Colture starter dei formaggi: batteri lattici per prevenire e ritardare il deterioramento

Impiego di batteri lattici per prevenire e ritardare il deterioramento di prodotti lattiero caseari freschi e stagionati

Nei precedenti articoli della rubrica di Domus Casei abbiamo approfondito le funzionalità e caratteristiche dei fermenti lattici se utilizzati come coltura primaria o secondaria. In questo approfondimento a cura di Chr. Hansen comprenderemo meglio i vantaggi dell’utilizzo di colture selezionate di batteri lattici come FreshQ® e Biosafe ™, comunemente impiegate nei processi di caseificazione, per prevenire e ritardare la degradazione di alcuni prodotti lattiero-caseari grazie alla loro capacità di produrre un ampio range di composti antifungini, come acidi organici, composti bioattivi a basso peso molecolare, complessi proteici.

Ruolo dei batteri lattici come colture protettive

Con il termine bioprotezione si definisce il meccanismo di estensione della shelf-life e miglioramento della salubrità di un prodotto alimentare, attraverso approcci naturali come l’utilizzo di colture di batteri lattici. Varsha & Namoothire (2016), hanno valutato le potenzialità di metodi biologici e naturali per ridurre l’impiego di additivi conservanti, quali sorbato di potassio, nitrati e lisozima; suggerendo l’uso delle colture di bioprotezione come strumento per contrastare lo sviluppo di microrganismi patogeni e/o contaminanti. Un secondo studio, realizzato da Chikindas (2017), analizza le diverse possibilità, come l’impiego di Lactococcus lactis, per evitare alterazioni degli alimenti quali il gonfiore tardivo in formaggi stagionati. La fermentazione butirrica è la più gasogena tra le fermentazioni casearie anomale; generalmente associata alla presenza di clostridi sporigeni è la principale causa del gonfiore tardivo in formaggi stagionati. I clostridi sono batteri Gram+, a forma bastoncellare sporigeni, anaerobi. Metabolizzano i lattati, producendo acido butirrico, idrogeno e CO₂. La presenza di clostridi può causare significativi danni, in quanto sono sufficienti 200 spore/L di latte per causare il gonfiore tardivo dei formaggi.

Nell’ultimo decennio, il potenziale delle colture di bioprotezione ha stimolato notevoli ricerche nella comunità scientifica per identificare nuovi ceppi con proprietà bioprotettive provenienti da varie fonti alimentari, nonché tentativi per definire i meccanismi alla base delle proprietà osservate. I meccanismi identificati fino ad oggi possono essere riassunti in tre macro categorie

Produzione di acidi organici deboli: I composti più importanti e attualmente caratterizzati sono l’acido lattico e l’acido acetico, che sono bioattivi nella loro forma protonata a basso pH
Produzione di metaboliti: La produzione di peptidi bioattivi come ad esempio batteriocine
Competizione per i nutrienti: L’ esclusione competitiva è un fenomeno ampiamente diffuso in natura, e include diverse forme di competizione, tra cui quella per I nutrienti eg. fonti di carbonio, per lo spazio, e per ioni essenziali

FreshQ® e L’elemento chiave: il manganese

Il manganese (Mn) è un oligoelemento essenziale, in quanto cofattore chiave in tutti i regni, il che lo rende importante per la crescita di batteri, lieviti e muffe. I due principali sistemi di assorbimento del manganese nei batteri lattici sono: 1) trasportatore NRAMP Mnth; 2) il trasportatore ABC Sitabc. Mentre questo secondo è attivo principalmente a pH neutro, il trasportatore Mnth guidato dai protoni è il principale sistema di trasporto in condizioni acide. Nel latte, il manganese è uno dei metalli essenziali con la concentrazione più bassa e, di conseguenza, il consumo batterico necessario per raggiungere una concentrazione inibitoria della crescita è basso. Analisi condotte sul profilo genetico dei ceppi che costituiscono le colture FreshQ®, hanno permesso di identificare un’alta espressione genica del trasportatore MntH1, attivo a pH acido, durante lo stoccaggio di formaggi freschi e latti fermentati. Questa scoperta evidenzia quindi, un’attività di trasporto continua durante la shelf life e quindi un potenziale ulteriore assorbimento batterico di manganese durante la vita utile del formaggio o latte fermentato. Nei ceppi che costituiscono la coltura FreshQ®, il livello di espressione del gene MntH1 è eccezionalmente alto, superando anche la maggior parte dei geni glicolitici. In confronto, un ceppo St. thermophilus utilizzato come starter presenta un’espressione genetica del trasportatore MntH1, 25 volte inferiore. Di conseguenza, un livello di espressione Mnth1 eccessivamente elevato sembra essere cruciale per un’elevata attività bioprotettiva.

