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Microbiologia casearia Alce

MICROBIOLOGIA CASEARIA

Fermenti Lattici: diverse tipologie per ogni esigenza
Dagli “Innesti Tradizionali” alle colture “Liquide Arricchite

La qualità di un alimento fermentato e la complessità delle sue caratteristiche sensoriali (aroma, sapore, aspetto), pur essendo strettamente correlate alla qualità della materia prima e alla tecnologia di trasformazione, dipendono sostanzialmente dall'attività metabolica dei microrganismi responsabili del processo fermentativo.

Nell'industria alimentare moderna l'impiego di colture microbiche è diventata una pratica ormai irrinunciabile perché i tecnologi sono consapevoli che microrganismi specifici rappresentano l’unico mezzo in grado di avviare e pilotare con successo il processo di trasformazione dell’alimento, prendendo rapidamente il sopravvento su germi indesiderati che potrebbero influenzare negativamente la qualità igienico sanitaria ed organolettica del prodotto finito.

Le colture microbiche sono quindi alla base della fabbricazione degli alimenti fermentati quali formaggi, yogurt, burro, kefir e latti fermentati, pane e prodotti da forno, insaccati, vino, birra e vegetali fermentati (olive, crauti, ecc.).

In particolare il processo di trasformazione casearia prevede l’utilizzo in caldaia di colture di fermenti lattici ed enzimi coagulanti con lo scopo di coagulare il latte e formare la cagliata. Dopo estrazione, essa si trasforma, in tempi assai variabili, in uno specifico formaggio a seguito della separazione del siero (sineresi) e tramite complesse reazioni biochimiche per l’azione degli enzimi coagulanti e degli eso ed endo-enzimi batterici e/o fungini.

Le trasformazioni enzimatiche sulla componente proteica e lipidica sono specifiche e sequenziali per ogni formaggio, determinandone le caratteristiche strutturali e sensoriali. Sono strettamente correlate al tipo di coagulante utilizzato ed allo sviluppo ed evoluzione di una microflora tipica, sia in termini qualitativi che quantitativi.

L’evolversi della microflora lattica durante tutta la maturazione è sua volta legato alle condizioni chimico-fisiche della cagliata (pH, temperatura, umidità, redox, ecc.) ed è pertanto fondamentale garantire già nelle prime fasi di lavorazione un corretto equilibrio nel latte in lavorazione tra attività coagulante ed attività fermentativa.

Storicamente le colture di fermenti lattici utilizzati in caseificazione erano costituite dallo stesso latte lasciato acidificare spontaneamente, secondo usi e tradizioni locali.

Il latte, anche se raccolto asetticamente da mammelle sane, non è sterile, ma spesso contiene, anche se in basso numero, microrganismi denominati “commensali della mammella” e rappresentati soprattutto da micrococchi e streptococchi. In appropriate condizioni igieniche il livello di microrganismi contaminanti è minimo e di solito inferiore a 10^3 UFC/ml.

Le operazioni di mungitura e raccolta latte aumentano però rapidamente il livello di contaminazione che risulta dipendente dallo stato di pulizia della mammella e delle attrezzature e è strettamente legato all’ambiente della stalla. Il pulviscolo atmosferico è, infatti, caratterizzato da una elevata carica microbica dovuta alle pratiche agro-zootecniche di lavorazione, stoccaggio e distribuzione agli animali delle essenze foraggiere fresche, insilati e mangimi. La contaminazione microbica ambientale è a sua volta strettamente dipendente dalle caratteristiche climatiche, pedologiche ed agrozootecniche di ogni area geografica, frutto di un lungo processo indotto dalla selezione naturale nel territorio che determina una differente distribuzione dei batteri in generale e dei fermenti lattici in particolare.

A fianco della selezione naturale opera anche quella attuata dall’uomo con le pratiche agricole e le consuetudini della tecnologia casearia. Entrambe le pressioni selettive regolano l’evoluzione delle popolazioni batteriche determinando la composizione delle colture naturali (innesti) tipiche di ogni area geografica.

