Come l'attività dell'acqua e il pH agiscono insieme per controllare la crescita microbica
Come l'attività dell'acqua e il pH agiscono insieme per controllare la crescita microbica
L'utilizzo di pH e aW controlla i microbi in modo più efficace rispetto all'utilizzo di uno o dell'altro. Ecco come i produttori di alimenti possono utilizzare la tecnologia hurdle per migliorare le formulazioni.
L'attività dell'acqua e il pH sono i due fattori intrinseci più importanti che determinano se un prodotto favorisce la crescita di un microrganismo di deterioramento. L'attività dell'acqua e il pH agiscono in modo sinergico e i loro effetti combinati sono più potenti nel controllo rispetto ai loro effetti individuali. Questo effetto sinergico è descritto in dettaglio dalla tecnologia hurdle per il controllo microbico ed è parte integrante della definizione di alimenti potenzialmente pericolosi data dalla FDA.
Ecco come è possibile utilizzare il potere combinato dell'attività dell'acqua e del pH per aumentare il controllo microbico utilizzando tecniche di conservazione più blande, che possono migliorare la consistenza e la qualità del prodotto.
Come l'attività dell'acqua impedisce la crescita microbica
Come tutti gli organismi, i microrganismi dipendono dall'acqua per crescere. Assumono acqua spostandola attraverso la membrana cellulare. Questo meccanismo di movimento dell'acqua dipende da un gradiente di attività dell'acqua: l'acqua si sposta da un ambiente ad alta attività dell'acqua all'esterno della cellula a un ambiente a bassa attività dell'acqua all'interno della cellula.
Quando l'attività dell'acqua all'esterno della cellula diventa sufficientemente bassa, si verifica uno stress osmotico: la cellula non è in grado di assorbire acqua e diventa inattiva. I microrganismi non vengono eliminati, ma diventano semplicemente incapaci di riprodursi. I diversi organismi affrontano lo stress osmotico in modi diversi. Ecco perché esistono limiti di crescita diversi per ogni organismo. Alcuni tipi di muffe e lieviti si sono adattati a sopportare livelli di attività idrica molto bassi.
Ogni organismo ha una specifica attività dell'acqua alla quale smette di crescere. Finché gli sviluppatori dei prodotti mantengono l'attività dell'acqua al di sotto di questo limite, il microbo in questione non si riprodurrà a livelli sufficientemente alti da causare infezioni o malattie. Vedere la Tabella 1.
| aw | Batteri | Stampo | Lievito | Prodotti tipici |
|---|---|---|---|---|
| 0.97 | Clostridium botulinum E Pseudomonas fluorescens | carne fresca, frutta, verdura, frutta in scatola, verdura in scatola | ||
| 0.95 | Escherichia coli Clostridium perfringens Salmonella spp. Vibrio cholerae | pancetta a basso contenuto di sale, salsicce cotte, spray nasale, collirio | ||
| 0.94 | Clostridium botulinum A, B Vibrio parahaemolyticus | Stachybotrys atra | ||
| 0.93 | Bacillus cereus | Rhizopus nigricans | alcuni formaggi, salumi (prosciutto) prodotti da forno, latte evaporato, ral liquido sospensioni, lozioni topiche | |
| 0.92 | Listeria monocytogenes | |||
| 0.91 | Bacillus subtilis | |||
| 0.90 | Staphylococcus aureus (anaerobico) | Trichothecium roseum | Saccharomyces cerevisiae | |
| 0.88 | Candida | |||
| 0.87 | Staphylococcus aureus (aerobico) | |||
| 0.85 | Aspergillus clavatus | latte condensato zuccherato, formaggi stagionati (cheddar), salsiccia fermentata (salame), carni secche (jerky), pancetta, la maggior parte dei succhi di frutta concentrati, sciroppo di cioccolato, torta di frutta, fondenti, sciroppo per la tosse, sospensioni analgesiche orali | ||
| 0.84 | Byssochlamys nivea | |||
| 0.83 | Penicillium expansum Penicillium islandicum Penicillium viridicatum | Deharymoces hansenii | ||
| 0.82 | Aspergillus fumigatus Aspergillus parasiticus | |||
| 0.81 | Penicillium Penicillium cyclopium Penicillium patulum | |||
| 0.80 | Saccharomyces bailii | |||
| 0.79 | Penicillium martensii | |||
| 0.78 | Aspergillus flavus | marmellata, confettura, marzapane, frutta glace, melassa, fichi secchi, pesce fortemente salato | ||
| 0.77 | Aspergillus niger Aspergillus ochraceous | |||
| 0.75 | Aspergillus restrictus Aspergillus candidus | |||
| 0.71 | Eurotium chevalieri | |||
| 0.70 | Eurotium amstelodami | |||
| 0.62 | Saccharomyces rouxii | frutta secca, sciroppo di mais, liquirizia, marshmallows, gomme da masticare, alimenti secchi per animali domestici | ||
| 0.61 | Monascus bisporus | |||
| 0.60 | Nessuna proliferazione microbica | |||
| 0.50 | Nessuna proliferazione microbica | caramelle, caramelle, miele, tagliatelle, unguenti topici | ||
| 0.40 | Nessuna proliferazione microbica | uovo intero in polvere, cacao, goccia di tosse liquida centrale | ||
| 0.30 | Nessuna proliferazione microbica | cracker, snack a base di amido, miscele per torte, compresse di vitamine, supposte | ||
| 0.20 | Nessuna proliferazione microbica | caramelle bollite, latte in polvere, latte per l'infanzia |
I limiti di crescita microbica rendono l'attività dell'acqua uno strumento eccellente per garantire la sicurezza dei prodotti alimentari e la misurazione dell'attività dell'acqua può essere utilizzata come punto di controllo critico nei piani HACCP.
