Tecniche emergenti di conservazione del pesce crudo per estendere la Freschezza (shelf-life) e ridure la  Vibrio-contaminazione

Articolo scientifico di:

  • Divisione di Microbiologia Research, Bureau of Microbial pericoli, cibo Direzione, prodotti per la salute e l'alimentazione Branch, Health Canada, Ottawa, ON, Canada
  • Università di Ottawa, Ottawa, ON, Canada

A livello globale, la popolarità del consumo di frutti di mare è in aumento esponenziale. Per soddisfare le esigenze di un mercato in crescita, l'industria del pesce è sempre cercato la maniera per innovare il modo per mantenere i prodotti freschi e sicuri.

L’ambiente marino ospita diverse specie di microrganismi, alcune delle quali “Vibrio spp” possono essere dannosi per gli esseri umani, e che fanno parte della flora batterica naturale del pesce.

Dopo la raccolta, i prodotti a base di pesce sono spesso spediti su grandi distanze geografiche, a volte per lunghi periodi, durante i quali il cibo deve rimanere fresco e la proliferazione microbica patogena deve essere ridotta al minimo.

All'arrivo vi è spesso il forte desiderio, derivante da considerazioni sia culinarie che nutrizionali, a consumare i prodotti ittici crudi o minimamente cotti.

Questa catena di fornitura con le preferenze popolari hanno aumentato le sfide per l'industria ittica. Questo ha portato ad un desiderio di sviluppare metodologie che riducono la proliferazione degli organismi patogeni e alteranti nel pesce per rispettare le normative e comportare modifiche minime al gusto, alla consistenza e al contenuto nutrizionale del prodotto finale.

Questo articolo argomenta e mette a confronto diverse tecnologie emergenti, come ad esempio il trattamento con composti vegetali derivati naturali, la fago-lisi, la tecnica ad alta pressione, e l'irradiazione, tutte per la loro capacità di controllare i vibrioni patogeni, limitare la crescita di organismi che provocano il deterioramento, e infine mantenere le caratteristiche organolettiche desiderate e le proprietà del prodotto ittico intatte.

introduzione

Il consumo di frutti di mare globale è aumentato fortemente negli ultimi decenni da una media di 9,9 kg per abitante nel 1960 a 18,9 kg nel 2010, questa tendenza dovrebbe continuare, ponendo ulteriore pressione sui nostri sistemi di acquacoltura ( FAO, 2014 ).

La Post-raccolta di frutti di mare comporta anche la acquisizione di  microrganismi dal sito di raccolta e alcuni di questi possono facilitare il deterioramento o essere pericolosi per la salute umana.

Per “prodotti del mare” ci si riferisce a molluschi (ostriche, vongole e cozze), pesci, uova di pesce (ROE), crostacei (gamberi, granchi, aragoste); tuttavia, alcuni prodotti sono intrinsecamente più rischiosi di altri.

Per fare un esempio, ci sono stati 122 casi di infezioni Vibrio parahaemolyticus riportati nel Canada occidentale tra il 2001 e il 2006, il 66,7% delle infezioni sono state acquisite attraverso il consumo di ostriche crude ( Khaira e Galanis 2007 ).

(Purtroppo non ho trovato studi statistici equivalenti italiani)

Le Ostriche presentano il più alto rischio di infezione per due motivi: ostriche nutrono filtrando grandi volumi di acqua di mare, e durante questo processo possono accumulare e concentrare microrganismi patogeni che sono naturalmente presenti nell'acqua e per motivi culinari sono generalmente consumati senza cottura. Pertanto, le ostriche sono un obiettivo primario delle strategie di intervento innovative.

Dal 1970 i batteri patogeni principalmente associati con la malattia a causa di consumo di frutti di mare dal genere Vibrio sono stati, in particolare la specie V. cholerae, V. parahaemolyticus e V. vulnificus ( DePaola et al., 2010 ). Questi vibrioni vivono naturalmente in ambienti marini, e ad eccezione del tossigeno V. cholerae O1, non sono associati con l'inquinamento fecale ( DePaola et al., 2010 ).

