(02.10.13) La sbandierata sicurezza con la quale gli alfieri del biogas proclamano che il trattamento di digestione anaerobica rappresneta una soluzione sicura abbattendo le cariche dei principali patoigeni non trova supporto nella letteratura scientifica. Lo conferma il contributo qui presentato di uno specialista in materia, il Prof. Scolari della Facoltà di Agraria di Piacenza
Qualche riflessione su biogas e
sicurezza microbiologica
di Gianluigi Scolari
docente di microbiologia alimentare, Università cattolica del Sacro Cuore, Piacenza
PREMESSA
I digestori anaerobici (bioreattori) utilizzati in agricoltura dovrebbero essere alimentati con liquami bovini, suini, pollina e sottoprodotti dell’agricoltura e dell’industria alimentare non destinati al consumo umano (Reg.to Ce 1069/2009), i quali costituiscono veicoli di microrganismi patogeni; tra questi, i più ricorrenti sono rappresentati dal numeroso gruppo delle enterobatteriacee (Salmonella, Shigella, Yersinia, Escherichia, ecc.) oltre a Listeria monocytogenes, Campylobacter, enterococchi fecali e batteri sporigeni dei generi Clostridium (C. tetani, C. botulinum, C.septicum, C. sordellii) e Bacillus.
E’ logico, quindi, affermare che gli impianti per la produzione di biogas rappresentano dunque un potenziale pericolo per la presenza di microrganismi patogeni.
Il processo di digestione anaerobica è attuato da un consorzio batterico molto complesso nel quale prevale il gruppo degli Archea (metanigeni) e dei Clostridi. Questi ultimi (unitamente a rappresentanti dei generi Acetivibrio, Peptostreptococcus, Bacterioides) sono deputati alla degradazione della sostanza organica (polisaccaridi, proteine, grassi) fornendo i precursori agli Archea per l’ossidazione anaerobica.
Il processo segue un complesso articolato di vie degradative, che è funzione della complessa associazione batterica implicata, che a sua volta è fortemente influenzata dalle condizioni di processo e dalla NATURA del SUBSTRATO. Quindi è possibile affermare, senza tema di smentita, che l’equilibrio di un fermentatore anaerobico (al pari del rumine) è estremamente delicato e variabile, a seconda delle numerosissime perturbazioni del sistema.
Alla luce di queste ultime considerazioni, è evidente come lo studio delle dinamiche di sviluppo delle varie componenti batteriche in un digestore “reale” siano difficilmente modellabili in sistemi di laboratorio, ancorché in dimensioni di impianto pilota: in altre parole, la costruzione di un modello dinamico di crescita batterica che assicuri una minima attendibilità (solidità del modello) richiede sperimentazioni ampie e generalizzate in grado di contemplare le molteplici situazioni “reali”, soprattutto in relazione alla prevedibile variabilità del substrato di alimentazione del digestore. Infatti, nell’ impressionante e per nulla regolata corsa alla produzione di gas da fermentazione anaerobica, uno dei problemi che i produttori si stanno incontrando è la disponibilità di substrato di alimentazione: questo ha indotto e sempre più indurrà, all’impiego sia di substrati nutrizionalmente nobili (come biomasse da colture, siero di latte, in disaccordo con la definizione di sottoprodotti non destinati al consumo umano del citato Reg.to Ce) che di substrati igienicamente problematici (ad es. fanghi di depurazione).
RIFLESSIONI SULLA SICUREZZA MICROBIOLOGICA DEI PRODOTTI DELBIOREATTORE
Gli studi dedicati all’argomento sono a tutt’ora piuttosto limitati; in virtù della succitata complessità, risulta logica la variabilità, spesso contradditoria, dei risultati. Alcuni di questi, infatti, riportano una inefficacia del processo di digestione nel controllare la sopravvivenza/riproduzione dei patogeni nel digestato (Sahalstrom e coll. 2004, Bagge e coll. 2005, Ottoson e coll. 2008 Goberna e coll. 2009, Goberna e coll. 2011); altri ( Chen e coll. 2009) indicano una riduzione di Salmonella e di E. coli, ma non di Shighella. (e scusate se è poco!). Bastano, quindi, queste poche citazioni per concludere che non esiste a tutt’oggi una sufficiente massa critica che permetta di stabilire l’assenza di un rischio microbiologico associato allo spargimento del digestato.
Conseguentemente, in assenza di dimostrazioni solide circa il destino delle componenti batteriche patogene, in virtù del conclamato principio di precauzione, si rendono necessarie alcune considerazioni basate sui più elementari principii di microbiologia.
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Trattamenti di pastorizzazione del substrato. Le condizioni di trattamento dei liquami (bovini) utilizzate sono di 70°C per tempi fino a 30 min. Se il trattamento può essere efficace nel ridurre la carica di enterobatteri, è stato anche osservato che la stabilizzazione termica dei digestati facilitano una loro ri-contaminazione da parte di E.coli e Salmonella (Zienda e Peccia 2011); quest’ultima osservazione è congruente con il prevedibile principio che un substrato libero da competitori è facilmente colonizzabile da specie pericolose. Quindi, il ricorso al processo di stabilizzazione termica non sembra risolvere il problema della sicurezza e la sua applicazione deve sottostare ad una molto ampia serie di verifiche: la dimensione delle sperimentazioni soggiace alla molteplicità delle situazioni reali (citata nella premessa).
