Course Syllabus
Obiettivi
Conoscenza e capacità di comprensione
Le studentesse e gli studenti acquisiranno conoscenze riguardanti:
- i ruoli, positivi e negativi, dei microrganismi negli alimenti e i principi di base della contaminazione microbica;
- i fattori che influenzano la crescita dei microrganismi negli alimenti, le metodologie per il loro studio e le strategie per il loro contenimento nel contesto della sicurezza alimentare;
- i principali microrganismi che caratterizzano i diversi alimenti, fermentati e non fermentati;
- i principi ecologia microbica applicati allo studio dei sistemi alimentari e del microbioma umano;
- i principi che regolano il ruolo del microbioma umano nella modulazione degli effetti sulla salute di alimenti.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Le studentesse e gli studenti svilupperanno la competenza necessaria a comprendere il ruolo che uno specifico microrganismo può svolgere in un determinato alimento. Inoltre, acquisiranno la capacità per impostare una valutazione del rischio microbiologico associato a specifici alimenti. Le studentesse e gli studenti svilupperanno inoltre la competenza necessaria per interpretare le pubblicazioni scientifiche che coinvolgono dati di metatassonomia e metagenomica relativi agli ecosistemi microbici associati all’uomo.
Autonomia di giudizio
Le studentesse e gli studenti acquisiranno l'autonomia di giudizio utile a prevedere quali microrganismi è possibile trovare in un determinato alimento e di stabilire la strategia analitica più adatta per il loro studio. La capacità di esaminare in modo approfondito le caratteristiche ecologiche degli ecosistemi microbici associati all'uomo consentirà di distinguere le situazioni in cui il microbioma svolge un ruolo cruciale da quelle in cui ha meno rilevanza.
Abilità comunicative
Le studentesse e gli studenti saranno in grado di descrivere con un linguaggio appropriato le caratteristiche e i ruoli dei microrganismi associati agli alimenti e degli ecosistemi microbici associati al corpo umano. Inoltre, sapranno descrivere con chiarezza il potenziale rischio microbiologico associato a uno specifico alimento e il potenziale impatto del microbioma umano nei riguardi degli effetti delle componenti alimentari sulla salute umana.
Capacità di apprendimento
Al termine dell'insegnamento, le studentesse e gli studenti saranno in grado di proseguire l'apprendimento attraverso la consultazione della letteratura e delle normative più recenti nell’ambito della microbiologia degli alimenti e del rischio microbiologico associato al consumo alimentare. La conoscenza della terminologia e delle metodologie impiegate nella ricerca scientifica consentirà agli studenti di integrare le conoscenze acquisite sul microbioma con quelle di altre discipline.
Contenuti sintetici
- Il rapporto tra microrganismi e alimenti: concetti di base
- Le strategie di gestione dei microrganismi negli alimenti
- I principali gruppi di microrganismi di interesse alimentare
- Le malattie a trasmissione alimentare
- Microbiologia degli alimenti non fermentati
- Le fermentazioni alimentari
- Lo studio degli ecosistemi microbici
- Ecologia del microbiota umano
- La relazione dieta-microbiota-salute umana: concetti di base
- La relazione dieta-microbiota-salute umana: analisi di diversi casi studio
Programma esteso
- Il rapporto tra microrganismi e alimenti: concetti di base
La contaminazione microbica degli alimenti. Il ruolo dei microrganismi nell’alimento: microrganismi protecnologici, alteranti e patogeni. I fattori che influenzano la crescita dei microrganismi negli alimenti. L’isolamento, l’identificazione e la quantificazione dei microrganismi negli alimenti.
- Le strategie di gestione dei microrganismi negli alimenti
I principi del controllo dei microrganismi. Il rischio biologico. La prevenzione della contaminazione. Il controllo della crescita dei microrganismi negli alimenti (acidificazione, attività dell’acqua, conservanti naturali e artificiali, temperatura, il confezionamento, trattamenti fisici). Cenni di gestione della sicurezza alimentare nell’industria alimentare.
- I principali gruppi di microrganismi di interesse alimentare
Biologia ed ecologia di batteri lattici, batteri acetici, batteri sporigeni, enterobatteri, cocchi coagulasi negativi, lieviti e funghi filamentosi.
*- Le malattie a trasmissione alimentare *
Il significato di infezione, intossicazione e tossinfezione. La contaminazione degli alimenti da parte di microrganismi patogeni. Epidemiologia delle malattie a trasmissione alimentare. I patogeni alimentari per l’uomo che causano infezioni (Arcobacter, Campylobacter, Cronobacter, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella, Shigella, Vibrio, Yersinia) e intossicazioni (Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus). I virus alimentari.
