Fattori genetici, caratteristiche strutturali della micella di caseina e attitudine alla coagulazione del latte

Abstract

La caseina allo stato nativo si trova sotto forma di micelle fortemente idratate, alla cui formazione partecipa il fosfato colloidale. Quest’ultimo esercita un’azione fondamentale ai fini della costruzione della stabilità delle submicelle. Gli equilibri minerali infatti si riflettono sulla composizione del formaggio, con possibili ripercussioni sulla tessitura della pasta. Recenti studi hanno dimostrato che il miglioramento genetico dell’attitudine casearia è possibile adottando specifici obiettivi di selezione per ottimizzare l’efficienza di resa e di produttività. Tale spinta ha portato all’aumento proporzionale del contenuto di caseina e ad un drastico abbassamento dei parametri di acidità titolabile con riflessi negativi sui parametri reologici del latte. Gli effetti più marcati della strategia di selezione sono stati osservati per le varianti della κ-caseina (κ-Cn). Il genotipo κ-Cn è in grado di esercitare un’influenza significativa sulla quantità con cui questa proteina entra nella composizione della caseina totale; infatti, la κ-caseina di tipo B contiene una maggiore quantità di κ-caseina, rispetto a quella di tipo A. Inoltre, il latte κ-Cn B presenta tempi di coagulazione inferiori, originando masse caseose più consistenti e con migliore capacità di sineresi, di ritenzione proteica e di incorporazione del grasso. Si tratta di caratteristiche che permettono di incrementare significativamente le rese di produzione. Sempre nel latte κ-Cn B sono stati riscontrati contenuti più elevati di calcio e fosforo totale e fosforo colloidale. Per le motivazioni sopra esposte sono stati sviluppati due differenti filoni di ricerca: il primo con lo scopo di approfondire lo studio dell’effetto razza sul contenuto minerale e sugli equilibri salini e le proprietà di caseificazione di latte destinato a formaggio Grana Padano ed a Provolone Valpadana. Il secondo con lo scopo di valutare l’influenza del contenuto in κ-caseina B sulla resa di Parmigiano-Reggiano. Il protocollo della prima ricerca ha previsto la raccolta complessiva di 80 campioni di latte individuale da una stalla in cui erano allevate vacche di razza Bianca Val Padana (BVP) e di vacche di razza Frisona Italiana (FI). Di questi, 40 campioni derivanti da 20 vacche BVP e 40 campioni da 20 vacche FI prelevati, per ciascun soggetto, in due momenti diversi dello stadio di lattazione (a 50±7 e a 150±7 giorni di distanza dal parto). Su ogni campione di latte sono stati determinati: lattosio, grasso, proteina grezza e caseina, pH, acidità titolabile; parametri di coagulazione presamica (r, k20, a30); cellule somatiche; conta microbica totale; sostanza secca e ceneri; contenuto totale, solubile e colloidale per il fosforo, per il calcio e per il magnesio). Il latte di vacche Bianca Val Padana