Confronto tra caratteristiche tecnologiche di diversi ceppi di Lactobacillus sakei in differenti condizioni.

Lactobacillus sakei è una specie altamente specializzata nella colonizzazione di prodotti a base di carne. Possiede un genoma relativamente ridotto nel quale, ad esempio, mancano le informazioni per la sintesi di 18 aminoacidi su 20, per i quali risulta dunque auxotrofo. La carne è quindi un substrato ottimale poiché tali aminoacidi sono facilmente disponibili. Una delle caratteristiche più interessanti di Lb. sakei, ed il motivo per cui viene largamente impiegato come coltura starter nell’industria dei salumi, è la sua capacità di permanere attivo e dominante per lungo tempo, anche quando le fonti principali di zuccheri sono esaurite. Inoltre tale microorganismo non è in grado di produrre sostanze dannose, come ad esempio le ammine biogene, ma bensì produce sostanze con attività antimicrobica: le batteriocine (sakacina). Questo elaborato ha costituito il primo tassello di un lavoro più ampio di selezione di ceppi di Lb. sakei da destinare all’utilizzo come colture starter. Sono state valutate alcune caratteristiche tecnologiche di ceppi di Lb. sakei, isolati da prodotti ottenuti tramite fermentazioni spontanee, e le loro performance sono state confrontate con ceppi di collezione e con un ceppo utilizzato a livello commerciale. In particolare si sono studiate le cinetiche di fermentazione a temperature diverse, variabili da 5°C a 40°C, e a differenti concentrazione di NaCl, da 0 a 8%. Per quanto riguarda la temperatura, tutti i ceppi sono stati in grado di sviluppare tra 5°C e 35°C, ma nessuno è riuscito a 40°C. I risultati hanno evidenziato una notevole variabilità delle performance fermentative tra 15 e 20°C. Per quanto riguarda la presenza di sale, tutti i ceppi sono cresciuti a tutte le concentrazioni di NaCl, anche a quella più elevata (8%), seppur con cinetiche diverse. Questi diversi pattern fermentativi, associati con altre caratteristiche che verranno valutate in futuro, determineranno i criteri di scelta per nuovi starter.

Effetto delle alte pressioni di omogeneizzazione applicate a livelli subletali sulle funzionalità di Lactobacillus paracasei A13

L’obiettivo di questa tesi è stato quello di valutare gli effetti delle alte pressioni di omogeneizzazione sulla vitalità, idrofobicità e stato fisiologico generale di Lactobacillus paracasei A13 quando sottoposto a trattamenti ad alta pressione di omogeneizzazione compresi tra 50 e 200 MPa. Per valutare l’effetto del trattamento sulle cellule e la capacità di recupero dopo lo stress subito, sono state utilizzate le tecniche di microscopia a fluorescenza e di citometria di flusso. La citometria di flusso ha permesso misurare i cambiamenti fisiologici e morfologici delle cellule probiotiche oggetto di studio in rapporto al trattamento iperbarico applicato attraverso l’utilizzo di sonde quali SYBr green (SG) e Propidio Ioduro (PI). Queste modificazioni della cellula sono state rilevate anche in microscopia a fluorescenza, anche se l’utilizzo di questa tecnica non permette di quantificare la percentuale di cellule vive da quelle danneggiate. I dati ottenuti nella sperimentazione hanno dimostrato che la vitalità di Lb. paracasei non diminuisce all’aumentare della pressione e anche a 200 MPa non si assiste ad alcun calo significativo del carico cellulare. Dall’analisi dell’idrofobicità, effettuata subito dopo il trattamento, si è visto che il ceppo tende ad aumentare il suo livello di idrofobicità all’aumentare della pressione applicata e i massimi livelli sono stati registrati a 150 MPa. La citometria di flusso ha evidenziato che all’aumentare della pressione applicata si assiste ad una riduzione volumetrica delle cellule e ad un aumento del numero delle cellule morte e parzialmente danneggiate; tuttavia, quest’ultime hanno dimostrato una buona capacità di recupero in terreno MRS. I risultati ottenuti hanno permesso di individuare il livello di pressione ottimale in grado di massimizzare la velocità di recupero delle cellule e conseguentemente la loro funzionalità nei sistemi alimentari.

