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SCIENZA E TECNICA LATTIERO-CASEARIA, 54 (3), 149-162 2003

* Corrispondenza ed estratti: [email protected] Consorzio Formaggio Parmigiano-Reggiano. Via Kennedy 18, 42100 Reggio Emilia.

ANDAMENTO DELLA GLICOLISI NELLE PRIME FASI DI MATURA-ZIONE DEL PARMIGIANO-REGGIANO

M Pecorari1*, G Gambini1, P Reverberi1, A Caroli1, G Panari1

INTRODUZIONE

La grande variabilità organolettica dei formaggi dipende dalla micro-flora autoctona, dalla composizione del latte, dalle diverse tecnologieimpiegate e dal tipo di batteri utilizzati come starter che sviluppano giàdurante la caseificazione e sono in grado di indirizzare il successivo pro-cesso maturativo. Lo sviluppo dei fermenti lattici che avviene nella massacaseosa immediatamente dopo la caseificazione e le conseguenti modifica-zioni chimico-fisiche della pasta concorrono in modo determinante alla for-mazione delle peculiarità qualitative di ogni formaggio [1-3].

Nella produzione del formaggio grana la glicolisi avviene ad opera deibatteri lattici termofili, prevalentemente omolattici, selezionati medianteuna siero-coltura naturale ottenuta per fermentazione in appositi reci-pienti dal siero che residua dalla caseificazione del giorno precedente [4].La trasformazione del lattosio in acido lattico ad opera di questa floramicrobica, pertanto, rappresenta la più importante reazione biochimicache si realizza nella prima fase della maturazione [5, 6].

I tempi e le modalità di sviluppo della flora lattica starter nelle prime24 ore risultano importanti, non solo per indirizzare il successivo proces-so maturativo, ma, anche per salvaguardare la qualità igienico-sanitariadel prodotto. Infatti, l’elevata temperatura di cottura che si raggiungedurante il processo tecnologico e la lunga sosta della cagliata in questecondizioni determinano un ambiente favorevole al solo sviluppo dei batte-ri lattici termofili in grado di esercitare un forte antagonismo competitivonei confronti dei microrganismi patogeni [7-9].

Per la riuscita qualitativa del formaggio Parmigiano-Reggiano ènecessario che gli zuccheri siano metabolizzati molto rapidamente e ciòdipende dall’attività e dal tipo di coltura starter, in quanto non tutti ibatteri lattici riescono a produrre acido lattico dal galattosio [10-12],dalla temperatura di cottura, dalle caratteristiche chimico-fisiche dellapasta e dalla dimensione e dalle modalità di formatura della massacaseosa [13].

Scopo della presente ricerca è quello di definire i tempi e le modalitàdel processo idrolitico degli zuccheri nelle diverse zone della forma.

MATERIALI E METODI

La ricerca è stata condotta su sei forme ottenute in altrettanti caseifi-ci produttori di Parmigiano-Reggiano.

Su ciascuna forma si è proceduto, al momento dell’estrazione e dopo 6,11, 23 e 32 ore, alla misurazione della temperatura e del pH a 3 e a 12 cmdi profondità dal piatto e al prelievo di una porzione di formaggio median-te una sonda cilindrica in acciaio inox avente un diametro di 28 mm eduna lunghezza di 40 cm.

Dal tassello, ricavato introducendo la sonda perpendicolarmente alcentro del piatto, sono state prelevate due porzioni di pasta rappresenta-tive della zona periferica e della zona centrale, rispettivamente a 2-4 cm ea 11-13 cm dalla superficie piana.

I fori, per evitare di alterare la pasta circostante, sono stati riempiti concilindri di teflon di diametro uguale a quello della sonda.

A 48 ore le forme sono state tagliate e dalla sezione mediana sono stateprelevate due porzioni rappresentative della zona periferica e della zonacentrale.

Sul formaggio, finemente grattugiato, sono state eseguite le seguentianalisi:- lattosio, glucosio e galattosio: mediante test enzimatico della

Boehringer-Mannheim [14];- acido D- lattico e L-lattico: mediante test enzimatico della Boehringer-

Mannheim [15];- acidi grassi volatili: in HPLC [16];- batteri lattici termofili: MRS a 45 °C per 4 giorni in anaerobiosi [17].

RISULTATI E DISCUSSIONE

Nella tabella 1 sono riportati i valori medi delle 6 prove delle analisichimico-fisiche effettuate a diversi intervalli nelle prime 48 ore nella zonaperiferica e al centro della forma.

