Syllabus del corso
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 di 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 alimenti-microbiota-salute umana: concetti di base
- La relazione alimenti-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
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
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 alimenti-microbiota-salute umana: concetti di base
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 alimenti-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
L’insegnamento prevede 35 ore di lezione frontale in presenza e 10 ore di esercitazione in presenza.
Le lezioni frontali sono svolte prevalentemente in modalità didattica erogativa (DE) e sono dedicate alla presentazione dei contenuti scientifici e tecnici del corso. Durante le lezioni sono previsti anche momenti di didattica interattiva (DI), finalizzati a favorire il coinvolgimento attivo delle studentesse e degli studenti attraverso domande applicative, discussione guidata di casi studio, analisi di esempi tratti dalla letteratura scientifica e commento di problematiche reali nell’ambito della microbiologia degli alimenti e della scienza del microbioma umano.
Le esercitazioni sono svolte in modalità didattica interattiva (DI) e sono dedicate all’applicazione delle conoscenze acquisite a problemi concreti, anche mediante l’utilizzo di piattaforme di audience engagement e di attività di discussione/dibattito guidato. Le risposte fornite dalle studentesse e dagli studenti saranno utilizzate come base per la discussione in aula, moderata dal docente.
Tutte le attività didattiche sono svolte in presenza. Non sono previste ore di didattica da remoto, salvo eventuali esigenze straordinarie.
L’insegnamento è erogato in lingua italiana. I materiali didattici e di approfondimento sono prevalentemente forniti 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 delle lezioni, per la parte svolta in modalità erogativa, sarà resa disponibile al termine di ciascuna lezione.
Testo suggerito: Microbiologia alimentare applicata, CEA - Casa Editrice Ambrosiana.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L’esame consiste in una prova scritta individuale, della durata di circa 60-90 minuti, finalizzata a verificare il raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi.
La prova scritta è articolata in 6–10 quesiti a risposta aperta, relativi agli argomenti trattati durante l’insegnamento. I quesiti possono richiedere la descrizione di concetti teorici, l’interpretazione di fenomeni microbiologici negli alimenti, l’applicazione dei principi della microbiologia alimentare a casi concreti, l’analisi di problematiche relative alla sicurezza microbiologica degli alimenti e la discussione del rapporto tra alimenti, microrganismi e microbioma umano.
A ciascun quesito viene attribuito un punteggio compreso indicativamente tra 2 e 6 punti, in funzione della complessità della domanda. La somma dei punteggi ottenuti determina il voto finale espresso in trentesimi. L’esame si considera superato con una votazione minima di 18/30.
La valutazione tiene conto dei seguenti criteri:
- accuratezza, completezza e aggiornamento dei contenuti;
- corretto utilizzo della terminologia specialistica;
- capacità di applicare le conoscenze teoriche a problemi concreti di microbiologia degli alimenti;
- capacità di interpretare il rischio microbiologico associato agli alimenti;
- capacità di collegare i diversi argomenti del corso, inclusi gli aspetti relativi agli ecosistemi microbici alimentari e al microbioma umano;
- pertinenza, rigore metodologico e coerenza logica dell’argomentazione;
- chiarezza espositiva e proprietà di linguaggio tecnico.
La prova scritta verifica quindi la conoscenza e la capacità di comprensione dei contenuti del corso, la capacità di applicare tali conoscenze a casi specifici, l’autonomia di giudizio nell’interpretazione di problematiche microbiologiche, e le abilità comunicative attraverso la formulazione di risposte scritte strutturate e tecnicamente corrette.
È prevista una prova orale facoltativa, su richiesta della studentessa, dello studente o del docente. Il colloquio orale consiste nella discussione degli argomenti del corso e/o della prova scritta e consente di completare la valutazione complessiva, con particolare riferimento alla capacità di argomentare criticamente, collegare i diversi temi dell’insegnamento e utilizzare un linguaggio tecnico appropriato. Il colloquio orale può modificare il voto della prova scritta, in aumento o in diminuzione, sulla base dell’esito della discussione.
Non sono previste prove in itinere. Eventuali esempi di domande o fac-simile di prova potranno essere resi disponibili durante le lezioni e/o sulla pagina e-learning dell’insegnamento.
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 microbial 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 food-microbiota-human health relationship: basic concepts
- The food-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
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
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 food, microbiota, and human health: basic concepts
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 food, 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
The course includes 35 hours of in-person lectures and 10 hours of in-person tutorial/practical activities.
Lectures are delivered mainly as expository teaching (DE) and are dedicated to the presentation of the scientific and technical contents of the course. Lectures also include moments of interactive teaching (DI), aimed at promoting the active involvement of students through application-oriented questions, guided discussion of case studies, analysis of examples from the scientific literature, and discussion of real-world issues in the fields of food microbiology and human microbiome science.
Tutorial/practical activities are delivered as interactive teaching (DI) and are dedicated to the application of the acquired knowledge to concrete problems, also through the use of audience engagement platforms and debate-based activities. Students’ answers will be used as a basis for classroom discussion, moderated by the lecturer.
All teaching activities are delivered in person. No remote teaching hours are planned, except in the case of extraordinary circumstances.
The course is delivered in Italian. Teaching materials and supplementary resources are predominantly provided 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.
Lecture recordings, for the part delivered in expository teaching mode, will be made available after each class.
Suggested text: Microbiologia alimentare applicata, CEA - Casa Editrice Ambrosiana.
Semester
First semester.
Assessment method
The assessment consists of an individual written examination, lasting approximately 60-90 minutes, aimed at verifying the achievement of the expected learning outcomes.
The written examination includes 6–10 open-ended questions covering the topics addressed during the course. Questions may require the description of theoretical concepts, the interpretation of microbiological phenomena in foods, the application of food microbiology principles to concrete cases, the analysis of issues related to food microbiological safety, and the discussion of the relationship between foods, microorganisms and the human microbiome.
Each question is assigned a score ranging indicatively from 2 to 6 points, depending on its complexity. The sum of the scores determines the final grade, expressed on a 30-point scale. The examination is passed with a minimum grade of 18/30.
The assessment is based on the following criteria:
- accuracy, completeness and up-to-date knowledge of the contents;
- correct use of specialist terminology;
- ability to apply theoretical knowledge to concrete problems in food microbiology;
- ability to interpret the microbiological risk associated with foods;
- ability to connect the different topics of the course, including aspects related to food microbial ecosystems and the human microbiome;
- relevance, methodological rigour and logical coherence of the argumentation;
- clarity of exposition and appropriate use of technical language.
The written examination therefore assesses knowledge and understanding of the course contents, the ability to apply such knowledge to specific cases, independent judgement in the interpretation of microbiological issues, and communication skills through the formulation of structured and technically accurate written answers.
An optional oral examination may be held at the request of the student or the lecturer. The oral examination consists of a discussion of the course topics and/or of the written examination and allows the overall assessment to be completed, with particular reference to the ability to argue critically, connect the different topics of the course and use appropriate technical language. The oral examination may modify the grade obtained in the written examination, either upwards or downwards, based on the outcome of the discussion.
No mid-term examinations are planned. Examples of questions or mock examination materials may be made available during lectures and/or on the course e-learning page.
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
-
Simone Domenico Guglielmetti