Opportunità di sinergia
I limiti di crescita riportati nella Tabella 1 presuppongono che tutte le altre condizioni (pH, temperatura, ecc.) siano ottimali per la crescita dell'organismo. Se gli effetti di limitazione della crescita dovuti all'abbassamento del pH vengono combinati con il controllo dell'attività dell'acqua, tuttavia, la crescita microbica può essere controllata con un'attività dell'acqua superiore a quella indicata nella tabella.
Che cos'è il pH?
Il pH è una misura del grado di acidità o alcalinità di una soluzione. Valori compresi tra 0 e 7 indicano acidità; valori compresi tra 7 e 14 indicano alcalinità. L'acqua distillata, che è neutra, ha un pH di 7. Gli alimenti tendono a essere neutri o acidi.
I microbi hanno limiti di crescita del pH
Come per l'attività dell'acqua, i microrganismi hanno dei limiti di pH al di sotto dei quali non crescono. La Tabella 2 mostra i limiti minimi di pH per la crescita di diversi tipi di microrganismi. Tutti i microrganismi preferiscono un pH neutro per una crescita ottimale, ma possono crescere a valori di pH più acidi. La maggior parte di essi smette di crescere a un pH di 5,0. Alcuni microrganismi possono scendere fino a 4,6 e perfino a 4,4. Storicamente, un pH di 4,6 era considerato il limite inferiore di crescita, ma alcune parti del codice alimentare sono state modificate quando si è scoperto che alcuni microbi problematici possono crescere a livelli di pH fino a 4,2.
| Microrganismi | Minimo | Ottimale | Massimo |
|---|---|---|---|
| Clostridium perfringens | 5.5-5.8 | 7.2 | 8.9 |
| Vibrio vulnificus | 5 | 7.8 | 10.2 |
| Racillus cereus | 4.9 | 6-7 | 8.8 |
| Campylobacter spp. | 4.9 | 6.5-7.5 | 9 |
| Shigella spp. | 4.9 | 9.3 | |
| Vibrio parahaemolyticus | 4.8 | 7.8-8.6 | 11 |
| Tossina botulinica di Clostridium | 4.6 | 8.5 | |
| Crescita del Clostridium botulinum | 4.6 | 8.5 | |
| Crescita dello Staphylococcus aureus | 4 | 6-7 | 10 |
| Tossina dello Staphylococcus aureus | 4.5 | 7-8 | 9.6 |
| Escherichia coli enteroemorragico | 4.4 | 6-7 | 9 |
| Listeria monocytogenes | 4.39 | 7 | 9.4 |
| Salmonella spp | 4.21 | 7-7.5 | 9.5 |
| Yersinia enterocolitica | 4.2 | 7.2 | 9.6 |
Usi per la regolazione del pH
A causa dei limiti di crescita microbica, l'abbassamento del pH è un modo efficace per conservare gli alimenti e prevenire la crescita di microrganismi e può essere utilizzato come punto di controllo critico nei piani HAACP. Inoltre, alcuni produttori regolano il pH per modificare il sapore. Ciò avviene spesso attraverso il decapaggio o la fermentazione, che utilizzano l'azione microbica, le reazioni enzimatiche o acidi come l'aceto per indurre la produzione di acido lattico. Molte reazioni chimiche dipendono dal pH e possono essere evitate o controllate regolando il pH.
Attività dell'acqua e pH: insieme sono più potenti
Gli effetti dell'attività dell'acqua e del pH possono essere combinati attraverso la tecnologia degli ostacoli per controllare i microrganismi in modo più efficace. Nel caso dell'attività dell'acqua e del pH, l'effetto combinato di entrambi gli ostacoli è maggiore dell'effetto di ciascun ostacolo da solo. Ciò significa che è possibile ottenere un controllo microbico efficace a livelli che in genere sarebbero considerati non sicuri per il solo pH o per la sola attività dell'acqua. Il codice alimentare 2013, attualmente in vigore, contiene tabelle di interazione tra pH e attività dell'acqua, riportate nelle tabelle 3 e 4, che possono essere utilizzate per determinare se un alimento richiede o meno il controllo del tempo e della temperatura per la sicurezza (TCS).