I risultati evidenziano, già al momento dell’immissione negli stampi e,soprattutto, durante le prime ore di formatura, un gradiente termico trala periferia e il centro che si mantiene, anche se con diversa intensità, finoall’introduzione della forma in salamoia.

La figura 1 mostra come la pasta nel cuore della forma si raffreddi piùlentamente rispetto a quella dell’anello periferico: alla 6a e all’11a ora ladifferenza di temperatura tra interno ed esterno risulta pari a 12°C circa,mentre, dopo 23 e 32 ore il range si riduce, rispettivamente a 8 e a 4°Ccirca. A 48 ore la differenza è ancora di 2°C circa.

L’ampio intervallo tra i valori minimi e massimi di temperatura, rile-vati nelle prime 24 ore nelle sei prove di caseificazione, soprattutto al cen-tro della forma (le temperature minime e massime nel cuore della formaalla 6a ora ed alla 23a ora risultano, rispettivamente: 53,2 - 55,3°C e 35,0 -40,5°C), dimostra come il raffreddamento della massa caseosa presenti

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notevoli differenze tra i caseifici in conseguenza della diversa impostazio-ne tecnologica adottata.

Il gradiente termico che si determina nelle due zone della forma, infat-ti, risulta influenzato da diversi fattori, quali la temperatura di cotturadella cagliata, la dimensione della forma e la temperatura dell’ambientein cui sono effettuate le operazioni di formatura [13, 18].

Le variazioni di temperatura riscontrate tra le due zone nelle prime oredopo la fabbricazione trovano conferma con quanto rilevato in analoghericerche [2, 13, 19, 20].

Intorno alla 6a ora si raggiunge il gradiente termico più elevato (12°Ccirca), come riscontrato da Mora et al. nel Parmigiano-Reggiano [19] e daMucchetti et al. nel Grana Padano [13], anche se i valori assoluti risulta-no diversi, in conseguenza delle differenze che probabilmente caratteriz-zano il processo di caseificazione con cui sono state prodotte le formeoggetto delle diverse ricerche.

Il diverso andamento della temperatura tra interno ed esterno dellaforma condiziona lo sviluppo della flora lattica termofila e, conseguente-mente, la produzione di acido lattico ed il valore di acidità della pasta.

Il pH discende velocemente all’esterno della forma per raggiungere,intorno alla 6a ora, il valore minimo (4,98), mentre nel cuore della formatale abbassamento risulta lento nelle prime 11 ore (da 5,95 a 5,59), per poiaccelerare repentinamente tra l’11a e la 23a ora. Successivamente si regi-stra una modesta risalita che, alla 48a ora, porta il pH a 5,19, valore chetende ad eguagliare quello della zona esterna (Fig. 2).


Figura 1 - Andamento della temperatura all’esterno e all’interno della forma diParmigiano-Reggiano durante le prime 48 ore (media di 6 prove).Figure 1 - Temperature in external and internal Parmigiano-Reggiano cheese zonesduring the first 48 hours (mean of 6 trials).


Tali andamenti si discostano da quelli evidenziati nei lavori diPellegrino et al. [21], Mucchetti et al. [13] e Addeo et al. [2], nei quali ladiminuzione del pH nel cuore della forma risulta, anche nelle prime 10-11ore, molto rapida, tale da raggiungere valori di pH intorno a 5,10-5,30.

Le differenze potrebbero trovare una spiegazione nei diversi sistemiproduttivi che caratterizzano il Grana Padano e il Parmigiano-Reggiano e,nell’ambito dello stesso formaggio, nella differente operatività che si rea-lizza nei singoli caseifici.

Nella zona periferica l’acido lattico si accumula velocemente fino alla 6a

ora per poi stabilizzarsi intorno a valori di 1,3 g per 100 grammi di for-maggio (Fig. 3).

Nel cuore della forma, al contrario, la produzione di acido lattico risul-ta modesta fino all’11a ora (0,52 g/100g); solo nelle successive 12 ore si rag-giunge lo stesso valore riscontrato nell’anello periferico.

Le forme D e L di tale acido, inizialmente presenti in quantità similinella cagliata, concorrono in misura diversa nel corso delle 48 ore alla pro-duzione di acido lattico totale.

L’acido L-lattico risulta dopo la 23a ora, soprattutto all’interno dellaforma, superiore all’acido D lattico (Fig. 4); tale andamento risulta in lineacon i lavori di Bottazzi [22] e di Pellegrino et al. [15], limitatamente all’u-tilizzo di siero innesto naturale.

L’attività lattica termofila inizia già intorno ai 50-52 °C [23, 24] e trova,intorno ai 45 °C, la temperatura ideale di sviluppo che si realizza alla 3a -4a ora, nell’anello periferico, e alla 14a -15a ora nel cuore della forma.