è risultato più ricco in sostanza secca (grasso e proteina), in caseina e ha evidenziato valori più elevati di acidità titolabile. Inoltre, questo latte ha riportato maggiori quantitativi dei minerali totali e delle frazioni colloidali di calcio e di fosforo. Nonostante tali potenzialità, non sono state riscontrate differenze tra le due razze per i parametri lattodinamografici (r, k20, a30). Ciò potrebbe essere dovuto al basso valore del rapporto tra minerali e caseina, un deficit che porterebbe alla formazione di un coagulo di tipo farinoso. Nella seconda ricerca, sono stati selezionate 4 stalle che producevano latte caratterizzato da un differente contenuto κ-caseina B: A1, A2, A3 e A4, in ordine decrescente per contenuto di κ-caseina B. Le quattro stalle erano conferenti di uno stesso caseificio e la produzione giornaliera di ciascuna di esse era sufficiente per permettere una lavorazione in formaggio Parmigiano-Reggiano. Sono stai effettuati sopralluoghi in caseificio, con cadenza mensile, un intero anno solare (12 sopralluoghi). In ciascun sopralluogo, si è proceduto a raccogliere, per ciascuna delle 4 lavorazioni, un campione di latte di massa, uno di latte in caldaia e uno di siero cotto. Inoltre, sempre ciascuna lavorazione, si è misurato al peso delle 2 forme prodotte a 24 ore e dopo 1 e 6 mesi di stagionatura. A seconda della tipologia del campione sono stati determinati lattosio, grasso, proteina e caseina, pH e acidità titolabile, punto crioscopico, cellule somatiche, urea, contenuto di κ-caseina B, analisi lattodinamografica (r, k20, a30), conta batterica totale, spore di clostridi, frazioni azotate, sostanza secca e ceneri, frazioni minerali e calcolo della resa. I risultati hanno evidenziato che tra le quattro aziende quella A1 emerge per le pregevoli caratteristiche del latte in termini chimico-fisici (in particolare, maggiori contenuti di κ-caseina B, un più elevato grado di mineralizzazione della micella e valori ottimali di acidità titolabile), reologici (ottimali parametri lattodinamografici), e tecnologici (maggiore resa casearia, pari a +10%, per i tre livelli di maturazione: a 24 ore, ad 1 mese dall’estrazione dalla salamoia ed a 6 mesi di stagionatura). Sugli stessi dati, si è proceduto ad una differente elaborazione statistica, considerando solo due classi per il contenuto di κ-caseina B: H-κB (campioni ad alto contenuto di κ-caseina B, corrispondente alla stalla A1) e L-κB (campioni a basso contenuto di κ-caseina B, corrispondente al latte delle stalle A2, A3 e A4). Il latte in caldaia della classe H-κB si è contraddistinto per maggiori quantitativi di proteina e di caseina (+20,0%, e +12,2%). Inoltre, per quanto riguarda le frazioni minerali, questo latte ha mostrato un più elevato valore di ceneri e maggiori contenuti di calcio, fosforo, e magnesio totale (+5,2%, +18,7%, +7,8%), nonché un più basso contenuto di cloruri (-5,7%).