Impiego di batteri lattici di diversa origine per la formulazione di prodotti lattiero-caseari funzionali

L’obbiettivo principale della mia tesi è stato di valutare le potenzialità applicative di un ceppo di Lactobacillus salivarius, un ceppo di Lactobacillus crispatus ed un ceppo di Lactococcus lactis nisina produttore per la produzione di squacquerone. I ceppi erano stati selezionati sulla base di proprietà tecnologiche e antibatteriche. I ceppi oggetto di studio sono stati addizionati come colture aggiuntive, assieme alle colture starter normalmente utilizzate nel processo produttivo di formaggio squacquerone. I formaggi ottenuti sono stati caratterizzati e confrontati con il prodotto tradizionale per le loro caratteristiche microbiologiche, chimico-fisiche, in termini di vitalità delle colture microbiche impiegate e carico di microrganismi degradativi durante la conservazione refrigerata, per le loro caratteristiche reologiche, per il profilo in molecole volatili e per le caratteristiche sensoriali. Tutti i ceppi utilizzati hanno dimostrato una elevata capacità di sopravvivenza alle condizioni di maturazione/conservazione tipiche per questa tipologia di prodotto. Il ceppo di Lactobacillus salivarius e Lactococcus lactis hanno determinato un significativo incremento, rispetto al controllo, di molecole volatili quali chetoni e acidi grassi a corta catena che sono precursori di numerosissime molecole di aroma. Ulteriormente, i ceppi Lactobacillus salivarius e Lactococcus lactis hanno determinato una precoce diminuzione della durezza e della consistenza del prodotto (dopo 6 giorni), ed un incremento dopo 11 giorni di adesività e viscosità rispetto ai campioni di controllo e a quelli ottenuti con Lactobacillus crispatus indice di una più precoce proteolisi. I dati dell’analisi sensoriale indicano che i formaggi ottenuti con i ceppi Lactobacillus salivarius e Lactococcus lactis erano nettamente preferiti dai consumatori dopo 4, 6, e 8 giorni di conservazione. Concludendo, i risultati ottenuti dimostrano come l’addizione delle colture aggiuntive selezionate può rappresentare una strategia vincente per incrementare la shelf-life di formaggi freschi.

Caratteristiche chimico-fisiche e microbiologiche di salami in relazione al diametro e alla coltura starter impiegata.

I salumi fermentati sono prodotti caratterizzati da grandi differenze che riguardano la materia prima, gli ingredienti, le dimensioni e le condizioni di maturazione. Questa differenziazione è dovuta a pratiche storiche, culturali e tradizionali che variano da zona a zona. Il processo produttivo nel nostro Paese è però cambiato radicalmente grazie alle innovazioni tecnologiche. Tra queste l’introduzione delle colture starter ha rappresentato una garanzia di maggiore sicurezza igienica e sanitaria ma ha determinato una standardizzazione delle caratteristiche qualitative dei prodotti. Infatti, tutte le trasformazioni biochimiche che avvengono durante la maturazione possono essere influenzate dall’uso degli starter, così come dal diametro dei salami, che influenza la cinetica di perdita dell’acqua e la disponibilità di ossigeno all’interno del prodotto. Lo scopo del lavoro descritto nel mio elaborato è stato quello di valutare l’effetto di queste due variabili su alcune caratteristiche fisico-chimiche, microbiologiche e sul contenuto in amine biogene di salami prodotti industrialmente a partire dalla stessa miscela di ingredienti. Questo impasto carneo è stato addizionato di due starter diversi: oltre all’impiego di Staphylococcus carnosus, un primo lotto è stato inoculato con Lactobacillus sakei mentre un secondo con Pediococcus pentosaceus. Successivamente i due lotti sono stati insaccati in budelli sintetici aventi dimensioni diverse (grande con peso del prodotto all’insacco di 5.3kg e piccolo, con peso all’insacco di 385g). I risultati ottenuti da questa sperimentazione confermano il fatto che la dimensione è uno degli aspetti che maggiormente influenza la caratteristiche del prodotto. Inoltre, anche le colture starter hanno dato risultati diversi indipendentemente dal diametro, dimostrando la necessità di una più approfondita conoscenza tecnologica dei prodotti studiati in relazione alle attività microbiche che si svolgono durante la fermentazione e la maturazione.

