Docente

Prof. Agostino Cavazza agostino.cavazza@fmach.it

Crediti

7 CFU

Finalità

Il corso si propone di fornire le conoscenze di base della microbiologia. Vengono descritte la morfologia e la fisiologia dei principali microrganismi procarioti ed eucarioti di interesse alimentare ed enologico  in particolare. Vengono fornite le basi scientifiche che consentiranno allo studente di comprendere i fenomeni biologici che si verificano in enologia e di gestire le fermentazioni enologiche.

Programma

Parte generale. Microbiologia: storia e campo di studio. Dimensione, forma e struttura dei microrganismi. Parete cellulare e strutture esterne alla cellula batterica. Membrane cellulari dei procarioti. Proteine e meccanismi di trasporto. Ribosomi e sintesi proteica in eucarioti e procarioti. Antibiotici e loro meccanismi di azione. Organuli e compartimentazione negli eucarioti: mitocondri, apparato di Golgi e secrezione, lisosomi e perossisomi. Il nucleo e la sintesi di DNA e RNA in procarioti ed eucarioti. Meccanismi di correzione degli errori. Plasmidi, sequenze di inserzione, trasposoni. I Virus. Compartimentazione della cellula eucariote: ER, mitocondri, vacuoli e citoscheletro nei lieviti. Ricombinazione genica nei procarioti. Mutazioni, trasformazione, trasduzione, coniugazione. Regolazione dell'espressione genica nei procarioti. Operoni. Ciclo cellulare degli eucarioti: mitosi e meiosi. Accrescimento, moltiplicazione e morte delle colture microbiche. Metabolismo microbico: aerobiosi ed anaerobiosi; fermentazione, respirazione, ossidazioni parziali; rapporti fra processi catabolici ed anabolici. Fermentazione lattica (omo-) e alcolica. Fermentazioni: propionica, butirrica, acido-mista. Fermentazione eterolattica. Curva di crescita dei microrganismi: i principali parametri cinetici. Colture continue, discontinue, fed-batch e batch e produzione industriale di microrganismi e di metaboliti microbici. La classificazione dei batteri e degli eucarioti di interesse alimentare (lieviti e muffe). Condizioni ambientali che regolano lo sviluppo dei principali batteri di interesse alimentare: temperatura, pH, aw. Alimenti fermentati: formaggi e yogurt, vino e birra, pane. Alterazioni e tossinfezioni alimentari. L'inibizione dello sviluppo microbico - metodi fisici e chimici di sterilizzazione: trattamenti termici e filtrazione, sostanze battericide, batteriostatiche ed antibiotici. Tecniche microbiologiche: microscopia, colorazioni, conteggio su piastra, incertezza di misura.

Parte enologica. I lieviti di interesse enologico: classificazione e caratteristiche tecnologiche. I batteri lattici e acetici di interesse enologico: classificazione e caratteristiche tecnologiche. Tecniche di isolamento, conteggio e identificazione delle principali specie microbiche di interesse enologico. I lieviti: crescita durante le operazioni di vinificazione. I lieviti: caratteri importanti per la selezione; metabolismo energetico e prodotti secondari della fermentazione alcolica; metabolismo degli acidi, dei composti azotati, solforati e dell'ossigeno. Gestione della fermentazione: ecologia della fermentazione spontanea; le colture starter; variabili tecnologiche. Arresti di fermentazione: cause e possibili cure. Trattamenti del vino in post-fermentazione: conservazione sulle fecce. La fermentazione malolattica: ecologia e biochimismo; trasformazioni del vino. Vinificazioni particolari: la spumantizzazione; vini santi e vini ad alta gradazione alcolica. L'imbottigliamento dei vini: le sostanze ad azione antimicrobica; i controlli microbiologici. Alterazioni dei vini causate da lieviti, da batteri lattici e da batteri acetici.