Lo studio dal titolo ‘Competitive Exclusion is a major bioprotective mechanism of Lactobacilli against fungal spoilage in fermented milk products’ pubblicato nell’aprile del 2020 sulla rivista Applied and environmental microbiology, dimostra come, alcune specie di batteri lattici siano in grado di utilizzare un meccanismo, originariamente identificato come sistema di protezione contro lo stress ossidativo, come arma per competere contro altri microorganismi. Sfruttando così il principio dell’esclusione competitiva. Grazie all’impegno e alla dedizione dei ricercatori Chr. Hansen è stato possibile dimostrare l’efficacia di un meccanismo mai dimostrato prima. L’esclusione competitiva, attraverso l’azione di ceppi bioprotettivi che costituiscono FreshQ®, può essere sfruttata per inibire la crescita di organismi indesiderati in prodotti caseari freschi fermentati. L’attività bioprotettiva di FreshQ® può essere definita come la somma della sua capacità di crescere nel latte, crescere ad una specifica temperatura di fermentazione e, non da ultimo, l’espressione genetica del trasportatore Mnth1, responsabile del trasporto del manganese.

Effetto dell’utilizzo di colture di bioprotezione in sostituzione del lisozima in formaggio a pasta dura

Al fine di valutare l’efficacia della coltura Biosafe ™ nei confronti di microorganismi gasogeni come Clostridium tyrobutyricum sono state realizzate quindici forme di formaggio a pasta dura, stagionate alla temperatura di 8 °C e 14 °C per 60 giorni. Per la produzione dei campioni è stato utilizzato latte termizzato (contaminazione iniziale di spore clostridiche tra 110 e 690 MPN/L) inoculato con la coltura starter FD-DVS® CO-03 (Chr. Hansen A/S). In contemporanea nove delle quindici lavorazioni sono state inoculate con Biosafe ™ (Chr. Hansen A/S). Come riferimento sono stati prodotti tre campioni di formaggio contenenti lisozima (coltura starter+lisozima) e tre forme contenenti esclusivamente la coltura starter. I parametri presi in considerazione al fine di definire il piano sperimentale sono stati:

inibizione Clostridium e prevenzione difetti di gonfiore;
non interferenza con la coltura starter;
capacità di colonizzazione;
impatto sulla stagionatura e sulle caratteristiche sensoriali dei prodotti finiti.

Al termine dei 60 giorni di stagionatura i campioni identificati come riferimento hanno presentato gonfiore tardivo (figura 1).

Figura 1 prodotti dopo 60 giorni di stagionatura a 14°C.

Dall’analisi degli acidi grassi volatili emerge che i campioni con gonfiore tardivo, hanno un contenuto di acido butirrico e propionico (mg/100g) più alto rispetto ai campioni contenenti lisozima e Biosafe ™. Dall’analisi sensoriale emerge che in assenza di lisozima e Biosafe ™ dopo 60 giorni di stagionatura alla temperatura di 8 °C il formaggio potrebbe presentare un gusto significativamente differente, in particolare il gusto dolce al quale è stato attribuito un punteggio di 4/5 rispetto agli altri campioni analizzati che hanno totalizzato un punteggio di 2/5. Dai risultati ottenuti, si può concludere che la presenza della coltura bioprotettiva Biosafe ™ nelle condizioni di caseificazione adottate consente di limitare il gonfiore tardivo senza compromettere le caratteristiche sensoriali del formaggio e non interagisce negativamente con la coltura starter impiegata.

Leggi tutti gli articoli del focus:

Colture starter dei formaggi: batteri lattici per prevenire e ritardare il deterioramento