- Microbiologia degli alimenti non fermentati
Il latte. La carne. Gli alimenti ittici. Uova e ovoprodotti. Prodotti ortofrutticoli. I succhi vegetali. Conserve alimentari. Acqua e ghiaccio alimentare. La sopravvivenza dei microrganismi in bevande alcoliche e soft drinks.
- Le fermentazioni alimentari
Concetti generali. Fermentazioni spontanee e fermentazioni con inoculi. Microbiologia dei principali alimenti fermentati (yogurt e bevande fermentate a base latte, formaggi e burro, salami crudi fermentati, prodotti fermentati a base di pesce, pane e altri prodotti lievitati da forno, I prodotti fermentati di origine vegetale, il cacao e il caffè, vino, birra, aceto). La distinzione tra alimenti fermentati e alimenti probiotici.
- Lo studio degli ecosistemi microbici
Descrizione: Principi di ecologia applicati agli ecosistemi microbici (la definizione di microbiota e microbioma). Le tecniche coltura-indipendenti per lo studio delle comunità microbiche negli alimenti: la metatassonomia attraverso 16S rRNA gene profiling e la metagenomica shotgun. Lo studio della biodiversità in un ecosistema microbico: i concetti di richness, evenness e abbondanza relativa. Indici e modelli per la descrizione della biodiversità in un ecosistema microbico.
- Ecologia del microbiota umano
Descrizione: Il concetto di olobionte. Caratteristiche generali dei microbiomi umani (i concetti di ridondanza funzionale, stabilità funzionale, servizio ecosistemico, perturbazione, resistenza e resilienza, disbiosi). Biogeografia degli ecosistemi microbici umani. Le principali funzioni del microbiota intestinale (l’esclusione competitiva, la produzione di vitamine, l’interazione con il sistema immunitario dell'ospite).
- La relazione dieta-microbiota-salute umana: concetti di base
Descrizione: I carboidrati della dieta e il loro rapporto con il microbiota intestinale (i concetti di fibra, carboidrati accessibili al microbiota, e prebiotici). I carboidrati come driver della coevoluzione microbiota-ospite. Gli acidi grassi a corta catena prodotti a livello intestinale e il loro ruolo per la salute. I batteri alimentari, le alterazioni del microbioma umano e le malattie non comunicabili nel mondo industrializzato (la teoria dello svuotamento del bioma).
- La relazione dieta-microbiota-salute umana: analisi di diversi casi studio
[i] la dieta ricca in grassi e il tumore epatico. [ii] il sale e l'ipertensione; [iii] la fibra alimentare, i polipi intestinali e il tumore epatico; [iv] carnitina/colina e aterosclerosi; [v] i grassi del latte e la colite; [vi] gli effetti sulla salute degli additivi alimentari.
Prerequisiti
Sono richieste le conoscenze acquisite nei corsi di Microbiologia e Biochimica.
È necessaria una conoscenza di base di Immunologia.
Modalità didattica
LEZIONI FRONTALI. Lezioni da 2 ore costituite da:
- una parte in modalità erogativa (didattica erogativa, DE) focalizzata sulla presentazione di contenuti scientifici e tecnici da parte del docente.
- una parte in modalità interattiva (didattica interattiva, DI), che prevede interventi didattici integrativi, brevi interventi effettuati dai corsisti e dimostrazioni aggiuntive di applicazioni pratiche dei contenuti della parte erogativa. Nello specifico, al termine di ogni macro-argomento del corso, l’utilizzo di piattaforme di Audience Engagement permetterà a studentesse e studenti di rispondere a domande preparate al fine di applicare le nozioni acquisite a problematiche concrete nel contesto della microbiologia alimentare e della scienza del microbioma umano. Le risposte raccolte serviranno come base per instaurare un dibattito, che il docente modererà e alimenterà mostrando pubblicazioni scientifiche, articoli divulgativi, casi studio e notizie dei media.
- Computo delle ore: 35 h di lezione + 10 h di esercitazione
Tutte le attività sono svolte in presenza (non sono previste ore di lezione da remoto, e potranno essere considerate solo in caso di imprevisto).
L'insegnamento prevede le attività in lingua Inglese.
Materiale didattico
Il materiale didattico (slide) e di approfondimento (pubblicazioni scientifiche e video) è disponibile alla pagina e-learning dell'insegnamento.
