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Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Jornadas 5 y 6 de junio de 2014 Dra. Erica Hynes
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Las bacterias lácticas no fermento se desarrollan en todos los quesos madurados Predominan en los productos de maduración media y prolongada
• Humedad 30 - 60 % • pH 5,0-5,4 • % de NaCl en la humedad entre 2-6 • Bajo potencial redox (Eh –150 mV) • Ausencia o cantidades muy bajas de azúcares fermentables • Bajas temperaturas de maduración (7- 12 ºC)
UFC g-1
Pueden crecer en las condiciones ambientales del queso:
10
10
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no fermento
fermento
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Días de maduración
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Lactobacilos heterofermentativos facultativos del grupo II Lactobacillus casei /paracasei – Lactobacillus plantarum Lactobacillus pentosus - Lactobacillus rahmnosus, etc.
También se pueden considerar NSLAB: • Lactobacilos heterofermentativos del grupo III Lactobacillus fermentum, Lactobacillus brevis • Bacterias lácticas termófilas no agregadas con el fermento (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus helveticus) • Leuconostoc spp., pediococos y enterococos
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Origen de las bacterias lácticas no fermento en el queso Leche cruda Fuente mayoritaria de NSLAB en el queso
La elaboración de queso en condiciones asépticas o extra higiénicas reduce sólo levemente la contaminación con NSLAB (McSweeney, 1994) Se han encontrado cepas NSLAB que se recuperan luego de 72°C 90 seg al ser incubadas en leche estéril (De Angelis et al., 2004) 4 3,5 3 Log UFC / ml
Recuperación de células de L. plantarum DPC2739 (ca. 7,0 log UFC/ml) calentadas 72 °C 90 seg, en leche estéril a 7 °C por 20 días
2,5 2 1,5 1 0,5 0 0
5
10 Tiem po (días)
15
20
25
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Origen de las bacterias lácticas no fermento en el queso La leche cruda Es la fuente mayoritaria de NSLAB en el queso
Varias cepas de NSLAB sobreviven a tratamientos de pasteurización – 73°C 15 seg - y termización – 60 °C 5 min) (Christiansen et al., 2006) La flora NSLAB de quesos elaborados con la misma leche en dos plantas distintas comparte gran parte de las cepas (Poznanski et al., 2004)
Las leches con muy baja contaminación inicial desarrollan NSLAB mucho más lentamente o alcanzan menores números, al igual que leche de quesería microfiltrada (Crow et al., 2001)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Origen de las bacterias lácticas no fermento en el queso La contaminación post pasteurización También contribuye al desarrollo de las NSLAB en el queso
A partir de bioflims que se hallan en plantas sanitizadas, en el silo de leche cruda, en la unidad de ultrafiltración, el fondo de la tina, la cinta de cheddaring y la torre formadora de bloques (2-4 log UFC/ml) (Sommers et al., 2001; Agarwarl et al., 2006)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La tecnología y el medioambiente que ésta define Influyen en la flora NSLAB y su desarrollo
Tratamiento térmico de la leche Fermento primario Temperatura de maduración Proteólisis primaria por coagulante y plasmina
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La tecnología tratamiento térmico termización, pasteurización y cocción 11
10CFU
g-1
10
log
La pasteurización introduce una acción de selección sobre la biota inicial de la leche de quesería. En los quesos de leche cruda el número inicial de NSLAB es más alto (Bude Ugarte et al., 2006)
9 8 7 6 7
22
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67
Ripening time (days)
Fermento y NSLAB para quesos Pategrás (♦) y semiduro de leche cruda (■)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La tecnología tratamiento térmico termización, pasteurización y cocción Tanto los quesos de leche cruda como los de leche pasteurizada se han encontrado comunidades bacterianas diversas (Babini et al., 2010).
En los quesos duros donde existe cocción, esta etapa también puede tener un impacto en la composición de la flora no fermento, aunque la temperatura no influye en el recuento promedio (Sheehan et al., 2007)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La tecnología fermento primario Si existe galactosa disponible, el crecimiento de las NSLAB correlaciona con la disminución de galactosa en el queso
30
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Galactosa (mmoles/Kg)
recuento de lactobacilos (Log cfu/g)
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Lactobacillus rahmnosus Exp NSLAB control Galactosa E Galactosa C
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tiempo de maduración (meses)
Crecimiento de NSLAB adventicias en quesos Cheddar elaborados con S. thermophilus además de L. lactis
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La tecnología temperatura de maduración Tiene un fuerte impacto en la velocidad de crecimiento Cheddar
8 ºC
8 * 104 UFC g-1
12 ºC
1 * 107 UFC g-1
9
1 * 108 UFC g-1
Leche cruda 1ºC
8 7 log UFC g-1
6 meses
1 ºC
Leche pasteurizada 1ºC Leche cruda 8ºC
6 5 4 3 2 1 0 0
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120
150
180
Leche pasteurizada 8ºC
Tiempo (días)
Shakeel-Ur-Rehman et al., 2000
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La distribución temporal y espacial
Fitzimons, 2001
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
El impacto de las NSLAB en la calidad de quesos En quesería industrial generalmente se las asocia a los defectos Formación de gas Cristales de de lactato de calcio Off flavours Inconstancia de la calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Quiberoni et al., 2004
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Causas • Contaminación elevada en la leche cruda Leuconostoc sp Lactobacilos heterofermentantes obligatorios Lb. brevis y Lb. fermentum • Problemas asociados al funcionamiento del pasteurizador – períodos de trabajo muy largos, contaminación del equipo con S. thermophilus • Fermento poco activo, consumo lento de la lactosa
No se han informado fallos asociados a lactobacilos heterofermentantes facultativos, como Lb. paracasei y Lb. plantarum.
