Corso di Laurea Magistrale in Biosicurezza e qualità degli alimenti Tecnologie alimentari: Tecnologia lattiero-casearia Il processo di caseificazione: la coagulazione Dott.ssa Francesca Pedonese Dipartimento di Scienze Veterinarie Università di Pisa Tel. 0502216707 email: francesca.pedonese@unipi.it
LA COAGULAZIONE: nelle prime due slide brevi richiami per chi ne avesse bisogno PRESAMICA E ACIDA La prima si ha per azione di enzimi coagulanti, la seconda per destabilizzazione della caseina in seguito a sua demineralizzazione dovuta ad acidificazione. Tipicamente l acidificazione consegue a fermentazione lattica per cui si parla di coagulazione lattica Spesso si ha una combinazione delle due
LA COAGULAZIONE PRESAMICA Ottenuta per azione del caglio o di enzimi coagulanti. Fase enzimatica o primaria Fase aggregativa o secondaria (fase del coagulo) Fase proteolitica o terziaria (aumento legami intermicellari e contrazione coagulo oltre a lenta azione proteolitica aspecifica) Idrolisi del legame 105-106 della kcaseina. Le micelle si destabilizzano e tendono ad aggregarsi. Mentre nel latte la carica elettrica netta negativa delle micelle determinata dall idratazione mantiene stabile la dispersione colloidale, l idrolisi enzimatica comporta una diminuzione di idratazione che modifica la carica elettrica delle micelle e, unitamente alla formazione di legami salini (tra Ca ionico e P legato alla serina) e legami idrogeno, consente l avvicinamento delle micelle e l aggregazione. La progressiva separazione del siero per sineresi del coagulo determina un ulteriore avvicinamento delle micelle e l aggregazione.
FATTORI CHE REGOLANO LA COAGULAZIONE PRESAMICA concentrazione del caglio temperatura (aumenta progressivamente da 20 a 42 C), acidità (ph leggermente acidi accelerano e danno più fermezza al gel), Ca solubile azioni meccaniche, negative (massa indisturbata senza fare abbassare la temperatura)
Vediamo in maggiore dettaglio il ruolo dei fattori che influenzano l attività coagulante - Concentrazione del caglio: dose e titolo del caglio e percentuale chimosina/pepsina (vedi dopo) -Temperatura : la temperatura influenza diversamente le due fasi. La fase primaria procede, seppure rallentata, anche a temperature di 5 C. Invece T inferiori a 15 C ostacolano l aggregazione delle micelle e consentono al latte di restare allo stato di sol. Attività ottimale tra 40 e 42 C. La velocità di formazione del coagulo si dimezza a 25 C e si arresta a 10-15 C. Anche oltre 55 C si ha blocco dell attività. - ph: A ph acidi la stabilità termica del caglio è maggiore. ph ottimale per l attività della chimosina è 5,4-5,7, pepsina 2-3. Passando da 6,6 (ph del latte) a 6,4 (per acidificazione attuata dai batteri lattici sul latte prima della fase di coagulazione) l attività della chimosina tende quasi a raddoppiare, quella della pepsina diventa sei volte. La riduzione del ph del latte consente di ridurre i consumi di caglio o, a scelta, di accelerare i tempi di coagulazione Anche la ritenzione del caglio nella cagliata: aumenta al diminuire del ph del latte in coagulazione
- Concentrazione di caseina e calcio in forma ionica: arricchendo il latte in caseina con pratiche di standardizzazione (caseifici industriali, vedi lezione 1, es. ultrafiltrazione e microfiltrazione a pori di 0,1-0,2 µm) si influenza positivamente la velocità di aggregazione e la consistenza del coagulo, ma non l attività enzimatica e anzi il tempo di presa può subire lievi ritardi. L aumento di calcio ionico, es. con aggiunta di CaCl 2 (50-200 mg/l), migliora la coagulazione e in particolare la consistenza del coagulo. Se a dosi troppo alte: formazione di gusti amari.
