: forma delle cellule, colorazione di Gram, crescita su terreni selettivi, test biochimici come catalasi e ossidasi, profili di fermentazione degli zuccheri, spesso raccolti in gallerie miniaturizzate. Quelli genotipici leggono il DNA: sequenziamento del 16S, PCR specifiche per una specie. Molti laboratori usano anche la spettrometria di massa MALDI-TOF, che identifica una colonia dal suo profilo proteico in pochi minuti.

Collegamento: qualunque metodo di identificazione parte dalla cellula. La prima distinzione da fare è tra le due organizzazioni cellulari possibili.

Cellula procariote ed eucariote

La distinzione più profonda tra i microrganismi degli alimenti è quella tra cellula procariote ed eucariote. I batteri sono procarioti: il DNA non è chiuso in un nucleo ma raccolto in una regione del citoplasma, il nucleoide, e non ci sono organelli delimitati da membrana. Lieviti e muffe sono eucarioti, con nucleo, mitocondri, reticolo endoplasmatico e apparato di Golgi. I virus, compresi quelli che infettano i batteri (batteriofagi), non sono cellule: sono parassiti obbligati che si replicano solo dentro una cellula ospite.

Collegamento: i protagonisti di gran parte del programma sono i batteri. Conviene guardare la loro cellula dall'interno verso l'esterno.

La cellula batterica: membrana, trasporti, movimento

Il citoplasma è una soluzione acquosa ricca di proteine, ribosomi, metaboliti e ioni, in cui si trovano il nucleoide ed eventuali granuli di riserva. Lo delimita la membrana citoplasmatica, un doppio strato di fosfolipidi con proteine immerse: è una barriera a permeabilità selettiva e, nei procarioti, è anche la sede della catena respiratoria e della produzione di energia. È il bersaglio di molti trattamenti di conservazione, perché danneggiarla significa uccidere la cellula.

Poiché la membrana è impermeabile alla maggior parte dei soluti, i nutrienti entrano attraverso sistemi di trasporto specifici, capaci di concentrarli anche contro gradiente. Sono tre: il trasporto semplice, guidato dalla forza proton-motrice (uniporto, simporto, antiporto); la traslocazione di gruppo, in cui la molecola viene modificata mentre entra — nel sistema delle fosfotransferasi gli zuccheri entrano già fosforilati, ed è il sistema con cui i lattococchi assumono il lattosio; i trasportatori ABC, che usano proteine leganti e l'energia dell'ATP.

Quanto alla morfologia, i batteri sono soprattutto cocchi (sferici), bacilli (a bastoncello) e forme spiralate o incurvate (spirilli, vibrioni). Il modo in cui le cellule restano unite dopo la divisione dà raggruppamenti tipici: a coppie, in catenelle (come Streptococcus thermophilus), a grappolo (stafilococchi). Per la locomozione molti batteri usano i flagelli, filamenti proteici che ruotano come eliche, azionati da un motore alla base alimentato dalla forza proton-motrice. La loro disposizione — un solo flagello polare, un ciuffo, flagelli su tutta la superficie (peritrichi) — è un carattere tassonomico, e grazie ai flagelli i batteri si spostano verso i nutrienti o lontano da sostanze dannose (chemiotassi). Pili e fimbrie, più corti, servono invece soprattutto all'adesione alle superfici, primo passo per colonizzare un tessuto o formare un biofilm.

Collegamento: tra la membrana e l'ambiente esterno c'è la struttura che più di ogni altra divide i batteri in due grandi gruppi: la parete.

La parete: Gram positivi e Gram negativi

La parete cellulare dà forma alla cellula e la protegge dalla lisi osmotica. Il suo componente caratteristico è il peptidoglicano: catene di due zuccheri alternati, N-acetilglucosammina e acido N-acetilmuramico, unite trasversalmente da brevi ponti peptidici in una rete rigida. Il lisozima, un enzima presente nell'albume e nelle lacrime, rompe proprio il legame tra i due zuccheri: per questo è usato, per esempio, nella produzione del Grana Padano contro i clostridi responsabili del gonfiore tardivo.

Nel 1884 Hans Christian Gram mette a punto la colorazione che porta il suo nome: cristalvioletto, soluzione di iodio (Lugol) che forma un complesso con il colorante, decolorazione con alcol, colorazione di contrasto con safranina. Il risultato dipende dalla parete. Nei Gram positivi lo strato spesso di peptidoglicano, disidratato dall'alcol, trattiene il complesso cristalvioletto-iodio e le cellule restano viola. Nei Gram negativi il peptidoglicano è sottile ed è coperto da una membrana esterna: l'alcol la danneggia, il colorante si perde e le cellule prendono il rosso della safranina. La membrana esterna contiene il lipopolisaccaride (LPS), la cui porzione lipidica, il lipide A, è un'endotossina.

Collegamento: tra i Gram positivi, due generi di grande interesse alimentare — Bacillus e Clostridium — hanno una difesa in più: l'endospora.

Endospora, DNA e divisione cellulare

Quando i nutrienti si esauriscono, alcuni batteri Gram positivi, soprattutto dei generi Bacillus e Clostridium, formano all'interno della cellula un'endospora: una forma quiescente, metabolicamente inattiva ed estremamente resistente. La sua struttura spiega la resistenza: al centro il core, molto disidratato, con il DNA protetto da piccole proteine e da un complesso di calcio e acido dipicolinico; attorno la corteccia di peptidoglicano, poi il rivestimento proteico e, in alcune specie, l'esosporio. La sua funzione è sopravvivere a calore, essiccamento, radiazioni e disinfettanti; quando le condizioni ridiventano favorevoli la spora germina e riprende a moltiplicarsi come cellula vegetativa.

L'importanza per gli alimenti è enorme, perché le spore sopravvivono alla pastorizzazione e a molte cotture. Clostridium botulinum è il riferimento per le conserve poco acide, che vanno sottoposte a un trattamento termico capace di ridurre di 12 cicli logaritmici le sue spore (il cosiddetto concetto 12D); Bacillus cereus sopravvive alla cottura del riso e può germinare se il riso cotto resta a lungo a temperatura ambiente.

Il DNA batterico è in genere un cromosoma circolare, molto più lungo della cellula, compattato dal superavvolgimento (grazie a enzimi come la DNA girasi) e da proteine associate. Accanto al cromosoma ci possono essere plasmidi, piccole molecole circolari con geni accessori: nei lattococchi, per esempio, i geni per l'uso del lattosio e per la proteasi di parete stanno spesso su plasmidi, e perderli significa perdere la capacità di acidificare bene il latte. La divisione cellulare avviene per scissione binaria: il cromosoma si replica, la cellula si allunga, al centro si forma un setto guidato dall'anello della proteina FtsZ e nascono due cellule figlie identiche.

Collegamento: da una cellula ne nascono due, da due quattro. Perché questo avvenga la cellula deve ricavare dall'ambiente materia ed energia.

Nutrizione e metabolismo

Ogni cellula ha bisogno di macronutrienti — carbonio, azoto, fosforo, zolfo, potassio, magnesio — di micronutrienti, come ferro e altri metalli in tracce, e per alcune specie di fattori di crescita già pronti: vitamine, aminoacidi, basi azotate. I batteri lattici sono molto esigenti da questo punto di vista, e infatti vivono in ambienti ricchi come latte, carne e vegetali; in laboratorio crescono solo su terreni complessi.