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Este defecto es diferente del causado por bacterias coliformes o levaduras – que se produce muy tempranamente en la maduración – y del defecto de hinchazón tardía en quesos duros.
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
• No afecta negativamente el aroma o sabor de los productos – nota intensa a manteca • No trae problemas de inocuidad • Deprecia el producto por su aspecto y características físicas: aceptación por parte del consumidor y operaciones como corte y empacado.
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Los sustratos para la producción de gas por NSLAB • • • • •
Lactosa residual Galactosa residual Citrato Aminoácidos Lactato (?)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
la fermentación
proceso biológico
puede ser afectado de distinta forma por la actividad de los microorganismos presentes y la tecnología de elaboración, distintas velocidades de desaparición de lactosa y sus componentes, glucosa y galactosa
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Sample descriptions
Lactose determination by enzyme kit (mg 100 g-1) <10 140 30 20 30
D-galactose determination by enzyme kit <10 <10 <10 <10 <10
<10 30
<10 <10
Asda Gouda Wedge Sainsbury’s Extra Mature West Country Farmhouse Cheddar
100 60
20 <10
Tesco Fresh Italian Parmesan Sainsbury‘s Mature Gouda
30 40
<10 <10
Jarlsberg (Norwegian) Tesco Continental Gouda Sainsbury’s Dutch Gouda Asda Edam Wedge Sainsbury’s Mature West Country Farmhouse Cheddar Tesco Continental Jarlsberg Asda West Country Farmhouse Cheddar
Portnoi & McDonald, 2009
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Cheddar
Portnoi & McDonald, 2009
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
capacidad de las NSLAB para degradar el citrato y formar CO2 especie y cepa dependiente vinculada a la presencia de azúcares en el medio y al estado fisiológico de las células
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La producción no deseada de CO2 debería controlarse a través de: la microbiota la composición la temperatura de enfriado del queso y de maduración
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Metabolismo del lactato
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Cristales de lactato de calcio • Pequeños cristales visibles en superficies de corte • son inocuos pero pueden ser confundidos con hongos por el consumidor lo que provoca rechazo • en general se consideran un defecto, aparecen en quesos duros • las bacterias lácticas del fermento producen L-lactato pero muchas NSLAB producen directamente D-lactato, menos soluble, o lo forman a partir del L- lactato • este defecto se ve favorecido por enfriado lento de bloques grandes de queso, bajo pH y alta temperatura de maduración, así como el ahumado natural.
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Cristales de lactato de calcio Pyruvate Reduction to D-lactate by D-LDH (NSLAB)
Oxidation of L-lactate to pyruvate by L-lactate dehydrogenase
H
HO H3C
H
C
C COOH
L(+)-Lactic acid
HOOC
OH CH3
D(-)-Lactic acid
McSweeney, 2003
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad En quesería artesanal o productos de alto valor agregado (con denominación de origen o productos probióticos, por ejemplo) el rol de las NSLAB se revaloriza Metabolismo de aminoácidos y formación de flavour Aceleración de la maduración Degradación de péptidos amargos Diversificación de notas de aroma Potencial probiótico
AROMA Y SABOR DEL QUESO
McSweeney & Sousa, 2000
AROMA Y SABOR DEL QUESO
Sólo starter
Starter + NSLAB2
Starter + NSLAB1
Starter + NSLAB3
James Steele, 2012
desarrollo de flavour durante la maduración de quesos Las bacterias lácticas inician la transformación de aminoácidos principalmente a través de una reacción de transaminación, catalizada por aminotransferasas Amino acids
GDH
(Glutamate deshidrogenase)
α-ketoglutarate
AT
Glutamate
Glutamate
(Aminotransferase)
α-keto acid
Benzaldehyde (Phe) Methylthioacetaldehyde (Met)
Hydroxyacid Acyl-CoA P-Cresol (Tyr) Skatole (Trp)
α -keto acid dehydrogenase
α -ketoacid decarboxylase
Aldehyde alcohol dehydrogenase
Carboxylic Acid
Alcohol
Methanethiol (Met) Dimethyldisulphide Dimethyltrisulphide
Tanous et al. (2002) Antonie van Leeuwenhoek 82: 271–278, 2002.
