L'attività dell'acqua e il pH sono i due fattori intrinseci più importanti che determinano se un prodotto favorirà la crescita di microrganismi responsabili del deterioramento. L'attività dell'acqua e il pH agiscono in modo sinergico e i loro effetti combinati sono più efficaci nel controllo rispetto ai loro effetti individuali. Questo effetto sinergico è descritto in dettaglio dalla tecnologia delle barriere per il controllo microbico ed è parte integrante della definizione della FDA di alimenti potenzialmente pericolosi.

Ecco come è possibile sfruttare la combinazione dell'attività dell'acqua e del pH per aumentare il controllo microbico utilizzando tecniche di conservazione più delicate, che possono migliorare la consistenza e la qualità del prodotto.

Come l'attività dell'acqua impedisce la crescita microbica

Come tutti gli organismi, anche i microrganismi hanno bisogno dell'acqua per crescere. Assorbono l'acqua facendola passare attraverso la membrana cellulare. Questo meccanismo di movimento dell'acqua dipende da un gradiente di attività dell'acqua, ovvero dall'acqua che si sposta da un ambiente con elevata attività dell'acqua all'esterno della cellula a un ambiente con minore attività dell'acqua all'interno della cellula.

Quando l'attività dell'acqua all'esterno della cellula diventa sufficientemente bassa, provoca stress osmotico: la cellula non è in grado di assorbire acqua e diventa dormiente. I microrganismi non vengono eliminati, ma semplicemente non sono più in grado di riprodursi. Organismi diversi affrontano lo stress osmotico in modi diversi. Ecco perché esistono limiti di crescita diversi per ciascun organismo. Alcuni tipi di muffe e lieviti si sono adattati per resistere a livelli di attività dell'acqua molto bassi.

Ogni organismo ha una specifica attività dell'acqua alla quale smette di crescere. Finché gli sviluppatori di prodotti mantengono l'attività dell'acqua al di sotto di questo limite, il microbo in questione non si riproduce a livelli sufficientemente elevati da causare infezioni o malattie. Vedi Tabella 1.

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 critico di controllo 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. Tuttavia, se gli effetti limitanti della crescita causati dall'abbassamento del pH vengono combinati con il controllo dell'attività dell'acqua, la crescita microbica può essere effettivamente controllata a un'attività dell'acqua superiore a quella indicata nel grafico.

Che cos'è il pH?

Il pH è una misura del grado di acidità o alcalinità di una soluzione. I valori compresi tra 0 e 7 indicano acidità; i valori compresi tra 7 e 14 indicano alcalinità. L'acqua distillata, che è neutra, ha un pH pari a 7. Gli alimenti tendono ad essere neutri o acidi.

I microbi hanno limiti di crescita in termini di pH

Proprio come per l'attività dell'acqua, i microrganismi hanno 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 anche con valori di pH più acidi. La maggior parte di essi smette di crescere a un pH di 5,0. Alcuni microrganismi possono arrivare fino a 4,6 e persino 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.

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 anche essere utilizzato come punto critico di controllo nei piani HAACP. Inoltre, alcuni produttori regolano il pH per modificarne il sapore. Ciò avviene spesso attraverso la salamoia 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 prevenute o controllate regolando il pH.

Attività dell'acqua e pH: più potenti insieme

Gli effetti dell'attività dell'acqua e del pH possono essere combinati attraverso la tecnologia delle barriere per controllare i microrganismi in modo più efficace. Nel caso dell'attività dell'acqua e del pH, l'effetto combinato di entrambe le barriere è maggiore degli effetti di ciascuna barriera singolarmente. Ciò significa che è possibile ottenere un controllo microbico efficace a livelli che sarebbero normalmente considerati non sicuri per il pH o per l'attività dell'acqua da soli.  Il codice alimentare del 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 un controllo di tempo e temperatura per la sicurezza (TCS).

La tabella 3 si applica agli alimenti che sono stati sottoposti a trattamento termico per distruggere i microrganismi e poi confezionati. La riduzione dell'attività dell'acqua e del pH non costituisce una fase di eliminazione.  Non eliminano i microrganismi, ma semplicemente impediscono la crescita dei microbi fino a livelli tossici. Poiché il trattamento termico distrugge tutti i microrganismi tranne i batteri sporigeni, questi possono essere confezionati con livelli di attività dell'acqua e pH più elevati. In queste condizioni, un'attività dell'acqua pari a 0,92 e un pH pari o superiore a 4,6 sono considerati sicuri.

La tabella interattiva 4 viene utilizzata per i prodotti che non sono trattati termicamente o che sono 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 quando l'attività dell'acqua e il pH sono combinati.

La tabella 5 mostra l'attività dell'acqua e il pH di alcuni alimenti comuni. Le conserve di fragole hanno un'attività dell'acqua molto elevata, ma il pH è piuttosto basso. Grazie alla presenza di acido citrico, il pH è sufficientemente basso da impedire la crescita microbica, nonostante l'elevata attività dell'acqua. Anche la senape ha un pH molto basso ma un'elevata attività dell'acqua. Questi prodotti sono sicuri grazie al loro pH, non alla loro attività dell'acqua. Lo sciroppo d'acero ha un alto contenuto di zucchero, quindi ha un'attività dell'acqua più bassa, ma il suo pH è abbastanza neutro. In questo caso, è l'attività dell'acqua a garantire la sicurezza, non il pH.

La figura 1 mostra che, se si tracciano insieme l'attività dell'acqua e il pH, non esiste alcun tipo di relazione diretta. Se si aggiunge acido a un prodotto per abbassarne il pH, ciò avrà un certo impatto sull'attività dell'acqua, poiché i materiali acidi tendono ad essere polari e interagiscono preferenzialmente con l'acqua. Ma, in sostanza, abbassare il pH non ridurrà direttamente l'attività dell'acqua.

Come controllare l'attività dell'acqua

Il modo più comune per ridurre l'attività dell'acqua di un prodotto è essiccarlo o cuocerlo. (Tuttavia, per farlo correttamente, è necessario prima comprendere l'isoterma di assorbimento dell'umidità del prodotto). L'attività dell'acqua può anche essere controllata 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 attraverso 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. Sottaceti, crauti, salsicce fermentate e olive utilizzano tutti questa strategia. Il pH può anche essere controllato aggiungendo acido (aceto, acido lattico, acido citrico) direttamente al prodotto, oppure aggiungendo ingredienti naturalmente acidi come i pomodori nella salsa per gli spaghetti.

Attività dell'acqua e pH: misurazioni rapide e semplici

L'attività dell'acqua e il pH sono due parametri che è meglio misurare insieme. Entrambi sono facili da misurare utilizzando misuratori di attività dell'acqua e misuratori di pH disponibili in commercio.

‍