Bilancio di massa dei componenti del latte e previsione della resa nel Caciocavallo Palermitano a pasta filata

Introduzione

La resa casearia è un indicatore fondamentale dell’efficienza tecnologica ed economica della produzione di formaggio, soprattutto nei sistemi artigianali caratterizzati da una notevole variabilità biologica e gestionale. Proteine e grassi rappresentano i principali determinanti della resa, mentre altri parametri chimici e tecnologici possono influenzarla in funzione del processo produttivo. Nei formaggi a pasta filata, la sineresi, l’acidificazione e lo stiramento della cagliata modificano la distribuzione dei componenti tra formaggio, siero e sottoprodotti.

Gli studi sui sistemi tradizionali si concentrano spesso sulla resa finale, senza quantificare in modo completo il recupero dei nutrienti nelle diverse fasi della lavorazione. I bilanci di massa consentono invece di individuare le perdite e comprendere meglio l’efficienza del processo.

Il Caciocavallo Palermitano, prodotto principalmente con latte crudo di bovine di razza autoctona Cinisara allevate in sistemi estensivi e semi-estensivi, costituisce un modello interessante per studiare queste dinamiche. La composizione del latte, influenzata dalla stagionalità e dall’alimentazione al pascolo, contribuisce infatti alla variabilità delle caratteristiche tecnologiche e della resa.

Questo studio pubblicato a settembre sul Journal of Dairy Science, si propone di quantificare la ripartizione di proteine, grassi, lattosio, minerali e acqua durante la caseificazione mediante bilanci di massa, valutare le differenze tra caseifici artigianali e sviluppare un modello statistico per prevedere la resa del formaggio a 24 ore dalla filatura, utilizzando parametri compositivi, di coagulazione e stagionali.

Materiali e Metodi

Lo studio, condotto da settembre 2024 ad agosto 2025 in tre caseifici artigianali siciliani produttori di Caciocavallo Palermitano, ha esaminato la distribuzione dei componenti del latte durante le diverse fasi della caseificazione e sviluppato un modello statistico per prevedere la resa del formaggio. I caseifici, situati in aree di pianura, collina e montagna, sono stati selezionati per rappresentare la variabilità ambientale e produttiva del sistema tradizionale. Sono state effettuate complessivamente 18 prove sperimentali, utilizzando latte crudo di bovine di razza Cinisara e loro incroci, alimentate prevalentemente al pascolo.

Attraverso la registrazione delle masse in ingresso e in uscita e l’analisi dei campioni di latte, cagliata, siero, ricotta e altre frazioni, sono stati elaborati bilanci di massa per quantificare la ripartizione e il recupero di acqua, proteine, grassi, ceneri e carboidrati nelle diverse fasi della lavorazione, dalla coagulazione alla filatura. Le misurazioni hanno permesso di valutare le trasformazioni della materia e la distribuzione dei componenti tra prodotti e sottoprodotti, considerando anche il recupero dei nutrienti attraverso la produzione di ricotta.

Parallelamente, per un anno sono stati monitorati settimanalmente i tre caseifici, raccogliendo 156 campioni di latte e registrando la resa del formaggio a 24 ore dalla filatura. Sono stati analizzati i principali parametri compositivi del latte, tra cui grassi, proteine, caseina, lattosio e urea, insieme alle caratteristiche igienico-sanitarie e alle proprietà di coagulazione.

Mediante regressione lineare multipla è stato sviluppato un modello predittivo basato sulla composizione del latte, successivamente sottoposto a convalida incrociata, escludendo a turno ciascun caseificio dalla fase di costruzione del modello. L’obiettivo è valutare l’affidabilità delle stime e la possibilità di applicare il modello in differenti contesti produttivi artigianali.

Risultati 

Bilancio di massa nelle diverse fasi di produzione del formaggio

Il bilancio di massa ha permesso di descrivere la distribuzione della materia e dei principali componenti del latte durante le diverse fasi di produzione del Caciocavallo Palermitano, considerando sia il formaggio sia i sottoprodotti liquidi ottenuti dalla lavorazione. La Figura 1 riassume il processo di caseificazione e riporta, per ciascuna matrice, la composizione media rilevata nei tre caseifici, insieme alla ripartizione percentuale della massa e alle variazioni di peso e composizione associate alle singole operazioni tecnologiche.

