Le contaminazioni post pastorizzazione (PPC) e il loro impatto nell’industria lattiero-casearia

La ricontaminazione batterica del latte pastorizzato è un potenziale pericolo, in particolare se il latte viene ampiamente manipolato ed esposto all’ambiente dopo la pastorizzazione (ad esempio, raffreddamento, imbottigliamento e caseificazione; Koehler e Tonney, 1911). Questa ricontaminazione, comunemente indicata come contaminazione post-pastorizzazione (PPC), porta spesso al deterioramento sensoriale e alla riduzione della durata di conservazione del latte o del prodotto finito (Thomas e Druce, 1969; Hayes et al., 2002; Martin et al., 2018). Si stima che le contaminazioni post pastorizzazione sono responsabili della perdita di circa il 15% dei prodotti lattiero caseari nel mondo industrializzato (Gustavsson et al., 2011).

I difetti maggiormente associati a queste contaminazioni sono:

• Acidità, astringenza
• Sentore di cerotto
• Amaro
• Coagulazione
• Sentori animali
• Sentori fruttati
• Perdita di freschezza
• Deterioramento dei grassi (rancidità)
• Colorazioni anomale/pigmentazione

Le cause di PPC possono essere attribuite a due cause fattori:

• Contaminazioni da parte di microrganismi meno sensibili al trattamento termico in grado di sopravvivere anche quando sottoposti ad alte temperature
• Contaminazioni da parte di batteri psicrotolleranti provenienti da scarsa igiene delle apparecchiature, biofilm, aerosol e/o scorretta manipolazione da parte del personale (Sunga et al., 1970; Schröder, 1984; Eneroth et al., 2000b).

Batteri resistenti ai trattamenti termici

I trattamenti termici (pastorizzazione e sterilizzazione) sono i sistemi maggiormente adottati nell’industria lattiero-casearia e alimentare in genere per ridurre/abbattere la carica microbica.

Tuttavia, non tutti i microrganismi sono sensibili allo stesso modo a tali trattamenti, ma esistono microrganismi in grado di sopravvivere anche quando sottoposti ad alte temperature.

Alcuni batteri resistenti al calore o termodurici (ad es. Micrococcus) sono in grado di sopravvivere alle condizioni di pastorizzazione (ad es. 72°C/15s) in forma vegetativa (Gleeson et al., 2013). Inoltre, i batteri sporigeni possono sopravvivere alla pastorizzazione sotto forma di spore e sono stati identificati diversi sporigeni aerobici in grado di crescere in condizioni di refrigerazione nel latte pastorizzato (Ivy et al., 2012).

Appartengono a questo gruppo di microrganismi quali Micrococcacee, Streptococchi, Lactobacilli, Bacillace e talvolta gram-negativi.

Oltre a poter sopravvivere nel latte, tali microrganismi possono persistere sulla superficie degli impianti formando un biofilm e rappresentare un ulteriore rischio di contaminazione post-pastorizzazione (Arizcun et al., 1998; Roberts e Wiedmann, 2003; Wong, 1998).

Per esempio, Streptococcus thermophilus può sopravvivere al trattamento termico necessario per pastorizzare il latte, e successivamente può colonizzare le superfici in acciaio inox a valle del pastorizzatore formando un biofilm. È stato dimostrato inoltre che le cellule di S. thermophilus, dopo aver colonizzato le superfici e prodotto biofilm, sono più resistenti ai disinfettanti e al calore rispetto al loro stato di cellule planctoniche (Flint et al., 1999, Flint et al., 2002).

Questi microrganismi possono crescere e sopravvivere anche alle temperature di refrigerazione. Solitamente i gram-negativi introdotti da una PPC causano un deterioramento rapido raggiungendo livelli superiori a 20.000 ufc/mL in pochi giorni, prima che si verifichi la crescita successiva di sporigeni psicrotolleranti. Al contrario, in assenza di PPC da parte di microrganismi gram-negativi, i psicrotolleranti, gli sporigeni aerobi psicrotolleranti presenti nel latte crudo raggiungono tipicamente livelli in grado di generare un deterioramento dopo 14 giorni a 6°C (Ranieri e Boor, 2009). Potremmo aspettarci che gran parte delle PPC sia causata da questi batteri aerobici sporigeni che hanno origine nel latte crudo e sopravvivono alla pastorizzazione, eppure quasi il 50% del latte pastorizzato mostra segni di contaminazione da parte di batteri gram-negativi termolabili ma psicrotolleranti, provenienti dall’impianto di lavorazione e in grado di ricontaminare il latte dopo la pastorizzazione.