Gli innesti naturali rappresentano quindi lo specchio e l’impronta dell’habitat proprio della zona di produzione ed in tal senso è corretto considerare queste colture come “autoctone”, cioè originarie e tipiche di una particolare area a cui ricondurre quel legame con il territorio che, assieme agli usi “leali e costanti”, caratterizza ogni formaggio Tipico, D.O.P., S.T.G. ed I.G.P. Gli innesti naturali, pur essendo caratterizzati da elevata variabilità genotipica e fenotipica delle specie costituenti, mostrano globalmente una similare “attività tecnologica casearia“, che consente di ottenere, pur con sfumature diverse, una produzione casearia peculiare, tipica e sostanzialmente omogenea all’interno del bacino di raccolta latte, vera e propria nicchia ecologica uniforme ed a sé stante.

La presenza di numerosi biotipi, dotati di differente capacità di adattamento a situazioni tecnologiche diverse, assicura la sopravvivenza della specie e la costanza dell’attività tecnologica della coltura nel suo insieme.

Le stesse modalità artigianali di preparazione e la variabilità della microflora del latte secondo i cicli stagionali rendono però difficile disporre di colture naturali standardizzate e pienamente affidabili.

Per tali motivi negli ultimi 50 anni hanno preso piede, anche nei Paesi a maggior vocazione casearia, le colture selezionate di fermenti lattici o starters che rappresentano l’evoluzione moderna degli innesti naturali.

Sono preparate da società biotecnologiche specializzate con modalità e strategie diverse in funzione di molteplici fattori ed aspettative:
  • conoscenza del formaggio da produrre
  • (notizie storiche, caratteristiche merceologiche, chimico-fisiche e microbiologiche)
  • competenze scientifiche e tecniche (know-how biotecnologico)
  • capacità produttiva (impiantistica, logistica, …)
  • ricerca della qualità nel rispetto della tradizione
Le colture selezionate possono essere catalogate in funzione di numerosi parametri:

1. Origine dei ceppi

  • 1.1 Origine generica e/o non influente
    Questi starters sono costituiti da uno o più specie batteriche di ceppi selezionati esclusivamente in funzione di finalità tecnologiche e/o commerciali. Non riflettono il legame con il territorio, ma costituiscono unicamente il motore fermentativo per acidificare il latte in lavorazione e la cagliata durante la fase di stufatura e maturazione.

  • 1.2 Origine specifica da un zona ben definita
    Sono associazioni microbiche di ceppi autoctoni della zona di produzione di un formaggio tipico e/o D.O.P. Derivano spesso da innesti naturali prelevati dalle zone tipiche di produzione e ne rispettano sia la composizione che la funzionalità tecnologica (complessità biologica ed adattabilità quotidiana alla tecnologia ed alla materia prima). Non sono semplici assemblaggi o combinazioni di diversi ceppi, ma associazioni mutualistiche caratterizzate dal fatto che il metabolismo di una specie attiva e/o modula lo sviluppo delle altre e viceversa.

2. Concentrazione batterica e modalità applicativa

In funzione dell’entità della popolazione di fermenti lattici per unità di volume e/o peso le colture possono essere suddivise in:

  • 2.1 Standard (tradizionale)
    La carica batterica di questa tipologia è quella che si ottiene sviluppando la coltura in substrati a base di latte, siero e loro miscele senza intervenire tecnologicamente per neutralizzare l’acidità prodotta. Sono le classiche colture del tutto simili ai lattoinnesti e sieroinnesti tradizionali sviluppati in caseificio.
    Vengono praticamente sempre utilizzate allo stato liquido aggiungendole al latte da trasformare, solitamente prima del coagulante, usando in pratica gli stessi dosaggi dei rispettivi innesti naturali: da 0,5% al 5% in funzione del formaggio da produrre.