In base alla fonte di energia i microrganismi sono fototrofi (luce) o chemiotrofi (sostanze chimiche), e tra questi chemiorganotrofi se usano composti organici, chemiolitotrofi se usano composti inorganici; in base alla fonte di carbonio sono autotrofi (CO₂) o eterotrofi (composti organici). Quasi tutti i microrganismi degli alimenti sono chemiorganotrofi eterotrofi: ricavano carbonio ed energia dagli stessi nutrienti dell'alimento.

Il metabolismo energetico segue tre strade. Nella respirazione aerobica gli elettroni tolti al substrato arrivano all'ossigeno attraverso la catena di trasporto: la resa in ATP è alta e il substrato viene ossidato fino a CO₂. Nella respirazione anaerobica l'accettore finale è un'altra sostanza, per esempio nitrato o solfato. Nella fermentazione non c'è catena respiratoria: l'ATP si forma per fosforilazione a livello del substrato e gli elettroni finiscono su un composto organico prodotto dalla cellula stessa, come il piruvato che diventa lattato o l'acetaldeide che diventa etanolo. La resa è bassa — 2 ATP per molecola di glucosio nella fermentazione lattica omofermentativa — e per questo il microrganismo consuma molto substrato e accumula molto prodotto: è esattamente ciò che serve per fare uno yogurt o un vino.

Collegamento: quanto e quanto in fretta un microrganismo cresce dipende dalle condizioni dell'alimento. Il programma le divide in parametri intrinseci ed estrinseci, a partire dal pH.

Il pH

I parametri intrinseci sono le caratteristiche dell'alimento stesso, e il primo è il pH. Ogni microrganismo ha un pH minimo, ottimale e massimo di crescita. La maggior parte dei batteri preferisce valori vicini alla neutralità, indicativamente tra 6,5 e 7,5; lieviti e muffe tollerano meglio l'acidità, e tra i batteri i lattici e gli acetici sono tra i più acidotolleranti. Ne segue una regola generale: gli alimenti poco acidi, come carne, pesce e latte, si alterano soprattutto per opera di batteri, mentre frutta, succhi e prodotti acidi si alterano soprattutto per lieviti e muffe.

Il valore da ricordare è pH 4,6: al di sotto Clostridium botulinum non cresce e non produce tossina. Per questo le conserve si distinguono in acide (pH ≤ 4,6), per le quali basta un trattamento termico moderato, e poco acide (pH > 4,6), che richiedono la sterilizzazione. L'acidità agisce anche in modo diretto: gli acidi deboli in forma indissociata, come l'acetico e il lattico, attraversano la membrana e si dissociano nel citoplasma, abbassando il pH interno e costringendo la cellula a spendere energia per espellere protoni. È il principio delle fermentazioni lattiche e dell'aggiunta di aceto o acido citrico nelle conserve.

Collegamento: il pH dice quanto l'ambiente è acido. Il secondo parametro dice quanta acqua è davvero disponibile per i microrganismi.

L'attività dell'acqua

L'attività dell'acqua (a_w) non misura quanta acqua contiene un alimento, ma quanta è libera di partecipare a reazioni e scambi: è il rapporto tra la pressione di vapore dell'acqua nell'alimento e quella dell'acqua pura alla stessa temperatura. Va da 0 a 1: l'acqua pura ha a_w 1, e la maggior parte degli alimenti freschi — carne, pesce, latte, frutta e verdura — supera 0,98. Sali e zuccheri disciolti legano l'acqua e abbassano l'a_w, e lo stesso fanno l'essiccamento, la salagione, lo zucchero nelle confetture, la stagionatura dei salumi.

Sotto un certo valore un microrganismo smette di moltiplicarsi, perché dovrebbe spendere troppa energia per trattenere acqua contro l'ambiente esterno. I batteri sono in genere i più esigenti, i lieviti meno, le muffe ancora meno: per questo un formaggio stagionato o una confettura, quando si alterano, lo fanno di solito per muffe e lieviti. Tra i patogeni il più tollerante è Staphylococcus aureus.

Sotto circa 0,60 nessun microrganismo si moltiplica, anche se molti sopravvivono: è il caso di prodotti molto secchi come biscotti e latte in polvere.

Collegamento: acqua disponibile e acidità non bastano. Un microrganismo deve anche trovare il giusto rapporto con l'ossigeno.

Potenziale redox, ossigeno e composizione

Il potenziale di ossido-riduzione (Eh, in millivolt) misura la tendenza di un ambiente a cedere o acquistare elettroni. Valori positivi indicano un ambiente ossidato, tipico della superficie degli alimenti a contatto con l'aria; valori negativi un ambiente ridotto, come l'interno di un grosso pezzo di carne o di un formaggio stagionato. Dipende dalla disponibilità di ossigeno, ma anche dalle sostanze riducenti dell'alimento, come i gruppi sulfidrilici delle proteine, l'acido ascorbico e gli zuccheri riducenti. In base al rapporto con l'ossigeno i microrganismi si dividono in cinque gruppi.

L'ultimo gruppo di parametri intrinseci riguarda la composizione dell'alimento. Contano i nutrienti disponibili — zuccheri semplici, aminoacidi, vitamine — che favoriscono chi è in grado di usarli: il lattosio del latte seleziona i microrganismi che lo fermentano. Contano poi i costituenti antimicrobici naturali, come il lisozima dell'albume, la lattoferrina e il sistema lattoperossidasi del latte, gli oli essenziali di spezie e aromi (l'eugenolo dei chiodi di garofano, l'allicina dell'aglio), e le strutture biologiche di protezione, come guscio, buccia e pelle: finché sono integre, l'interno di un uovo o di un frutto è in buona parte al riparo dai contaminanti.

Collegamento: i parametri intrinseci si cambiano solo modificando l'alimento. Quelli estrinseci dipendono invece da come e dove lo si conserva.

Temperatura e atmosfera di conservazione

La temperatura è il parametro estrinseco più importante. Ogni microrganismo ha una temperatura minima, ottimale e massima di crescita, e in base all'optimum si distinguono quattro gruppi.

Il gruppo decisivo per la catena del freddo è quello degli psicrotrofi: il frigorifero rallenta la loro crescita ma non la ferma. Listeria monocytogenes si moltiplica fino a circa 0 °C, e per questo è il patogeno di riferimento per gli alimenti pronti conservati a lungo in frigorifero. Attenzione al lessico caseario: le colture chiamate «termofile», come Streptococcus thermophilus, hanno l'optimum attorno a 40-45 °C, più alto di quello delle colture mesofile, ma inferiore a quello dei termofili della microbiologia generale.

L'atmosfera di conservazione agisce sul rapporto con l'ossigeno visto prima. Nel sottovuoto e in atmosfera modificata (miscele di CO₂, azoto e talvolta ossigeno) si sottrae ossigeno agli aerobi obbligati come Pseudomonas, e la CO₂ ha un'azione inibente diretta, più marcata sui Gram negativi aerobi. La microflora si sposta così verso i batteri lattici, che alterano il prodotto più lentamente. Ridurre l'ossigeno però non protegge dagli anaerobi: se mancano altri ostacoli, come freddo, acidità e sale, un ambiente senza ossigeno può favorire i clostridi.