Microrganismi psicrofili e il loro impatto nelle PPC

I classici parametri di pastorizzazione (un minimo di 72°C per 15 s) forniscono una notevole riduzione dei batteri gram-negativi psicrotolleranti (Champagne et al., 1994), e una riduzione di almeno 6 log in alcune specie di Pseudomonas (Villamiel e de Jong, 2000). Pertanto, la presenza di Pseudomonas e altri batteri gram-negativi nel latte pastorizzato è tipicamente un’indicazione che si è verificato un evento di contaminazione dopo la lavorazione.

I fallimenti della pastorizzazione e la presenza di alti livelli di batteri gram-negativi (con conseguente sopravvivenza alla pastorizzazione di alcune cellule batteriche) nel latte crudo possono anch’essi essere responsabili della presenza di batteri gram-negativi nei prodotti finiti.

Sono quattro i gruppi primari di batteri psicrotolleranti importanti nella PPC del latte:

• Pseudomonas: è di gran lunga l’organismo maggiormente riportato come responsabile nelle PPC del latte. Diversi fattori contribuiscono al successo di Pseudomonas come agente di PPC, il primo è la sua capacità di crescere rapidamente a basse temperature (Ternström et al., 1993). Inoltre, è noto che gli Pseudomonas sono particolarmente abili nel competere con altri microrganismi deterioranti, in parte grazie alla capacità di molti ceppi di produrre agenti antibatterici e antimicotici e siderofori (Gram et al., 2002), che vengono escreti nel mezzo di crescita dove si legano e solubilizzare il ferro.
  Pseudomonas fluorescens è stato descritta come la specie predominante (Law, 1979; Dogan e Boor, 2003; Brown e Luke, 2010) e più importante di Pseudomonas trovata nel latte pastorizzato. Altre specie che sono state rilevate nel latte includono Pseudomonas fragi, Pseudomonas lundensis e Pseudomonas putida (Ternström et al., 1993; Eneroth et al., 2000b; Brown e Luke, 2010).
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• Coliformi: sono un gruppo di bastoncelli aerobi e anaerobi facoltativi, gram-negativi, non sporigeni che sono in grado di fermentare il lattosio per produrre gas e acido entro 48 ore a 32-35°C (Davidson et al., 2004). La maggior parte dei coliformi appartiene alla famiglia delle Enterobacteriaceae.
• Batteri gram-negativi non coliformi: tra i batteri gram-negativi non coliformi legati al deterioramento del latte post pastorizzazione si conoscono soprattutto Aeromonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Acinetobacter (Sørhaug e Stepaniak, 1997). Come Pseudomonas e i coliformi, questo gruppo di batteri ha dimostrato di includere diverse specie e ceppi che possono crescere a basse temperature e produrre una varietà di enzimi termostabili che portano a difetti organolettici e coagulazioni anomale del latte (Michener e Elliott, 1964).
• Batteri sporigeni gram-positivi: i batteri gram-positivi, compresi gli sporigeni aerobi gram-positivi, sono anch’essi in grado di contaminare il latte dopo la pastorizzazione; tuttavia, diversi batteri gram-positivi sopravvivono anche alla pastorizzazione, sia in forma vegetativa (ad es. Micrococcus; Gleeson et al., 2013) che di spore (ad es. Paenibacillus; Postollec et al., 2012), rendendo più complicato determinare se questi tipi di organismi, quando trovati nei prodotti finiti, sono originati da latte crudo o da PPC.

Le PPC del latte da parte di batteri deterioranti psicrotolleranti gioca un ruolo significativo nel limitare la qualità e la durata di conservazione del latte pastorizzato. Infatti, si raccomanda già da tempo di prestare una particolare attenzione al funzionamento del pastorizzatore in considerazione del fatto che, se non viene gestito correttamente, può diventare una fonte casuale di infezione” (Smith, 1920).

