Lattobacilli: importanza e prospettive nell’industria e nelle biotecnologie

Il genere dei lattobacilli o bacillo di Doderlein, Lactobacillus, appartiene al vasto gruppo dei batteri che producono acido lattico attraverso un processo di fermentazione (“lactic acid bacteria” o LAB) e sono organismi Gram-positivi. Con oltre 100 specie e sottospecie, il genere dei lattobacilli costituisce il gruppo di organismi più grande all’interno della famiglia Lactobacillaceae o batteri lattici. I componenti del genere sono a forma di bastoncino, organizzati spesso in catene e tassativamente fermentativi e aerotolleranti, ma crescono molto bene in condizioni anaerobiche. Vi sono specie omofermentative, che convertono gli zuccheri principalmente in acido lattico, e specie eterofermentative, che trasformano gli zuccheri in acido lattico, acido acetico, etanolo e CO₂. Poiché il catabolita prediletto dai lattobacilli è l’acido lattico, questi preferiscono condizioni di pH relativamente basso, nel range 5.5–6.5. Pertanto, il bacillo di Doderlein ha un ruolo più che attivo nel controllo della flora batterica vaginale e nel ripristinare la flora batterica intima. Mediante il processo di citolisi da Doderlein, nota anche come citolisi lattica, i lattobacilli vaginali tengono sotto controllo le potenzialità patogeniche di pericolosi batteri. I batteri appartenenti al genere Lactobacillus possono essere rinvenuti in un ampia varietà di nicchie ecologiche come nelle piante, negli animali, nel latte non pastorizzato o a stretto contatto con insetti. L’abilità di colonizzare così tanti habitat è una diretta conseguenza della versatilità metabolica dei LAB. Infatti, sono stati utilizzati per la conservazione del cibo, come colture di avviamento alla fermentazione per latticini, sostanza vegetale fermentata o per l’inoculo di insilati. Inoltre, grazie alle loro potenziali proprietà terapeutiche, è stata avanzata la possibilità di una loro introduzione in veste di probiotici.

Applicazioni nell’industria e nelle biotecnologie alimentari

I lattobacilli sono spesso associati alla produzione di cibo grazie alla loro capacità di contribuire alla sua conservazione, tramite processi di acidificazione, e/o di potenziarne il gusto, l’aspetto, la consistenza ed i principi nutritivi. La flora lattobacillare è utilizzata come coltura di avviamento o complementare per alcune varietà di formaggi, carni fermentate, nella produzione di vino e birra, insilati e pane a lievitazione naturale. Essi causano un rapido decremento di pH per la produzione di acido lattico come catabolita principale. In aggiunta a questo composto, la caratteristica attività proteolitica e la capacità di generare composti aromatici come batteriocine ed esopolisaccaridi, è una garanzia dell’alta qualità e valore nutrizionale del prodotto finale, che potrebbe ulteriormente ampliare lo spettro di applicazioni biotecnologiche di questo importante gruppo di LAB. Alcuni lattobacilli che hanno colonizzato il tratto gastrointestinale (GIT), sono stati associati ad una serie di benefici utili per la salute del corpo e ciò ha contribuito alla loro designazione di probiotici. Infatti le batteriocine e gli esopolisaccaridi sono due esempi molto significativi dell’applicazione funzionale dei lattobacilli nell’industria alimentare. Negli ultimi due decenni, molti studi hanno confermato le promettenti potenzialità delle batteriocine nel prevenire contaminazioni causate da microorganismi patogeni nei prodotti alimentari e, allo stesso modo, è noto che gli esopolisaccaridi incrementano la viscosità, la compattezza, la consistenza ed il gusto di prodotti a basso contenuto di grassi. Questi pochi, ma significativi esempi, suggeriscono la polifunzionalità dell’impiego dei lattobacilli nell’industria. I paragrafi che seguono si addentreranno più dettagliatamente nella trattazione delle applicazioni più significative di questi organismi nell’industria e nelle biotecnologie alimentari.