Collegamento: tutti questi parametri decidono la velocità di crescita. Per misurarla bisogna descrivere come cresce una popolazione nel tempo: è la cinetica dello sviluppo.

Cinetica dello sviluppo

In un sistema chiuso, come un alimento o una provetta di terreno, una popolazione batterica segue una curva di crescita con quattro fasi. Si disegna con il logaritmo del numero di cellule sull'asse verticale, perché i numeri in gioco vanno da poche unità a miliardi per grammo.

Nella fase esponenziale ogni cellula si divide in due a intervalli regolari: il tempo di generazione g è il tempo in cui la popolazione raddoppia. Dopo n generazioni, a partire da N₀ cellule, se ne hanno N = N₀ × 2ⁿ, con n = t ÷ g. In forma logaritmica log N = log N₀ + n × log 2, e poiché log 2 ≈ 0,301 ogni generazione aggiunge circa 0,3 unità logaritmiche: dieci generazioni moltiplicano la popolazione per 1.024, cioè circa 3 log. Le cariche si esprimono in ufc/g (unità formanti colonia per grammo) o per millilitro, e le loro variazioni in log. Prova a cambiare le condizioni per un alimento contaminato con 100 ufc/g e lasciato per 4 ore:

Valori di esempio: tempo di generazione e durata della latenza reali dipendono da microrganismo, alimento e temperatura. Il calcolo assume un tempo di generazione costante e ignora la fase stazionaria.

Collegamento: la curva di crescita spiega come una piccola contaminazione diventa un problema. Le contaminazioni però non nascono nell'alimento: arrivano dall'ambiente di lavorazione, che va sorvegliato.

Monitoraggio microbiologico ambientale

Le fonti di contaminazione di un alimento sono il suolo, l'acqua, l'aria, gli animali, gli operatori (mani, cute, vie respiratorie) e soprattutto le superfici e le attrezzature con cui viene a contatto. Il monitoraggio microbiologico ambientale è il campionamento programmato di questi punti, per verificare che pulizia e sanificazione funzionino e scoprire in tempo i punti critici. Le superfici si campionano con tamponi o spugnette, analizzati poi in laboratorio, o con piastre a contatto appoggiate direttamente sulla superficie; l'aria con campionatori attivi, che aspirano un volume noto su un terreno, o in modo passivo, con piastre lasciate aperte a sedimentazione. Come test rapido si usa anche la bioluminescenza dell'ATP, che però misura i residui organici in generale, non solo i microrganismi.

Gli indicatori più usati sono la carica microbica totale, le Enterobacteriaceae e, negli stabilimenti che producono alimenti pronti, Listeria: il Regolamento (CE) n. 2073/2005 chiede a questi operatori di campionare aree di lavorazione e attrezzature per la ricerca di Listeria monocytogenes. Il nemico principale sono i biofilm, comunità di microrganismi adese a una superficie e immerse in una matrice di sostanze polimeriche prodotte da loro stessi: resistono ai disinfettanti molto più delle cellule libere e possono ospitare a lungo lo stesso ceppo in uno stabilimento.

Collegamento: il monitoraggio dell'ambiente è una metà del controllo. L'altra è valutare il prodotto, cioè stabilire che cosa si intende per qualità microbiologica di un alimento.

Qualità microbiologica degli alimenti

La qualità microbiologica di un alimento ha due facce: la sicurezza, cioè l'assenza di patogeni e tossine o la loro presenza sotto livelli accettabili, e la stabilità, cioè il contenimento dei microrganismi alterativi per tutta la shelf life. Negli alimenti fermentati se ne aggiunge una terza: la presenza, in numero adeguato, dei microrganismi utili che caratterizzano il prodotto. Una carica totale elevata non è quindi di per sé un difetto: in un formaggio a latte crudo o in un salame è normale e desiderata.

Per valutare l'igiene si usano spesso microrganismi indicatori, più facili da cercare dei patogeni: la carica mesofila aerobia, che dice quanti microrganismi coltivabili ci sono; le Enterobacteriaceae, legate all'igiene della lavorazione; Escherichia coli, indice di contaminazione di origine fecale. Nell'Unione europea i criteri microbiologici sono fissati dal Regolamento (CE) n. 2073/2005, più volte modificato, che distingue due tipi di criteri.

Ogni criterio è accompagnato da un piano di campionamento: n è il numero di unità analizzate, c il numero di unità che possono dare valori compresi tra i limiti m e M; nessuna unità può superare M.

Collegamento: negli alimenti fermentati la qualità dipende proprio dai microrganismi. È il momento di passare da quelli da contenere a quelli da favorire, partendo dalle fermentazioni.

Le fermentazioni alimentari

Una fermentazione alimentare è la trasformazione voluta di una materia prima per opera di microrganismi e dei loro enzimi. Il suo ruolo storico è la conservazione: acidi organici, etanolo, CO₂ e batteriocine prodotti dai microrganismi utili, insieme alla competizione per i nutrienti, rendono l'alimento ostile a patogeni e alterativi. La sua importanza oggi va oltre: le fermentazioni creano aromi e consistenze (l'acetaldeide dello yogurt, il diacetile del burro, la CO₂ che fa lievitare il pane), possono migliorare il valore nutrizionale (meno lattosio, vitamine del gruppo B, degradazione dei fitati) e moltiplicano i prodotti ottenibili da poche materie prime.

In base al prodotto principale si distinguono fermentazione lattica (latti fermentati, formaggi, salumi, vegetali, lievito madre), alcolica (vino, birra, pane), acetica (aceto), che in realtà è un'ossidazione aerobica, e propionica, responsabile degli occhi dell'Emmental. Molti prodotti nascono da fermentazioni miste, con più gruppi microbici in successione o in associazione, come il kefir o il lievito madre. Una fermentazione può essere spontanea, affidata alla microflora della materia prima, o guidata da colture aggiunte.

Collegamento: chi sono, concretamente, i microrganismi che fermentano? Il programma parte dai principali gruppi batterici coinvolti.

Batteri lattici e altri gruppi fermentativi

I batteri lattici sono il gruppo più importante. Sono Gram positivi, non sporigeni, catalasi-negativi, anaerobi aerotolleranti e acidotolleranti; hanno forma di cocchi o bacilli e producono acido lattico come prodotto principale del metabolismo degli zuccheri. Si dividono in omofermentanti, che dal glucosio producono quasi solo acido lattico (Lactococcus, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus delbrueckii, Pediococcus), ed eterofermentanti, che producono anche CO₂ ed etanolo o acido acetico (Leuconostoc, Weissella, Oenococcus e diversi ex lattobacilli). Dopo la riclassificazione del 2020 molti lattobacilli degli alimenti si trovano con i nuovi nomi di genere Lacticaseibacillus, Lactiplantibacillus, Latilactobacillus, Levilactobacillus.