L'infezione da V. vulnificus è rara; per esempio, in Canada solo il 2% delle infezioni Vibrio (7 su 330 casi) sono stati provocati da V. vulnificus tra il 2007 e il 2013 ( NESP 2016 ). Tuttavia, le infezioni V. vulnificus possono manifestarsi con gastroenterite acuta, infezioni necrotizzanti della ferita, o con setticemia invasiva, e hanno un tasso di mortalità di circa il 50%, il che rende la principale causa di frutti di mare associata mortalità ( Mead 1999 ).

L'infezione si verifica soprattutto nelle persone con condizioni di salute non ottimali pre-esistenti e che hanno consumato le ostriche crude (Nishibuchi e DePaola 2005 ).

Mentre la letalità è inferiore per V. parahaemolyticus che è la principale causa di gastroenterite acuta associata al consumo di frutti di mare; V. parahaemolyticus è stato responsabile per il 60% delle infezioni Vibrio negli Stati Uniti nel 2013 ( CDC, 2015 ), e il 57% delle infezioni Vibrio in Canada durante il 2007-2013 ( NESP 2016 ).

Diversi recenti studi epidemiologici hanno dimostrato che le misure di carattere generale volte a prevenire l'inquinamento ambientale e il controllo della temperatura può essere molto efficace ad aumentare la shelf-life e ridurre la prevalenza di infezioni trasmesse da frutti di mare. Ad esempio, dal 1999 al 2001, in risposta ad un numero record (12.318) dei casi di V. parahaemolyticus nel 1998, il Giappone ha rilasciato nuove norme in materia di gestione commerciale dei frutti di mare, tra cui: l'uso di acqua di mare sterile o artificiale per il lavaggio, immersione e garantendo il  raffreddamento del pesce dopo che è stato bollito, mantenendo il pesce fresco o al di sotto di 10°C, non consumare pesce crudo con un limite di V. parahaemolyticus sopra 100 MPN/g, e consumare alimenti entro 2 ore da quando è stato rimosso dalla refrigerazione (Hara-Kudo e Kumagai 2014 ).

Queste misure di controllo hanno ridotto i tassi di infezione del 99% l'anno dopo che sono state introdotte ( Hara-Kudo e Kumagai 2014 ).

Nel 2003, in California si è istituito un regolamento che indica che le ostriche che vanno consumate crude non potevano essere raccolte dal Golfo del Messico nel periodo dal 1 aprile - 1 Ottobre, corrispondente alla stagione più calda e ad alto rischio, nel tentativo di ridurre l'incidenza di infezione da V. vulnificus , che varia tra 0 e 6 casi ogni anno. Dopo il 2003 ulteriori infezioni di V. vulnificus sono stati registrati in quello stato ( Vugia et al. 2013 ).

L'obiettivo finale è quello di consumare in modo sicuro i frutti di mare crudi, in particolare le ostriche, durante tutto l'anno. Pertanto, le tecnologie innovative e non termiche che sono in grado di ridurre i patogeni, estendere la shelf-life, e preservare i benefici nutrizionali e culinarie del prodotto grezzo, sono fortemente volute.

In questo articolo si esamino le tecnologie emergenti in termini di efficienza di trattamento, meccanismo di azione, effetti sulla cellula batterica gli effetti sul cibo, e la sicurezza complessiva dell’uso 

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Ozono

L'ozono agisce ossidando vari componenti della membrana cellulare che porta alla fuoriuscita del contenuto cellulare ed eventualmente lisi ( Dave 1999 ). Una volta all'interno della cellula di ozono ossida proteine ed enzimi con conseguente ripartizione della funzione cellulare ( Sykes, 1965 ) e rompe i singoli o i doppi filamenti di DNA, con conseguente morte cellulare ( Hamelin 1985 ).