  • 2.2 Arricchite
    La carica batterica è maggiore di quella delle colture “Standard” in quanto si interviene tecnologicamente per neutralizzare l’acidità prodotta (tossica per cellule), prolungando in tal modo la fase esponenziale di crescita. A fine fermentazione la popolazione batterica è 10-15 volte superiore a quella delle colture “Standard”.
    Possono essere utilizzate allo stato liquido, ovvero essere sottoposte a congelamento o liofilizzazione.
    Non avendo subito concentrazione meccanica (centrifugazione) o fisica (micro/nano-filtrazione), le cellule sono integre e per tale motivo molto più resistenti agli stress indotti da eventuali ulteriori fasi del processo produttivo (congelamento, liofilizzazione, standardizzazione del titolo). In ogni caso per preservare le cellule dai danni dovuti ai cambi di stato ed inevitabili fluttuazioni osmotiche, le colture “Arricchite” dopo fermentazione vengono addizionate con opportuni agenti protettori.

  • 2.3 Concentrate
    Sono colture ottenute per fermentazione condotta neutralizzando con basi il pH del substrato di crescita. Ultimata la fase di fermentazione la biomassa batterica viene separata con mezzi meccanici o fisici. Le colture “Concentrate” vengono utilizzate allo stato congelato, solitamente in perline ottenute per percolamento diretto della coltura in azoto liquido, oppure liofilizzate per sublimazione delle stesse perline congelate o della biomassa congelata con altre modalità. Per proteggere le cellule dai danni del congelamento/sublimazione alla biomassa concentrata vengono aggiunti specifici crioprotettori.
    La carica per unità di peso o volume è 50-100 volte superiore a quella delle colture “Standard”, generalmente circa 100 miliardi UFC/g o ml.

A fronte di una carica molto elevata, la popolazione batterica può risultare stressata per danni alla parete e membrana cellulare creati indotti dallo stesso processo di concentrazione. Tale stato può ripercuotersi negativamente sulle prestazioni tecnologiche della coltura che quando addizionata al latte necessita di una fase di latenza, più o meno lunga, per riparare le avarie subite e ripristinare la possibilità di sintesi degli acidi nucleici, sistemi enzimatici, ecc.

3. Stato fisico

  • 3.1 Liquido
    E’ la tipologia di coltura tradizionale, preparata generalmente in latte (lattoinnesti), siero (sieroinnesti) e/o substrati colturali a base di latte in polvere, sieroproteine, attivatori di crescita (vitamine, oligoelementi, ecc.).

    La popolazione batterica delle colture “Standard liquide” è mediamente compresa tra 100 milioni e 1 miliardo UFC / ml. Le colture liquide tradizionali devono essere utilizzate entro un massimo di 3-4 giorni dalla data di preparazione per la sofferenza che i fermenti lattici subiscono nel permanere in ambiente acido.

    Presenta caratteristiche peculiari che la rendono, compatibilmente con le difficoltà di trasporto e la limitata shel life, insostituibile per qualità e vantaggi applicativi.

    La coltura liquida, oltre a contenere i fermenti lattici perfettamente vitali, contiene anche tutti metaboliti prodotti dai batteri durante il loro sviluppo nel substrato.

    In particolare le colture “Arricchite” liquide apportano non solo molti fermenti lattici, ma anche quantità rilevanti di metaboliti batterici (acido lattico derivante dalla fermentazione del lattosio, peptidi a diverso numero di aminoacidi ed esoenzimi secreti durante lo sviluppo). Tutti questi metaboliti sono importanti nella lavorazione casearia: l’acido lattico apportato nel latte dalla coltura favorisce l’azione degli enzimi coagulanti, caglio compreso, abbreviando il tempo di formazione del gel (tempo di presa) e favorendo la consistenza e forza della cagliata, da cui poi dipende un regolare processi di sineresi del siero. I peptidi a basso peso molecolare attivano la moltiplicazione batterica, contribuendo a ridurre la fase di latenza, mentre gli esoenzimi intervengono in particolare sulla frazione proteica del latte, idrolizzando in parte sieroprotidi e caseine con liberazione di ulteriori forme azotate che vengono utilizzate dai batteri per la costruzione del materiale cellulare. Quando le colture “Arricchite” sono usate allo stato liquido si realizza pertanto la situazione più favorevole alla caseificazione, migliorando sia l’attitudine alla fermentazione che quella alla coagulazione.

