Misurazione del contenuto di calcio insolubile nella cagliata durante la produzione del formaggio

Introduzione

Le proprietà reologiche e la texture dei formaggi naturali, come lo string cheese e la Mozzarella a basso contenuto di umidità e a basso contenuto di grassi (LMPS), dipendono dal loro contenuto di calcio insolubile (ICa). La maggior parte degli studi finora ha misurato solo il calcio totale nella Mozzarella LMPS, ma è il livello di ICa (non il totale) nel formaggio che influenza direttamente le interazioni con la caseina ed è un miglior predittore delle funzionalità del formaggio. Durante la trasformazione, a causa della produzione di acido e della conseguente diminuzione del pH, l’ICa può solubilizzarsi dalla caseina, e l’entità di questa solubilizzazione dipende dal modo in cui il formaggio viene prodotto (ad esempio, il tasso di sviluppo dell’acidità). Questo calcio solubile, ora nella fase acquosa del latte/cagliata, può essere perso nel siero (quando la cagliata si restringe) durante la produzione del formaggio, influenzando così i contenuti totali e di ICa nel formaggio. Dati quantitativi su quanto ICa si perde durante fasi critiche (come la coagulazione, la preacidificazione, il drenaggio del siero e la lavorazione) potrebbero consentire ai produttori di formaggi di avere un maggiore controllo e di personalizzare i processi di produzione.

Sebbene i contenuti finali di ICa e calcio totale nel formaggio ci diano una migliore comprensione del comportamento del formaggio, è più importante per i produttori industriali sapere come produrre un formaggio con una quantità specifica di ICa. È stato solo negli anni ’90 che è stata chiaramente stabilita l’importanza delle proporzioni tra il calcio solubile e insolubile nel formaggio e i suoi effetti sulla funzionalità dello stesso. Da allora, molti ricercatori hanno regolarmente misurato il calcio totale nella Mozzarella LMPS, ma solo pochi hanno misurato il contenuto di ICa in questo latticino per comprenderne meglio la funzionalità.

Metodi comunemente utilizzati per misurare l’ICa nel formaggio sono il cheese juice method (questo metodo coinvolge l’estrazione del liquido dal formaggio attraverso centrifugazione o altre tecniche e quindi la misurazione del contenuto di calcio insolubile in questo succo), le titolazioni acido-base e il metodo del calcio solubile in acqua (WSC). Fino ad ora, tutti questi metodi sono stati utilizzati per misurare il livello di ICa nei formaggi durante la conservazione. Tuttavia, per misurare i cambiamenti di ICa durante il processo di produzione del formaggio, è necessario un metodo rapido, poiché la fermentazione continua nella cagliata mentre si ottengono campioni, cambiando così il livello di ICa. Né il cheese juice method né le titolazioni acido-base possono essere utilizzati come test in fase di produzione, poiché entrambi richiedono molto tempo per eseguire il test, ovvero circa 3 ore. Il cheese juice method richiede anche una grande quantità di campione per ottenere abbastanza succo per l’analisi minerale successiva. Il metodo WSC richiede una quantità minore di campione e molto meno tempo, forse anche meno di 30 minuti per preparare i campioni necessari per la successiva misurazione di ICa.

L’obiettivo dello studio si è concentrato sulla comparazione tra il metodo tradizionale e il metodo WSC per stimare l’ICa nello string cheese e nella Mozzarella LMPS. Il metodo WSC è stato quindi valutato per la misurazione in fase di produzione di ICa utilizzando un esperimento pilota di produzione di Mozzarella LMPS su piccola scala, in cui sono stati prodotti formaggi con diversi valori di pH al momento del drenaggio del siero.

Materiali e Metodi

Nello studio sono stati utilizzati campioni di string cheese prodotti commercialmente con acidità diretta (DA) e con colture starter (SC), oltre a campioni di Mozzarella a basso contenuto di umidità e a basso contenuto di grassi (LMPS). Dieci vasche di cagliata di Mozzarella LMPS sono state prodotte in laboratorio, utilizzando un procedimento standard. I campioni sono stati analizzati a diverse fasi di conservazione e produzione. Inoltre, sono stati condotti esperimenti con una cagliata modello prodotta con chimosina per valutare l’impatto dei parametri del metodo WSC. Sono stati condotti anche test tradizionali per misurare il calcio insolubile, tra cui titolazioni acido-base e il cheese juice method.