Fagi

Il trattamento con i fagi si basa sulla somministrazione di un fago in grado di infettare i batteri target. Il fago si lega al di fuori della membrana batterica e si inserisce nel DNA nella cellula ospite. Il DNA codifica le informazioni per la produzione di nuovi virus e fagi Associated Lytic Enzimi (PAE), che causano la lisi batterica ( Trudil 2015 ).

Irradiazione

L'irradiazione provoca la radiolisi dell'acqua, con conseguente produzione del radicale idrossile. I radicali idrossile reagiscono con la dorsale di zucchero-fosfato del DNA dando luogo a e rotture singole e doppie dell’elica del DNA. In piccole dosi questo porta a mutazioni genomiche, in grandi dosi porta alla rottura dei cromosomi e la morte cellulare ( Manas e Pagano 2005 ).

HPP

L’inattivazione batterica da HPP (High Pressure Processing) provoca la distruzione di diversi bersagli cellulari; tuttavia, la membrana, aumentata permeabilità dopo HPP, che sembra essere l'obiettivo primario. Inoltre, ad una certa pressione l’HPP denatura irreversibilmente le proteine necessarie per il metabolismo batterico, insieme a questi cambiamenti provocano la morte della cellula ( Manas e Pagano 2005 ).

Trattamenti naturali

Trattamenti naturali biologici agiscono su bersagli multipli all'interno delle cellule batteriche. Gli oli e i polifenoli del tè essenziali è stato dimostrato che aumentano la permeabilità della membrana ( Lambert et al., 2001 ; Daglia 2012 ), e gli acidi organici creano uno squilibrio nel pH citoplasmatico con conseguente perdita di funzionalità delle macromolecole e l'esaurimento dell’energia cellulare a causa di esportazione attiva degli acidi ( Ricke 2003 ).

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Trattamento ozono

Il trattamento con ozono, sia in forma gassosa che disciolta, è uno dei più potenti trattamenti ossidanti a contatto per la con gli alimenti per il controllo delle cariche microbiche, approvato e consigliato dalla US Food and Drug Administration (FDA).

I trattamenti ad ozono ossidano i vari componenti cellulari e possono causare danni alla membrana ed eventualmente anche la morte cellulare:

  • si ha una elevata attività biocida,
  • sono richiesti tempi di contatto brevi,
  • può avvenire negli impianti di acquacoltura o sul prodotto finale.

Come esempio del primo caso, applicando 0,07 mg/L di ozono direttamente nell'acqua di mare in incubatoi di gamberi si è dimostrato di consentire la sopravvivenza di gamberi e di eliminare i vibrioni patogeni ( Blogoslawski e Stewart, 2011 ).

Studi sul deterioramento dei frutti di mare sono generalmente valutati in base a diversi parametri, tra cui i livelli batterici (UFC/g), i livelli dei gas prodotti dalla distribuzione di frutti di mare come l'azoto basico volatile totale (ABVT), la trimetilammina (TMA), le basi volatili totali (TVB), e la classificazione del cibo su scale “fit-for-consumer” basati su vista e l'olfatto ( Ordóñez et al., 2000 ; . Arkoudelos et al, 2007 ; Pantazi et al., 2008 ).

Questi metodi sono complementari, ma ognuno ha un alto livello di conformità per determinare se uno stok di frutti di mare è rovinato ( Pantazi et al., 2008 ). Gran parte della ricerca in questo settore si è concentrata sulla capacità dell'ozono di estendere la shelf-life.

Il trattamento con ozono di gamberi appena raccolti è stato valutato per la possibilità di estendere la shelf-life utilizzando i livelli di contaminazione batterica, ABVT, TMA, e delle caratteristiche organolettiche, come i criteri di valutazione. Dopo aver lavato i gamberetti in acqua trattata con ozono per 1 minuto la shelf-life è stata estesa di 1,75 giorni ( Okpala, 2014 ). Filetti di trota trattati con ozono per due ore, sono stati analizzati con il TVB, ed è risultato avere una shelf-life di 6 giorni, rispetto ai 4 giorni per i filetti non trattati ( Dehkordi e Zokaie 2010 ).