LA COAGULAZIONE ACIDA L abbassamento del ph determina neutralizzazione delle cariche negative delle micelle e solubilizzazione di Ca e P. Via via che Ca e P si solubilizzano, le micelle si disaggregano in submicelle. Se il latte non è sottoposto ad agitazione, le submicelle si legano tra loro con legami piuttosto blandi di tipo elettrostatico ed idrofobico. Si forma un reticolo proteico che occupa totalmente il volume iniziale e ingloba nelle sue maglie la totalità della fase acquosa e del grasso. Il ph finale è vicino al punto isoelettrico delle caseine, 4,6. E comunque una struttura estremamente debole e friabile, in cui il siero si separa per permeabilità e non per l elasticità e per l attitudine a contrarsi, che qui è praticamente nulla. L acidificazione avviene per via fermentativa lenta ad opera di batteri lattici mesofili (lattococchi) e si attua a temperatura ottimale per la loro proliferazione (18-24 gradi in genere) nell arco di ore (da 8 a 24 a seconda dei casi). Temperatura e tempi molto diversi da quelli della coagulazione presamica.
FATTORI CHE INFLUENZANO LA COAGULAZIONE ACIDA ricchezza in proteine del latte (aumenta consistenza e stabilità) temperatura e velocità di acidificazione (temperature più basse e tempi più lunghi danno coaguli più stabili) sollecitazioni meccaniche al coagulo in formazione (negative per consistenza e stabilità)
COAGULAZIONE ACIDA ED ENZIMATICA
LA COAGULAZIONE ENZIMATICA: I COAGULANTI E IL CAGLIO (propriamente si chiama così solo quello animale) Le quattro tipologie:
IL CAGLIO E il complesso enzimatico ricavato dal IV stomaco di vitelli, agnelli o capretti lattanti. Cagli in polvere, liquidi, in pasta. ENZIMI PRINCIPALI: chimosina, pepsina, lipasi (quest ultimo solo nei cagli in pasta, deriva da ghiandole della regione retrolinguale o pregastrica ed è prodotto in salivazione e poppata per cui si trova nella gemma, il contenuto abomasale con latte coagulato). I primi due sono gli enzimi coagulanti, specialmente la prima che ha anche debole azione proteolitica, mentre la seconda coagula molto meno ma è 45 volte più proteolitica. Di solito rapporto 90-10% o 95-5% cagli in pasta di agnello o capretto possono avere 30% pepsina (formaggi a media stagionatura, a gusto piccante, Provolone ecc., non in quelli a lunga stagionatura).
IL CAGLIO Fondamentale la scelta della tipologia, l utilizzo della giusta dose e della giusta modalità Preparati commerciali disponibili LIQUIDI (da pellette, cioè abomasi, essiccate o fresche congelate: separazione a freddo con allume e sale, centrifugazione-filtrazione, concentrazione per evaporazione sotto vuoto o ultrafiltrazione, regolazione attività coagulante per aggiunta di salamoia al 16-18%, con sorbati come conservanti), IN POLVERE (da estratto liquido non diluito, per precipitazione enzimatica con sali, ridissoluzione e filtrazione, essiccamento e addizione di NaCl) IN PASTA (materia prima essiccata all aria o a contatto con sale secco, triturata e conservata con sale) Chimosina e pepsina in proporzioni variabili, eventuale presenza di lipasi Cagli di produzione aziendale e problematiche relative
IL CAGLIO Dosi polvere: 2,5-4,5 g/100 l latte liquido: 20-40 ml/100 l latte pasta: 20-60g/100 l latte Titoli: polvere: 1/80.000-1/150.000 liquido: 1/8.000-1/20.000 pasta: 1/8.000-1/15.000
IL CAGLIO Titolo secondo Soxhlet: il più semplice, ancora usato, misura gli ml di latte crudo coagulato da 1 ml di caglio in condizioni standard (cioè a 35 C in 40 minuti). Serve per valutare il potere coagulante di un caglio e permettere di dosarlo in modo corretto. Metodo tradizionale della pagliuzza. Poi elaborati altri metodi analitici, basati su confronto tra tempo di Poi elaborati altri metodi analitici, basati su confronto tra tempo di coagulazione del campione in esame e quello di uno standard a titolo e composizione enzimatica noti e certificati, vedi es. successivi
IL CAGLIO RU (Rennet Units) secondo Berridge: una RU è l attività in grado di coagulare 10 ml di latte standardizzato (cioè a composizione nota) in 100 secondi a 30 C, a ph 6,3, quindi acido, e molto ricco in calcio (latte in polvere ricostituito in 0,01M CaCl2). Si osserva la comparsa dei primi flocculi. Ripreso e corretto da FIL-IDF(Standard ISO 11815/IDF 157), dove il potere coagulante è espresso in IMCU (International Milk Clotting Units). Uso di un substrato latteo standard a ph 6,5, quindi meno acido del precedente e con meno calcio, e titolazione per confronto con soluzioni coagulanti standard a titolo noto (1000 IMCU). Per avere un idea dei valori, un caglio con titolo 1/10.000 potrà avere potere coagulante di 100-130 IMCU; caglio con titolo 1/100.000: 880 IMCU o valori simili.
