Riassunto analitico
Le colture starter naturali (NSC) vengono riprodotte quotidianamente, in caseificio, attraverso l'applicazione di condizioni selettive. In alcune varietà di formaggi italiani a pasta dura, le colture di siero di latte naturali vengono preparate incubando per una notte, ad alta temperatura, il siero di latte dolce drenato dal formaggio. Durante tale incubazione, si selezionano batteri lattici termofili e omofermentativi (LAB) come specie dominanti in NSC. La carica microbica e la composizione delle NSC influiscono su tutte le fasi di produzione del formaggio con un impatto significativo sulla qualità finale del prodotto. Tuttavia, le fluttuazioni stagionali, i parametri dipendenti dalla qualità del latte e le variazioni fra siti produttivi possono modificare la composizione e le prestazioni fermentative di queste colture, rendendo lo studio delle NSC scarsamente controllabile in condizioni reali. Questo inconveniente limita le informazioni attualmente disponibili sui parametri tecnologici che influiscono sulle NSC e su come, a loro volta, le NSC influiscono sulla qualità del formaggio. L’obiettivo di questo progetto è stato definire un protocollo sperimentale idoneo a propagare le NSC utilizzate per la produzione di un formaggio a pasta dura su scala di laboratorio, ottenendo un prototipo per studi in condizioni controllate. A tale scopo, è stato stabilito una procedura in quattro fasi come segue: 1) campionamento di quattro campioni di NSC direttamente da impianti lattiero-caseari (denominati C4, C8, C9 e C10); 2) moltiplicazione di NSC (NSC0) in condizioni di laboratorio; 3) produzione di siero di latte dolce mediante caseificazione di laboratorio con inoculo di NSC0 in latte crudo vaccino e; 4) ottenimento di NCS1 di laboratorio mediante raffreddamento controllato del siero di latte dolce. In tutte le fasi, la composizione microbica dei campioni è stata monitorata mediante conta microbica (cinque condizioni di coltivazione per tracciare lattobacilli, lattococchi e lieviti), conta microscopica diretta per l'enumerazione colture-indipendente della popolazione microbica vitale, nonché analisi qPCR specie-specifica. Sono stati valutati anche l'acidità titolabile, espressa come °SH/50mL, i valori di pH e la resa casearia. In dettaglio, i quattro campioni NSC prelevati dai caseifici, sono state suddivisi in due gruppi, uno (C9 e C10) avente Lactobacillus helveticus come specie dominante (H) e l'altro (C4 e C8) dominato da Lactobacillus delbrueckii e Streptococcus thermophilus (D). Prove con diverse combinazioni tempo/temperatura hanno dimostrato che un’incubazione di 21 h alla temperatura costante di 42°C è risultata ottimale per l’ottenimento di un NSC0 simile al SNC fresco. NSC0 derivanti da C4 e C10 hanno mostrato una conta microbica e una vitalità ridotta rispetto ai campioni di partenza (p <0,05) e sono stati scartati. I campioni di NSC0 derivati da C8 che C9 erano paragonabili ai corrispondenti campioni freschi di partenza per conta microbica, vitalità e composizione delle specie e sono stati sottoposti ai passaggi 3 e 4. In entrambi i casi, i campioni di siero di latte dolce hanno mostrato una conta microbica e una vitalità inferiori rispetto al corrispondente NSC0. L'applicazione della curva di raffreddamento controllato ha preservato la vitalità microbica e ha permesso di ottenere NSC1 con conte microbiche comparabili con quelle di NSC0 ed il NSC fresco. L’analisi qPCR specie specifica ha, inoltre, confermato come la composizione delle specie non sia differente tra NSC0 e NSC1. Nel complesso, il protocollo sviluppato permette di ottenere un NSC1 di laboratorio rappresentativo del NSC fresco ma svincolato dalla filiera produttiva e idoneo per studiare in futuro l'effetto dei parametri tecnologici sulle NSC e, quindi, per comprendere l'effetto delle NSC sulla qualità del prodotto finale, rendendo più coerente e prevedibile il processo di produzione del formaggio.
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Abstract
Natural Starter Cultures (NSCs) are reproduced daily at the cheese plant by application of selective pressures. In some Italian hard cheese varieties, natural whey cultures are prepared by incubating sweet whey drained from the cheese overnight under high temperature. As result, thermophilic and homofermentative lactic acid bacteria (LAB) were selected as dominant species in NSC. Microbial loads and composition of NSCs affect all the downstream cheese-making steps with significant impact on the final cheese quality. However, seasonal fluctuations, milk quality-dependent parameters, and plant-to-plant variations can change the composition and fermentative performance of these cultures, making the study of NSCs poorly controlled under real conditions. This drawback hampers the information currently available on the technological parameters affecting NSCs and on how, in turn, NSCs affect cheese quality. Aim of this project was to define an experimental protocol suitable to propagate NSCs at laboratory scale in order to study them under controlled conditions. For this purpose, a four-step protocol was established as follows: 1) sampling of four NSC samples directly from dairy plants (named C4, C8, C9 and C10); 2) multiplication of NSC (NSC0) under laboratory conditions; 3) production of sweet whey by laboratory cheese-making with NSC0 inoculation in raw cow’s milk; 4) production of laboratory NCS1 by controlled cooling of sweet whey. In all the steps, microbial composition of samples was monitored by microbial counts (five cultivation conditions to track lactobacilli, lactococci, and yeasts), direct microscopic count for culture-independent enumeration of viable microbial population, as well as species-specific qPCR analysis. Titratable acidity, expressed as °SH/50mL, and pH values were also assessed. In details, four fresh NSCs were divided in two groups, one (C9 and C10) having Lactobacillus helveticus as dominant species (H) and the other (C4 and C8) dominated by Lactobacillus delbrueckii and Streptococcus thermophilus (D). NSC0 derived from C4 and C10 exhibited a reduced microbial counts and viability compared to the fresh samples (p < 0.05) and were discarded. Both NSC0 from C8 and C9 were comparable to the corresponding starting fresh samples for microbial count, viability and species composition and were submitted to steps 3 and 4. In both cases, sweet whey samples showed lower microbial counts and viability compared to the corresponding NSC0. Application of controlled cooling down curve rescued the microbial viability and resulted in microbial counts comparable between NSC0 and NSC1. Species specific qPCR also confirmed that species composition did not change between NSC0 and NSC1. Overall, the protocol developed provided a laboratory NSC1 that is representative of starting NSC. It will be suitable to investigate in future the effect of technological parameters on NSCs and the effect of different NSCs on cheese quality at pilot scale and without disturbing the production chain, making more consistent and predictable the cheese-making process.
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