Le cozze sgusciate e confezionate sottovuoto sono state analizzate per la contaminazione dei batteri dannosi, TVB-N, e la valutazione sensoriale, ed hanno mostrato di avere una shelf-life di 12 giorni dopo il trattamento con ozono, al contrario di 9 giorni senza trattamento (Manousaridis et al., 2005 ).

L’acqua ozonizzata può essere utilizzata per la produzione del ghiaccio; tuttavia, i risultati per l’utilizzo di questo prodotto per estendere la shelf-life dei frutti di mare sembra dipendere dalla natura del prodotto ittico.

Mentre, uno studio ha dimostrato che il ghiaccio ozonizzato ha esteso la shelf-life delle sardine da 15 a 19 giorni ( Campos et al., 2005 ); mentre uno studio più recente non ha trovato alcun aumento della shelf-life della cernia dopo lo stoccaggio su ghiaccio tritato ozonizzato ( Karim et al. 2015 ).

Trattamenti naturali biologici

L'aggiunta di oli essenziali, polifenoli del tè e acidi organici ai prodotti ittici, è stato impiegato per estendere la shelf-life, limitando la proliferazione degli agenti patogeni, e usando un conservante con lo “status di libera commercializzazione/impiego”. Gli oli essenziali come quelli derivati dal timo, origano, rosmarino, curcuma, e scalogno, hanno dimostrato di diminuire i livelli di proliferazione dei batteri dannosi non patogeni nei frutti di mare, usati in concentrazioni basse 0.05 mg / ml ( Harpaz et al., 2003 ; Pezeshk et al., 2011 ; Li et al 2012. ).

Una varietà di polifenoli tra cui catechine, Gallato di epigallocatechina (EGCG) e epicatechina; e l'epicatechina può essere estratta dal tè e si è dimostrato avere proprietà antiossidanti e antimicrobiche ( Fujiki, 1999 ). Ad esempio, immergendo i gamberetti in una soluzione di catechina allo 0,01% per soli 15 minuti si rallenta la crescita dei batteri dannosi, si riduce il numero di Enterobacteriaceae, e si hanno altri effetti sulla qualità ( Nirmal e Benjakul 2009 ) .

Il trattamento con l’immersione dei calamari secchi in una soluzione di fenolo misto a tè, ha anche mostrato un effetto protettivo contro il deterioramento da batteri, la perdita di umidità, l’ossidazione dei lipidi, e la degradazione dei lipidi ( Dong et al. 2013).

Il trattamento con il fenolo da tè è stato anche dimostrato avere un effetto sinergico quando combinato con il trattamento con ozono per estendere la shelf-life, e ridurre la disgregazione dei nucleotidi e l'ossidazione dei lipidi ( Feng et al., 2012 ).

Gli acidi organici come l'acido citrico (300 mg/ml) e l’acido lattico (150 mg/ml) hanno dimostrato di ridurre la crescita di microrganismi alteranti per un campione di ostriche appena sgusciato.

Inoltre, immergendo le ostriche in ciascuno di questi acidi organici si è mostrata una riduzione dei batteri potenzialmente patogeni V. vulnificus al di sotto del livello di rilevamento di 1,0 log/g da un iniziale concentrazione artificialmente inoculate di 6,0 log/g ( Mahmoud 2013 ).

Il trattamento con i fagi

Due diversi gruppi di fagi hanno mostrato risultati promettenti nel controllo delle popolazioni di V. parahaemolyticus in ostriche crude: (il fago siphoviridae PVP-1 . Giugno et al 2014 ), e VPp1a fago isolato da V. parahaemolyticus ( Peng et al, 2013. ).

