Non-starter Lactic Acid Bacteria characterization for their control in cheese making

Abstract

Cheese making date his practice over millennia and evolved nowadays being part of a sector representing one of the biggest business of the food industry. In the wide cheese variety, raw milk cheeses have particular economic relevance for many European countries. These products owe their popularity to a typic organoleptic profile whose formation is recognized to be strongly influenced by the raw milk microbiota. Non-starter lactic bacteria (NSLAB) represent the part of this microbiota which has shown the capability to better adapt in the cheese environment and their activity has been positively correlated with cheese flavor formation. Although much is known about the cheese microbiota and from which NSLAB species it is composed, further research has been highlighted as necessary to better understand the origin, development dynamics along the production chain, and metabolic traits at the strain level of NSLAB. The object of the present thesis was to do a step forward over what is known about the NSLAB, studying their diversity at the strain level through the characterization of their genotypic, phenotypic and metabolic traits. The knowledge of this information is at fundamental for the control of the interested NSLAB within the complex raw milk microbiota and as consequence govern their effect on the cheese's final characteristics. More than 120 NSLAB strains have been isolated from 20 dairies and screened in order to be qualified as potentially applicable as adjunct cultures. The possibility of positively influencing the cheese characteristic controlling the raw milk microbiota was also investigated by developing a natural adjunct milk culture. Finally, an investigation on hard cheeses produced from centrifugated raw milk gave new insight into the description and consequent prevention of structural defects possibly correlated with the NSLAB abundance unbalancing within the cheese microbiota. The results achieved lay the foundation to a better exploit of the raw milk microbiota, contributing to the possibility of predicting more precisely the final cheese characteristics. Cheese making trials will be necessary to test the effectiveness of the adjunct strains screened in influencing the cheese aroma. In order to obtain the same goal in the context of an artisanal dairy, more research is needed to optimize the natural adjunct milk culture developed, testing different treatments that could more specifically select desired NSLAB present in raw milk.

La produzione di formaggio risale a millenni fa e si è evoluta fino a diventare parte di un settore che oggi rappresenta una delle maggiori attività dell'industria alimentare. Nell'ampia varietà di formaggi presenti sul mercato, quelli prodotti da latte crudo hanno una particolare rilevanza economica per molti paesi europei. Questi prodotti devono la loro popolarità a un profilo organolettico tipico, la cui formazione è riconosciuta essere fortemente influenzata dal microbiota del latte crudo. I batteri lattici non starter (NSLAB, dall’inglese non-starter lactic acid bacteria) rappresentano la parte di questo microbiota che ha dimostrato di meglio adattarsi nel formaggio stagionato per lunghi periodi, e la loro attività è stata correlata alla formazione del sapore e degli aromi tipici del formaggio. Sebbene la ricerca in passato abbia contribuito ad una maggiore conoscenza del microbiota del formaggio e delle specie di NSLAB che lo compongono, è stata evidenziata la necessità di ulteriori ricerche per comprendere meglio l'origine, le dinamiche di sviluppo lungo la catena produttiva e le caratteristiche metaboliche a livello di ceppo dei NSLAB. L'obiettivo della presente tesi è stato quello di fare un passo avanti rispetto a quanto noto sui NSLAB, studiando la loro diversità a livello di ceppo attraverso la caratterizzazione dei loro tratti genotipici, fenotipici e metabolici. La conoscenza di queste informazioni è fondamentale per il controllo dei NSLAB di interesse caseario presenti all'interno del complesso microbiota del latte crudo e, di conseguenza, per governare il loro effetto sulle caratteristiche finali del formaggio. Più di 120 ceppi NSLAB sono stati isolati da 20 caseifici e testati per essere qualificati come potenziali colture aggiuntive aromatizzanti. La possibilità di influenzare positivamente le caratteristiche del formaggio controllando il microbiota del latte crudo è stata studiata anche attraverso lo sviluppo di una coltura naturale aggiuntiva in latte. Infine, un'indagine su formaggi a pasta dura prodotti da latte crudo centrifugato ha fornito nuovi spunti per la descrizione e la conseguente prevenzione di difetti strutturali potenzialmente correlati allo squilibrio dell'abbondanza di NSLAB all'interno del microbiota del formaggio. I risultati ottenuti pongono le basi per un miglior controllo del microbiota del latte crudo, contribuendo alla possibilità di prevedere con maggiore precisione le caratteristiche finali del formaggio. Saranno necessarie prove di caseificazione per testare l'efficacia dei ceppi selezionati nell'influenzare l'aroma del formaggio. Per ottenere lo stesso obiettivo nel contesto di un caseificio tradizionale, sono necessarie ulteriori ricerche per ottimizzare la coltura naturale aggiuntiva in latte sviluppata, testando diversi trattamenti che potrebbero selezionare in modo più specifico i NSLAB desiderati presenti nel latte crudo.