desarrollo de flavour durante la maduración de quesos Las bacterias lácticas inician la transformación de aminoácidos principalmente a través de una reacción de transaminación, catalizada por aminotransferasas Aspartate
GDH Glutamate
α-ketoglutarate
Asp-AT
Glutamate Oxaloacetate
CO2
Acetaldehyde TPP
CO2
Oxaloacetate descarboxilase
Piruvate Diacetyl
Acetolactate synthase
CO2
2-acetolactate Acetolactate descarboxylase
O2
CO2
NADH
Diacetyl reductase NAD
Acetoin
Butanediol NADH
NAD
Le Bars and Yvon (2008) J Appl Microbiol 104 ,171–177
AROMA Y SABOR DE QUESOS
Compuestos aislados como componentes de “flavour” en varios tipos de quesos (Marilley & Casey, 2003)
Alcoholes 1,2-butanodiol 2-butanol etanol 2-etilbutanol 2-etilhexanol 2-heptanol
isohexanal 2-metilbutanal 3-metilbutanal 2-metilpropanal Nonanal (E,E)-2,4 nonadienal (Z)-2-nonenal
Ésteres acetato de etilo benzoato de etilo butirato de etilo hexanoato de etilo isobutanoato de etilo octanoato de etilo
hexanol isobutanol
(E)-2-nonenal octanal
2-metilbutanoato de etilo butanoato de isobutilo
2-metilbutanol 3-metilbutanol 2-metilpropanol 2-nonanol (Z)-1,5octadien-3-ol 2-octanol 1-octen-3-ol 2-pentanol
pentanal propanal propenal thripfen-2-aldehído Cetonas
acetato de 3-metilbutilo metil-2-metilbutanoato 3-octil acetato acetato de pentilo acetato de fenetilo
metileno bis(metilsulfuro) Compuestos nitrogenados 2-acetil-1-pirrolina Pirazinas 2,3-dietil-5-metilpirazina 2-etil,3-5-dimetil-pirazina 2-metoxi-3isopropilpirazina Furanos 2-etil-4-hidroxi-5-metil3(2H)furanona 3-hidroxi-4,5-dimetil2(5H)furanona 4-hidroxi-2,5-dimetil-3(2H)furanona Compuestos fenólicos p-cresol Ácidos grasos acetato butirato
Acetoína Acetona 2,3butanodiona (diacetilo) 2-butanona h-damaescenona 2-heptanona 2-hexanona 3-metil-2-butanona 2-nonanona 3-octanona 1-octen-3-ona 2-pentanona 2-tridecanona 2-undecanona
butirato de propilo Lactonas δ-lactona
caproato decanoato isobutirato
γ-lactona δ-dodecalanctona δ-octalactona (Z)-6-dodecen-γ-lactona Compuestos azufrados dimetil disulfuro dimetil sulfuro trimetil disulfuro metanotiol metional hexanotiol
metilacetato ác. 2-metilbutírico ác. 3-metilbutírico octanoato fenilacetato propionato valerato
feniletanol 2- feniletanol 1-prropanol 2-propanol Aldehídos acetaldehído decanal heptanal (Z)-4-heptenal hexanal 2-hexenal
Se conocen los compuestos que se necesitan para formar el flavour del queso, pero no cómo combinarlos de manera adecuada para conseguir la percepción global deseada en una determinada matriz La sinfonía del flavour: “…… stimuli such as flavour compounds, notes of music, or colours in a picture do not generate the same response when they act singly, as when they act together in a rapid sequence (e.g., an arpeggio) or even simultaneously (e.g., in a chord, which can be harmonious or not).” “In each case, the whole ‘matrix’ or environment must be considered” Bosset, J. O. & Gauch, R. (1993) International Dairy Journal, 3, 359 – 377
“ We have our flavour orchestra: • Chamber – cheese structure • Flavour instruments – processes to create flavour notes • Flavour notes – cheese flavour compounds The challenge is to conduct the orchestra to deliver the symphony of cheese flavour”
Holland & Coolbear, 2012
La calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Metabolismo de aminoácidos y formación de flavour • Si se agrega α-cetoglutarato al queso, el aroma general aumenta significativamente. • Si se utilizan cepas de lactococos donde se inhibió la síntesis de aminotransferasas, el aroma y sabor del queso disminuye. Si la síntesis de aminotranferasas, por el contrario, se aumenta, el sabor y aroma del queso se incrementan Controlar el catabolismo de los aminoácidos por los microorganismos del queso promete ser una manera eficaz de controlar la formación de aroma y sabor en el queso
Yvon & Rijnen, 2001
La calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Metabolismo de aminoácidos y formación de flavour En quesos madurados únicamente con bacterias lácticas, la mitad de los componentes clave en el flavour provienen del catabolismo de los aminoácidos. Patentes: • FR 97 05133, PCT/FR98/00828 – 2000 - M. Yvon y J-C Gripon. Utilización de cetoácidos para incrementar el flavour de productos a base de queso • WO2003056025 - 2003 - M. Yvon, E. Chambellon, A. Gori. Selección y utilización de cepas de bacterias lácticas capaces de producir acetoglutarato a partir de citrato y de glutamato a lo largo de la maduración de quesos para la transformación de aminoácidos en moléculas de aroma. • EP1789542 - 2006 - M. Yvon, C. Tanous, E. Chambellon, M. Nardi . Gene que codifica una glutamato dehidrogenasa, plásmido conteniendo dicho gene y sus utilizaciones.
La calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Diversificación de notas de aroma
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad
Á r e a ( u n id a d e s a r b it ra ria s )
Diversificación de notas de aroma
2000 Diacetilo 1500
Acetoína
1000
Peralta et al., 2010
500 0 C1-60 días
E1-60 días
C2-60 días
E2-60 días
Tipo de queso
Wolf et al., 2009
La calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Diversificación de notas de aroma
Adjunto de Lb. paracasei I90
En queso cremoso mini
Peralta et al., 2012
La calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Diversificación de notas de aroma Adjunto de Lb. paracasei I90
En modelo de queso Reggianito
Peralta et al., 2012
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Potencial probiótico Algunas cepas de origen NSLAB han demostrado potencial probiótico in vitro y se han probado exitosamente en matrices alimentarias 500
Nº IgA+ cells/10 fields
450
400
350
300
250
200 Control
Control cheese
Cheese + Lp I90
Cheese + Lp I91
Burns et al., 2012
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La estrategia de los fermentos adjuntos Busca reunir las ventajas de la presencia de las NSLAB en quesos, incrementando el control sobre la maduración
Cepas de bacterias lácticas aisladas de quesos de buena calidad, identificadas y caracterizadas. Se agregan a la leche de elaboración además del fermento primario (starter)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Fermentos adjuntos Requisitos de un adjunto Obligatorios No contribuir a la acidificación Proliferar rápidamente en la cuajada y mantener la viabilidad durante la maduración del queso No producir ningún defecto Facultativos Aumentar la proteólisis secundaria Disminuir el gusto amargo Incrementar la bioformación de flavour Tener potencial como probiótico
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Fermentos adjuntos “Gracias a un mejor conocimiento, a través de la investigación en todo el mundo, la industria quesera tiene hoy a una serie de herramientas para obtener quesos de calidad y mejores ingredientes de flavour para quesos. Una aplicación exitosa es la mejora en la constancia del flavour mediante el agregado de fermentos adjuntos de origen NSLAB, con propiedades de formación de flavour comprobadas, a quesos con una mínima cantidad de NSLAB adventicias; esto quiere decir: quesos limpios” Johnston et al., 2010, Fonterra
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Materia prima adecuada + fermentos primarios y adjuntos adecuados + manejo de la temperatura + bajo contenido inicial de lactosa/galactosa/citrato
Mayor control de la maduración
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Troubleshooting Problema Producción de CO2 con ojos y aberturas no deseadas provocado por bacterias lácticas no fermento
Causa Altos recuentos de bacterias lácticas en leche cruda Funcionamiento prolongado del pasteurizador Fermento primario lento Agregado de polvos o retentados para aumentar rendimiento Enfriado lento de las hormas, cortes en cadena de frío, altas temperaturas de maduración
Solución Mejora de la calidad microbiológica de la leche cruda (Buenas prácticas de ordeño, Microfiltración) Ciclos adecuados de trabajo y limpieza Fermento primario adecuado Fermento adjunto Lavado de la cuajada Adecuada capacidad de salado/enfriado Mantenimiento de la temperatura consigna Mejora de la calidad microbiológica de la leche cruda (BPO, MF) Mantenimiento de pH y temperatura de maduración adecuados
Producción de cristales de lactato de calcio
Altos recuentos de bacterias lácticas en leche cruda Valores de pH bajos Altas temperaturas de maduración
Producción de off flavors
Altos recuentos de bacterias lácticas en leche cruda Predominio de cepas que producen notas de flavour no buscadas
Mejora de la calidad microbiológica de la leche cruda (BPO, MF) Fermento adjunto
Sabor poco intenso (mild/flat)
Bajos recuentos de bacterias lácticas en leche cruda Predominio de cepas que no producen flavour
Fermento adjunto
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Control de las NSLAB: las tres K Las tres K Keep them out Mantenerlas fuera
Causa Minimizar la contaminación: Calidad de la materia prima Sanitización de la planta
Kill them Matarlas
Pasteurizar
Keep them from growing Mantenerlas en bajo número
Temperatura Condiciones ambientales Nutrientes Bacteriocinas
James Steele, 2012
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Muchas gracias!