La depurazione è un processo di controllo che si effettua immergendo i molluschi in acqua che è stata trattata con cloro, ozono, o la luce UV, per alcune ore prima del consumo per ridurre le cariche batteriche attraverso il processo di alimentazione.

Mentre questo metodo è molto efficace nel ridurre la conta coliformi, a meno che sia effettuata a bassa temperatura e per un periodo di giorni, questa depurazione non è generalmente efficace contro i vibrioni ( Phuvasate et al. 2012 ).

Tuttavia, la depurazione in presenza del VPp1a fago è stata in grado di ridurre le concentrazioni V. parahaemolyticus da 2,35-2,76 log CFU/g su un periodo di 36 ore a 16°C ( Rong et al. 2014 ).

Il fago PVP-1 è stato studiato per la sua capacità di eliminare la contaminazione V. parahaemolyticus applicata sia con l’immersione in vasca e direttamente sulla carne delle ostriche contaminate.

Entrambe le strategie di applicazione hanno determinato diminuzioni della popolazione di V. parahaemolyticus , il trattamento in bagno di immersione ha ridotto la conta batterica da 8,9×10 6 CFU/g a 14 CFU/g dopo 72 ore; l'applicazione diretta del fago sulla carne contaminata ha quasi eliminato la contaminazione entro 12 ore a 18°C, con 1.4×10 6CFU/g nel controllo e appena 1,9 CFU/g nei campioni trattati ( Giugno et al. 2014 ).

Con i  crostacei invece si presentano diverse sfide con il trattamento con i fagi; la grande e irregolare superficie, se applicato come sulle ostriche, limita il tempo di contatto tra i fagi e i batteri ( Guenther et al., 2009 ).

Applicazione dell’alta pressione

L’alta pressione (HPP) è comunemente utilizzata in un intervallo tra 200 e 600 MPa, in alternativa al trattamento termico ( Considine et al., 2008 ). Il trattamento HPP più breve di 1-2 minuti sulle ostriche aumenta la shelf-life a ben 11 giorni, abbassando la carica batterica totale, e nel processo viene uccide l'ostrica e di conseguenza il muscolo adduttore si rilascia e rende più facile sgusciatura ( He et al. 2002 ).

Particolare attenzione è stata posta alla capacità di HPP di ridurre V. parahaemolyticus e V. vulnificus nelle ostriche. Alla raccolta, la densità di V. parahaemolyticus è generalmente inferiore a 103 MPN/g; tuttavia i livelli dei patogeni aumentano rapidamente a>106 MPN/g, se la temperatura di conservazione non è adeguatamente controllata ( Gooch et al., 2001 ), e questi livelli sono pericolosi per la salute umana.

Notevoli differenze nella resistenza di pressione tra i ceppi V. parahaemolyticus sono stati riportati ( Kural, 2008 ) rendendo le linee guida per i trattamenti HPP efficaci per rimuovere V. parahaemolyticus difficile. Sono state riportate le differenze di 1 → 7 riduzioni di registro a V. parahaemolyticus, sulla base di diverse variabili tra cui: il livello di pressione, mezzo di sospensione, il tempo di elaborazione, temperatura di lavorazione, su una ostrica intera o sulla carne appena prelevata ( Calik et al. 2006 ; Kural 2008 ; Phuvasate e Su 2015 ).

Mentre aumentano la pressione e il tempo di elaborazione aumentano le log-riduzioni osservate per V. parahaemolyticus, e il trattamento HPP sembra essere più efficace contro V. parahaemolyticus quando si effettuata a temperature più basse ( Phuvasate e SU, 2015 ).

Se la temperatura do esercizio è abbassata a 1,5°C da 20°C, il tempo di lavorazione può essere abbassato da 10 a 5 min e la pressione può essere abbassata a 250 MPa a 300 MPa senza perdita di riduzione logaritmica ( Phuvasate e Su 2015 ).