| valoriaw | pH: 4,6 o meno | pH: > 4,6-5,6 | pH: > 5,6 |
|---|---|---|---|
| 0,92 o meno | Alimenti non-TCS* | Alimenti non-TCS | Alimenti non-TCS |
| >0.92-0.95 | Alimenti non-TCS | Alimenti non-TCS | PA** |
| >0.95 | Alimenti non-TCS | PA | PA |
| valori aw | pH:< 4.2 | pH: 4,2-4,6 | pH: >4,6-5,0 | pH: > 5,0 |
|---|---|---|---|---|
| >0.88 | *Alimenti non-TCS | Alimenti non-TCS | Alimenti non-TCS | Alimenti non-TCS |
| 0.88-0.90 | Alimenti non-TCS | Alimenti non-TCS | Alimenti non-TCS | PA** |
| >0.90-0.92 | Alimenti non-TCS | Alimenti non-TCS | PA | PA |
| >0.92 | Alimenti non-TCS | PA | PA | PA |
La tabella 3 si applica agli alimenti trattati termicamente per distruggere i microrganismi e poi confezionati. L'abbassamento dell'attività dell'acqua e del pH non sono fasi di eliminazione. Non eliminano i microrganismi. Impediscono semplicemente la crescita dei microbi a livelli tossici. Poiché il trattamento termico distrugge tutti i microrganismi, tranne i batteri che formano spore, i prodotti possono essere confezionati a livelli di attività dell'acqua e di pH più elevati. In queste condizioni, un'attività dell'acqua di 0,92 e un pH di 4,6 o superiore sono considerati sicuri.
La Tabella interattiva 4 viene utilizzata per i prodotti non trattati termicamente o trattati termicamente e non confezionati. In genere, questi prodotti richiedono un'attività dell'acqua inferiore a 0,88 o un livello di pH inferiore a 4,2 per essere considerati sicuri. Tuttavia, valori più elevati possono essere accettabili se si combinano l'attività dell'acqua e il pH.
La Tabella 5 mostra l'attività dell'acqua e il pH di alcuni alimenti comuni. Le conserve di fragole hanno un'attività idrica molto elevata, ma il pH è piuttosto basso. A causa dell'acido citrico presente, il pH è abbastanza basso da impedire la crescita microbica anche se l'attività dell'acqua è elevata. Anche la senape ha un pH molto basso ma un'attività idrica elevata. Questi prodotti sono sicuri per il loro pH, non per la loro attività idrica. Lo sciroppo d'acero è ricco di zuccheri, quindi ha un'attività idrica più bassa, ma il suo pH è abbastanza neutro. In questo caso, è l'attività dell'acqua a garantire la sicurezza, non il pH.
| Tipo | Attività dell'acqua | pH |
|---|---|---|
| Conserve di fragole | 0.9874 | 3.7 |
| Senape gialla | 0.9745 | 3.6 |
| Salsa piccante | 0.9642 | 3.6 |
| Condimento italiano mediterraneo | 0.9628 | 3.8 |
| Condimento al Ranch | 0.9561 | 3.9 |
| Condimento asiatico al sesamo tostato | 0.9488 | 4.1 |
| Ketchup | 0.9440 | 3.6 |
| Maionese | 0.9393 | 4.1 |
| Condimento francese | 0.9344 | 3.4 |
| Salsa barbecue | 0.9333 | 3.8 |
La Figura 1 mostra che se l'attività dell'acqua e il pH vengono tracciati insieme, non c'è alcun tipo di relazione diretta. Se si aggiunge un acido a un prodotto per abbassarne il pH, questo avrà un certo impatto sull'attività dell'acqua perché i materiali acidi tendono a essere polari e interagiscono preferibilmente con l'acqua. Ma essenzialmente, l'abbassamento del pH non riduce direttamente l'attività dell'acqua.
Come controllare l'attività dell'acqua
Il modo più comune per ridurre l'attività idrica di un prodotto è quello di essiccarlo o cuocerlo. (Anche se per farlo correttamente, è necessario prima comprendere l'isoterma di assorbimento dell'umidità del prodotto). L'attività dell'acqua può essere controllata anche aggiungendo umettanti come sale, zucchero, sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio, sorbitolo e maltodestrina.
Metodi comuni per controllare il pH
Il modo più comune per abbassare il pH è la fermentazione. La fermentazione si basa sui batteri "buoni" per produrre acido lattico, che abbassa il pH del prodotto e impedisce la crescita di altri tipi di organismi. I sottaceti, i crauti, le salsicce fermentate e le olive utilizzano questa strategia. Il pH può essere controllato anche aggiungendo acido (aceto, acido lattico, acido citrico) direttamente al prodotto o aggiungendo ingredienti naturalmente acidi, come i pomodori nella salsa per gli spaghetti.
Attività dell'acqua e pH: misurazioni facili e veloci
L'attività dell'acqua e il pH sono due misure che stanno meglio insieme. Entrambe sono facili da misurare utilizzando i misuratori di attività dell'acqua e i misuratori di pH facilmente reperibili in commercio.
Per saperne di più sull'attività dell'acqua e sul pH
In questo webinar, il Dr. Brady Carter spiega la teoria e la misurazione dell'attività dell'acqua e del pH. Descrive inoltre come questi strumenti possano essere efficacemente utilizzati di concerto per ottenere il massimo livello di sicurezza dei prodotti.