La videoregistrazione di ogni lezione fornita in modalità erogativa sarà resa disponibile al termine di ogni lezione
Testo suggerito: Microbiologia alimentare applicata, CEA - Casa Editrice Ambrosiana.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
- Prova scritta: l’esame consiste in un’unica prova di circa 90 minuti. È articolata in 8–10 quesiti a risposta aperta; a ciascuno di essi viene attribuito un punteggio da 2 a 4 punti. La somma determina il voto complessivo (superamento con almeno 18/30). Per ogni domanda vengono valutati:
- accuratezza e completezza dei contenuti, con terminologia specialistica corretta;
- padronanza teorica e capacità di applicare le conoscenze nella pratica;
- pertinenza e rigore metodologico delle soluzioni proposte;
- coerenza logica dell’argomentazione;
- chiarezza espositiva e proprietà di linguaggio tecnico.
-
Prova orale facoltativa: su richiesta dello studente o del docente è possibile sostenere un colloquio orale che completa la valutazione complessiva e verifica le abilità comunicative. In assenza di colloquio, tali abilità sono desunte dalla parte discorsiva della prova scritta.
-
Assenza di prove in itinere. Eventuali fac-simile di domanda saranno rese disponibili durante le lezioni frontali.
Orario di ricevimento
Su appuntamento (in ufficio o in video chat), previa richiesta per e-mail (simone.guglielmetti@unimib.it) o in aula.
Sustainable Development Goals
Aims
Knowledge and understanding
Students will acquire knowledge regarding:
- The roles, both positive and negative, of microorganisms in food and the basic principles of microbial contamination;
- Factors influencing microbial growth in food, methodologies for their study, and strategies for their containment in the context of food safety;
- The main microorganisms characterizing different types of food, both fermented and non-fermented;
- Principles of icrobial ecology applied to the study of food systems and human microbiomes;
- Principles regulating the role of the human microbiome in modulating the health effects of food.
Ability to apply Knowledge and understanding
Students will develop the necessary competence to understand the role that a specific microorganism can play in a particular food. Additionally, they will acquire the ability to conduct a microbiological risk assessment associated with specific foods. Furthermore, students will develop the competence to interpret scientific publications involving metataxonomy and metagenomics data related to human-associated microbial ecosystems.
Autonomy of judgment
Students will gain autonomy of judgment to predict which microorganisms may be present in a particular food and establish the most suitable analytical strategy for their study. The ability to thoroughly examine the ecological characteristics of human-associated microbial ecosystems will allow them to distinguish situations where the microbiome plays a crucial role from those where it is less relevant.
Communicative skills
Students will be able to describe with appropriate language the characteristics and roles of microorganisms associated with food and human-associated microbial ecosystems. Moreover, they will be able to clearly describe the potential microbiological risk associated with a specific food and the potential impact of the human microbiome on the effects of food components on human health.
Learning ability
At the end of the course, students will be able to continue learning through consulting the latest literature and regulations in the field of food microbiology and microbiological risk associated with food consumption. Knowledge of the terminology and methodologies used in scientific research will enable students to integrate the knowledge acquired on the microbiome with that of other disciplines.
Contents
- The relationship between microorganisms and food: basic concepts
- Strategies for managing microorganisms in food
- The main groups of microorganisms of food interest
- Foodborne diseases
- Microbiology of non-fermented foods
- Food fermentations
- Study of microbial ecosystems
- Ecology of the human microbiota
- The diet-microbiota-human health relationship: basic concepts
- The diet-microbiota-human health relationship: analysis of different case studies
Detailed program
-
The relationship between microorganisms and food: basic concepts
Microbial contamination of food. The role of microorganisms in food: protechnological, spoilage, and pathogenic microorganisms. Factors influencing microbial growth in food. Isolation, identification, and quantification of microorganisms in food.
- Strategies for managing microorganisms in food
Principles of microbial control. Biological risk. Prevention of contamination. Control of microbial growth in food (acidification, water activity, natural and artificial preservatives, temperature, packaging, physical treatments). Overview of food safety management in the food industry.
- The main groups of microorganisms of food interest
Biology and ecology of lactic acid bacteria, acetic acid bacteria, spore-forming bacteria, enterobacteria, coagulase-negative cocci, yeasts, and filamentous fungi.
- Foodborne diseases
Meaning of infection, intoxication, and toxoinfection. Food contamination by pathogenic microorganisms. Epidemiology of foodborne diseases. Foodborne pathogens causing infections (Arcobacter, Campylobacter, Cronobacter, Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Salmonella, Shigella, Vibrio, Yersinia) and intoxications (Bacillus cereus, Clostridium botulinum, Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus). Foodborne viruses.