La coagulazione presamica ha determinato una netta separazione tra la frazione solida e quella liquida: il 23,0 ± 1,1% della massa iniziale è stato trasferito alla cagliata, mentre il 77,0 ± 0,9% è rimasto nel siero. La distribuzione dei componenti ha evidenziato una concentrazione preferenziale di proteine e grassi nella cagliata, mentre il lattosio è stato trattenuto prevalentemente nella frazione liquida. In termini di quantità riportate dal bilancio di massa, le proteine si sono distribuite per 2,38 g nella cagliata e 0,97 g nel siero, i grassi rispettivamente per 2,50 e 0,62 g, mentre il lattosio si è ripartito per 0,90 g nella frazione solida e 3,84 g in quella liquida.

La successiva coagulazione termo-acida del siero ha consentito di recuperare parte dei componenti rimasti nella fase liquida, in particolare circa il 35 ± 3,8% delle proteine e il 76 ± 4,2% dei lipidi residui, secondo i calcoli del bilancio di massa medio. Questa fase rappresenta quindi un passaggio importante per valorizzare ulteriormente i componenti del latte che non vengono incorporati direttamente nella cagliata destinata alla produzione del formaggio.

Figura 1 – Diagramma del processo di caseificazione del formaggio Caciocavallo Palermitano. LAC = lattosio. I riquadri blu mostrano la composizione centesimale, percentuale della sostanza secca dei diversi prodotti e sottoprodotti (media di 3 caseifici ± DS). I riquadri verdi mostrano la distribuzione (%) della massa iniziale dopo la fase del processo (media ± DS). I riquadri gialli mostrano la variazione (%) del peso fresco del prodotto dopo la fase del processo (media ± DS). I riquadri arancioni mostrano la variazione della composizione centesimale (su base di sostanza secca), calcolata a partire dalla composizione iniziale e relativa alla frazione migrata dalla fase solida a quella liquida.

I successivi trattamenti tecnologici applicati alla cagliata hanno modificato sia il peso sia la composizione delle matrici. Il lattosio è risultato concentrato soprattutto nelle frazioni liquide: siero (65,6 ± 4,9%), siero di ricotta (76,8 ± 6,5%), siero della cagliata cotta (76,8 ± 7,6%) e siero di filatura (81,4 ± 4,3%). Nelle matrici solide, invece, la sua proporzione è diminuita progressivamente, raggiungendo il 9,2 ± 1,8% nella cagliata filata finale. Questa distribuzione evidenzia il trasferimento prevalente del lattosio verso i flussi liquidi nel corso della lavorazione. Il contenuto di ceneri, espresso sulla sostanza secca, non ha mostrato differenze significative tra le matrici analizzate.

Differenze nella composizione delle matrici tra i caseifici

Il confronto tra i tre caseifici ha evidenziato differenze significative nel contenuto di sostanza secca di alcune matrici durante il processo. Nel latte di partenza, il caseificio Cp 3 presentava una concentrazione di sostanza secca superiore rispetto a Cp 1 e Cp 2: rispettivamente 12,33%, 11,67% e 11,72% (P = 0,0114). Anche nella cagliata sono state riscontrate differenze, con valori del 25,15% in Cp 1, del 26,75% in Cp 2 e del 27,32% in Cp 3 (P = 0,0130). Questi dati indicano che le differenze compositive del latte iniziale si riflettevano, almeno in parte, nelle prime fasi della trasformazione.

Nel siero, il contenuto di sostanza secca era maggiore in Cp 1 rispetto a Cp 2: 7,89% contro 7,14% (P = 0,0337). Differenze ancora più evidenti sono state osservate nella cagliata cotta, con valori rispettivamente del 42,97%, 47,58% e 52,37% nei tre caseifici (P = 0,0008). Un andamento analogo è stato rilevato nella cagliata acidificata, nella quale la sostanza secca è passata dal 48,15% in Cp 1 al 52,18% in Cp 2 e al 57,24% in Cp 3 (P = 0,0091).