Il calcio solubile in acqua è stato estratto da campioni di latte, siero e cagliata utilizzando una membrana di ultrafiltrazione e poi misurato. I campioni di cagliata sono stati analizzati per il contenuto di solidi totali, grassi, proteine, caseina e azoto non proteico. Inoltre, è stato valutato il contenuto di calcio totale nei campioni utilizzando uno spettroscopio a emissione ottica con plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES). Il calcio insolubile è stato calcolato per differenza.

D = fattore di diluizione

Durante la produzione di Mozzarella LMPS, sono stati prelevati campioni di cagliata a diverse fasi del processo, e il loro contenuto di calcio totale e insolubile è stato misurato. Le proprietà reologiche del formaggio (viscosità, elasticità, durezza e punto di fusione), sono state analizzate utilizzando un reometro. I dati sono stati sottoposti ad analisi statistica per valutare le differenze significative tra i campioni.

Risultati e discussione

Nel corso dello studio è stata esaminata l’incidenza della velocità di centrifugazione e della temperatura dell’acqua sulla misurazione del calcio insolubile in un sistema con cagliata e chimosina. I risultati hanno dimostrato che né la temperatura dell’acqua né la velocità di centrifugazione hanno influenzato in modo significativo i valori di calcio insolubile in questo sistema.

Inoltre, sono state analizzate due tipologie di formaggio: uno ottenuto con l’acidificazione diretta e l’altro con l’utilizzo di un’inoculazione iniziale di coltura lattica (colture starter). I formaggi ottenuti con colture starter hanno mostrato contenuti di calcio insolubile più elevati rispetto a quelli ottenuti con acidificazione diretta. Ciò è dovuto al maggiore contenuto di acido prodotto prima della fase di drenaggio del siero, che ha comportato una maggiore solubilizzazione del calcio durante la produzione.

Le variazioni nei contenuti di calcio totale durante la produzione della Mozzarella a bassa umidità e a basso contenuto di grassi (LMPS) sono illustrate nella Figura 1(a). Il contenuto di calcio totale nel campione iniziale di latte era di circa 40 mg/g di proteine. Una grande variazione nel contenuto di calcio totale si è verificata durante la fase di drenaggio del siero, cioè sono stati persi ≥10 mg di calcio/g di proteine nel siero, presumibilmente a causa della considerevole perdita di calcio solubile con la grande quantità di siero rimossa durante il drenaggio. Dopo la fase di drenaggio del siero, ci sono state solo piccole perdite di calcio totale poiché non c’era più una significativa sineresi della cagliata. Ci sono state comunque differenze significative nei contenuti di calcio totale nei formaggi prodotti (P=0,0108). È ben noto che all’aumentare dell’acidità del latte, il fosfato di calcio insolubile (ICa) si solubilizza dalle micelle di caseina. Man mano che il pH della cagliata al momento del drenaggio del siero diminuiva, veniva solubilizzato un maggiore quantitativo di fosfato di calcio insolubile, e gran parte di questo calcio solubile veniva perso con il siero rimosso durante la fase di drenaggio del siero.

La variazione nel contenuto di calcio insolubile (ICa) (mg Ca/g proteina) durante la produzione del formaggio è rappresentata nella Figura 1(b). Sono state osservate significative differenze tra i trattamenti dei formaggi. Il latte iniziale per il formaggio aveva un contenuto di ICa di 28 mg/g di proteine. Il contenuto di ICa nella cagliata con pH 6,30 dopo il drenaggio del siero era simile a quello del latte iniziale, suggerendo che si fosse verificata una scarsa solubilizzazione di ICa. Una significativa riduzione nella quantità di ICa, rispetto al latte iniziale, è stata osservata solo quando il pH del drenaggio del siero era ≤6,10. Questo è probabilmente dovuto all’aumento progressivo della solubilizzazione del fosfato di calcio insolubile (ICa) a pH inferiori a 6,0 (Lucey et al., 2003). Il contenuto di ICa nella cagliata ha continuato a diminuire tra la fase di drenaggio del siero e la fase di lavorazione, a causa del progressivo abbassamento del pH a circa 5,20. I contenuti di ICa in tutti e tre i formaggi non hanno mostrato significative variazioni dopo la lavorazione, cioè durante le fasi di stiro e salagione, probabilmente a causa dell’assenza di ulteriori cambiamenti di pH.