- Microbiology of non-fermented foods
Milk. Meat. Fish products. Eggs and egg products. Fruits and vegetables. Vegetable juices. Food preserves. Water and ice for consumption. Survival of microorganisms in alcoholic beverages and soft drinks.
- Food fermentations
General concepts. Spontaneous fermentations and fermentations with inocula. Microbiology of major fermented foods (yogurt and milk-based fermented beverages, cheeses and butter, fermented raw sausages, fermented fish products, bread and other baked leavened products, fermented plant-based products, cocoa and coffee, wine, beer, vinegar). Distinguishing between fermented foods and probiotic foods.
- Study of microbial ecosystems
Description: Principles of ecology applied to microbial ecosystems (definition of microbiota and microbiome). Culture-independent techniques for studying microbial communities in foods: metataxonomy through 16S rRNA gene profiling and shotgun metagenomics. Study of biodiversity in a microbial ecosystem: concepts of richness, evenness, and relative abundance. Indices and models for describing biodiversity in a microbial ecosystem.
- Ecology of the human microbiota
Description: The concept of holobiont. General characteristics of human microbiomes (concepts of functional redundancy, functional stability, ecosystem service, disturbance, resistance, and resilience, dysbiosis). Biogeography of human microbial ecosystems. The main functions of the intestinal microbiota (competitive exclusion, vitamin production, interaction with the host immune system).
- The relationship between diet, microbiota, and human health: basic concepts
Description: Dietary carbohydrates and their relationship with the intestinal microbiota (concepts of fiber, carbohydrates accessible to the microbiota, and prebiotics). Carbohydrates as drivers of microbiota-host coevolution. Short-chain fatty acids produced in the intestine and their role in health. Foodborne bacteria, alterations of the human microbiome, and non-communicable diseases in the industrialized world (biome depletion theory).
- The relationship between diet, microbiota, and human health: analysis of different case studies
[i] High-fat diet and liver cancer. [ii] Salt and hypertension; [iii] Dietary fiber, intestinal polyps, and liver cancer; [iv] Carnitine/choline and atherosclerosis; [v] Milk fats and colitis; [vi] Health effects of food additives.
Prerequisites
Knowledge acquired in the courses of Microbiology and Biochemistry is required.
Basic knowledge of Immunology is necessary.
Teaching form
LECTURES. Lectures of 2 hours each, consisting of:
- A section of delivered didactics (Didattica erogativa, DE) focused on the presentation of scientific and technical contents by the lecturer.
- A section of interactive teaching (Didattica Interattiva, DI) including supplementary didactic interventions, brief presentations by the students, and additional demonstrations of practical applications of the content covered in the lecture-based part. Specifically, at the end of each major topic of the course, the use of Audience Engagement platforms will allow students to answer questions designed to apply the acquired knowledge to real-world issues in the context of food microbiology and human microbiome science. The collected responses will serve as a basis for a debate, which the teacher will moderate and enrich by showing scientific publications, popular articles, case studies, and media news.
- Workload: 35 hours of lectures + 10 hours of practical exercises.
All activities are delivered in person (no remote teaching hours are scheduled, except in case of unforeseen circumstances).
The course is taught in English.
Textbook and teaching resource
The teaching material (slides) and supplementary material (scientific publications and videos) are available on the e-learning page of the course. The video recording of each lecture (didattica erogativa) will be made available at the end of each lesson.
Suggested text: Microbiologia alimentare applicata, CEA - Casa Editrice Ambrosiana.
Semester
First semester.
Assessment method
- Written examination: The assessment consists of a single 90-minute written test comprising 8–10 open-ended questions. Each question is awarded 2-4 points; the total score determines the final mark (a minimum of 18/30 is required to pass). Each answer is evaluated for:
- accuracy and completeness of content, with correct specialist terminology;
- theoretical mastery and ability to apply knowledge in practice;
- relevance and methodological rigour of the proposed solutions;
- logical coherence of the argumentation;
- clarity of expression and appropriate technical language.
-
Optional oral examination: At the student’s or instructor’s request, an oral interview may be held to complete the overall assessment and verify communication skills. If no oral is taken, these skills are inferred from the discursive sections of the written test.
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No mid-term tests are scheduled. Sample questions will be provided during the lectures.
Office hours
On appointment (in person or via video chat), upon prior request by email (simone.guglielmetti@unimib.it) or in classroom.
Sustainable Development Goals
Staff
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Simone Domenico Guglielmetti