Le differenze osservate nelle fasi intermedie non si sono tuttavia mantenute in modo statisticamente significativo nella cagliata filata finale, per la quale non sono emerse differenze tra gli impianti (P > 0,05). Tra i sottoprodotti, il siero di ricotta ha mostrato differenze nel contenuto di sostanza secca, con valori riportati del 3,39% in Cp 1 e del 5,81% e 5,90% rispettivamente in Cp 2 e Cp 3 (P = 0,0069).

Tabella 1 – Contenuto di sostanza secca di tutte le masse in ingresso del sistema di caseificazione (%)¹.                a–c All’interno delle righe, apici diversi indicano differenze significative ( P ≤ 0,05). 1) I valori sono espressi come media di 3 repliche. Cp = impianto di produzione di formaggio; RMSE = errore quadratico medio.

Per quanto riguarda le ceneri, non sono state osservate differenze statisticamente significative tra i tre caseifici nelle matrici esaminate (P > 0,05). La distribuzione dei minerali, pertanto, non ha evidenziato variazioni attribuibili in modo significativo all’impianto produttivo nell’analisi presentata.

Il contenuto di proteina grezza, espresso sulla sostanza secca, ha mostrato differenze significative in alcune matrici specifiche. Nella ricotta, il valore più elevato è stato osservato in Cp 1 rispetto a Cp 3 (36,14% contro 29,36%; P = 0,0498). Una differenza analoga è emersa nella cagliata cotta, con il 43,60% in Cp 1 e il 37,20% in Cp 3 (P = 0,0285). Nella cagliata filata, invece, le differenze tra i caseifici non sono risultate significative, sebbene sia stata osservata una tendenza alla diminuzione del contenuto proteico da Cp 1 a Cp 3.

Anche il contenuto lipidico ha mostrato differenze in alcune fasi. Nella cagliata, Cp 3 presentava un contenuto di grassi del 44,96%, superiore rispetto a Cp 1 (39,39%) e Cp 2 (39,07%; P = 0,0233). La stessa tendenza è stata osservata nella cagliata cotta, nella quale i valori erano del 41,25%, 42,25% e 46,33%, rispettivamente nei tre caseifici (P = 0,0058). Nella cagliata filata, invece, il contenuto di grassi non differiva significativamente tra gli impianti. Il lattosio non ha mostrato differenze significative tra caseifici nelle diverse matrici analizzate.

Poiché i risultati relativi a ceneri, proteine, grassi e lattosio sono in gran parte caratterizzati dall’assenza di differenze significative, le rispettive tabelle complete possono essere omesse.

Recupero dei componenti del latte nel sistema di caseificazione

Il bilancio di massa ha permesso di quantificare la quota dei componenti iniziali recuperata nei tre principali flussi finali considerati: cagliata filata, ricotta e siero di filatura. Il recupero complessivo è risultato prossimo al 100% per tutti i componenti analizzati, con valori superiori al 98,7% e deviazioni contenute. Questo risultato indica una buona chiusura del bilancio di massa e suggerisce che la ripartizione dei componenti tra prodotti e sottoprodotti sia stata descritta in modo coerente.

Il recupero delle proteine nella cagliata filata è stato pari al 72,04 ± 6,87%, mentre un ulteriore 11,55 ± 1,48% è stato recuperato nella ricotta. Il restante 16,04 ± 7,61% è stato ritrovato nel siero di filatura. Nel complesso, quindi, la maggior parte delle proteine inizialmente presenti nel latte è stata incorporata nel prodotto principale, ma una quota non trascurabile è stata recuperata anche attraverso la produzione di ricotta.

Una distribuzione simile è stata osservata per i grassi: il 76,87 ± 3,23% è stato recuperato nella cagliata filata e il 15,90 ± 1,73% nella ricotta, mentre soltanto il 6,94 ± 2,10% è rimasto nel siero di filatura. Il recupero dei solidi totali nella cagliata filata è stato del 47,62 ± 2,86%, a cui si aggiunge l’8,34 ± 1,06% recuperato nella ricotta. Il 43,82 ± 2,18% dei solidi è stato invece distribuito nei flussi di siero.