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Sebbene alcuni lavori individuino la riduzione di batteri “indicatori” (enterobatteriacee, E.coli), non vanno ASSOLUTAMENTE trascurati alcuni aspetti:
- la varietà di individui del gruppo degli indicatori è rilevante e altrettanto differenti le capacità di sopravvivenza . Ad es. al genere Salmonella appartengono numerosissime specie (alcune candidate addirittura alla termoduricità) e i vari sierotipi di ogni specie hanno peculiarità di adattamento ai vari ambienti: quindi le cellule batteriche di Salmonella nelle feci di suino saranno diverse da quelle dei liquami bovini e da quelle della pollina.
- Alcune specie risultano particolarmente tenaci (come ben sperimentato dai produttori di alimenti): la più evidente è Listeria monocytogenes. La sua capacità di adattamento ai diversi ambienti è straordinaria ed è ben rappresentata dal suo intervallo di crescita biocinetica (da qualche °C fino a 40°C e più); a testimoniare questa caratteristica vale l’osservata ubiquitarietà.
Inoltre, alcune specie di E. coli (enteroemorragici) producono tossine Shigella-simili (shiga-toxin), a causa delle quali la loro dose infettiva risulta impressionantemente bassa; alcuni ricercatori la elevano all’assunzione di poche unità cellulari! E’ sufficiente questo dato per evidenziare come il problema della sicurezza dei digestati non sia liquidabile solamente con qualche studio...Va anche ricordato come la sopravvivenza di E.coli e L. monocytogenes in terreno si possa protrarre nell’ordine dei mesi (Beuchat e coll. 2002).
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La dinamica della fermentazione anaerobica si articola in due fasi: nella prima prevalgono i batteri degradativi presenti nel substrato (inclusi i patogeni), mentre nella seconda si riproducono gli Archea metanogeni. Le interazioni tra le due popolazioni soggiacciono ai principii dell’ecologia microbica: purtroppo, per le ragioni sopra menzionate, sono ancora sconosciuti i meccanismi di tali interazioni e è pertanto impossibile formulare previsioni generalizzabili.
Con riferimento al punto C, va considerato il possibile comportamento degli sporigeni anareobi (genere Clostridium). Essi sono tra i principali attori della fase degradativa, essendo in grado di riprodursi in gran numero; supponendo che (come asseriscono i difensori della sicurezza del digestato) nella seconda fase le condizioni di sopravvivenza diventino sfavorevoli per questo genere, l’evento più logico è una loro conversione in spore, diventando così pressoché immortali.
Questo rappresenta uno dei punti più critici: al genere Clostridium appartengono specie patogene piuttosto gravi (botulinum, tetani, perfringens) e la loro presenza nel digestato, in virtù delle condizioni favorevoli del digestore anaerobico, è da aspettarsi più rilevante che non nel substrato di partenza (Bagge e coll.2010). Inoltre va ricordato che la loro persistenza nel terreno è particolarmente tenace.
Tuttavia, soprassedendo le giustificate motivazioni di preoccupazione sotto il profilo sanitario, si vuole completare la presente (non esaustiva) disamina proponendo una riflessione, che temo i fautori del gas da fermentazione anaerobica non abbiano ben presente.
La corsa al sistema di produzione di biogas ha visto, soprattutto, gli agricoltori che hanno come attività primaria l’allevamento di bovine da latte. Pochissime sperimentazioni sono state condotte sulla possibilità che il terreno, fertilizzato con digestato, possa arricchirsi di spore di Clostridium delle specie non patogene, ma alteranti: è perfettamente noto quali inconvenienti C. butyricum e tyrobutyricum (più raramente il potente C. sporogenes) producano alla trasformazione casearia; è altrettanto ben noto come le spore provengano in maggior misura dagli insilati (fermentazione anaerobica) e superino facilmente il fermentatore anaerobico del rumine per poi passare al latte . Da qui nasce la domanda: dopo tanti anni di ricerche e tentativi per ridurre l’incidenza dei danni da Clostridi, coloro che ricorrono alla DA per produrre biogas, hanno presente a quale boomerang potrebbero esporsi? chi li ha consigliati ad effettuare questo investimento, ha fornito valide dimostrazioni che questo rischio non esista? A tal riguardo è da citare la ricerca condotta dal CRPA (Vecchia e Piccinini, 2011) che sembrerebbe dimostrare come lo stimolo alla crescita dei succitati Clostridium sia ben evidenziata nei digestati ottenuti da AD di liquami con integrazione di insilato di mais. Conseguentemente, quale peggioramento della situazione si potrebbe verificare utilizzando vari tipi di substrato?
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CONCLUSIONI
Lungi dal considerare esaurito l’argomento, ci sentiamo di affermare che la sicurezza microbiologica della DA è da considerarsi tutt’altro che dimostrata. È necessario raccogliere una mole di dati, tali da consentire una solida massa critica idonea alla creazione di un modello la cui validità possa essere estesa a tutte le situazioni reali.
Tale necessità riguarda sia l’ambito del rischio microbiologico sia quello correlato alla qualità dei prodotti agroalimentari.
