Batteri
I batteri sono organismi unicellulari che hanno una struttura interna semplice rispetto alle cellule di altri organismi. L’aumento del numero di batteri in una popolazione è comunemente chiamato crescita batterica dai microbiologi. Questa crescita è il risultato della divisione di una cellula batterica in due cellule batteriche identiche, un processo chiamato fissione binaria. In condizioni di crescita ottimali, una cellula batterica può dividersi circa ogni 20 minuti. Così, una singola cellula può produrre quasi 70 miliardi di cellule in 12 ore. I fattori che influenzano la crescita dei batteri includono la disponibilità di nutrienti, l’umidità, il pH, i livelli di ossigeno e la presenza o l’assenza di sostanze inibenti (per esempio, gli antibiotici).
I requisiti nutrizionali della maggior parte dei batteri sono elementi chimici come carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo, zolfo, magnesio, potassio, sodio, calcio e ferro. I batteri ottengono questi elementi utilizzando i gas dell’atmosfera e metabolizzando alcuni costituenti del cibo come i carboidrati e le proteine.
La temperatura e il pH giocano un ruolo significativo nel controllo dei tassi di crescita dei batteri. I batteri possono essere classificati in tre gruppi in base ai loro requisiti di temperatura per una crescita ottimale: termofili (55-75 °C, o 130-170 °F), mesofili (20-45 °C, o 70-115 °F), o psicrotrofi (10-20 °C, o 50-70 °F). Inoltre, la maggior parte dei batteri cresce meglio in un ambiente neutro (pH uguale a 7).
I batteri richiedono anche una certa quantità di acqua disponibile per la loro crescita. La disponibilità di acqua è espressa come attività dell’acqua ed è definita dal rapporto tra la pressione di vapore dell’acqua nell’alimento e la pressione di vapore dell’acqua pura a una temperatura specifica. Pertanto, l’attività dell’acqua di qualsiasi prodotto alimentare è sempre un valore compreso tra 0 e 1, dove 0 rappresenta l’assenza di acqua e 1 l’acqua pura. La maggior parte dei batteri non cresce in alimenti con un’attività dell’acqua inferiore a 0,91, anche se alcuni batteri alofili (quelli in grado di tollerare alte concentrazioni di sale) possono crescere in alimenti con un’attività dell’acqua inferiore a 0,75. La crescita può essere controllata abbassando l’attività dell’acqua – sia aggiungendo soluti come zucchero, glicerolo e sale, sia rimuovendo l’acqua attraverso la disidratazione.
I requisiti di ossigeno per una crescita ottimale variano considerevolmente per diversi batteri. Alcuni batteri richiedono la presenza di ossigeno libero per la crescita e sono chiamati aerobi obbligati, mentre altri batteri sono avvelenati dalla presenza di ossigeno e sono chiamati anaerobi obbligati. Gli anaerobi facoltativi sono batteri che possono crescere sia in presenza che in assenza di ossigeno. Oltre alla concentrazione di ossigeno, il potenziale di riduzione dell’ossigeno del mezzo di crescita influenza la crescita batterica. Il potenziale di riduzione dell’ossigeno è una misura relativa della capacità ossidante o riducente del mezzo di crescita.
Quando i batteri contaminano un substrato alimentare, ci vuole del tempo prima che inizino a crescere. Questa fase di ritardo è il periodo in cui i batteri si stanno adattando all’ambiente. Dopo la fase di ritardo c’è la fase di log, in cui la popolazione cresce in modo logaritmico. Mentre la popolazione cresce, i batteri consumano i nutrienti disponibili e producono prodotti di scarto. Quando la fornitura di nutrienti è esaurita, il tasso di crescita entra in una fase stazionaria in cui il numero di cellule batteriche vitali rimane lo stesso. Durante la fase stazionaria, il tasso di crescita delle cellule batteriche è uguale al tasso di morte delle cellule batteriche. Quando il tasso di morte cellulare diventa maggiore del tasso di crescita cellulare, la popolazione entra nella fase di declino.
Una popolazione batterica è espressa per grammo o per centimetro quadrato di superficie. Raramente la popolazione batterica totale supera le 1010 cellule per grammo. Una popolazione inferiore a 106 cellule per grammo non causa alcun deterioramento evidente, tranne che nel latte crudo. Popolazioni tra 106 e 107 cellule per grammo causano il deterioramento di alcuni alimenti; per esempio, possono generare odori sgradevoli nelle carni confezionate sottovuoto. Popolazioni tra 107 e 108 cellule per grammo producono odori sgradevoli nelle carni e in alcune verdure. A livelli superiori a 5 × 107 cellule per grammo, la maggior parte degli alimenti mostra qualche forma di deterioramento.
Quando le condizioni per la crescita delle cellule batteriche sono sfavorevoli (ad esempio, temperature basse o alte o basso contenuto di umidità), diverse specie di batteri possono produrre cellule resistenti chiamate endospore. Le endospore sono altamente resistenti al calore, alle sostanze chimiche, all’essiccazione e alla luce ultravioletta. Le endospore possono rimanere dormienti per lunghi periodi di tempo. Quando le condizioni diventano favorevoli alla crescita (ad esempio, lo scongelamento della carne), le endospore germinano e producono cellule vitali che possono iniziare una crescita esponenziale.