Figura 2 - Andamento del pH all’esterno e all’interno della forma di Parmigiano-Reggiano durante le prime 48 ore (media di 6 prove).Figure 2 - pH in external and internal Parmigiano-Reggiano cheese zones duringthe first 48 hours (mean of 6 trials).


La lunga selezione realizzata nella produzione del formaggio grana haconsentito di aumentare la tolleranza alle elevate temperature dellamicroflora lattica del siero-innesto [1, 23]. L’abbassamento del pH e la pro-duzione di acido lattico già nelle prime 6 ore al centro della forma, dove latemperatura risulta prossima a quella di cottura della cagliata, ne sono

Figura 3 - Andamento dell’acido lattico all’esterno e all’interno della forma diParmigiano-Reggiano durante le prime 48 ore (media di 6 prove).Figure 3 - Lactic acid in external and internal Parmigiano-Reggiano cheese zonesduring the first 48 hours (mean of 6 trials).

Figura 4 - Andamento degli isomeri D ed L dell’acido lattico all’esterno e all’inter-no della forma di Parmigiano-Reggiano durante le prime 48 ore (media di 6 prove).Figure 4 - D and L lactic acid isomerics in external and internal Parmigiano-Reggiano cheese zones during the first 48 hours (mean of 6 trials).


una ulteriore conferma [13, 15].Lo sviluppo della microflora lattica termofila rallenta significativa-

mente alla 6a ora e si arresta quasi completamente intorno all’11a ora all’e-sterno e alla 23a nel cuore della forma.

Infatti, nella periferia della forma alla 6a ora, in corrispondenza del piùbasso valore di pH, il contenuto di zuccheri della cagliata risulta signifi-cativamente ridotto. Oltre il 98% del lattosio, inizialmente presente all’e-strazione della forma, risulta metabolizzato a conferma di una massivaattività lattica nelle prime 6 ore (Fig. 5).

All’11a ora nella porzione esterna della massa caseosa rimangono solotracce di glucosio e di galattosio (0,005 g e 0,02 g, rispettivamente) (Tab.1)e la produzione di acido lattico praticamente si arresta.

Nel cuore della forma la concentrazione più elevata di glucosio e digalattosio si riscontra alla 11a ora (rispettivamente 0,23 e 0,55 g) (Tab.1).Nelle successive 12 ore, intorno alla 23a ora si assiste alla scomparsa deidue monosaccaridi.

L’esame della figura 6, consente di evidenziare come già alla 6a ora ilnumero di batteri lattici termofili nell’anello periferico scenda a poco piùdi 70 milioni di UFC/g e come all’11a ora si riduca a pochi milioni; al cen-tro, per contro, si evidenzia una forte crescita dall’11a alla 23a ora, in cui sisuperano i 300 milioni di UFC, per poi decrescere repentinamente per l’as-senza di zuccheri fermentescibili fino a ridursi a poche decine di milioniintorno alla 48a ora.

Figura 5 - Andamento del glucosio e del galattosio all’esterno e all’interno dellaforma di Parmigiano-Reggiano durante le prime 48 ore (media di 6 prove).Figure 5 - Glucose and galactose in external and internal Parmigiano-Reggianocheese zones during the first 48 hours (mean of 6 trials).

Nella zona centrale della forma, anche nelle prime ore, si assiste aduna significativa attività lattica, con un abbassamento di 0,32 unità di pHe con una produzione di 0,27 grammi/100 g di acido lattico alla 6a ora e,successivamente, ad un rallentamento fino all’11a ora con un discretoaccumulo di glucosio e, soprattutto, di galattosio. Tale andamento potreb-be essere giustificato dalla ridotta attività metabolica della flora latticaper la permanenza di alcune ore ad una temperatura superiore ai 50°C,come ipotizzato da Pellegrino et al. [15] o per il verificarsi di una alter-nanza di specie o di biotipi con caratteristiche metaboliche diverse che tro-vano nelle diverse zone della forma condizioni di sviluppo differenti dalla1a alla 11a ora [13, 25].

La quantità di galattosio si riduce, anche al centro della forma, a 0,08grammi dopo 23 ore e ciò rappresenta una delle più importanti garanzieper la riuscita qualitativa del formaggio. Infatti quantità più elevate digalattosio potrebbero favorire in questa fase, in assenza di antagonismodella flora lattica, lo sviluppo di fermentazioni anomale con alterazionistrutturali del formaggio [15, 26, 27].