Negli alimenti fermentati lavorano anche altri gruppi del dominio Bacteria (il programma usa il termine «regno»). I batteri acetici (Acetobacter, Gluconobacter, Komagataeibacter), Gram negativi aerobi, ossidano l'etanolo ad acido acetico. I batteri propionici (Propionibacterium freudenreichii) trasformano il lattato in acido propionico, acido acetico e CO₂ nei formaggi con occhiatura. Gli stafilococchi coagulasi-negativi (Staphylococcus xylosus, S. carnosus) e le Kocuria contribuiscono al colore e all'aroma dei salumi. I bifidobatteri, che tassonomicamente non sono batteri lattici ma producono acido lattico e acetico, sono tra i probiotici più usati. Sulla crosta dei formaggi a crosta lavata lavorano batteri corineformi come Brevibacterium linens. Lieviti e muffe, che sono eucarioti, completano il quadro nelle fermentazioni alcoliche e nella maturazione di formaggi e salumi.

Collegamento: sapere chi fermenta non basta. Per avere un prodotto costante bisogna decidere quali microrganismi far partire per primi: è il tema dei microrganismi virtuosi e degli starter.

Microrganismi virtuosi e starter

Il programma chiama microrganismi virtuosi quelli con un ruolo positivo: pro-tecnologici, perché conducono la fermentazione; protettivi, perché ostacolano patogeni e alterativi; probiotici, perché portano benefici alla salute. Per essere impiegati negli alimenti devono essere sicuri: in Europa l'EFSA valuta le specie con lo status QPS (presunzione qualificata di sicurezza), che richiede tra l'altro l'assenza di resistenze agli antibiotici trasferibili.

Uno starter è una coltura di uno o più microrganismi aggiunta alla materia prima per avviare e guidare la fermentazione. Gli starter naturali si ottengono dalla produzione stessa: il sieroinnesto, siero della lavorazione precedente lasciato acidificare, usato per esempio per Parmigiano Reggiano e Grana Padano; il lattoinnesto, latte crudo lasciato acidificare spontaneamente; il reinoculo con una parte dell'impasto precedente, come nel lievito madre. Contengono molti ceppi, quindi sono robusti e ricchi di aroma, ma poco standardizzati. Gli starter selezionati sono ceppi isolati, caratterizzati e prodotti industrialmente, spesso liofilizzati o congelati per l'inoculo diretto: garantiscono costanza, ma con pochi ceppi sono più vulnerabili ai batteriofagi, i virus dei batteri, che possono bloccare un'acidificazione. Si scelgono per velocità di acidificazione, resistenza ai fagi, produzione di aromi e attività proteolitica. Accanto agli starter si usano colture aggiuntive per la maturazione e colture protettive, che producono batteriocine come la nisina di Lactococcus lactis.

Collegamento: starter e colture protettive servono anche a tenere lontani i microrganismi dannosi. Il programma li affronta nell'unità 4, dedicata a patogeni e alterativi.

Patogeni e alterativi: il rischio

I microrganismi alterativi modificano l'alimento fino a renderlo inaccettabile — odori, sapori, viscosità, gas, colore — senza essere necessariamente pericolosi: Pseudomonas su carni e pesce refrigerati, lieviti e muffe su frutta, confetture e pane, batteri lattici nei prodotti sottovuoto, Clostridium tyrobutyricum nel gonfiore tardivo dei formaggi. I patogeni causano malattia, spesso senza alterare l'aspetto dell'alimento, ed è questo a renderli insidiosi. Le malattie trasmesse da alimenti si distinguono per meccanismo:

• Infezione: si ingerisce il microrganismo vivo, che si moltiplica nell'ospite (Salmonella, Campylobacter, Listeria).
• Intossicazione: si ingerisce una tossina già formata nell'alimento, e il microrganismo può anche essere morto (Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum, la forma emetica di Bacillus cereus).
• Tossinfezione: si ingeriscono cellule vive che producono la tossina nell'intestino (Clostridium perfringens, la forma diarroica di Bacillus cereus).

Il rischio legato a un patogeno dipende da più fattori insieme: la probabilità che sia presente; la sua capacità di moltiplicarsi o di produrre tossina in quell'alimento, cioè i parametri intrinseci ed estrinseci visti prima; la dose infettante, che per alcuni patogeni è di poche decine di cellule; il trattamento che l'alimento subisce prima del consumo; la vulnerabilità di chi lo mangia, con bambini piccoli, anziani, donne in gravidanza e immunodepressi più esposti.

Collegamento: il programma divide i patogeni in base alla parete. Non è solo una scelta tassonomica: ai due gruppi corrispondono comportamenti diversi, a partire dalla capacità di formare spore.

Patogeni Gram negativi

I Gram negativi di interesse alimentare non formano spore e sono in genere sensibili al calore: una cottura corretta li elimina, e i problemi nascono da cotture insufficienti, consumo di alimenti crudi e contaminazioni crociate. Molti appartengono alla famiglia delle Enterobacteriaceae, abitanti dell'intestino di uomo e animali.

Campylobacter e Salmonella sono gli agenti di zoonosi alimentari più notificati nell'Unione europea. Per Escherichia coli bisogna distinguere: la specie è per lo più innocua e si usa come indicatore di contaminazione fecale; sono i ceppi produttori di tossine Shiga (STEC, detti anche VTEC), come O157:H7, a causare colite emorragica e, soprattutto nei bambini, la sindrome emolitico-uremica.

Collegamento: i Gram positivi sono un gruppo più eterogeneo: ci sono patogeni che crescono al freddo, altri che agiscono con tossine resistenti al calore, altri ancora che formano spore.

Patogeni Gram positivi

Due dettagli fanno la differenza. Le enterotossine di S. aureus e la cereulide di B. cereus sono termostabili: riscaldare un alimento contaminato uccide i batteri ma non distrugge la tossina già formata. La tossina botulinica, al contrario, è termolabile e viene inattivata da un riscaldamento adeguato, mentre le spore resistono: il rischio nasce quando le spore sopravvivono in una conserva poco acida, senza ossigeno e non refrigerata. Ai lattanti sotto l'anno di età non si dà miele, perché le spore di C. botulinum possono germinare nel loro intestino. Per Listeria il Regolamento (CE) n. 2073/2005 fissa, per molti alimenti pronti, il limite di 100 ufc/g durante la shelf life, e l'assenza in 25 g per quelli destinati ai lattanti.

Ora prova a classificare i principali patogeni in base alla parete:

Collegamento: con i patogeni si chiude la parte sui rischi. Si passa ai prodotti fermentati, partendo dal più semplice: il latte trasformato dai batteri lattici.

Latti fermentati, yogurt e probiotici

Nei prodotti lattiero-caseari i protagonisti sono i batteri lattici, affiancati talvolta da lieviti, sotto forma di starter naturali o selezionati. Lo yogurt è definito da due specie: Streptococcus thermophilus e Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. Le due crescono meglio insieme che da sole, in protocooperazione: il lattobacillo, proteolitico, libera dalle caseine peptidi e aminoacidi utili allo streptococco; lo streptococco produce acido formico e CO₂, che stimolano il lattobacillo. Il latte, trattato termicamente e di solito arricchito in sostanza secca, viene inoculato e incubato attorno a 42-45 °C per alcune ore, finché il pH scende intorno a 4,5 e le caseine coagulano. L'aroma tipico si deve soprattutto all'acetaldeide. Lo standard del Codex Alimentarius per i latti fermentati prevede che i microrganismi della coltura siano vivi e almeno 10⁷ ufc/g fino alla data di scadenza.