Ai più elevati valori di sostanza secca, proteina grezza del siero cotto del latte H-κB hanno fatto riscontro valori più bassi di perdite di caseificazione stessi per ciascuno di questi parametri. Inoltre, il siero cotto H-κB è stato caratterizzato per una minore presenza di particelle di cagliata perse sotto forma di polveri (curd-fines). Infatti anche in questo caso il latte H-κB ha dimostrato avere un’efficienza di resa superiore al latte L-κB a tutti i livelli di maturazione. Le elaborazioni dei dati ricavati dalla sperimentazione hanno permesso di mettere a punto una proposta di modifica del pagamento latte a qualità del latte che utilizzi, fra i parametri di calcolo, anche la percentuale di κ-caseina B. L’utilizzo delle formule predittive sulla resa di trasformazione, hanno evidenziato un effetto additivo della κ-caseina B sulla resa. Tali differenze, quindi, hanno confermato che, tenendo in considerazione unicamente il parametro caseina, non sia possibile dare una giusta interpretazione delle reali potenzialità di caseificazione del latte e di conseguenza una idonea classificazione e retribuzione in termini di pagamento latte a qualità sarebbe opportuno considerare anche il contenuto di κ-caseina B.

The casein micelle play a key role during the whole cheese-making process. Its structure affect the development of rennet coagulation and the rheology of the resulting curd, with repercussion on cheese yield and quality. Most studies evidenced the key role played by caseins on milk rennet coagulation aptitude, in terms of their contents, relative proportions, genetic types, and extent of post-translational modifications. In this regard, it is well know the positive influence of κ-casein B on rennet coagulation aptitude of milk. Besides caseins, calcium (Ca) and phosphorus (P) are essential constituents of the micelles. Micellar P can be present as part of colloidal calcium phosphate (CCP) (inorganic-P) or covalently bound to caseins as phosphate groups (casein-P). A fraction of the phosphate groups of calcium-sensitive caseins contribute to micellar casein structure by a Ca2+-mediated secondary interactions with CCP. Although the increasing number of studies, the role of micellar Ca and P on casein micelle structure has not been extensively studied. Two different lines of research were created: one with the aim to study the effect of cattle breed on mineral content and salt equilibria on the properties of milk destined to Grana Padano and Provolone Valpadana cheeses. The second line with the aim to evaluate the influence of κ-casein B content on Parmigiano-Reggiano cheese yield. In the first research 80 individual milk samples were collected from a single mixed herd of Bianca Val Padana (BVP) and Italian Friesian (FI) cows; 40 samples from BVP cows and 40 samples from FI cows were taken at two different times of stage of lactation (50±7, 150±7; days). On each sample the following parameters were determined: lactose, fat, crude protein and casein, pH, titratable acidity, rennet coagulation parameters (r, k20, a30), somatic cells, total microbial counts, dry matter and ash and total, soluble and colloidal mineral content (phosphorus, calcium and magnesium). The milk of Bianca Val Padana breed was richer in dry matter (fat and protein), in casein content and showed higher average titratable acidity. Moreover, this milk reported higher quantities of total minerals and of colloidal calcium and phosphorus. Despite this potential, not significant differences of the rheological parameters (r, k20, a30) were registered, compared to the milk of Italian Friesian. This fact could be explained by the low ratio value between mineral and casein, a deficit that would potentially lead to the formation of a floury curd. In the second research, four cattle herds (A1, A2, A3, A4) producing milk with different κ-casein B content were selected. All herds conferred their milk to the same cheese factory.

The daily milk production of each herd was enough to be used for a single Parmigiano-Reggiano cheese-making. The cheese factory was surveyed monthly during one year (12 surveys). During each survey, samples of morning milk, vat milk and cooked whey were collected for each one of the four cheese-making characterised by a different κ-casein B content (A1, A2, A3, A4). Furthermore, the weights of conferred milk, vat milk, and of the resulting wheels (at 24 hours and after 1 and 6 months of ripening) were measured. Depending on sample type, the following parameters were determined: lactose, fat, protein and casein, pH and titratable acidity, freezing point, somatic cells, urea, κ-casein B content, lactodynamographic parameters (r, k20, a30), total bacterial count, clostridia spores, nitrogen fractions, dry matter and ash, mineral fractions and yield. The results showed that A1 herd milk had the best physico-chemical composition (more κ-casein B content and higher mineralization degree of micelles), rheological parameters (optimal values of titratable acidity and r, k20, a30), and technological properties (higher cheese yield percentages for the three levels of ripening: 24 hours, 1 month after brine extraction and 6 months). According to the results of statistical elaboration, the content of κ-casein B in A1 herd milk was higher than in A2, A3, A4 herd milks, which were not different among them for the same parameter. For this reason, a second elaboration was carried out on the same data, considering only two κ-casein B classes: H-κB (high κ-casein B content samples, A1 herd milk) and L-κB (low κ-casein B content samples, A2, A3, A4 herd milks). The H-κB vat milk was characterized by higher protein and casein percentages (+20.0 % and +12.2 %). Moreover, this milk showed a higher value of ash, higher calcium, phosphorus and magnesium total contents (+5.2 %, +18.7 %, +7.8 %, respectively), and a low chloride content (-5.7 %). H-κB whey showed highest values of dry matter and crude protein and was characterized by a lower presence of curd-fines. In fact, even in this case, the H-κB milk, comparing the cheeses with the same ripening, showed a greater yield efficiency than L-κB milk. The processing data obtained from the experiments have allowed to develop a proposal of payment milk quality using κ-casein B content as a calculating parameter. The predictive formulas of cheese yield, showed an underestimation for milk with high κ-casein B content. These differences showed that, considering only the casein parameter, is not possible to give a correct interpretation of the real milk dairy potentiality and an appropriate classification and remuneration of milk.