Occorre rilevare come le diverse impostazioni del processo di caseifica-zione adottate dai singoli caseifici possano determinare scostamentiimportanti del processo glicolitico. Infatti, alcune variabili, quali il diffe-rente dosaggio del siero-innesto, le diverse associazioni batteriche dellostesso, le diverse temperature di cottura della cagliata, e le differenti tem-


Figura 6 - Andamento dei batteri lattici termofili (LT) all’esterno e all’interno dellaforma di Parmigiano-Reggiano dalla 6a alla 48a ora (media di 6 prove). Milioni diUFC/g.Figure 6 - Thermophilic acid bacteria (LT) in external and internal Parmigiano-Reggiano cheese zones from the 6th to the 48th hour (mean of 6 trials). Millions ofCFU/g


perature degli ambienti in cui sono manipolate le forme, sono in grado diinfluenzare la curva di raffreddamento della pasta e, di conseguenza losviluppo della flora lattica, la produzione di acido lattico e la diminuzionedel pH [18].

Nella tabella 1 e nella figura 7 sono riportati, rispettivamente, i conte-nuti degli acidi grassi volatili e le variazioni, all’esterno e all’interno dellaforma, del tenore di acido acetico.

L’acido acetico aumenta significativamente alla 6a ora nella periferia edalla 23a ora al centro, in coincidenza dell’abbassamento della temperaturaintorno ai 45°C, raggiungendo valori intorno ai 30 mg all’esterno e 23-24mg all’interno della forma.

E’ evidente, pertanto, che la flora lattica eterofermentante, responsabi-le della produzione di acido acetico e di anidride carbonica, si sviluppa intempi successivi a quella omolattica, in quanto risulta strettamente con-dizionata dalla temperatura della pasta che ne impedisce lo sviluppo nelleprime 6-7 ore in periferia e nelle prime 10-11 al centro della forma, quan-do la temperatura non scende al di sotto dei 50°C [11, 22].

In entrambe le zone non si rileva la presenza di acido propionico, a con-ferma dell’assenza di fermentazione precoce di tipo propionico e i valori diacido butirrico appaiono di modesta entità (2,11 e 5,41 mg/100g, rispetti-vamente all’esterno e all’interno) a dimostrazione di un corretto processofermentativo delle forme nelle prime 48 ore.

Figura 7 - Andamento della temperatura e dell’acido acetico all’esterno e all’inter-no della forma di Parmigiano-Reggiano durante le prime (media di 6 prove).Figure 7 - Temperature and acetic acid in external and internal Parmigiano-Reggiano cheese zones during the first 48 hours (mean of 6 trials).

CONCLUSIONI

Il processo glicolitico che caratterizza le fasi iniziali della maturazionerisulta condizionato dal gradiente termico che si instaura nella massacaseosa tra il centro e la zona periferica della forma [2, 13, 15, 18-20].

L’idrolisi degli zuccheri inizia nell’anello esterno, dove, per il rapido raf-freddamento della pasta, si assiste già dopo 6 ore circa alla completa scom-parsa degli zuccheri, alla produzione di circa 1,3-1,4 grammi di acido lat-tico e, conseguentemente, all’abbassamento del pH intorno a valori pros-simi a 5.

Al contrario, nel cuore della forma il raffreddamento della pasta risul-ta molto lento e, solo dopo circa dieci ore, scende sotto i 50°C consentendoil successivo sviluppo della flora lattica termofila.

In tale zona gli zuccheri risultano completamente idrolizzati ed il con-tenuto di acido lattico tende ad eguagliare quello della zona esterna sol-tanto intorno alla 23a ora.

L’uso nel tempo di elevate temperature di cottura e i lunghi tempi dipermanenza della cagliata a tali temperature hanno determinato la sele-zione di una flora lattica del siero-innesto con una elevata termofilia [1,23]. Tale peculiarità consente ai batteri lattici una significativa attivitàanche al centro della forma nelle ore immediatamente successive all’e-strazione della massa caseosa, con una riduzione del pH di 0,3 unità circaed una produzione di 0,4-0,5 grammi di acido lattico a cui fa seguito unrallentamento dell’acidificazione fino all’11a ora. Tale andamento potrebbeessere giustificato dall’effetto “stressante” della flora lattica per la perma-nenza di alcune ore alle elevate temperature adottate con la cottura dellacagliata [15] o dall’alternanza, all’interno della forma, di ceppi microbici odi biotipi con diversa resistenza alle alte temperature [13, 25].

Gli acidi D e L lattico, inizialmente presenti in quantità simile nellacagliata all’estrazione, evolvono nelle prime ore dopo la fabbricazione condiversa intensità: il contenuto di acido L lattico a 24 ore, soprattutto all’in-terno della forma, risulta superiore al D lattico.