    Infatti tecnicamente una coltura “Arricchita” allo stato liquido apporta: molti fermenti lattici perfettamente attivi e quindi senza fase di latenza attivatori di crescita che favoriscono ulteriormente la moltiplicazione batterica acido lattico che abbassa il pH del latte, favorendo l’attività coagulante del caglio e/o degli enzimi coagulanti

  • 3.2 Congelato
    Qualunque tipo di coltura - a concentrazione Standard, Arricchita e Concentrata - può essere congelata al fine di prolungarne il periodo di conservazione a temperature comprese tra – 18 e – 35°C. Prima del congelamento alla coltura devono essere aggiunte soluzioni di crioprotettori allo scopo di minimizzare i danni da congelamento.

    Particolarmente diffuse ed utilizzate in tutto il mondo sono le “Colture Concentrate Congelate” per la comodità d’uso che consentono. Sono caratterizzate da carica batterica elevata in cellule che però hanno dovuto subire condizioni stressanti durante il processo di concentrazione, condizione che fa aumentare il tempo di latenza e determina un ritardo nell’inizio della curva fermentativa. Le “Colture Concentrate Congelate” sono utilizzate quasi sempre direttamente nel latte da trasformare (DVS – Direct Vat System).

  • 3.3 Liofilizzato
    Il processo di disidratazione per liofilizzazione è indubbiamente il meno stressante tra tutte le metodiche di eliminazione dell’acqua.
    Tutti i tipi di coltura possono essere liofilizzati allo scopo di consentire il prolungamento della shel life per alcuni mesi dalla data di preparazione: generalmente circa due anni per conservazione in congelatore a -18°C e circa un anno per conservazione in frigorifero a + 4-5°C. È evidente che tale caratteristica ne ha fatto diffondere l’utilizzo in tutti i Paesi.
    In funzione della concentrazione in cellule e dei volumi di latte da trasformare, le colture liofilizzate possono essere utilizzate con due strategie diverse:

    Modalità semidiretta (BULK)
    La coltura serve come innesto per preparare presso il caseificio una coltura liquida da usare poi nel latte da trasformare.

    Modalità diretta (DVS – Direct Vat System)
    La coltura viene addizionata direttamente nel latte da caseificare


In conclusione attualmente le colture di fermenti lattici maggiormente usate a livello mondiale per la fabbricazione di formaggi sono:
  • a. Colture liquide tradizionali, essenzialmente se prescitte da disciplinari di produzione di Consorzi di Tutela
  • b. Colture liofilizzate in modalità semidiretta (BULK)
  • c. Colture liofilizzate concentrate in modalità diretta (DVS – Direct Vat System)
  • d. Colture congelate concentrate in modalità diretta (DVS – Direct Vat System)
Le colture "Liquide Arricchite" che i tecnici ALCE hanno messo a punto approfondendo il metabolismo cellulare dei fermenti lattici e introducendo metodologie innovative nel loro processo di sviluppo e conservazione, rappresentano una importante novità nel panorama mondiale delle colture ad inoculo diretto perché riescono a coniugare le prerogative migliori delle colture tradizionali liquide (apporto di acidità e metaboliti) con i vantaggi delle colture concentrate congelate o liquide (popolazione batterica elevata ed adeguata shelf life).

L’uso delle colture "Liquide Arricchite" garantisce risultati sorprendentemente migliori rispetto a quelli ottenibili con tutte le colture delle tipologie utilizzate fino ad ora.