I lattobacilli come probiotici

I probiotici sono microorganismi vitali che, se somministrati in adeguate quantità, apportano benefici alla salute dell’ospite. Solide evidenze scientifiche supportano il contributo significativo del mantenimento di una microflora intestinale rigogliosa ed in salute contro malattie del tratto gastrointestinale, tra cui infezioni ed infiammazioni dei visceri. Altrettanti studi hanno dimostrato l’efficacia dei probiotici come valida alternativa all’uso di antibiotici nel trattamento di infezioni e nella riduzione dei sintomi della diarrea associata all’abuso di questi. Infine, i probiotici modulano la crescita del microbiota intestinale, sopprimono le potenzialità patogene di batteri intestinali pericolosi per la salute dell’uomo e rinforzano le naturali difese dell’organismo. Affinché un probiotico sia efficace, deve avere alcune caratteristiche: prima di tutto, è necessario che sia tollerante ai succhi gastrici ed alla bile, deve possedere una discreta capacità di aderire alle superfici epiteliali, persistere nel GIT e di esercitare un’azione antagonista nei confronti di batteri intestinali patogeni. Durante il processo di selezione del probiotico devono essere tenuti in considerazione alcuni aspetti più “tecnologici” come la resistenza ai fagi, il mantenimento della vitalità durante il processamento e la conservazione ed evitare che i probiotici possano diventare resistenti ad antibiotici. I latticini, come latte pastorizzato, il gelato, il latte fermentato e i formaggi, sono i cibi più usati per veicolare i probiotici. Lo yoghurt, a tal proposito, è tradizionalmente concepito come il classico esempio di “veicolo” di probiotici. Anche i formaggi, grazie alla loro moderata acidità, ai bassi livelli di ossigeno, all’elevato contenuto lipidico e alla bassa temperatura di conservazione, sono degli eccellenti “carrier” di probiotici. Tuttavia, sebbene sia stata dimostrata, più che estensivamente, l’importanza dei latticini, si sta valutando sempre più la possibilità di veicolare i probiotici attraverso alimenti di derivazione non casearia come cereali, frutta e verdura.

Impiego in colture di avviamento lattiero-casearie

Le colture di avviamento sono costituite da microorganismi che sono volutamente aggiunti ai prodotti caseari ancora grezzi per creare un prodotto finale che sia più ricco dal punto di vista nutrizionale, e sicuro da consumare. L’uso più comune delle colture di avviamento consiste nella produzione di acido lattico dal lattosio, che nella maggior parte dei casi causa l’agglutinazione delle proteine del latte e la diminuzione del valore di pH. Le colture influenzano anche il sapore e l’aspetto dei prodotti cui sono aggiunti attraverso la scissione delle proteine, dei grassi e di altri costituenti del latte, in aggiunta alla diminuzione di pH. Il decremento di pH e la produzione di perossido di idrogeno impedisce la proliferazione di organismi che potrebbero rovinare il prodotto. In un altro tipo di fermentazione, nota come fermentazione controllata, i microorganismi sono prima purificati dal prodotto alimentare originario, identificati e conservati in laboratorio. Quando sono richiesti per la fermentazione, i ceppi selezionati vengono fatti proliferare e sono aggiunti al prodotto grezzo in alte quantità. Il genere Lactobacillus è uno dei più importanti nella produzione lattiero-casearia e gioca un ruolo cruciale nell’acidificazione del latte e nella produzione di prodotti caseari che richiedono un processo di fermentazione. L. delbrueckii subsp. bulgaricus è ampiamente usato con Streptococcus termophilus nella produzione di yoghurt e L. casei è impiegato come probiotico ed utilizzato come NSLAB (non-starter lactic acid bacteria) nella produzione del cheddar. L’efficienza delle colture di avviamento è drammaticamente influenzata dal pericolo di contaminazione ad opera di batteriofagi, che spesso causano un’ingente perdita del prodotto finale, con risvolti economici disastrosi. Poiché i fagi sono ceppo-specifici, è fondamentale attuare una rotazione delle colture di avviamento per evitare l’infezione, facendo però attenzione ai ceppi lisogenici “phage-carriers”, cioè che trasportano i loro fagi tipo-specifici.

Cell factories e prospettive future

Attraverso la loro attività metabolica i lattobacilli possono essere considerati delle “cell factories” (“industrie cellulari”) per la generazione de novo di bioattività da un range di peptidi derivati da sorgenti alimentari. Le attività biologiche associati con tali peptidi includono attività di immunomodulazione, antibatteriche, antiipertensive e proprietà simil-oppioidi. Le proteine del latte sono la fonte principale di peptidi bioattivi, la cui struttura può essere codificata nella sequenza aminoacidica delle proteine dei latticini e pertanto richiede una preventiva proteolisi per il rilascio e l’attivazione. Tali osservazioni hanno alimentato l’interesse nello sviluppare cibi fermentati che abbiano un valore aggiunto, cioè che siano arricchiti con particolari composti di particolare beneficio per la salute del consumatore, come l’enzima ACE (angiotensin-converting enzyme), che sono prodotti dai lattobacilli attraverso il loro sistema proteolitico. Un’altra promettente prospettiva si basa sull’ingegneria metabolica dei LAB finalizzata alla produzione di cataboliti diversi dal solo acido lattico, come il mannitolo, il piruvato o il ribulosio, che conferiscano al prodotto finale proprietà nutraceutiche. In ultima istanza, ma le possibilità da esplorare sono numerose, i lattobacilli potrebbero essere degli efficienti carrier di vaccini per via orale. La maggior parte delle nostre conoscenze sull’uso dei lattobacilli per la vaccinazione si basa su studi condotti prendendo come antigene modello il frammento C della tossina del tetano, e molti scienziati si dicono ottimisti che, grazie alla nostra conoscenza sempre più approfondita del sistema immunitario e delle tecniche di clonaggio e espressione genica, la prospettiva è più che realistica e realizzabile.