Composizione e dinamiche della microflora in differenti ecosistemi caseari

Il formaggio è un cibo biologicamente e biochimicamente dinamico contenente microorganismi sia intenzionalmente aggiunti come colture starter sia presenti come contaminanti avventizi di natura non-starter. La composizione della popolazione microbica si modifica sotto l’influenza di continui cambiamenti delle condizioni ambientali e delle interazioni tra i microorganismi durante la produzione e la stagionatura. Nel processo produttivo del formaggio, la selezione di parametri tecnologici può influenzare o anche indurre vari processi biochimici necessari per l’ottenimento di questo alimento. Le popolazioni microbiche presenti nel formaggio sono complesse e la loro crescita e attività rappresentano le fasi più importanti ma meno controllabili del processo di caseificazione. Lo scopo della presente tesi di dottorato è lo studio della diversità microbica e delle dinamiche delle colture starter, non-starter e dei microrganismi contaminanti coinvolti nei processi di produzione e stagionatura del formaggio. A tale scopo, diversi ecosistemi, dal latte crudo al formaggio, e la crosta sono stati studiati al fine di comprendere il ruolo specifico svolto dai vari microorganismi in ciascuna fase del processo di produzione e correlare la presenza di alcune specie microbiche con lo sviluppo di aromi e strutture desiderate del prodotto. Nello specifico, gli ecosistemi microbici di sieroinnesti naturali, formaggi duri italiani (Grana Padano e Parmigiano Reggiano), e della crosta naturale di un formaggio erborinato stagionato, sono stati studiati per tutto il processo di produzione e stagionatura mediante tecniche culture-dependent e culture-independent. Attraverso lo studio della microflora di sieroinnesti naturali e formaggi a partire dai primi giorni di produzione, è stato possibile descrivere l’attività fermentativa dei batteri lattici starter (SLAB) che determinano il processo di stagionatura del formaggio. L’acidità titolabile del sieroinnesto non è risultata essere in relazione né con la quantità di cellule (totali e coltivabili) né con il contributo specifico delle differenti specie. Elevate concentrazioni di acido lattico e aminoacidi liberi sono state trovate in formaggi con maggiori quantità della specie Lactobacillus helveticus e con alte densità di batteri termofili coltivabili. La presenza di galattosio residuo è risultata associata ad alti contenuti della specie Streptococcus thermophilus. Inoltre, la composizione in termini di biotipi dei sieroinnesti è apparsa molto più importante che la composizione in termini di specie nell’assicurare le buone performance dei sieroinnesti stessi. Una correlazione diretta tra la composizione delle specie SLAB e l’efficacia di acidificazione nei sieroinnesti non è stata trovata. Al contrario, nella matrice formaggio, l’attività fermentativa degli SLAB è sembrata essere specie-dipendente. Negli ecosistemi dei formaggi duri, sia gli SLAB che i LAB non-starter (NSLAB) sono apparsi contribuire all’acidificazione e alla maturazione. Tuttavia, gli SLAB, ed in particolare L. helveticus, sono risultati essere principalmente soggetti alla lisi che si verifica a 2 mesi di stagionatura. I NSLAB sono stati in grado di crescere dopo la salatura, diventando la maggioranza dei microorganismi durante la stagionatura. I NSLAB potrebbero provenire sia dal latte crudo che dal sieroinnesto naturale ed il loro contributo allo sviluppo delle caratteristiche del formaggio è ancora sconosciuto. Inoltre, la presenza di L. helveticus e Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis in stato non coltivabile, fino a 13 mesi di stagionatura, suggerisce che queste specie potrebbero svolgere un ruolo diverso ma ancora sconosciuto nella stagionatura del formaggio. La microflora della superficie di un formaggio erborinato durante lo sviluppo naturale della crosta ha mostrato una diversità microbica composta da 14 generi di batteri (Enterococcus; Lactococcus; Leuconostoc; Macrococcus; Staphylococcus; Klebsiella; Brevibacterium; Corynebacterium; Brachybacterium;, Nocardiopsis;, Cobetia; Psychrobacter; Halomonas; Haererehalobacter), due generi di lieviti (Candida; Debaryomyces) e un genere di fungo filamentoso (Penicillium). Sono state osservate elevate e comparabili densità di batteri e lieviti vitali. E’ stata osservata inoltre, un’evoluzione batterica durante la formazione della crosta e nessun genere è rimasto costantemente presente per tutta la durata della stagionatura. Staphylococcus si è dimostrato il genere dominante durante le fasi precoci e successivamente è stato sostituito da Brevibacterium alla fine della stagionatura. Sfruttando esperimenti di interazione, sono stati osservati effetti di inibizione e stimolazione tra le specie; queste interazioni potrebbero spiegare come alcuni microorganismi contribuiscano alla formazione della comunità microbica. Candida catenulata e Debaryomyces hansenii hanno incrementato la crescita di Staphylococcus equorum mentre C. catenulata ha inibito la crescita di D. hansenii. Tuttavia, studi approfonditi dovranno essere svolti per valutare se le specie batteriche, di lievito e muffe sopracitate possano essere utili e svolgere un ruolo nello sviluppo dell’aroma e della struttura di altre varietà di formaggi che presentino simile crosta naturale. In conclusione, grazie ad approcci complementari culture-dependent e culture-independent, è stato possibile identificare quali microrganismi fossero principalmente coinvolti in ciascuna delle matrici casearie studiate, e definire l’importanza della loro presenza che, se in giusto equilibrio, può favorire l’ottenimento delle diverse caratteristiche peculiari di ciascun prodotto.