Selección de bacterias lácticas orientada a la mejora de la calidad del queso IGP castellano
- Autores: Daniel Abarquero Camino
- Directores de la Tesis: María Eugenia Tornadijo Rodríguez (dir. tes.), Erica Renes Bañuelos (dir. tes.), José María Fresno Baro (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de León ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Número de páginas: 133
- Títulos paralelos:
- Selection of lactic acid bacteria for quality improvement of PGI castellano cheese
- Tribunal Calificador de la Tesis: Teresa Requena Rolanía (presid.), Beatriz Martínez Fernández (secret.), Ofélia Serralha Dos Anjos (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: BULERIA
- Resumen
- español
La calidad del queso depende de la materia prima, la microbiota, la tecnología de elaboración y las condiciones de maduración. El uso de cultivos lácticos es una práctica extendida en la producción de quesos, especialmente en aquellos fabricados a partir de leche pasteurizada.
La selección de cepas de bacterias lácticas silvestres, basada en el estudio, no solo de su actividad acidificante, tolerancia a la sal o resistencia a fagos, sino ampliada al estudio de actividades enzimáticas relevantes para el desarrollo del sabor y del aroma en el queso, además de otras características como la producción de compuestos bioactivos, podría ampliar la diversidad de cepas disponibles para la producción de queso. Este planteamiento, es especialmente interesante en la producción de quesos de reconocido prestigio, como el queso Castellano IGP, una variedad de queso española de pasta prensada y coagulación enzimática. En este contexto, el objetivo general de esta Tesis Doctoral ha sido, por un lado, diseñar cultivos lácticos autóctonos para la producción de queso Castellano a partir de cepas silvestres que demuestren una buena aptitud tecnológica, principalmente orientada a la producción de compuestos del sabor y del aroma y que, a su vez, sean seguras desde el punto de vista alimentario y, por otro, ensayar la repercusión de dichos cultivos sobre la maduración del queso Castellano elaborado con leche pasteurizada.
Se evaluó la aptitud tecnológica de sesenta y seis aislados de bacterias lácticas, de seis especies distintas, procedentes de quesos tradicionales. Los aislados de Lactococcus lactis mostraron la mayor actividad acidificante y la mayor actividad proteolítica, mientras que las actividades endopeptidasa y esterolítica fueron mayores en los aislados de lactobacilos. Se seleccionaron 24 aislados que, tras su tipificación, correspondieron a 20 cepas distintas. En dichas cepas se determinó la actividad glutamato deshidrogenasa, que fue detectada en 13 de ellas; así como la producción de ácido γ-aminobutírico, que se detectó en 14 de las cepas. Además, se analizó su actividad antimicrobiana frente a varios microorganismos indicadores, que fueron inhibidos por la producción de ácido, si bien cabe destacar la inhibición de Enterococcus faecalis por bacteriocinas, producidas por una cepa de Lactiplantibacillus plantarum. Por último, tras evaluar la inocuidad de las cepas, se excluyó la cepa Levilactobacillus brevis TAUL1567, que mostró resistencia a la tetraciclina y era productora de tiramina, la cepa Lactiplantibacillus paraplantarum TAUL1399 que fue resistente a ampicilina y dos cepas de Lactococcus lactis productoras de putrescina.
A partir de las cepas seleccionadas se diseñaron cuatro cultivos lácticos mixtos, que incluyeron cepas iniciadoras (Lactococcus comerciales y silvestres) y no iniciadoras (Lactiplantibacillus plantarum, Lacticaseibacillus paracasei y Leuconostoc mesenteroides silvestres). Se elaboraron cinco lotes de queso Castellano a partir de leche pasteurizada de oveja, un lote control (lote T), elaborado con un cultivo iniciador comercial, y cuatro lotes experimentales (L1 a L4), fabricados con los cultivos diseñados.
En primer lugar, se investigó el efecto de los diferentes cultivos sobre las características fisicoquímicas, microbiológicas y sensoriales del queso Castellano durante la maduración. Se encontraron diferencias significativas en los valores de pH, acidez titulable y recuentos microbianos, debidas a la incorporación de las distintas cepas no iniciadoras. Sensorialmente, el lote de queso experimental L4, elaborado con una cepa iniciadoras silvestre (Lactococcus lactis GE44) y dos cepas no iniciadoras (Lactiplantibacillus plantarum TAUL67 y Leuconostoc mesenteroides TAUL1342) fue el que mostró las mejores características de apariencia, aroma, sabor y textura.
En segundo lugar, se evaluó el efecto de los cultivos mixtos diseñados y el tiempo de maduración sobre la proteólisis del queso Castellano, observándose diferencias significativas en las fracciones de nitrógeno y en el contenido en aminoácidos libres entre lotes en diferentes etapas de maduración, principalmente tras los primeros 30 días de la maduración. Los quesos que fueron elaborados con los cultivos que incluían las cepas no iniciadoras registraron los valores de aminoácidos libres más altos al final del período de maduración, especialmente el lote L4. Entre los principales aminoácidos, el ácido γ-aminobutírico fue particularmente abundante en tres de los lotes de queso (L1, L2 y L3). Por otro lado, el análisis de la microestructura del queso reflejó el impacto de la proteólisis y el análisis del perfil de textura demostró que la inclusión de las cepas silvestres influyó sobre algunos parámetros de la textura, mejorando la dureza, la masticabilidad y la gomosidad de los quesos.