Il ruolo del pastorizzatore nell’insorgenza della PPC

Nell’industria lattiero-casearia si è soliti utilizzate gli scambiatori di calore a piastre per pastorizzare il latte e altri prodotti (Shah et al., 1988). Tuttavia, quando il latte scorre attraverso le piastre, le proteine del latte si denaturano a causa del riscaldamento del latte e si attaccano alla superficie dell’apparecchiatura (Rosmaninho e Melo, 2006). La composizione del deposito sulle piastre è data da fosforo, calcio e proteine. La composizione di tale deposito varia in base alle varie sezioni dello scambiatore: nelle zone dove la temperatura è mantenuta costantemente > 70°C il deposito di proteine risulta essere il principale, circa 133 mg/piastra.

Uno dei motivi della scarsa efficacia della pastorizzazione è dovuto alla presenza di biofilm e biofouling negli impianti. Le incrostazioni nel latte e la presenza di biofilm sono problemi costosi e persistenti per l’industria lattiero-casearia. Lo strato di fouling accelera l’adesione dei batteri e favorisce lo sviluppo di biofilm (Sadeghinezhad et al. 2015).

La presenza quindi di depositi sulle piastre dello scambiatore di calore è quindi indesiderata per ragioni sia economiche che tecniche. Le produzioni possono essere soggette a problematiche legate sia alla diffusione di batteri nel prodotto, che porta a problemi microbiologici, sia al mancato ripristino delle caratteristiche di trasferimento di calore delle piastre (Sandu e Singh, 1991). Uno strato di 250 micron di spessore può comportare una riduzione del 50% del trasferimento di calore (Goodman 1987). Infine, le superfici metalliche vengono corrose (Bryers, 1987; Gupta e Anand, 2017) a causa dell’attività metabolica dei microrganismi presenti nel biofilm. Tutto questo implica anche delle perdite economiche importanti per le aziende.

Il bio-fouling si verifica secondo due diversi meccanismi: accumulo di microrganismi sulle superfici di scambio termico e attaccamento di microrganismi sullo strato di deposito formatosi sulle superfici di scambio termico (Liu et al. 2017). Le incrostazioni del latte e i biofilm riducono l’efficacia del trattamento termico del latte (Yaniarti, Amarantini e Budiarso 2017).

Le incrostazioni dovute a depositi proteici e minerali sulla superficie delle piastre durante la pastorizzazione accelera anche l’adesione batterica alle superfici, portando allo sviluppo di biofilm. Lo sviluppo di biofilm negli ambienti di lavorazione del latte porta a maggiori opportunità per i microbi di contaminare i prodotti lattiero-caseari trasformati. Inoltre, i batteri deterioranti e patogeni intrappolati nei biofilm sono protetti dai disinfettanti grazie alla cooperazione multispecie e alla presenza di sostanze polimeriche extracellulari, che ne determinano la sopravvivenza (Watnick e Kolter, 2000).

Il ruolo dei biofilm nelle contaminazioni post pastorizzazione

Le contaminazioni post-pastorizzazione sono considerate un fattore limitante nel mantenimento della qualità dei prodotti lattiero-caseari (Phillips et al. 1981; Schroder et al. 1982; Schroder, 1984) ed un importante fattore commerciale. Le procedure di detergenza/sanificazione vengono impiegate per ridurre al minimo questo rischio, ma una limitazione alle classiche procedure CIP è l’adesione alle superfici di batteri con la conseguente formazione di un biofilm (Maxcy, 1964, 1969).

La persistenza di organismi aderenti sotto forma di biofilm batterico può rappresentare una fonte di continua contaminazione post-pastorizzazione e portare a una riduzione nella qualità e nella shelf-life (Koutzayiotis, 1992).

Per questo motivo l’adozione di protocolli specifici di controllo e prevenzione dalle contaminazioni da biofilm rappresenta un importante strategia nel ridurre l’impatto di tali contaminazioni.

Piramide Ambiente, grazie al suo team di esperti, offre il servizio altamente specializzato “Biofilm Expert” che comprende:

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Riportiamo nel grafico in basso i risultati ottenuti in termine di riduzione delle conte totali a seguito dell’introduzione di trattamenti Biorem® su un pastorizzatore latte.