Abnormals rennetability in bovine milk

RIASSUNTO Nella produzione dei formaggi tipo grana, il cui processo di caseificazione, con implicazioni enzimatiche, fisico-chimiche e fisico-meccaniche, consiste essenzialmente nella formazione e nella disidratazione di una cagliata lattico-presamica, il requisito basilare è senza alcun dubbio rappresentato dall'attitudine precipua del latte alla coagulazione presamica. Tutte le variabili fisico-chimiche, chimiche, biochimiche e strutturali del latte concorrono - in misura più o meno importante, singolarmente prese o attraverso interazioni più o meno complesse - alla definizione della sua attitudine alla coagulazione presamica intesa in senso lato, come tempo di coagulazione, velocità di formazione del coagulo, nonché consistenza, permeabilità e contrattilità della cagliata e, di conseguenza, capacità e velocità di sineresi della stessa e dell'intera massa caseosa. Perciò risulta di fondamentale importanza affrontare uno studio dei fattori che inducono alterazioni della coagulazione del latte. I latti a coagulazione anomala, lenta, danno origine a cagliate deboli, poco elastiche, che mal sopportano le sollecitazioni fisico-meccaniche. Le scadenti caratteristiche reologiche della cagliata e le alterate condizioni tecnologiche di lavorazione possono determinare perdite di resa in formaggio, a causa di un minore recupero di grasso e di caseina, anche sotto forma di particelle di cagliata (“polvere”) che restano nel siero. Obiettivo del dottorato è quello di identificare i fattori che determinano anomalie della coagulazione del latte bovino e la loro influenza sulla resa casearia del latte. Per fare questo abbiamo sviluppato tre ricerche scientifiche: nella prima ricerca sono stati analizzati i contenuti e i rapporti delle principali frazioni azotate, le caratteristiche chimico-fisiche, quelle di coagulazione presamica e le proprietà reologiche a livello di latti di singolo quarto, caratterizzati da un differente contenuto di cellule somatiche: ≤400.000 e >400.000 unità/mL. A tal fine sono state selezionate 10 vacche di razza Frisona Italiana in cui i due quarti omologhi (gli anteriori in 1 vacca, i posteriori in 6 vacche e sia anteriori che posteriori in 3 vacche) si caratterizzavano, uno per un contenuto di cellule somatiche ≤400.000 unità/mL (CB) e l’altro per un contenuto >400.000 unità/mL (CE). I quarti selezionati e il corrispondente latte non presentavano all’esame visivo le caratteristiche distintive delle mastiti cliniche. I quarti CE hanno evidenziato una produzione di latte (riferita alla mungitura della mattina) inferiore del 19% rispetto ai quarti omologhi CB. Il latte CE ha mostrato un minore contenuto di caseina ed un maggiore contenuto di sieroproteina vera, rispetto al latte CB. Il contenuto di proteoso-peptoni, sia riferito a 100g di latte che espresso in percento della caseina, è risultato significativamente più elevato nel latte CE rispetto a CB. Per quanto riguarda minerali ed equilibri salini, il latte CE, rispetto a quello CB, si è caratterizzato per un minore contenuto di fosforo e di potassio e per un maggiore contenuto di sodio e di cloruri. Ripartizione tra fase solubile e colloidale di calcio, di fosforo e di magnesio e grado di mineralizzazione della micella di caseina sono risultati non differenti tra il latte CB e quello CE. Il latte CE si è caratterizzato per valori più elevati di pH e più bassi di acidità titolabile, rispetto al latte CB. Il latte CE ha evidenziato un netto peggioramento delle caratteristiche di coagulazione presamica rispetto al latte CB: aumento del tempo di coagulazione (+ 29 %) e del tempo di rassodamento del coagulo (+ 101 %) e diminuzione della consistenza del coagulo (– 24 %). Anche i valori del coagulo di resistenza alla compressione e di resistenza al taglio sono risultati significativamente più bassi e quindi peggiori, nel latte CE rispetto a quello CB: – 27 % e – 47 %, rispettivamente. Il latte di singolo quarto caratterizzato da un valore di cellule somatiche superiore al limite previsto per il latte destinato alla caseificazione (400.000 unità/mL) ha evidenziato un’attitudine alla coagulazione presamica tale da renderlo poco adatto alla trasformazione casearia, con particolare riferimento alla produzione di formaggi tipo grana. La seconda ricerca è consistita in un’indagine di campo volta ad individuare i parametri fisico-chimici associati ad anomalie di coagulazione di campioni di latte di massa caratterizzati da valori delle principali caratteristiche chimiche, del pH, dell’acidità titolabile e del contenuto di cellule somatiche nella norma, ma con una diversa attitudine alla coagulazione presamica, valutata mediante analisi lattodinamografica. I campioni di latte sono stati classificati secondo le classi lattodinamografiche in: ottimale, discreto, mediocre e non idoneo. Sono stati analizzati 118 campioni di latte