Gli altri latti fermentati cambiano microrganismi e prodotti. Il kefir nasce dai granuli di kefir, un'associazione di batteri lattici, lieviti e batteri acetici, con una fermentazione lattico-alcolica che produce anche un po' di CO₂. Altri latti fermentati usano specie come Lactobacillus acidophilus, Lacticaseibacillus casei, Lacticaseibacillus rhamnosus e bifidobatteri.

I probiotici sono, secondo la definizione FAO/OMS, microrganismi vivi che, somministrati in quantità adeguate, conferiscono un beneficio alla salute dell'ospite. L'effetto dipende dal ceppo, che deve sopravvivere al transito gastrointestinale e avere effetti documentati; le linee guida del Ministero della Salute indicano come riferimento almeno 10⁹ cellule vive al giorno di almeno un ceppo. Un alimento fermentato non è automaticamente probiotico: lo diventa solo se contiene ceppi con effetti dimostrati, vivi e in numero sufficiente.

Collegamento: nello yogurt il coagulo acido si consuma subito; nel formaggio la cagliata viene separata dal siero e i microrganismi continuano a lavorare per settimane o anni.

I formaggi

Il formaggio si ottiene dalla coagulazione del latte — presamica, con caglio, o acida, per l'acidificazione dei batteri lattici — seguita da rottura della cagliata, eventuale cottura, spurgo del siero, formatura, salatura e, per molti formaggi, stagionatura. I microrganismi intervengono in tre momenti. I batteri lattici dello starter acidificano, favoriscono lo spurgo e ostacolano gli indesiderati. Durante la maturazione crescono i lattici non starter (NSLAB), soprattutto lattobacilli mesofili come Lacticaseibacillus paracasei, provenienti dal latte o dall'ambiente. Infine agisce una microflora secondaria specifica: Penicillium roqueforti negli erborinati come il Gorgonzola, Penicillium camemberti nei formaggi a crosta fiorita, i batteri propionici nell'Emmental, batteri corineformi e lieviti nei formaggi a crosta lavata come il Taleggio. Gli enzimi del caglio, del latte e dei microrganismi demoliscono proteine (proteolisi), grassi (lipolisi) e lattosio residuo: è così che si forma l'aroma.

I difetti tipici sono microbici: il gonfiore precoce, dovuto a coliformi e lieviti che producono gas nei primi giorni, e il gonfiore tardivo, dovuto a Clostridium tyrobutyricum, che durante la stagionatura fermenta il lattato in acido butirrico, CO₂ e idrogeno. Si previene con la qualità del latte, la bactofugazione e, dove il disciplinare lo consente, il lisozima.

Collegamento: batteri lattici e stafilococchi coagulasi-negativi hanno un ruolo simile anche nella carne, nei salumi fermentati.

Salumi fermentati

Il salame nasce da carne macinata e grasso con sale, nitriti e/o nitrati, zuccheri e spezie, insaccati e lasciati fermentare e stagionare. Nella prima fase, la stufatura, a temperatura moderata e umidità elevata, i batteri lattici — soprattutto Latilactobacillus sakei, Latilactobacillus curvatus, Lactiplantibacillus plantarum e pediococchi — fermentano gli zuccheri e abbassano il pH: l'acidità ostacola patogeni e alterativi e fa coagulare le proteine, dando al salame la sua compattezza al taglio. Gli stafilococchi coagulasi-negativi e le Kocuria riducono i nitrati a nitriti, da cui si forma la nitrosomioglobina responsabile del colore rosso stabile, limitano l'irrancidimento grazie alla catalasi e contribuiscono all'aroma con proteolisi e lipolisi. Sulla superficie di molti salami crescono muffe, per esempio Penicillium nalgiovense, che regolano la disidratazione e proteggono dall'ossigeno.

Con la stagionatura l'a_w scende. Acidità, sale, nitriti, bassa a_w e microflora competitiva sono ostacoli che da soli non basterebbero, ma insieme rendono il prodotto stabile: è la tecnologia degli ostacoli (hurdle technology), l'esempio più chiaro di come i parametri intrinseci ed estrinseci si combinano. Lo stesso schema vale per gli altri prodotti fermentati a base di carne, come salsicce stagionate e soppressate.

Collegamento: anche i vegetali fermentano grazie ai batteri lattici, spesso senza alcuna coltura aggiunta.

Vegetali fermentati: crauti e olive

I crauti sono il modello della fermentazione lattica spontanea con successione microbica. Il cavolo tagliato viene salato, con circa il 2-3% di sale, che richiama i succhi dalle foglie e seleziona i batteri lattici naturalmente presenti. Parte per primo Leuconostoc mesenteroides, eterofermentante, che produce acidi e CO₂ e abbassa rapidamente pH e potenziale redox; lo seguono specie più acidotolleranti come Levilactobacillus brevis e Lactiplantibacillus plantarum, che portano il pH sotto 4. Il kimchi coreano e molti ortaggi fermentati seguono principi simili.

Le olive da tavola devono prima perdere l'amaro dell'oleuropeina. Nel metodo sivigliano, per le olive verdi, un trattamento con soda idrolizza l'oleuropeina; dopo i lavaggi le olive vanno in salamoia, dove fermentano soprattutto per Lactiplantibacillus plantarum. Nel metodo naturale, o greco, le olive vanno direttamente in salamoia: la deamarizzazione è lenta e la fermentazione è condotta da lieviti e batteri lattici. Le olive nere di tipo californiano, ossidate con soda e aria, non sono fermentate ma sterilizzate.

Collegamento: nei vegetali fermentati i lieviti sono comprimari. Nei lievitati da forno diventano protagonisti, insieme ai batteri lattici del lievito madre.

Lievitati da forno: lievito di birra e lievito madre

Nella lievitazione i microrganismi fermentano gli zuccheri dell'impasto e producono CO₂, che resta intrappolata nella maglia glutinica e fa crescere il volume; l'etanolo evapora in cottura. Il substrato di fermentazione è povero di zuccheri liberi: la farina ne contiene pochi, e la gran parte viene dall'amido, che le amilasi della farina degradano a maltosio, soprattutto a partire dai granuli danneggiati dalla macinazione.

Il lievito di birra, fresco compresso o secco, è una coltura selezionata di Saccharomyces cerevisiae. Il lievito madre (o madre acida) è una coltura mista di batteri lattici, spesso eterofermentanti come Fructilactobacillus sanfranciscensis, e di lieviti come S. cerevisiae e Kazachstania humilis, mantenuta con rinfreschi periodici: a una parte della madre si aggiungono farina e acqua. I lieviti producono gran parte della CO₂; i batteri lattici producono acido lattico e acetico, aromi e un po' di CO₂.

Collegamento: lo stesso Saccharomyces che fa lievitare il pane è il protagonista della birra, dove però l'obiettivo è l'alcol e non la CO₂.