Figura 1(a) e 1(b)- Calcio totale (a) e contenuto di calcio insolubile (ICa) (mg/g di proteina) (b) di campioni di cagliata misurati durante la produzione di mozzarella a basso contenuto di umidità e formaggi a pasta filata, ottenuti utilizzando valori di pH durante il drenaggio del siero di 6,30, 6,10 e 5,90. Le barre verticali rappresentano le deviazioni standard (n=3).

Anche la temperatura e il tempo di conservazione del formaggio hanno avuto un impatto sul calcio insolubile, ma l’effetto del pH di drenaggio del siero è risultato il più significativo.

Infine, sono state analizzate le proprietà reologiche della Mozzarella a bassa umidità e basso contenuto di grassi. I risultati hanno mostrato che la temperatura di drenaggio del siero e il tempo di conservazione influenzano significativamente la temperatura di fusione (LTmax) del formaggio. I formaggi con un pH di drenaggio del siero più basso hanno mostrato una temperatura di fusione più alta, indicando una maggiore capacità di fusione rispetto a quelli con un pH di drenaggio del siero più alto. Inoltre, è stata osservata una correlazione significativa tra il contenuto di calcio insolubile e la temperatura di fusione, con una diminuzione della temperatura di fusione al diminuire del calcio insolubile.

In sintesi, i risultati indicano che il pH di drenaggio del siero è un fattore chiave nella determinazione del contenuto di calcio insolubile nei formaggi e delle loro proprietà reologiche, influenzando la capacità di fusione. Un pH di drenaggio del siero più basso durante la produzione di Mozzarella a bassa umidità e basso contenuto di grassi porta a una maggiore solubilizzazione del calcio e a un formaggio con una temperatura di fusione più elevata e una maggiore capacità di fusione.

Conclusioni

I valori di ICa ottenuti dal metodo rapido WSC sono risultati comparabili ai metodi tradizionali, cioè titolazioni e cheese juice method, nei campioni di string cheese e LMPS Mozzarella. Non ci sono state differenze significative nei metodi nel caso del formaggio string con acidificazione diretta (DA), ma i metodi sono stati leggermente diversi nel caso del formaggio string con colture starter (SC). Nella LMPS Mozzarella, il metodo WSC ha fornito valori di ICa con tendenze simili al cheese juice method ed è stato quindi utilizzato come test rapido per misurare le variazioni negli equilibri di calcio nella cagliata durante il processo di produzione del formaggio. Il metodo WSC si è dimostrato efficace nel tracciare le variazioni nel contenuto di ICa nella cagliata durante la produzione di LMPS Mozzarella con diversi valori di pH nel drenaggio del siero. Il formaggio ottenuto con valori di pH più bassi nel drenaggio del siero aveva un contenuto totale e di ICa inferiore rispetto ai formaggi ottenuti con un valore di pH più alto nel drenaggio del siero. Le differenze nel contenuto di ICa tra i formaggi hanno avuto un impatto sulle proprietà reologiche del formaggio.

Tratto da : Measuring insoluble calcium content in curds during cheese making

AAKASH VARSHA SWAMINATHAN,^*1 SØREN K LILLEVANG² and JOHN A LUCEY^{1 ,3}

¹Department of Food Science, University of Wisconsin – Madison, 1605 Linden Drive, Madison, WI 53706 USA,

²Arla Foods Amba, Arla Innovation Center, Skejby, Denmark

³Center for Dairy Research, University of Wisconsin – Madison, 1605 Linden Drive, Madison, WI 53706 USA