IL CAGLIO IN PASTA Più degli altri influisce sulla tipicità dei formaggi. Ricco di enzimi lipolitici, assenti negli altri tipi, e a contenuto variabile, ma spesso elevato, anche di pepsina. Prescritto dai disciplinari di diversi DOP (nel Pecorino Romano caglioli, cioè abomasi, provenienti dalla zona di produzione; in Provolone Valpadana) Gli enzimi lipolitici (lipasi pregastriche) passano quasi inalterati nel caglio in pasta, al contrario del tipo liquido e in polvere a causa delle modalità di allestimento Nelle tipologie di produzione artigianale, il contenuto enzimatico e microbico varia in funzione di molti fattori: problemi di standardizzazione
IL CAGLIO e l età dell animale
Cynara cardunculus selvatico e coltivato I coagulanti vegetali IL CAGLIO VEGETALE (coagulante vegetale) Utilizzato in diversi formaggi tradizionali ovini di Portogallo e Spagna (Serra, Serpa, La Serena), fa parte anche della tradizione italiana e toscana in particolare (antico Marzolino coagulato con fiori di cardo selvatico, oggi Pecorino delle Balze Volterrane DOP) attualmente si tende a recuperarne l uso (pecorini coagulati con estratti di cardo selvatico) miscele di principi attivi: proteasi acide (cinarasi e cardosine per il cardo: cardosina A ha azione simile alla chimosina, cardosina B alla pepsina) Gallium verum o erba zolfina Possono esserci problemi di basse rese, amarore o sapori anomali per eccesso di proteolisi, ma adatto a particolari produzioni tradizionali anche qui deve essere applicata una tecnica di produzione adeguata
I coagulanti vegetali: erba carlina Caciofiore aquilano prodotto con Carlina acaulis
I coagulanti vegetali: il cardo
I coagulanti vegetali: il cardo selvatico
I coagulanti vegetali: il cardo selvatico Esempi italiani
Altri coagulanti vegetali
Altri coagulanti vegetali Albizzia o acacia di Costantinopoli
Altri coagulanti vegetali Papaya
Altri coagulanti vegetali: lattice di fico Fico
I COAGULANTI MICROBICI di origine FUNGINA (da muffe) Aspartil-proteasi acide prodotte da: Mucor (oggi Rhizomucor) miehei e pusillus (muffe presenti nel suolo), Endothia (oggi Cryphonectria) parasitica (muffa parassita del castagno) problemi legati alla proteolisi aspecifica, sia per rese più basse che per sapori anomali. Vanno bene per prodotti freschi, non maturati, dove la proteolisi ha meno tempo per svilupparsi oggi prodotti migliori, più termolabili, grazie a modificazioni chimiche, quindi con meno problemi di proteolisi residua. Utilizzo classico: mozzarelle ad acidificazione citrica, dove le alte temperature permettono di inattivare gli enzimi proteolitici sgraditi dopo la fase di coagulazione. Costi contenuti Nome commerciale ad es. Rennilase Hanno una buona diffusione. Anche per diete vegetariane, Halal, Kosher
La CHIMOSINA GENETICA o chimosina da fermentazione : prodotta da organismi geneticamente modificati Si fa produrre chimosina direttamente da batteri, lieviti o muffe, che in natura non la produrrebbero (oggi si usano soprattutto lievito Kluyveromyces lactis e muffa Aspergillus niger ) Chimosina pura, quindi alte rese e non problemi di proteolisi. Costi inizialmente abbastanza elevati, oggi accessibili Non consentita per i DOP, ammessa per i formaggi non tutelati con DM 15 giugno 1992. Anche per diete vegetariane, Halal, Kosher. In alternativa si possono usare cagli veri e propri, di origine animale, con rapporto desiderato di chimosina e pepsina ottenuto per frazionamento cromatografico
La CHIMOSINA GENETICA o chimosina da fermentazione Questa chimosina viene prodotta con tecniche di ingegneria genetica, introducendo nel microrganismo le sequenze genetiche della chimosina a oppure b. ma essa non è considerata OGM, bensì OGM-free. Infatti il processo di produzione prevede nelle fasi finali l eliminazione di ogni cellula dell organismo produttore, per cui il prodotto finito non contiene microrganismi o materiali nucleici (DNA, RNA) geneticamente modificati.