Le temperature di conservazione dei frutti di mare prima del trattamento con HPP non sembrano influenzare la resistenza di V. parahaemolyticus poi per l’HPP; tuttavia, la refrigerazione può aumentare la resistenza di V. vulnificus al trattamento HPP aumentando la percentuale di acidi grassi polinsaturi nella membrana cellulare ( Ye et al. 2013 ).

Nel post-HPP la refrigerazione ha dimostrato di causare ulteriori riduzioni del numero delle cellule dopo il trattamento; questo potrebbe verificarsi a causa dell'inibizione del recupero di cellule danneggiate quasi in maniera letale ( Ye et al. 2013 ).

Nonostante i suoi vantaggi, HPP porta anche la carne a diventare più opaca (Murchie et al., 2005), e la comparsa di questo fenomeno si determina nel cotto di diversi tipi di pesce (Maestro et al., 2000), due fattori che possono limitare l'accettazione da parte dei consumatori (Tabella 1).

Irradiazione

L'irradiazione dei prodotti alimentari è diventata una tecnologia emergente con promettenti caratteristiche per migliorare la sicurezza e la shelf-life di molti tipi di alimenti diversi. L'irradiazione offre numerose caratteristiche uniche, tra cui l'inattivazione diretta di organismi negli alimenti surgelati ( Farkas, 1998 ).

L'uso di raggi gamma e, più recentemente, i raggi X per eliminare i ceppi patogeni di batteri come vibrioni in ostriche vive sta diventando una popolare alternativa al trattamento termico (Grodner e Andrews 1996, Farkas, 1998; Andrews et al., 2003 ; Jakabi et al., 2003 ; Mahmoud 2009).

Una gamma di dosi di irradiazione da 0,5-3,0 kGy sono stati testati su ostriche vive con studi che dimostrano che la dose massima di 3.0 kGy non ha ucciso le ostriche o intaccato nessuno dei loro attributi sensoriali. Anche se sono state osservate riduzioni di 6-log  V. parahaemolyticus quando i livelli di dosaggio sono stati usati a partire da 1,0 kGy (Jakabi et al., 2003).

Trattamenti di laboratorio con 0,1-4 kGy a raggi X eseguiti su gamberetti pronti da mangiare hanno mostrato una riduzione di V. parahaemolyticus  da 6-log in CFU a 3 kGy ( Mahmoud 2009 ).

Per ottenere una riduzione di 6-log di V. vulnificus in ostriche a mezzo guscio sono stati impiegati 1.0 kGy;  per le ostriche a guscio intero sono stati impiegati 3.0 kGy ( Mahmoud 2009 ).

Conclusione

È stata presentata una breve panoramica dei diversi trattamenti per la  conservazione dei frutti di mare insieme all'effetto che hanno sulle cellule batteriche (figura 1), la qualità dei frutti di mare, e dei possibili rischi (Tabella 1 ). Nessuna delle tecnologie recensiti qui rappresenta un rischio nella catena alimentare. Tuttavia, alcuni hanno vantaggi unici: l'efficacia di irradiazione sulla cibi surgelati senza necessità di scongelamento prima del trattamento, e svantaggi: lo sbiancamento/opacizzazione della carne delle ostriche esposta a trattamento HPP.

Sulla base della variabilità della efficacia dell'intervento, e gli effetti dell'intervento sul prodotto ittico, si nota l'importanza della validazione di ogni strategia di intervento su ogni prodotto prima dell'utilizzo di routine.

Autori dei  Contributi

Tutti gli autori elencati, hanno contributo sostanziale, diretta ed intellettuale al lavoro, e approvato per la pubblicazione.

Finanziamento

Questo studio è stato finanziato da fondi Heath Canada A-Base.

Conflitto di interessi

Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di rapporti commerciali o finanziarie che potrebbe essere interpretato come un potenziale conflitto di interessi.

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