• antifungal activity
• bio-preservation
• bread waste
• circular economy
• lactic acid bacteria

Nel presente studio cinque ceppi di batteri lattici precedentemente isolati da impasti acidi tradizionali e senza glutine e provenienti dalla Collezione microbica dell’Università di Modena e Reggio Emilia (UMCC), sono stati testati per selezionare potenziali colture starter per il riutilizzo e il riciclo di scarti provenienti da pane e siero di latte e per la bioconservazione dei prodotti da forno, garantendo un'economia circolare nel settore “bakery”. In via preliminare, i ceppi di batteri lattici sono stati sottoposti a screening per la resistenza al processo di liofilizzazione e per la crescita in un mezzo alternativo composto da scarti di pane e siero. I ceppi più promettenti sono stati testati come bioconservanti su fette di pane trattate con coating e inoculate con quattro differenti muffe delle specie: Fusarium graminearum, Aspergillus flavus, Penicillium paneum e Aspergillus niger. Il processo di liofilizzazione è un metodo di conservazione fisico molto complesso, caratterizzato da numerosi parametri, tra cui la temperatura di preraffreddamento della coltura microbica. Pertanto, sono state testate due differenti temperature di preraffreddamento, riscontrando i migliori risultati con le seguenti modalità: -80°C per 2 ore. La vitalità cellulare valutata dopo il processo di liofilizzazione e dopo il processo di invecchiamento simulato di 10 anni si è rivelata superiore all'80% e al 70% rispettivamente per tutti i ceppi. Per quanto riguarda la crescita dei batteri lattici nel mezzo alternativo con scarti alimentari, questa si è rivelata simile a quella nel mezzo MRS. Il disegno sperimentale fattoriale 2² è stato utilizzato per verificare l’effetto delle variabili indipendenti sulla crescita cellulare. Per incrementare l’apporto proteico proveniente dal siero e ridurre l’utilizzo di risorse azotate, è stato impiegato un enzima proteolitico. Il mezzo di coltura prodotto con pane e siero di scarto, dopo il trattamento enzimatico e senza l’aggiunta di ulteriori nutrimenti, è stato considerato quello ottimale tra le differenti condizioni sperimentali, risultando addirittura migliore rispetto al terreno di coltura MRS per il ceppo Furfurilactobacillus rossie UMCC 3002 (114% di crescita rispetto al MRS). I ceppi selezionati per essere utilizzati per la bioconservazione del pane sono stati Lactiplantibacillus plantarum UMCC 2996, Pediococcus pentosaceus UMCC 3010 e Furfurilactobacillus rossiae UMCC 3002. Il coating edibile a base di pectina utilizzato per la propagazione dei batteri lattici sulla superficie delle fette di pane ha mantenuta la vitalità dei ceppi superiore all’80% per tutti i nove giorni dello stoccaggio. I risultati dell’attività antifungina hanno evidenziato nel caso di Furl. rossiae UMCC 3002 una miglior azione inibitoria nei confronti di A. niger ITEM 7090, A. flavus ITEM 7828 e P. paneum ITEM 1381 riducendo l’area contaminata sulla superficie del pane della metà rispetto al controllo. L’azione di biopreservazione dei ceppi è stata riscontrata essere confrontabile con quella dell’etanolo, comunemente utilizzato per i prodotti da forno preconfezionati. Lacp. plantarum UMCC 2996 ha mostrato una forte attività inibitoria nei confronti di F. graminearum ITEM 5356, mentre P. pentosaceus UMCC 3010 ha prodotto il miglior profilo sensoriale durante l’analisi del volatiloma, confermata durante il test di accettabilità sul consumatore. Quest’ultimo ceppo producendo una maggior quantità di acetoino, dall’aroma burroso e cremoso, è stato in grado di moderare l’apporto aromatico impattante dell’acido acetico. Pertanto, una cultura multi-starter con le migliori caratteristiche riportate potrebbe essere concepita per l’uso previsto.

In this study, five lactic acid bacteria (LAB) strains of the Unimore Microbial Culture Collection (UMCC), previously isolated from traditional and gluten-free sourdoughs, were tested to select promising starter cultures for the reuse and recycle of bread-whey waste, and the bio-preservation of bakery products, ensuring a circular economy in the bakery sector. Preliminarily, the LAB strains were screened for their resistance to a freeze-drying process and growth in an alternative medium composed by bread-whey waste. The best performing stains were tested as bio-preservative in coated slices of bread inoculated with four molds belonging to the species: Fusarium graminearum, Aspergillus flavus, Penicillium paneum and Aspergillus niger, respectively. Freeze-drying is a very complex physical process affected by many parameters including the pre-freezing temperature. Therefore, two different protocols of pre-freezing have been tested, experiencing better results with a pre-freezing temperature of -80°C for 2h. The cells viability assessed after freeze-drying process and 10 years ageing simulation was greater than 80% and 70% for all the strains, respectively. Regarding the LAB’s growth in alternative medium with waste by-products, it was similar to that in MRS medium. A factorial design 2² was chosen to verify the differing growth behavior as a response to independent variables. To enhance the amount of proteins resulting from cheese whey and to reduce the external use of nitrogen, a proteolytic enzyme has been employed. The bread-whey medium formulations resulting after hydrolysis, without further additions of nutrients, were considered the optimal among experimental conditions, resulting better even to MRS medium for Furfurilactobacillus rossiae UMCC 3002 (114% of growth rate respect to MRS). The strains selected to be used for bread bio-preservation were Lactiplantibacillus plantarum UMCC 2996, Pediococcus pentosaceus UMCC 3010 and Furfurilactobacillus rossiae UMCC 3002. The pectin-based edible coating used to propagate LAB on bread surface maintained a good viability for all the strains (greater than 80%) during the nine days of storage. The anti-mold activity results highlighted that Furl. rossiae UMCC 3002 had a strong action against A. niger ITEM 7090, A. flavus ITEM 7828 and P. paneum ITEM 1381, reducing the contaminated area on the bread surface by one-half respect to the control. The bio-preservation action of this strain was comparable to that of the ethanol, which is commonly used to protect pre-packed bread from contaminations. Lacp. plantarum UMCC 2996 had a strong action against F. graminearum ITEM 5356, while P. pentosaceus UMCC 3010 produced a greater sensory profile in the VOCs analysis, also assessed in a consumer acceptability test. The latter strain, producing an exceeding quantity of acetoin (buttery and creamy flavor), was able to moderate the strong aromatic impact of acetic acid. Accordingly, multi-starter culture with the best features could be designed for the intended use.