La birra: ale e lager

La birra si fa da cereali, soprattutto orzo, che contengono amido ma non zuccheri fermentescibili. Il maltaggio (germinazione controllata ed essiccamento) attiva gli enzimi del chicco; nell'ammostamento il malto macinato in acqua calda trasforma l'amido in zuccheri, soprattutto maltosio; il mosto filtrato viene bollito con il luppolo, che dà amaro e aroma e ha attività antimicrobica soprattutto verso i Gram positivi. Il mosto raffreddato viene inoculato con il lievito.

Il programma distingue due fermentazioni. La fermentazione ale, o alta fermentazione, usa Saccharomyces cerevisiae a temperature relativamente alte, indicativamente 15-24 °C: è rapida, produce molti esteri fruttati e a fine fermentazione il lievito tende a salire in superficie. La fermentazione lager, o bassa fermentazione, usa Saccharomyces pastorianus, un ibrido tra S. cerevisiae e S. eubayanus adattato al freddo, a temperature più basse, indicativamente 7-13 °C: è più lenta, il lievito sedimenta sul fondo e la birra matura poi a lungo a temperature vicine a 0 °C, con un profilo più pulito. Esistono anche birre a fermentazione spontanea, come i lambic belgi, con lieviti, Brettanomyces e batteri lattici. Alcol, CO₂, pH basso e luppolo rendono la birra un ambiente difficile: gli alterativi sono pochi, soprattutto alcuni batteri lattici resistenti al luppolo.

Collegamento: birra e vino condividono il lievito e la fermentazione alcolica, ma nel vino la materia prima porta già gli zuccheri, e con l'uva arriva in cantina una microflora molto più varia.

Il vino

Il mosto d'uva contiene zuccheri fermentescibili, glucosio e fruttosio, e ha un pH acido, circa 3-4: è un ambiente selettivo. I lieviti enologici sono i protagonisti. In una fermentazione spontanea partono i lieviti non-Saccharomyces presenti sull'uva, come Hanseniaspora e Metschnikowia, che contribuiscono all'aroma ma tollerano poco l'etanolo; poi prende il sopravvento Saccharomyces cerevisiae, che porta la fermentazione a termine. Oggi si usano molto i lieviti selezionati secchi attivi, e l'anidride solforosa aggiunta al mosto contiene i microrganismi indesiderati.

La vinificazione in bianco fermenta il mosto senza le bucce, a temperature controllate relativamente basse, per preservare gli aromi; la vinificazione in rosso lo fermenta a contatto con bucce e vinacce (macerazione), a temperature più alte, per estrarre colore e tannini. Dopo la fermentazione alcolica, soprattutto nei rossi, avviene spesso la fermentazione malolattica, condotta dai batteri lattici, in particolare Oenococcus oeni: l'acido malico si trasforma in acido lattico e CO₂, e il vino diventa meno acido, più morbido e più stabile. Tra le muffe, Botrytis cinerea può causare il marciume grigio dell'uva oppure, in condizioni climatiche particolari, la «muffa nobile», che concentra gli zuccheri degli acini per alcuni vini dolci.

I vini speciali usano i microrganismi in modo particolare: negli spumanti una seconda fermentazione, in bottiglia (metodo classico) o in autoclave (metodo Martinotti-Charmat), produce la CO₂; nei vini tipo sherry un velo di lieviti, il flor, cresce sulla superficie durante l'affinamento. Tra gli alterativi del vino ci sono Brettanomyces, che produce fenoli volatili dall'odore sgradevole, e i batteri acetici, responsabili dello spunto acetico quando il vino resta a contatto con l'aria.

Collegamento: lo spunto acetico è un difetto del vino, ma la stessa trasformazione, condotta in modo controllato, produce l'aceto.

Aceto di vino e aceto balsamico

L'aceto nasce da due trasformazioni in sequenza: prima la fermentazione alcolica dei lieviti, poi l'ossidazione acetica, in cui i batteri acetici (Acetobacter, Komagataeibacter) trasformano l'etanolo in acido acetico usando l'ossigeno: etanolo + O₂ → acido acetico + H₂O. Nell'aceto di vino il substrato è il vino. Nel metodo tradizionale, a superficie o di Orléans, i batteri formano un velo sul liquido fermo in botti parzialmente piene; nel metodo industriale a coltura sommersa il vino sta in fermentatori con forte aerazione e il processo è molto più rapido. Il velo gelatinoso che a volte si forma nell'aceto, la «madre», è cellulosa prodotta da specie come Komagataeibacter xylinus.

L'aceto balsamico ha due forme principali. L'Aceto Balsamico Tradizionale di Modena DOP, come l'analogo di Reggio Emilia, si ottiene da mosto d'uva cotto, in cui lieviti osmotolleranti come Zygosaccharomyces e batteri acetici lavorano contemporaneamente, e matura per almeno 12 anni in una serie di botticelle di legno di dimensioni decrescenti. L'Aceto Balsamico di Modena IGP si ottiene da mosto d'uva cotto e/o concentrato con aceto di vino, e affina in recipienti di legno per almeno 60 giorni.

Collegamento: con l'aceto si chiude la rassegna dei prodotti fermentati. Resta da vedere come si studiano in laboratorio i microrganismi di cui si è parlato finora.

Laboratorio: terreni, colture pure e conta

Nel codice da 8 CFU queste tecniche formano l'unità 8, Laboratorio di microbiologia degli alimenti, con esercitazioni dedicate; nel codice da 6 CFU la scheda le indica tra i temi approfonditi nelle lezioni sincrone. I terreni di coltura forniscono i nutrienti ai microrganismi e possono essere liquidi (brodi) o solidi, con l'aggiunta di agar. Si dividono in generici, come il Plate Count Agar per la carica mesofila totale; selettivi, che con inibitori o condizioni particolari favoriscono un gruppo, come l'MRS per i batteri lattici; differenziali, che distinguono le colonie per una reazione visibile, come il Baird-Parker, su cui S. aureus forma colonie nere con alone. Si preparano sciogliendo i componenti, correggendo il pH e sterilizzando.

La sterilizzazione di terreni e materiali si fa di solito in autoclave, con vapore saturo sotto pressione a 121 °C per 15-20 minuti; la vetreria asciutta si può sterilizzare in stufa a calore secco, con temperature più alte e tempi più lunghi; le soluzioni che non sopportano il calore si filtrano su membrane da 0,22 µm.

Una coltura pura contiene un solo tipo di microrganismo, discendente da una singola cellula. Si ottiene isolando colonie separate: per strisciamento, distribuendo il campione con un'ansa sulla superficie di una piastra in settori successivi, o per inclusione, mescolando il campione diluito al terreno fuso e raffreddato attorno a 45 °C prima che solidifichi. Quando il microrganismo cercato è poco numeroso rispetto agli altri si usano colture di arricchimento, brodi che lo favoriscono prima dell'isolamento: è lo schema della ricerca di Salmonella, con pre-arricchimento, arricchimento selettivo e semina su terreni selettivi.