Jornadas 5 y 6 de junio de 2014 Dra. Erica Hynes
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Las bacterias lácticas no fermento se desarrollan en todos los quesos madurados Predominan en los productos de maduración media y prolongada
• Humedad 30 - 60 % • pH 5,0-5,4 • % de NaCl en la humedad entre 2-6 • Bajo potencial redox (Eh –150 mV) • Ausencia o cantidades muy bajas de azúcares fermentables • Bajas temperaturas de maduración (7- 12 ºC)
UFC g-1
Pueden crecer en las condiciones ambientales del queso:
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no fermento
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Días de maduración
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Lactobacilos heterofermentativos facultativos del grupo II Lactobacillus casei /paracasei – Lactobacillus plantarum Lactobacillus pentosus - Lactobacillus rahmnosus, etc.
También se pueden considerar NSLAB: • Lactobacilos heterofermentativos del grupo III Lactobacillus fermentum, Lactobacillus brevis • Bacterias lácticas termófilas no agregadas con el fermento (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus helveticus) • Leuconostoc spp., pediococos y enterococos
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Origen de las bacterias lácticas no fermento en el queso Leche cruda Fuente mayoritaria de NSLAB en el queso
La elaboración de queso en condiciones asépticas o extra higiénicas reduce sólo levemente la contaminación con NSLAB (McSweeney, 1994) Se han encontrado cepas NSLAB que se recuperan luego de 72°C 90 seg al ser incubadas en leche estéril (De Angelis et al., 2004) 4 3,5 3 Log UFC / ml
Recuperación de células de L. plantarum DPC2739 (ca. 7,0 log UFC/ml) calentadas 72 °C 90 seg, en leche estéril a 7 °C por 20 días
2,5 2 1,5 1 0,5 0 0
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10 Tiem po (días)
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Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Origen de las bacterias lácticas no fermento en el queso La leche cruda Es la fuente mayoritaria de NSLAB en el queso
Varias cepas de NSLAB sobreviven a tratamientos de pasteurización – 73°C 15 seg - y termización – 60 °C 5 min) (Christiansen et al., 2006) La flora NSLAB de quesos elaborados con la misma leche en dos plantas distintas comparte gran parte de las cepas (Poznanski et al., 2004)
Las leches con muy baja contaminación inicial desarrollan NSLAB mucho más lentamente o alcanzan menores números, al igual que leche de quesería microfiltrada (Crow et al., 2001)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Origen de las bacterias lácticas no fermento en el queso La contaminación post pasteurización También contribuye al desarrollo de las NSLAB en el queso
A partir de bioflims que se hallan en plantas sanitizadas, en el silo de leche cruda, en la unidad de ultrafiltración, el fondo de la tina, la cinta de cheddaring y la torre formadora de bloques (2-4 log UFC/ml) (Sommers et al., 2001; Agarwarl et al., 2006)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La tecnología y el medioambiente que ésta define Influyen en la flora NSLAB y su desarrollo
Tratamiento térmico de la leche Fermento primario Temperatura de maduración Proteólisis primaria por coagulante y plasmina
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La tecnología tratamiento térmico termización, pasteurización y cocción 11
10CFU
g-1
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log
La pasteurización introduce una acción de selección sobre la biota inicial de la leche de quesería. En los quesos de leche cruda el número inicial de NSLAB es más alto (Bude Ugarte et al., 2006)
9 8 7 6 7
22
37
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Ripening time (days)
Fermento y NSLAB para quesos Pategrás (♦) y semiduro de leche cruda (■)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La tecnología tratamiento térmico termización, pasteurización y cocción Tanto los quesos de leche cruda como los de leche pasteurizada se han encontrado comunidades bacterianas diversas (Babini et al., 2010).
En los quesos duros donde existe cocción, esta etapa también puede tener un impacto en la composición de la flora no fermento, aunque la temperatura no influye en el recuento promedio (Sheehan et al., 2007)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La tecnología fermento primario Si existe galactosa disponible, el crecimiento de las NSLAB correlaciona con la disminución de galactosa en el queso
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Galactosa (mmoles/Kg)
recuento de lactobacilos (Log cfu/g)
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Lactobacillus rahmnosus Exp NSLAB control Galactosa E Galactosa C
0 0
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tiempo de maduración (meses)
Crecimiento de NSLAB adventicias en quesos Cheddar elaborados con S. thermophilus además de L. lactis
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La tecnología temperatura de maduración Tiene un fuerte impacto en la velocidad de crecimiento Cheddar
8 ºC
8 * 104 UFC g-1
12 ºC
1 * 107 UFC g-1
9
1 * 108 UFC g-1
Leche cruda 1ºC
8 7 log UFC g-1
6 meses
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Leche pasteurizada 1ºC Leche cruda 8ºC
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Leche pasteurizada 8ºC
Tiempo (días)
Shakeel-Ur-Rehman et al., 2000
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La distribución temporal y espacial
Fitzimons, 2001
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
El impacto de las NSLAB en la calidad de quesos En quesería industrial generalmente se las asocia a los defectos Formación de gas Cristales de de lactato de calcio Off flavours Inconstancia de la calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Quiberoni et al., 2004
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Causas • Contaminación elevada en la leche cruda Leuconostoc sp Lactobacilos heterofermentantes obligatorios Lb. brevis y Lb. fermentum • Problemas asociados al funcionamiento del pasteurizador – períodos de trabajo muy largos, contaminación del equipo con S. thermophilus • Fermento poco activo, consumo lento de la lactosa
No se han informado fallos asociados a lactobacilos heterofermentantes facultativos, como Lb. paracasei y Lb. plantarum.