Caratterizzazione della popolazione microbica di salami fermentati spontaneamente

Le fermentazioni spontanee nei salami sono un fenomeno molto complesso in cui si assiste ad una successione di diverse popolazioni microbiche (micrococchi, stafilococchi e batteri lattici), avente ognuna un ruolo importante nell’ottenimento delle qualità desiderate del prodotto finale. Questo susseguirsi vorticoso di popolazioni microbiche nelle fermentazioni spontanee viene ormai regolamentato dall’uso di colture starter che, aggiunte in quantità idonee immediatamente prima dell’insaccamento, contribuiscono in maniera essenziale ad un rapido, corretto (e soprattutto sicuro) processo di fermentazione prima e di disidratazione poi. Poiché però l’impiego di starter segue spesso protocolli indifferenziati, è importante la selezione di colture starter “taylor made”, in grado di differenziare i prodotti in maniera riconoscibile con l’apporto di specifici tratti organolettici e sensoriali. Dunque, con questo elaborato di tesi si è voluto procedere alla raccolta di potenziali colture starter provenienti da diversi salami della tradizione mediterranea (salame di tipo bresciano, romagnolo e lucano), fermentati spontaneamente. Questi prodotti sono stati dapprima caratterizzati per quanto riguarda le loro caratteristiche microbiologiche, chimico-fisiche, profilo aromatico e il loro contenuto in ammine biogene. Successivamente, in particolare per il salame di tipo bresciano, sono stati isolati ceppi di interesse dalla popolazione lattica, poi identificati e testati per alcune caratteristiche di interesse tecnologico (capacità di produrre ammine biogene e profilo aromatico). I ceppi riscontrati, appartenenti alle specie Lactobacillus sakei e Lactobacillus curvatus, hanno mostrato una notevole biodiversità, soprattutto per quanto riguarda la produzione di molecole aromatiche, e quindi una notevole capacità, anche nell’ambito della stessa specie, di modulare la produzione di composti molto importanti dal punto di vista organolettico.

Espressione genica di Lactobacilullus paracasei A13 esposto a livelli sub-letali di alte pressioni di omogeneizzazione

L’obiettivo della mia tesi è stato quello di valutare gli effetti delle alte pressioni di omogeneizzazione sulla vitalità, idrofobicità, modulazione degli acidi grassi di membrana e la risposta genica, legata soprattutto alla biosintesi di acidi grassi, di Lactobacillus paracasei A13 quando sottoposto a trattamenti ad alta pressione di omogeneizzazione compresi tra 50 e 200 MPa. I dati di carico cellulare, registrati anche dopo trattamento a 200 MPa, hanno dimostrato che Lb. paracasei A13 è fortemente baro tollerante. Inoltre, il trattamento iperbarico induce un incremento di idrofobicità del ceppo, soprattutto quando trattato a 150 MPa, influenzando potenzialmente in modo positivo l’interazione tra il microrganismo oggetto di studio e l’intestino dell’ospite. I dati riguardanti gli acidi grassi hanno dimostrato che la membrana cellulare, ritenuta uno dei bersagli più suscettibili alla pressione, è in grado di rispondere agli stress sub letali provocati dal trattamento iperbarico. In particolare, all’aumentare della pressione, aumenta il grado d’insaturazione della membrana, accompagnato anche da un incremento degli acidi grassi ciclici, da una riduzione della catena carboniosa degli acidi grassi C12, 13, 14 e da una diminuzione degli idrossiacidi, giustificata con la ben nota capacità di molti batteri lattici di trasformarli, in condizioni di stress, in molecole quorum sensing quali ad esempio i furanoni. I dati relativi allo studio di specifici geni, indicano chiaramente una iperespressione dei geni fabH e fabD, responsabili delle prime fasi di biosintesi degli acidi grassi. Pertanto, la loro significativa iperespressione a 150 e 200 MPa rende ragione del significativo incremento di acidi grassi a corta catena registrato in tali condizioni. Anche il significativo aumento degli acidi grassi insaturi può essere spiegato attraverso l’incremento di espressione di fabF e fabZ responsabili dell’introduzione di doppi legami nella catena carboniosa.