di singolo allevamento raccolti nel corso della mungitura della mattina. I campionamenti sono stati condotti in allevamenti di vacche di razza Frisona Italiana, il cui latte era interamente destinato alla trasformazione in formaggio Parmigiano-Reggiano. Il tipo “Ottimale” si è caratterizzato per un maggiore contenuto di sostanza secca e di tutti i suoi costituenti rispetto ai tipi “Discreto”, “Mediocre” e “Non idoneo”. Quest’ultimo, a sua volta, si è caratterizzato per i valori più bassi di sostanza secca, di lattosio, di proteina e di ceneri, e per il maggiore contenuto in cellule somatiche. Il tipo “Ottimale” si è caratterizzato per maggiori contenuti di proteina e dei suoi costituenti principali, rispetto agli altri tipi lattodinamografici. La differenza è apparsa particolarmente rilevante per la caseina, il cui valore, nel tipo “Ottimale”, è risultato maggiore del 15%, rispetto ai tipi “Discreto” e “Mediocre”, e del 18%, rispetto al tipo “Non idoneo”. Il valore dell’indice di caseina è risultato non diverso tra i differenti tipi lattodinamografici, mentre il valore dei proteoso-peptoni, espresso per 100 g di caseina, è risultato significativamente più elevato nel tipo “Non idoneo” rispetto agli altri tipi. Tale osservazione è da mettere in rapporto all’elevato valore di cellule somatiche che ha contraddistinto il tipo “Non idoneo”. Per quanto riguarda il contenuto dei minerali e gli equilibri salini dei campioni di latte di massa, il tipo “Ottimale” si è caratterizzato per contenuti più elevati di calcio, di fosforo e di magnesio, rispetto a tutti gli altri tipi lattodinamografici; anche le quote percentuali di calcio, di fosforo e di magnesio, in forma colloidale, sono risultate più elevate nel tipo “Ottimale” rispetto a quelli “Discreto” e “Mediocre”.. La micella di caseina del tipo “Ottimale” si è caratterizzata per un maggiore contenuto di calcio, di fosforo e di magnesio, e quindi per un maggiore grado di mineralizzazione della micella, rispetto agli altri tipi lattodinamografici. Per quanto riguarda le frazioni che compongono il fosforo della micella di caseina - quota inorganica e fosforo covalentemente associato alla caseina sottoforma di residui fosforilati - entrambe sono risultate più elevate nel tipo “Ottimale” rispetto agli altri tipi lattodinamografici. Tale osservazione indica il ruolo importante che il fosforo della caseina esercita sulla funzionalità della micella di caseina in rapporto alla coagulazione presamica. I valori pH sono risultati statisticamente non diversi tra i tipi LDG, anche se, tendenzialmente, il tipo “Non idoneo” si è caratterizzato per un valore maggiore rispetto agli altri tipi LDG. L’acidità titolabile è risultata più elevata nel tipo “Ottimale” e più bassa nel tipo “Non idoneo”. Per quanto riguarda le caratteristiche reologiche del coagulo (resistenza alla compressione e resistenza al taglio), misurate a distanza di 30 minuti dalla sua formazione, il tipo “Non idoneo” ha evidenziato i valori più bassi rispetto agli altri tipi LDG. Il valore più elevato di resistenza alla compressione è stato osservato nel tipo LDG “Discreto”, mentre quello maggiore di resistenza al taglio nel tipo “Ottimale”. La terza ricerca ha come scopo quello di mettere in relazione l’attitudine alla coagulazione del latte con la resa in formaggio Parmigiano-Reggiano. A tal fine, sono state seguite 42 caseificazioni in 16 differenti caseifici. In ogni caseificazione sono stati prelevati: un campione del latte in caldaia, il campione del siero cotto e inoltre, è stato rilevato il peso del latte in caldaia e quello della forma a 24 ore dall’estrazione. Dai dati raccolti si osserva che il tipo “Ottimale” si è caratterizzato per maggiori valori di lattosio, di acidità titolabile e del contenuto di cellule somatiche, rispetto ai tipi “Discreto” e “Mediocre”; per questi stessi parametri, i tipi “Discreto” e Mediocre” sono risultati, tra loro, non differenti dal punto di vista statistico. Il tipo “Mediocre” si è contraddistinto per i valori più bassi, sia di resistenza al taglio, che di resistenza alla compressione; i valori di questi due parametri sono risultati non diversi tra il tipo “Ottimale” e quello “Mediocre”. Il tipo “Ottimale” ha mostrato un valore di resa 24h significativamente maggiore rispetto al tipo “Mediocre”. Il tipo “Discreto” ha evidenziato un valore di resa intermedio e non differente rispetto ai tipi “Ottimale” e “Mediocre”. Le perdite percentuali di fosforo sono risultate più elevate nel latte “Mediocre” rispetto al tipo “Ottimale”. ”. Il tipo “Discreto” si è caratterizzato per un valore intermedio, non differente rispetto ai tipi “Ottimale” e “Mediocre”. Invece valutando la resa 24h tra le diverse classi lattodinamografiche tenendo conto anche del contenuto di caseina del latte i valori di resa sono risultati non differenti tra i diversi tipi lattodinamografici. Tale osservazione evidenzia