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Este defecto es diferente del causado por bacterias coliformes o levaduras – que se produce muy tempranamente en la maduración – y del defecto de hinchazón tardía en quesos duros.
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
• No afecta negativamente el aroma o sabor de los productos – nota intensa a manteca • No trae problemas de inocuidad • Deprecia el producto por su aspecto y características físicas: aceptación por parte del consumidor y operaciones como corte y empacado.
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Los sustratos para la producción de gas por NSLAB • • • • •
Lactosa residual Galactosa residual Citrato Aminoácidos Lactato (?)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
la fermentación
proceso biológico
puede ser afectado de distinta forma por la actividad de los microorganismos presentes y la tecnología de elaboración, distintas velocidades de desaparición de lactosa y sus componentes, glucosa y galactosa
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Sample descriptions
Lactose determination by enzyme kit (mg 100 g-1) <10 140 30 20 30
D-galactose determination by enzyme kit <10 <10 <10 <10 <10
<10 30
<10 <10
Asda Gouda Wedge Sainsbury’s Extra Mature West Country Farmhouse Cheddar
100 60
20 <10
Tesco Fresh Italian Parmesan Sainsbury‘s Mature Gouda
30 40
<10 <10
Jarlsberg (Norwegian) Tesco Continental Gouda Sainsbury’s Dutch Gouda Asda Edam Wedge Sainsbury’s Mature West Country Farmhouse Cheddar Tesco Continental Jarlsberg Asda West Country Farmhouse Cheddar
Portnoi & McDonald, 2009
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
Cheddar
Portnoi & McDonald, 2009
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos La calidad Producción no deseada de gas (CO2) en variedades que no deben presentar ojos o aberturas
capacidad de las NSLAB para degradar el citrato y formar CO2 especie y cepa dependiente vinculada a la presencia de azúcares en el medio y al estado fisiológico de las células
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La producción no deseada de CO2 debería controlarse a través de: la microbiota la composición la temperatura de enfriado del queso y de maduración
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Metabolismo del lactato
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Cristales de lactato de calcio • Pequeños cristales visibles en superficies de corte • son inocuos pero pueden ser confundidos con hongos por el consumidor lo que provoca rechazo • en general se consideran un defecto, aparecen en quesos duros • las bacterias lácticas del fermento producen L-lactato pero muchas NSLAB producen directamente D-lactato, menos soluble, o lo forman a partir del L- lactato • este defecto se ve favorecido por enfriado lento de bloques grandes de queso, bajo pH y alta temperatura de maduración, así como el ahumado natural.
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Cristales de lactato de calcio Pyruvate Reduction to D-lactate by D-LDH (NSLAB)
Oxidation of L-lactate to pyruvate by L-lactate dehydrogenase
H
HO H3C
H
C
C COOH
L(+)-Lactic acid
HOOC
OH CH3
D(-)-Lactic acid
McSweeney, 2003
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad En quesería artesanal o productos de alto valor agregado (con denominación de origen o productos probióticos, por ejemplo) el rol de las NSLAB se revaloriza Metabolismo de aminoácidos y formación de flavour Aceleración de la maduración Degradación de péptidos amargos Diversificación de notas de aroma Potencial probiótico
AROMA Y SABOR DEL QUESO
McSweeney & Sousa, 2000
AROMA Y SABOR DEL QUESO
Sólo starter
Starter + NSLAB2
Starter + NSLAB1
Starter + NSLAB3
James Steele, 2012
desarrollo de flavour durante la maduración de quesos Las bacterias lácticas inician la transformación de aminoácidos principalmente a través de una reacción de transaminación, catalizada por aminotransferasas Amino acids
GDH
(Glutamate deshidrogenase)
α-ketoglutarate
AT
Glutamate
Glutamate
(Aminotransferase)
α-keto acid
Benzaldehyde (Phe) Methylthioacetaldehyde (Met)
Hydroxyacid Acyl-CoA P-Cresol (Tyr) Skatole (Trp)
α -keto acid dehydrogenase
α -ketoacid decarboxylase
Aldehyde alcohol dehydrogenase
Carboxylic Acid
Alcohol
Methanethiol (Met) Dimethyldisulphide Dimethyltrisulphide
Tanous et al. (2002) Antonie van Leeuwenhoek 82: 271–278, 2002.