La distribuzione dei minerali è risultata differente da quella di proteine e grassi: il 53,02 ± 8,13% delle ceneri è stato recuperato nel siero di filatura e il 43,12 ± 7,43% nella cagliata filata. Il lattosio ha seguito prevalentemente il flusso liquido, con l’86,61 ± 2,54% recuperato nel siero; soltanto il 10,53 ± 1,61% è rimasto nella cagliata filata e il 2,76 ± 1,13% nella ricotta. La ricostruzione dei flussi mostra pertanto che il prodotto principale trattiene soprattutto proteine e grassi, mentre il siero rappresenta la destinazione prevalente del lattosio e di una parte consistente dei minerali.

Tabella 2 – Contenuto di ceneri di tutte le masse in ingresso del sistema di caseificazione (% sulla base della sostanza secca)¹. 1) I valori sono espressi come media di 3 repliche. Cp = impianto di produzione di formaggio; RMSE = errore quadratico medio.

Stima della resa

Per stimare la resa del Caciocavallo Palermitano è stato sviluppato un modello di regressione lineare multipla (MLR), utilizzando parametri della composizione del latte come variabili predittive. Delle 156 osservazioni disponibili, 151 sono state incluse nel modello finale; cinque sono state escluse a causa della presenza di dati mancanti. Il modello è risultato altamente significativo (P < 0,0001), con un coefficiente di determinazione R² pari a 0,822 e un R² aggiustato di 0,813. Nel complesso, le variabili selezionate hanno quindi spiegato circa l’82% della variabilità osservata nella resa del formaggio.

Il modello iniziale considerava 11 variabili relative alla composizione del latte. Nell’analisi finale, soltanto tre parametri sono risultati significativi: proteine, grassi e urea. L’equazione predittiva ottenuta è:

Resa (%) = 4,16 + 1,22 × Proteine (%) + 0,40 × Grassi (%) + 0,051 × Urea (mg/dL)

I coefficienti indicano la variazione stimata della resa associata a un incremento unitario di ciascun predittore, mantenendo costanti gli altri parametri. Il contenuto proteico ha esercitato l’influenza maggiore sul risultato, con un coefficiente di regressione pari a 1,218 e un coefficiente standardizzato di 0,7319. Seguono il contenuto di grassi, con un coefficiente di 0,401 e un coefficiente standardizzato di 0,3625, e l’urea, con un coefficiente di 0,0506 e un coefficiente standardizzato di 0,3302. Tutti e tre i parametri sono risultati statisticamente significativi (P < 0,0001).

L’errore quadratico medio del modello (RMSE) è stato pari a 0,1769, mentre il coefficiente di variazione dell’errore è risultato dell’1,58% rispetto alla resa media osservata dell’11,13%. Questi indicatori descrivono un errore predittivo contenuto in rapporto alla resa media. L’analisi della multicollinearità non ha evidenziato problemi rilevanti tra i predittori, con valori VIF contenuti per proteine, grassi e urea.

Tabella 3 – Contenuto di proteina grezza di tutte le masse di processo del sistema di caseificazione (% sulla base della sostanza secca)¹. a,b All’interno delle righe, apici diversi indicano differenze significative ( P ≤ 0,05). 1) I valori sono espressi come media di 3 repliche. Cp = impianto di produzione di formaggio; RMSE = errore quadratico medio.

L’analisi delle correlazioni ha evidenziato un’associazione moderata tra proteine e urea (r = 0,407; P < 0,0001) e una correlazione negativa più debole tra grassi e proteine (r = −0,368; P = 0,0083). L’analisi dei residui ha inoltre indicato che la stagione di produzione non influenzava significativamente la variabilità della resa (F = 1,70; P = 0,174), contribuendo per il 5,4% alla varianza residua.