La conta in piastra misura i microrganismi vivi e coltivabili: il campione si omogeneizza, si preparano diluizioni decimali, si seminano e si contano le colonie delle piastre con un numero leggibile di colonie. Per esempio, 150 colonie ottenute seminando 1 ml della diluizione 10⁻³ corrispondono a 150 × 10³ = 1,5 × 10⁵ ufc/g. La stessa tecnica, su terreni diversi, serve a stimare la carica pro-tecnologica di un alimento, come i batteri lattici di un formaggio su MRS, o una contaminazione da patogeni. La conta diretta al microscopio, in camere di conta di volume noto, è rapida ma conta anche le cellule morte. Il microscopio ottico arriva a circa 1000 ingrandimenti con l'obiettivo a immersione e a una risoluzione di circa 0,2 µm, sufficiente per vedere forma e colorazione di Gram; il microscopio elettronico, a scansione per le superfici e a trasmissione per le strutture interne, arriva a risoluzioni dell'ordine del nanometro. I metodi di conta indiretta stimano la carica da una grandezza collegata: la torbidità di una sospensione, l'attività metabolica, le variazioni di impedenza del terreno.

Collegamento: la coltura trova solo ciò che cresce sui terreni scelti. I metodi molecolari aggirano il problema leggendo direttamente il DNA.

Metodi molecolari: dalla PCR al metabarcoding

La PCR (reazione a catena della polimerasi) copia in provetta un tratto specifico di DNA. Ogni ciclo ha tre fasi: denaturazione a circa 94-95 °C, in cui la doppia elica si separa; appaiamento dei primer, brevi sequenze che delimitano il tratto da copiare, a una temperatura che dipende dai primer, spesso tra 50 e 65 °C; estensione a 72 °C, in cui una DNA polimerasi termostabile, come la Taq, sintetizza i nuovi filamenti. Ogni ciclo in teoria raddoppia le copie: dopo 30 cicli, da una molecola se ne ottengono circa un miliardo (2³⁰). Con primer specifici per un gene di Salmonella o di Listeria si verifica se il patogeno è presente in ore anziché in giorni.

Il prodotto si controlla con l'elettroforesi su gel di agarosio: il DNA, carico negativamente, migra verso il polo positivo, e i frammenti più corti corrono più veloci. Confrontandoli con un marcatore di lunghezza nota e colorandoli con un colorante fluorescente che si lega al DNA, si vede se c'è una banda della lunghezza attesa. La Real Time PCR (qPCR) misura invece la fluorescenza durante i cicli: il ciclo soglia (Ct), in cui il segnale supera il fondo, è tanto più basso quanto più DNA bersaglio c'era all'inizio, e con una curva standard permette di quantificare la carica. Il limite di tutte le PCR è che amplificano anche il DNA di cellule morte, a meno di trattamenti specifici del campione.

Il programma del codice da 6 CFU cita anche la caratterizzazione di intere comunità microbiche. Nel metabarcoding del 16S si amplifica una regione variabile del gene 16S rRNA da tutto il DNA estratto da un alimento e la si sequenzia: si ottiene l'elenco dei gruppi batterici presenti, in genere a livello di genere, compresi quelli non coltivabili. Le piattaforme PacBio leggono frammenti lunghi e possono sequenziare il gene 16S per intero, con una risoluzione migliore, fino alla specie. La metagenomica shotgun sequenzia tutto il DNA, non un solo gene: identifica specie e ceppi e rivela anche i geni presenti, per esempio quelli di virulenza o di resistenza agli antibiotici.

Collegamento: conoscere e contare i microrganismi serve a uno scopo pratico: decidere come controllarli e per quanto tempo un alimento resta sicuro.

Controllo dei microrganismi e shelf life

Tra le lezioni sincrone del codice da 6 CFU la scheda elenca le tecniche convenzionali e innovative per il controllo dei microrganismi. Per i trattamenti che uccidono, la cinetica di morte si descrive con il valore D, il tempo che a una data temperatura riduce la popolazione del 90% (un ciclo logaritmico), e il valore z, l'aumento di temperatura che riduce D di dieci volte. Con D = 2 minuti, per esempio, 10 minuti di trattamento danno una riduzione di 5 log.

La shelf life è il periodo in cui l'alimento, conservato come indicato, resta sicuro e mantiene le sue caratteristiche. Per stimarla si usano la microbiologia predittiva, cioè modelli matematici di crescita costruiti sulla cinetica vista prima, e i challenge test, in cui l'alimento viene contaminato di proposito con un patogeno, per esempio L. monocytogenes, e se ne segue il comportamento durante la conservazione. Il controllo dei patogeni, come nei salumi, si basa sulla combinazione di più ostacoli, non su uno solo.

Collegamento: il controllo riduce i microrganismi indesiderati. Le ultime lezioni sincrone guardano invece al lato positivo: cosa portano alla salute gli alimenti fermentati e come applicare le fermentazioni a nuove materie prime.

Fermentati, salute e nuove matrici vegetali

Il legame tra alimenti fermentati e salute passa per tre vie. La prima sono i microrganismi vivi, quando ci sono: molti fermentati li perdono prima del consumo, perché cotti (il pane), pastorizzati o filtrati. La seconda sono le sostanze prodotte durante la fermentazione: peptidi bioattivi liberati dalle proteine del latte, vitamine del gruppo B e vitamina K2, riduzione del lattosio e di fattori antinutrizionali come i fitati, che legano minerali come ferro e zinco. La terza è la sicurezza stessa del prodotto acidificato. Esistono però anche rischi: alcuni batteri decarbossilano gli aminoacidi e producono ammine biogene come istamina e tiramina, che possono accumularsi in formaggi stagionati, vini e pesce fermentato.

Le fermentazioni servono anche a valorizzare matrici vegetali alternative. Nei legumi i batteri lattici riducono gli oligosaccaridi responsabili del meteorismo, come raffinosio e stachiosio, e i fattori antinutrizionali, migliorano la digeribilità delle proteine e l'aroma, e sono la base di alternative vegetali a yogurt e formaggi. Nei cereali non convenzionali, come sorgo e miglio, e negli pseudocereali — quinoa, amaranto, grano saraceno, naturalmente privi di glutine — la fermentazione con lievito madre migliora struttura, aroma e conservabilità dei prodotti da forno senza glutine.

Collegamento: i tipi di fermentazione sono comparsi lungo tutta la sezione, prodotto per prodotto. Conviene rimetterli in fila.

Sintesi: le fermentazioni a confronto

Dallo yogurt all'aceto, le trasformazioni studiate si riconducono a pochi meccanismi, che cambiano per microrganismi coinvolti, reazione, rapporto con l'ossigeno e prodotti in cui si trovano. Scegli una dimensione per confrontarle.

Collegamento: con il confronto tra le fermentazioni si chiude il percorso. Le sezioni che seguono riguardano come organizzare lo studio.

