Come l'attività dell'acqua controlla la crescita microbica

Nel 1953, William James Scott dimostrò che la proliferazione microbica negli alimenti non è determinata dal contenuto d'acqua, come pensava la maggior parte delle persone, bensì dall'attività dell'acqua. Quattro anni dopo, definì il concetto di attività minima dell'acqua necessaria alla proliferazione microbica. L'attività dell'acqua è oggi utilizzata regolarmente dai produttori alimentari per determinare se un prodotto è suscettibile alla proliferazione microbica.

Controllare l'attività dell'acqua, prevenire la crescita microbica

Come tutti gli organismi, i microrganismi dipendono dall'acqua presente negli alimenti per la loro crescita. Assorbono l'acqua facendola passare 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 con elevata attività dell'acqua all'esterno della cellula a un ambiente con attività dell'acqua più bassa 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 ed entra in uno stato di dormienza. I microrganismi non vengono eliminati, ma semplicemente non sono più in grado di crescere abbastanza da causare un'infezione. 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 a sopportare livelli di attività dell'acqua molto bassi. La Tabella 1 mostra i limiti di crescita in base all'attività dell'acqua per molti microrganismi comuni.

Domande frequenti

Qual è il valore limite di attività dell'acqua stabilito dalla FDA per gli alimenti a lunga conservazione?

La FDA classifica gli alimenti con un valore di aw pari o inferiore a 0,85 come prodotti che, in linea di massima, non necessitano di refrigerazione per motivi di sicurezza ai sensi del 21 CFR e dei controlli preventivi previsti dal FSMA; tale soglia si basa sui requisiti minimi di crescita della maggior parte dei patogeni batterici. I prodotti con un valore di aw compreso tra 0,85 e 0,91 richiedono un'attenta valutazione, poiché lo Staphylococcus aureus può continuare a proliferare in tale intervallo anche quando altri patogeni non sono in grado di farlo.

In che modo l'attività dell'acqua viene utilizzata come punto critico di controllo nei piani HACCP?

L'attività dell'acqua viene utilizzata come punto critico di controllo (PCC) nei piani HACCP, fissando un limite specifico di aw — solitamente pari o inferiore a 0,85 — come misura di controllo preventivo misurabile e verificabile contro la proliferazione di agenti patogeni. Poiché l'attività dell'acqua è direttamente correlata a limiti definiti di proliferazione microbica e può essere verificata direttamente in fase di produzione, rappresenta uno dei parametri più affidabili per documentare la sicurezza alimentare senza richiedere l'esecuzione di analisi dirette per la ricerca di agenti patogeni su ogni lotto.

La riduzione dell'attività dell'acqua uccide i batteri e le muffe già presenti in un alimento?

No, ridurre l’attività dell’acqua al di sotto del livello minimo necessario alla crescita induce i microrganismi in uno stato di dormienza, ma non li uccide; inoltre, le spore possono rimanere vitali per anni anche a livelli molto bassi di attività dell’acqua, per poi riprendere a crescere se le condizioni cambiano. Ecco perché la tecnologia a soglie di sicurezza combina l’attività dell’acqua con altri parametri di controllo, come il pH o la temperatura, anziché basarsi esclusivamente sull’attività dell’acqua.

Qual è il valore minimo dell'AW per lo Staphylococcus aureus e perché è importante?

Lo Staphylococcus aureus presenta una delle soglie minime di attività dell'acqua più basse tra tutti i patogeni batterici, pari a aw 0,86; per questo motivo, i prodotti con valori di aw compresi tra 0,86 e 0,91 possono comportare un rischio di contaminazione da stafilococco, anche se la maggior parte degli altri patogeni non è in grado di proliferare in tale intervallo. Ciò rende la soglia di 0,85 fissata dalla FDA un punto di controllo prudenziale ma fondamentale per gli alimenti a umidità intermedia.

Un elevato contenuto di sale o zucchero può ridurre l'attività dell'acqua in misura sufficiente da impedire la proliferazione microbica?

Sì, i soluti disciolti come il sale e lo zucchero legano le molecole d'acqua e ne abbassano lo stato energetico: è questo il principio scientifico alla base dei metodi di conservazione tradizionali quali la salagione, la salamoia e la preparazione di marmellate. Una salamoia sufficientemente concentrata o un prodotto ad alto contenuto di zucchero possono raggiungere livelli di attività dell'acqua sufficientemente bassi da impedire il deterioramento, sebbene sia necessaria una misurazione diretta poiché le matrici alimentari complesse non seguono formule semplici.

Attività idrica e FDA, FSIS, FSMA

Misurando l'attività dell'acqua di un materiale, è possibile determinare quali batteri, muffe o funghi possano proliferare sulla sua superficie e al suo interno. Riducendo l'attività dell'acqua, è possibile impedire la proliferazione di determinate classi di microbi. A livelli bassi di attività dell'acqua, è possibile impedire la proliferazione di qualsiasi forma di vita. L'attività dell'acqua non è una fase di eliminazione. È una fase di controllo e parte integrante di molti piani HACCP. Questi limiti di crescita microbica ben consolidati sono stati incorporati nelle normative FDA, FSIS e in altre normative. L'attività dell'acqua fa parte della definizione di alimenti potenzialmente pericolosi del Codice alimentare del 2013, a cui fa riferimento il Food Safety Modernization Act (FSMA).

Sebbene la temperatura, il pH e diversi altri fattori possano influenzare la crescita di un organismo in un prodotto alimentare e la velocità con cui crescerà, l'attività dell'acqua può essere il fattore più importante. La maggior parte dei batteri, ad esempio, non cresce con un'attività dell'acqua inferiore a 0,91, mentre la maggior parte delle muffe smette di crescere con un'attività dell'acqua inferiore a 0,70. L'attività dell'acqua, in combinazione con altri ostacoliquali il pH, la temperatura o il confezionamento in atmosfera modificata, limiterà la crescita microbica anche con attività dell'acqua superiori a 0,91.

Per saperne di più, guarda l'attività 102 dedicata all'acqua.

Tutti sanno che l'attività dell'acqua è correlata alla crescita microbica. Ma come è possibile sfruttare questa conoscenza a proprio vantaggio nella formulazione, nelle specifiche, nella produzione e nel confezionamento? In questo webinar di 30 minuti imparerete:

• Cosa occorre sapere su come l'attività dell'acqua predice la crescita microbica
• Come utilizzare i limiti massimi di contaminanti specifici per il proprio settore nella definizione delle specifiche
• come utilizzare diverse tecniche di formulazione (tra cui umettanti, film, rivestimenti) per ottenere l'attività dell'acqua desiderata
• perché dovresti prendere in considerazione la tecnologia hurdle per affrontare determinate sfide