Infine, l’acido acetico tende ad accumularsi in periferia, solo dopo la 6a

ora, e al centro, dopo la 23a, e cioè in coincidenza di temperature prossimeai 45°C, a dimostrazione del carattere “mesofilo” della flora eterofermen-tante presente nel siero-innesto e principale responsabile della produzio-ne di acido acetico [11, 22].

RIASSUNTO - L’obiettivo della ricerca è stato quello di studiare il meccani-smo del processo glicolitico che caratterizza la prima fase della matura-zione del Parmigiano-Reggiano. Si è operato su sei forme ottenute inaltrettanti caseifici produttori di Parmigiano-Reggiano. Su ognuna di essesi è proceduto al momento dell’estrazione e dopo 6, 11, 23 e 32 ore, al pre-lievo di una porzione di formaggio mediante una sonda cilindrica e a 48ore al taglio e all’analisi della forme. Su ogni campione di formaggio si è


proceduto alla determinazione del pH, del lattosio, del glucosio, del galat-tosio e dell’acido lattico, degli acidi grassi volatili e del numero di batterilattici termofili. La glicolisi presenta un andamento significativamentediverso tra periferia e centro. All’esterno, per la rapida discesa della tem-peratura, si completa dopo 6 ore l’idrolisi degli zuccheri; l’acido lattico siaccumula in ragione di 1,3 g/100 g di formaggio e il pH scende a valoriprossimi a 5. All’interno, dopo una iniziale attività lattica con produzionealla 6a ora di 0,5 g circa di acido lattico e una riduzione del pH di 0,3 unità,si assiste ad una stasi fermentativa fino all’11a ora, quando la temperatu-ra raggiunge valori prossimi a 50°C. Nelle successive 12 ore si assiste allacompleta scomparsa degli zuccheri ed al raggiungimento di valori di pH edi acido lattico simili a quelli riscontrati nell’anello periferico intorno alla6a ora. L’acido L lattico, inizialmente presente nella stessa quantità dell’i-somero D, risulta dopo 23 ore circa, significativamente superiore, soprat-tutto nel cuore della forma.L’acido acetico tende ad accumularsi solo quan-do la temperatura scende a valori prossimi a 45°C (in periferia, solo dopola 6a ora, e al centro, dopo la 23a), cioè quando la temperatura risulta ido-nea allo sviluppo della flora lattica eterofermentante responsabile dellaproduzione dell’acido acetico.Parole chiave: Parmigiano-Reggiano, glicolisi, lattosio, glucosio, galattosio,acido lattico, temperatura e pH

ABSTRACT - Glycolysis in Parmigiano-Reggiano cheese during the first ripe-ning phase. - This work aimed to study the glycolysis process inParmigiano-Reggiano during the first ripening phase. Therefore no.6Parmigiano-Reggiano cheeses, each one of different cheese factory origin,were tested. By way of a cylindrical probe, a portion of curd was takenfrom each test cheese at the intervals of 6th, 11th, 23rd, and 32nd hour aftercheesemaking, while at the 48th hour the cheeses were cut and tested. Thesamples were tested to evaluate, at each interval of time, the grade of aci-dity (pH), the amount of glucose, galactose, lactic acid, volatile fatty acidsand thermophilic acid bacteria. The Glicolysis tests proved that this pro-cess is related to the cheese zone. After 6 hours, the rapid drop in tempe-rature of the external zone, leaded to a complete sugar’s hydrolysis hencethe lactic acid level resulted to be increased up to 1.3% and pH value closeto 5, while in the core, the production of acid lactic reached the value of0.5% only. The lactic fermentation, in the core, remained almost stable inthe range of 5% in the window of time between the 6th and 11th hour tilltemperature drop to 50°C. During the following 12 hours, sugars werecompletely fermented and pH values decreased quicker. D and L isomericslactic acid levels were initially similar, but after the 23rd hour, L isomericvalue resulted to be higher, particularly in the core of the cheese. Aceticacid content increased when temperature decreased approaching 45°C(after 6 hours in external zone and after 23 hours in the core), which is the


optimum condition for the growth of heterofermentative lactobacilli.Keywords: Parmigiano-Reggiano cheese, glycolysis, lactose, glucose, galac-tose, lactic acid, temperature and pH

Ringraziamenti: Lavoro eseguito nell’ambito del programma di sperimen-tazione della regione Emilia Romagna, realizzato con il coordinamentotecnico-organizzativo del Centro Ricerche Produzioni Animali (CRPA) diReggio Emilia.

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Lavoro ricevuto il 15-03-2003 ed accettato il 20-05-2003162

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