desarrollo de flavour durante la maduración de quesos Las bacterias lácticas inician la transformación de aminoácidos principalmente a través de una reacción de transaminación, catalizada por aminotransferasas Aspartate
GDH Glutamate
α-ketoglutarate
Asp-AT
Glutamate Oxaloacetate
CO2
Acetaldehyde TPP
CO2
Oxaloacetate descarboxilase
Piruvate Diacetyl
Acetolactate synthase
CO2
2-acetolactate Acetolactate descarboxylase
O2
CO2
NADH
Diacetyl reductase NAD
Acetoin
Butanediol NADH
NAD
Le Bars and Yvon (2008) J Appl Microbiol 104 ,171–177
AROMA Y SABOR DE QUESOS
Compuestos aislados como componentes de “flavour” en varios tipos de quesos (Marilley & Casey, 2003)
Alcoholes 1,2-butanodiol 2-butanol etanol 2-etilbutanol 2-etilhexanol 2-heptanol
isohexanal 2-metilbutanal 3-metilbutanal 2-metilpropanal Nonanal (E,E)-2,4 nonadienal (Z)-2-nonenal
Ésteres acetato de etilo benzoato de etilo butirato de etilo hexanoato de etilo isobutanoato de etilo octanoato de etilo
hexanol isobutanol
(E)-2-nonenal octanal
2-metilbutanoato de etilo butanoato de isobutilo
2-metilbutanol 3-metilbutanol 2-metilpropanol 2-nonanol (Z)-1,5octadien-3-ol 2-octanol 1-octen-3-ol 2-pentanol
pentanal propanal propenal thripfen-2-aldehído Cetonas
acetato de 3-metilbutilo metil-2-metilbutanoato 3-octil acetato acetato de pentilo acetato de fenetilo
metileno bis(metilsulfuro) Compuestos nitrogenados 2-acetil-1-pirrolina Pirazinas 2,3-dietil-5-metilpirazina 2-etil,3-5-dimetil-pirazina 2-metoxi-3isopropilpirazina Furanos 2-etil-4-hidroxi-5-metil3(2H)furanona 3-hidroxi-4,5-dimetil2(5H)furanona 4-hidroxi-2,5-dimetil-3(2H)furanona Compuestos fenólicos p-cresol Ácidos grasos acetato butirato
Acetoína Acetona 2,3butanodiona (diacetilo) 2-butanona h-damaescenona 2-heptanona 2-hexanona 3-metil-2-butanona 2-nonanona 3-octanona 1-octen-3-ona 2-pentanona 2-tridecanona 2-undecanona
butirato de propilo Lactonas δ-lactona
caproato decanoato isobutirato
γ-lactona δ-dodecalanctona δ-octalactona (Z)-6-dodecen-γ-lactona Compuestos azufrados dimetil disulfuro dimetil sulfuro trimetil disulfuro metanotiol metional hexanotiol
metilacetato ác. 2-metilbutírico ác. 3-metilbutírico octanoato fenilacetato propionato valerato
feniletanol 2- feniletanol 1-prropanol 2-propanol Aldehídos acetaldehído decanal heptanal (Z)-4-heptenal hexanal 2-hexenal
Se conocen los compuestos que se necesitan para formar el flavour del queso, pero no cómo combinarlos de manera adecuada para conseguir la percepción global deseada en una determinada matriz La sinfonía del flavour: “…… stimuli such as flavour compounds, notes of music, or colours in a picture do not generate the same response when they act singly, as when they act together in a rapid sequence (e.g., an arpeggio) or even simultaneously (e.g., in a chord, which can be harmonious or not).” “In each case, the whole ‘matrix’ or environment must be considered” Bosset, J. O. & Gauch, R. (1993) International Dairy Journal, 3, 359 – 377
“ We have our flavour orchestra: • Chamber – cheese structure • Flavour instruments – processes to create flavour notes • Flavour notes – cheese flavour compounds The challenge is to conduct the orchestra to deliver the symphony of cheese flavour”
Holland & Coolbear, 2012
La calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Metabolismo de aminoácidos y formación de flavour • Si se agrega α-cetoglutarato al queso, el aroma general aumenta significativamente. • Si se utilizan cepas de lactococos donde se inhibió la síntesis de aminotransferasas, el aroma y sabor del queso disminuye. Si la síntesis de aminotranferasas, por el contrario, se aumenta, el sabor y aroma del queso se incrementan Controlar el catabolismo de los aminoácidos por los microorganismos del queso promete ser una manera eficaz de controlar la formación de aroma y sabor en el queso
Yvon & Rijnen, 2001
La calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Metabolismo de aminoácidos y formación de flavour En quesos madurados únicamente con bacterias lácticas, la mitad de los componentes clave en el flavour provienen del catabolismo de los aminoácidos. Patentes: • FR 97 05133, PCT/FR98/00828 – 2000 - M. Yvon y J-C Gripon. Utilización de cetoácidos para incrementar el flavour de productos a base de queso • WO2003056025 - 2003 - M. Yvon, E. Chambellon, A. Gori. Selección y utilización de cepas de bacterias lácticas capaces de producir acetoglutarato a partir de citrato y de glutamato a lo largo de la maduración de quesos para la transformación de aminoácidos en moléculas de aroma. • EP1789542 - 2006 - M. Yvon, C. Tanous, E. Chambellon, M. Nardi . Gene que codifica una glutamato dehidrogenasa, plásmido conteniendo dicho gene y sus utilizaciones.
La calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Diversificación de notas de aroma
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad
Á r e a ( u n id a d e s a r b it ra ria s )
Diversificación de notas de aroma
2000 Diacetilo 1500
Acetoína
1000
Peralta et al., 2010
500 0 C1-60 días
E1-60 días
C2-60 días
E2-60 días
Tipo de queso
Wolf et al., 2009
La calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Diversificación de notas de aroma
Adjunto de Lb. paracasei I90
En queso cremoso mini
Peralta et al., 2012
La calidad
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Diversificación de notas de aroma Adjunto de Lb. paracasei I90
En modelo de queso Reggianito
Peralta et al., 2012
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La calidad Potencial probiótico Algunas cepas de origen NSLAB han demostrado potencial probiótico in vitro y se han probado exitosamente en matrices alimentarias 500
Nº IgA+ cells/10 fields
450
400
350
300
250
200 Control
Control cheese
Cheese + Lp I90
Cheese + Lp I91
Burns et al., 2012
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
La estrategia de los fermentos adjuntos Busca reunir las ventajas de la presencia de las NSLAB en quesos, incrementando el control sobre la maduración
Cepas de bacterias lácticas aisladas de quesos de buena calidad, identificadas y caracterizadas. Se agregan a la leche de elaboración además del fermento primario (starter)
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Fermentos adjuntos Requisitos de un adjunto Obligatorios No contribuir a la acidificación Proliferar rápidamente en la cuajada y mantener la viabilidad durante la maduración del queso No producir ningún defecto Facultativos Aumentar la proteólisis secundaria Disminuir el gusto amargo Incrementar la bioformación de flavour Tener potencial como probiótico
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Fermentos adjuntos “Gracias a un mejor conocimiento, a través de la investigación en todo el mundo, la industria quesera tiene hoy a una serie de herramientas para obtener quesos de calidad y mejores ingredientes de flavour para quesos. Una aplicación exitosa es la mejora en la constancia del flavour mediante el agregado de fermentos adjuntos de origen NSLAB, con propiedades de formación de flavour comprobadas, a quesos con una mínima cantidad de NSLAB adventicias; esto quiere decir: quesos limpios” Johnston et al., 2010, Fonterra
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Materia prima adecuada + fermentos primarios y adjuntos adecuados + manejo de la temperatura + bajo contenido inicial de lactosa/galactosa/citrato
Mayor control de la maduración
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Troubleshooting Problema Producción de CO2 con ojos y aberturas no deseadas provocado por bacterias lácticas no fermento
Causa Altos recuentos de bacterias lácticas en leche cruda Funcionamiento prolongado del pasteurizador Fermento primario lento Agregado de polvos o retentados para aumentar rendimiento Enfriado lento de las hormas, cortes en cadena de frío, altas temperaturas de maduración
Solución Mejora de la calidad microbiológica de la leche cruda (Buenas prácticas de ordeño, Microfiltración) Ciclos adecuados de trabajo y limpieza Fermento primario adecuado Fermento adjunto Lavado de la cuajada Adecuada capacidad de salado/enfriado Mantenimiento de la temperatura consigna Mejora de la calidad microbiológica de la leche cruda (BPO, MF) Mantenimiento de pH y temperatura de maduración adecuados
Producción de cristales de lactato de calcio
Altos recuentos de bacterias lácticas en leche cruda Valores de pH bajos Altas temperaturas de maduración
Producción de off flavors
Altos recuentos de bacterias lácticas en leche cruda Predominio de cepas que producen notas de flavour no buscadas
Mejora de la calidad microbiológica de la leche cruda (BPO, MF) Fermento adjunto
Sabor poco intenso (mild/flat)
Bajos recuentos de bacterias lácticas en leche cruda Predominio de cepas que no producen flavour
Fermento adjunto
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Control de las NSLAB: las tres K Las tres K Keep them out Mantenerlas fuera
Causa Minimizar la contaminación: Calidad de la materia prima Sanitización de la planta
Kill them Matarlas
Pasteurizar
Keep them from growing Mantenerlas en bajo número
Temperatura Condiciones ambientales Nutrientes Bacteriocinas
James Steele, 2012
Bacterias lácticas no fermento y calidad de quesos
Muchas gracias!
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