La convalida incrociata ha confermato la robustezza del modello: l’RMSE è risultato pari a 0,183 e la correlazione tra rese osservate e previste è stata di 0,898, corrispondente a un R² di convalida incrociata di circa 0,81. L’errore assoluto medio (MAE) era pari a 0,147, mentre l’errore medio (MBE) era pressoché nullo, indicando l’assenza di una distorsione sistematica apprezzabile. Anche l’analisi di Bland-Altman ha mostrato una buona concordanza tra valori osservati e previsti, con limiti di concordanza pari a ±0,343, corrispondenti a circa il 3% della resa media.

Figura 2 – Relazione tra la resa di formaggio osservata e quella prevista (%) del formaggio Caciocavallo Palermitano basata sul modello di regressione lineare multipla (n = 151). La linea continua rappresenta la linea di identità (y = x).

La Figura 2 mostra che i valori stimati dal modello si distribuiscono in prossimità della linea di identità lungo l’intervallo delle osservazioni. La Figura 3 completa la valutazione diagnostica mostrando i residui, calcolati come differenza tra resa osservata e resa prevista. I residui risultano distribuiti casualmente attorno allo zero e la loro variabilità appare stabile lungo l’intervallo dei valori stimati, senza evidenti distorsioni sistematiche. Queste caratteristiche sono coerenti con una specificazione adeguata del modello e con una capacità predittiva soddisfacente nel campione analizzato.

Figura 3 – Residui (resa di formaggio osservata − resa di formaggio prevista, %) rappresentati in funzione dei valori di resa di formaggio previsti per il modello di regressione lineare multipla (n = 151). Ogni cerchio nero rappresenta una singola osservazione e la linea continua orizzontale rappresenta un residuo pari a zero.

Discussione

L’analisi esamina il bilancio di massa nella produzione del Caciocavallo Palermitano, evidenziando come la composizione del latte e le tecniche di lavorazione influenzino la distribuzione di proteine, grassi, lattosio e minerali tra cagliata, siero e ricotta. Le differenze tra caseifici riguardano soprattutto la ritenzione dei solidi, la gestione della coagulazione e della cottura e il recupero dei nutrienti dai sottoprodotti.

Il modello statistico proposto stima la resa casearia principalmente sulla base del contenuto di proteine e grassi del latte, mentre l’urea contribuisce a migliorarne la capacità predittiva. Gli autori suggeriscono un indice semplificato per valutare il potenziale caseario del latte, precisando che sono necessarie ulteriori validazioni su campioni e caseifici indipendenti prima di applicarlo ai sistemi di pagamento del latte.

Conclusioni

Questo studio dimostra che i bilanci di massa chiusi, validati sperimentalmente, forniscono un quadro efficace per quantificare la ripartizione dei componenti del latte nella produzione artigianale di formaggio a pasta filata. Le fasi iniziali della lavorazione, in particolare la coagulazione e la sineresi del siero, sono decisive per l’efficiente ritenzione di proteine ​​e grassi, mentre la produzione integrata di ricotta ha migliorato il recupero complessivo dei nutrienti.

La resa del formaggio è stata spiegata principalmente dalla composizione del latte e il modello predittivo basato su proteine, grassi e urea ha mostrato un elevato potere esplicativo e robustezza, come confermato dalla convalida incrociata LODO. L’applicazione combinata dell’analisi del bilancio di massa e della modellazione statistica rappresenta un approccio valido per caratterizzare i sistemi caseari tradizionali e identificare i principali fattori determinanti della variabilità della resa.

Questo quadro supporta l’ottimizzazione dei processi caseari e può fornire una base per futuri sistemi di pagamento del latte basati su criteri oggettivi di qualità tecnologica. Ulteriori validazioni in diversi contesti produttivi saranno necessarie per confermare la più ampia applicabilità del modello.

Fonte: “Mass balance of milk components and yield prediction in Caciocavallo Palermitano pasta filata cheese”, G. Maniaci, C. Giosuè, M. Alabiso. J. Dairy Sci. 109:9187–9198, https://doi.org/10.3168/jds.2026-28549

Autore: Elisabetta Simonetti