Contents

Microbiology: definitions and some milestones. Sizes and shapes of prokaryotic and eukaryotic cells. The bacterial cell wall and the external structures of bacteria. Pili, flagella, capsule. Prokaryotic membranes. Protein structure and transport mechanisms in cells. Ribosomes and protein synthesis in prokaryotes and eukaryotes. Antibiotics and their action mechanisms. The nucleic acids. The synthesis of DNA and RNA in prokaryotes and eukaryotes. The correction of base coupling mistakes. The eukaryotic cell, its organelles and its compartmentation: mitochondria, the Golgi apparatus and secretions, lysosomes and peroxisomes. The nucleus: nuclear membrane, nucleolus, chromatin, histones and chromosome organization. Plasmids, insertion sequences, transposons. Viruses. The eukaryotic cell compartments; Endoplasmic Reticulum, Mitochondria, Vacuoles and Cytoskeleton in yeasts. Genetic recombination in prokaryotes. Mutations. Transformation, Transduction and Conjugation. Regulation of gene expression in prokaryotes: operons. Cell cycle in eukaryotes: mitosis and meiosis. Growth, development and death of microbial cultures. Microbial metabolism: aerobiosis and anaerobiosis. Fermentation, respiration, anaerobic respiration. Catabolism and anabolism. The most important food and industrial fermentations: (omo) lactic, alcoholic, mixed acid, butanediol, propionic, butirric, and heterolactic. Other metabolic pathways. The microbial growth curve and its kinetic parameters. Continuous, discontinuous, batch and fed-batch cultures. The industrial production of micro-organisms and microbial metabolites. Taxonomy and classification of food-related bacteria and eukarya (yeasts and moulds).Food-related bacteria. Food spoilage and food-related diseases. The inhibition of microbial growth. Physical sterilization: heat treatments and filtration. Chemical sterilization: bactericides, bacteriostatics and antibiotics. Laboratory techniques: Microscopy staining and counting; plate counting and uncertainty.

Wine Microbiology.

Wine yeasts, Wine Lactic Acid Bacteria, Wine Acetic Acid Bacteria: taxonomy and enological characters.

The micro-organisms of winemaking: isolation, enumeration and identification. Yeasts: growth during vinification, selection criteria, energy-yielding metabolism and production of secondary compounds during fermentation, metabolisms of organic acids, of nitrogen, oxygen and sulphur compounds. Prefermentation processing and microbial growth. Fermentation processing and management: native microbiota. Yeast starters. Fermentation processing and management: technological parameters. Stuck and sluggish fermentations. Post-fermentation treatments: wine storage on lees. Malolactic fermentation: ecology and biochemistry. Practical implications of malolactic fermentation. Sparkling wines. Late-harvest and fortified wines. Wine bottling: preservatives and their effects on micro-organisms, microbiological controls. Wine spoilage by micro-organisms: yeasts, lactic acid bacteria and acetic acid bacteria.

Bibliografia

Michael T. Madigan - John M. Martinko. Brock. Biologia dei microrganismi vol. 1 - Microbiologia generale. di:

A cura di: B. Colonna - M. Grossi Editore: CEA. Euro 55.80

P. Ribereau-Gayon, D. Duburdieu, B. Donèche, A. Lonvaud. Trattato di Enologia I. Microbiologia del vino, vinificazioni. 640 pagine. Euro 60 (circa).

Cavazza, A. Tini, V. Zambonelli, C. MICROBIOLOGIA ENOLOGICA IN LABORATORIO. REDA Edizioni per l'agricoltura.134 pagine, EURO 17

Ulteriore materiale didattico o informazioni reperibili:

Madigan, M. T., Martinko, J. M., Parker, J. BROCK. BIOLOGY OF MICROORGANISMS. Prentice Hall International Editions.

Modalità d'esame

Test scritto (uno solo al termine del ciclo di lezioni), esame orale.

Orario di ricevimento

Al termine delle lezioni, oppure su appuntamento via mail