il ruolo preminente che il contenuto di caseina esercita sulla resa in formaggio.Summary The production of very hard, long ripened cheeses consists essentially in the formation and subsequent dehydration of a rennet-acid curd. Rennet coagulation aptitude represents the basic requirement of milk in the cheesemaking of very hard cheeses. Therefore is very important to study the factors that induce alterations of the coagulation milk. The milks with abnormal or slow coagulation give the worst values of rheological parameters of the curd, e.g. resistance to compression and resistance to cut. The poor rheological parameters of the curd can determine loss in cheese yield. Aim of this study is to identify the factors can cause abnormal milk coagulation and how they affect the cheese yield. We divided this study in three research lines: 1) The first was to compare content and relationships among nitrogen fractions, rennet coagulation characteristics and rheological properties between quarter milk samples with different somatic cell content: ≤400,000 and >400,000 cells/mL. To this end, 10 Italian Friesian cows, in which two homologous quarters (front quarters in 1 cow, rear quarters in 6 cows and both rear and front quarters in 3 cows) were characterised by a milk SCC≤400,000 cells/mL (CB milk) and milk SCC>400,000 cells/mL (CE milk), respectively, were selected. The quarters selected and the correspondent milks showed no signs of clinical mastitis. CE milk was characterised by a lower content of casein and a higher content of true wheyprotein than CB milk. The value of the casein number, consequently, was lower in CE than CB milk. The content of proteose peptone – on 100 g of milk and on 100 g of casein – was clearly higher in milk CE than CB. The increase of proteose peptone was due to the increase of the proteolytic activity of the endogenous alcaline protease of milk – plasmin – towards -casein. Compared to CB milk, CE milk was characterised by a lower content of phosphorus and potassium and by a higher content of both sodium and chloride. The equilibrium of calcium, phosphorus and magnesium between the colloidal and soluble phases of milk and the mineralisation degree of the casein micelles, were not different between CE and CB milk. Compared to CB milk, CE milk was characterised by a clear worsening of rennet coagulation parameters: increased clotting time (+ 29 %) and curd firming time (+ 101 %), lower curd firmness measured 30 minutes after rennet addition (– 24 %). The values of rheological parameters of the curd, e.g. resistance to compression and resistance to cut, resulted lower in CE milk than CB: – 27 % and – 47 %, respectively. Quarter milk samples exceeding the somatic cell count threshold for milk destined to cheesemaking, evidenced a scarce aptitude to rennet coagulation and, in general, it seems not suitable to cheesemaking production, with particular reference to grana cheese production. 2) The second research line was to characterize milk samples with different coagulation ability (from Optimal to Non-coagulating). The study was carried on 118 herd milk samples collected from Italian Friesian cattle herd producing milk for Parmigiano-Reggiano cheese, during morning milking. The milk samples were classified, on the basis of their rennet coagulation parameters, in Optimal, Suboptimal, Defect and Non-coagulating. Optimal milk had the highest amount of dry matter and of its constituents (fat, protein, lactose and ash), while “Non-coagulating” one the lowest values. Optimal had 15% more casein than the types Suboptimal and Defect milks and 18% more than Non-coagulating milk. The content of proteose peptone – on 100 g of milk and on 100 g of casein – was clearly higher in the type Non-coagulating. The proportion of calcium, phosphorus and magnesium in the colloidal form were higher in Optimal milk than in other types of milk. The casein micelle of Optimal milk showed the highest values of Ca, P and Mg. Both P forms in the casein micelle (inorganic P and casein-bound P) resulted higher in Optimal milk than in other milk types. Non-coagulating milk showed the worst rheological properties. 3) This line of research was performed to assess the relationships between lactodynamographic profiles and Parmigiano-Reggiano cheese yield. The study was carried out on 42 vat milk samples collected before the addition of the natural wheystarter. Cheese yield was measured at 24 hour, and calculated as the kg of Parmigiano-Reggiano obtained from 100 kg of vat milk. Vat milk samples were classified as Optimal (8), Subotptimal (16) and Defect (14) on the basis of the values of rennet coagulation parameters. Optimal milk showed the highest cheese yield, while Defect milk the lowest. However, when the values cheese yield were corrected for the casein content, no differences were observable between the different classes of milk