Traditional and innovative approaches to evaluate microbial contribution in long ripened fermented foods: the case of Parmigiano Reggiano cheese

Abstract

La crescita economica e lo sviluppo delle industrie casearie si basano ampiamente sugli starter microbici utilizzati per produrre la gran parte dei prodotti fermentati industriali. D’altro canto, le colture naturali impiegate nella produzione di formaggi tradizionali sono responsabili di diversi tratti distintivi di qualità, che rendono questi prodotti apprezzabili in tutto il mondo. Nonostante siano stati fatti molti progressi nella comprensione della fisiologia dei batteri lattici e nei processi che indirizzano lo sviluppo di prodotti fermentati di qualità, molto rimane ancora da comprendere. Per questo motivo, è stato scelto come oggetto di questo studio, un formaggio italiano, a Denominazione di Origine Protetta, apprezzato e di rilevanza economica come il Parmigiano Reggiano, allo scopo di ottenere una miglior comprensione di come e quando i batteri lattici siano coinvolti in questi processi. A tale fine, sono stati utilizzati sia approcci tradizionali che innovativi. Nel corso di questa tesi di dottorato, un accurato e laborioso campionamento ha permesso di analizzare un formaggio Parmigiano Reggiano in tutti gli stadi della produzione e nei due anni di stagionatura. Sono state effettuate conte microbiche tradizionali poi confrontate con i dati ottenuti da terreni di conta innovativi e attraverso conte dirette in grado di stimare anche la vitalità cellulare. E’ stato anche valutato il grado di autolisi cellulare tramite conta microbica diretta e grazie alla quantificazione sia del DNA che degli enzimi rilasciati in seguito a lisi cellulare. Inoltre, è stata utilizzata la tecnica Length heterogeneity-PCR per monitorare l’evoluzione delle specie microbiche nel corso di un completo processo di caseificazione. Infine, è stato sviluppato un modello matematico in grado di stabilire l’effetto di NaCl, così come di pH e temperatura sull’attività aminopeptidasica.

Future development and economic growth of dairy industry largely depends on microbial starter used to produce the great majority of industrial fermented products. Moreover, natural cultures implied in traditional cheeses manufacturing, are responsible for many good recognizable traits which make them appreciable all over the word. Even if, great progress has been made toward understanding lactic acid bacteria physiology, and processes that drive quality fermented food development, much remains to be learned. For this reason, a Protected Designation of Origin, appreciated and economically important Italian cheese like Parmigiano Reggiano, has been chosen as subject for this study, to try a better understanding of how and when lactic acid bacteria are involved in these processes. To reach this issue, both traditional and innovative approaches have been used. Troughout this Ph.D. thesis, an accurate and laborious sampling allowed to analyse Parmigiano Reggiano cheese in all stages of manufacturing and through two years of ripening. Traditional microbial counts have been attended and compared with data obtained by means of innovative counting media and direct enumeration considering even cell viability. Cell autolysis has been also evaluated by direct microbial count and by the quantification of both cell lysis-released DNA and cell lysis-released enzymes. Moreover, length heterogeneity-PCR has been held to monitor microbial species evolution during a complete cheesemaking process. Furthermore, a mathematical model able to assess the effect of NaCl concentration, as well as pH and temperature on aminopeptidases activities has been performed.