Metodo di studio consigliato

Alcuni criteri utili per organizzare lo studio, in base alla struttura del programma:

• Parti dai parametri di crescita, non dai singoli alimenti. pH, attività dell'acqua, ossigeno e temperatura spiegano sia perché uno yogurt è sicuro sia perché Listeria preoccupa in frigorifero. Nel piano dell'A.A. 2026/2027 l'unità di fisiologia vale 1,2 CFU, quanto quella sui patogeni: è la base di tutto il resto.
• Costruisci una scheda fissa per ogni patogeno: Gram, forma, rapporto con l'ossigeno, temperature di crescita, spore sì o no, tossina e sua resistenza al calore, alimenti tipici, tipo di malattia. Compilata per tutti, diventa una tabella di confronto che si ripassa in pochi minuti.
• Usa la stessa griglia per ogni prodotto fermentato: materia prima e substrato, microrganismi (starter o spontanei), tipo di fermentazione e prodotti, difetti e rischi. Latte, carne, vegetali, pane, birra, vino e aceto diventano variazioni dello stesso schema.
• Impara i nomi scientifici nella forma corretta, genere con la maiuscola e specie con la minuscola, e tieni accanto i nomi precedenti alla riclassificazione del 2020 dei lattobacilli: i testi consigliati usano spesso quelli vecchi.
• Ragiona in logaritmi. Cariche in ufc/g, riduzioni decimali, valore D e curva di crescita si leggono in scala logaritmica: se non ti sono familiari, ripassa potenze e logaritmi prima dell'unità 2.
• Per ogni metodo di laboratorio chiediti che cosa misura: cellule vive o anche morte, solo coltivabili o tutte, presenza o quantità. È il modo più rapido per non confondere conta in piastra, conta al microscopio, PCR e Real Time PCR.

Come funziona l'esame

Il formato degli esami San Raffaele è spiegato nella guida dedicata, aggiornata quando le modalità cambiano. Prima di ogni appello controlla anche il programma ufficiale dell'insegnamento.

Quanto tempo serve

Con il codice da 6 CFU e 33 videolezioni conviene mettere in conto 4-5 settimane: circa una settimana e mezza per la cellula batterica e i parametri di crescita, una per qualità microbiologica, gruppi fermentativi e patogeni, una e mezza per i prodotti fermentati, con qualche giorno finale per laboratorio, tecniche di controllo e ripasso delle tabelle di confronto. Con il codice da 8 CFU e 40 videolezioni aggiungi circa una settimana per l'unità di laboratorio e la storia della microbiologia: 5-6 settimane in tutto.

Il tempo dipende soprattutto dalle basi. Chi ha fresche biologia e chimica del primo anno affronta rapidamente le prime due unità; chi le ha lasciate indietro farà bene a ripassare cellula, membrane, pH e acidi organici prima di iniziare.

Questa materia ti prepara a…

La scheda ufficiale del codice da 8 CFU indica questo corso come base per insegnamenti più avanzati come Scienze e tecnologie degli alimenti e Igiene degli alimenti: nel piano di studi L26 sono Scienze e tecnologie degli alimenti, nello stesso secondo anno, e Igiene, sicurezza alimentare e controllo qualità, al terzo. Le guide collegate:

• Biologia L26 San Raffaele — la cellula, le membrane e il DNA del primo anno, da cui parte la prima unità
• Fondamenti di matematica e statistica L26 San Raffaele — potenze, esponenziali e logaritmi: gli strumenti per leggere la curva di crescita e le riduzioni decimali
• Scienze e tecnologie degli alimenti L26 San Raffaele — i processi di trasformazione e conservazione in cui si applicano parametri di crescita e tecniche di controllo
• Igiene, sicurezza alimentare e controllo qualità L26 San Raffaele — il passo successivo su patogeni, criteri microbiologici e controllo della qualità
• Gruppi studio L26 Scienze dell'Alimentazione e Gastronomia San Raffaele — la pagina di riferimento del corso, con il gruppo WhatsApp e una panoramica del piano di studi
• Gruppi studio LM61 Scienze della Nutrizione Umana San Raffaele — per chi pensa alla magistrale, dove la microbiologia riprende con esami dedicati a microrganismi, nutrizione e fermentazioni

Domande frequenti

Quanti CFU vale Microbiologia degli alimenti L26 San Raffaele?

Dipende dal piano di studi: 6 CFU nel piano dell'A.A. 2026/2027 (cod. 0262506AGR16) e 8 CFU nel piano dell'A.A. 2024/2025 (cod. 0262308AGR16), entrambi con SSD AGR/16. È una materia del 2° anno. Il codice non si sceglie: dipende dal piano a cui sei iscritto. La versione da 8 CFU aggiunge un'unità didattica di laboratorio.

Cosa si studia in Microbiologia degli alimenti?

Il programma parte dalla cellula batterica (struttura, parete, colorazione di Gram, endospora) e dai fattori che regolano la crescita microbica: pH, attività dell'acqua, potenziale redox, ossigeno, temperatura, atmosfera di conservazione e cinetica di sviluppo. Poi passa ai microrganismi utili (batteri lattici, lieviti, starter, probiotici), ai patogeni e alterativi Gram positivi e Gram negativi e alle fermentazioni di vino, birra, lievitati da forno, latti fermentati, formaggi, salumi, aceto, crauti e olive.

Ci sono prerequisiti o propedeuticità per Microbiologia degli alimenti?

Le schede ufficiali dei due codici non indicano prerequisiti né propedeuticità. Aiuta però avere fresche alcune basi del primo anno: la cellula, le membrane e il DNA di Biologia, pH, acidi e zuccheri dalla chimica, potenze e logaritmi per leggere le cariche microbiche.

È lo stesso esame di Microbiologia e Virologia o della microbiologia di LM61?

No. Microbiologia e Virologia è un esame del corso L13 Scienze Biologiche San Raffaele (6 CFU, SSD BIO/19). Nella magistrale LM61 Scienze della Nutrizione Umana ci sono Microbiologia e microbiologia clinica per la nutrizione e la nutraceutica (8 CFU, MED/07, indirizzo Nutraceutica) e Nutrizione e microrganismi: infezioni e fermentazioni. Microbiologia degli alimenti è l'esame di L26, con SSD AGR/16 e un programma centrato su alimenti fermentati, patogeni e alterazioni.

Come funziona l'esame di Microbiologia degli alimenti?

Il formato degli esami San Raffaele è spiegato nella guida dedicata agli esami Pegaso, Mercatorum e San Raffaele, che viene aggiornata quando le modalità cambiano. Controlla sempre anche il programma ufficiale dell'insegnamento prima dell'appello.

Quali libri sono consigliati per Microbiologia degli alimenti?

La base è il materiale fornito nel corso: videolezioni, slide ed esercitazioni. Per integrarlo la scheda del codice da 6 CFU indica Microbiologia dei prodotti alimentari di Farris, Gobbetti, Neviani e Vincenzini (Casa Editrice Ambrosiana), Brock. Biologia dei microrganismi di Madigan e Martinko (Pearson) e La microbiologia applicata alle industrie alimentari di Cocolin e Comi (Aracne). La scheda del codice da 8 CFU indica Microbiologia alimentare applicata di Cocolin, Gobbetti e Neviani (Casa Editrice Ambrosiana, 2022) e lo stesso Brock.

Qual è la differenza tra batteri Gram positivi e Gram negativi?

Sta nella parete cellulare. I Gram positivi hanno uno strato spesso di peptidoglicano, con acidi teicoici, che trattiene il cristalvioletto: al microscopio appaiono viola. I Gram negativi hanno uno strato sottile di peptidoglicano e, sopra, una membrana esterna con lipopolisaccaride; l'alcol li decolora e la safranina li colora di rosso. Tra i patogeni alimentari sono Gram positivi Listeria, Staphylococcus aureus, Clostridium e Bacillus cereus; sono Gram negativi Salmonella, Escherichia coli e Campylobacter.