En último lugar, se estudió el efecto del tiempo de maduración y el uso de los diferentes cultivos sobre los componentes volátiles del queso Castellano. Mediante un enfoque metabolómico no dirigido se identificaron 280 metabolitos volátiles, pertenecientes a 11 familias químicas, 141 de los cuales no habían sido descritos previamente en el queso. Se comprobó que el perfil volátil del queso Castellano estaba caracterizado por la presencia de ácidos carboxílicos (> 50 %), cetonas (15 %), alcoholes (12 %), aldehídos (5 %) y ésteres (2 %). La incorporación de cepas silvestres, particularmente cepas de lactobacilos, aumentó significativamente el contenido total de compuestos volátiles al final de la maduración, obteniéndose valores en los lotes L1 y L2 superiores al lote control (T) en un 40 % y un 26 %, respectivamente. Tras 240 días de maduración, 67 compuestos volátiles, entre los que se incluyen compuestos relevantes como el ácido acético, la acetoína, el diacetilo, el butanodiol y varios ésteres etílicos) mostraron diferencias significativas entre los lotes de queso. Por consiguiente, resulta evidente el papel fundamental de los cultivos lácticos silvestres en la calidad sensorial de los quesos.
- English
Cheese quality depends on raw material, microbiota, processing technology and ripening conditions. The use of lactic cultures is a widespread practice in the production of cheeses, especially in those made from pasteurized milk. The selection of wild lactic acid bacteria, based not only on the study of their acidifying activity, salt tolerance or phage resistance, but also extended to the study of enzymatic activities relevant to the development of flavor and aroma in cheese, as well as other characteristics such as the production of bioactive compounds, could expand the diversity of cultures available for cheese production. This approach is especially interesting in the production of prestigious cheeses, such as PGI Castellano cheese, a Spanish cheese variety characterised by a pressed paste and enzymatic coagulation. In this context, the main objective of this Doctoral Thesis has been to develop lactic acid bacteria cultures for the production of Castellano cheese from strains with good technological characteristics, with a particular focus on the production of flavour compounds, while simultaneously ensuring safety from a food safety perspective. Furthermore, the impact of these cultures on the ripening of Castellano cheese produced with pasteurised milk has been investigated.
A total of 66 isolates of lactic acid bacteria from six different species were technologically evaluated. Lactococcus lactis isolates showed the highest acidifying activity and proteolytic activity, while the lactobacilli isolates demonstrated higher endopeptidase and sterolytic activities. Twenty-four isolates were selected and, subsequent to typing, were found to correspond to 20 different strains. The selected strains were subjected to testing for glutamate dehydrogenase activity, which was detected in 13 of them (although activity levels varied widely).
Additionally, the ability to produce γ-aminobutyric acid was detected in 14 strains. Furthermore, the antimicrobial activity of the isolates was investigated. This revealed that acid production inhibited the indicator microorganisms, while bacteriocin-like compounds produced by a strain of Lactiplantibacillus plantarum inhibited Enterococcus faecalis. Finally, following an assessment of the safety of the strains, Levilactobacillus brevis strain TAUL1567, which demonstrated resistance to tetracycline and produced tyramine, Lactiplantibacillus paraplantarum strain TAUL1399, which exhibited resistance to ampicillin and two putrescine-producing Lactococcus lactis strains, were excluded from the culture design.
From the selected strains, four lactic acid bacteria cultures were designed, comprising both starter (commercial and wild Lactococcus strains) and wild non-starter (Lactiplantibacillus plantarum, Lacticaseibacillus paracasei and Leuconostoc mesenteroides) strains. Five batches of Castellano cheese were produced from pasteurised sheep's milk, comprising a control batch with a commercial starter culture and four experimental batches with the designed cultures. Firstly, the effect of the different cultures on the physicochemical, microbiological and sensory characteristics of Castellano cheese during ripening was investigated. Significant differences were observed in pH, titratable acidity and microbial counts as a consequence of the incorporation of the various non-starter strains. In terms of sensory characteristics, the experimental cheese batch L4, produced with a single wild starter strain (Lactococcus lactis GE44) and two non-starter strains (Lactiplantibacillus plantarum TAUL67 and Leuconostoc mesenteroides TAUL1342), exhibited the best attributes in terms of appearance, aroma, flavour and texture.
Secondly, the impact of the designed cultures and ripening on the proteolysis of Castellano cheese was assessed, demonstrating significant differences in nitrogen fractions and free amino acid composition between batches at varying ripening stages, particularly after the initial 30 days. Cheeses containing non-starter strains exhibited the highest free amino acid values at the end of the ripening, particularly in batch L4. Among the principal amino acids, γ- aminobutyric acid was notably prevalent in three of the cheese batches (L1, L2 and L3).
Conversely, analysis of the cheese microstructure indicated that proteolysis had an impact on the cheese's microstructure. Furthermore, texture profile analysis demonstrated that the incorporation of the wild strains resulted in an improvement in the hardness, chewiness and gumminess of the cheeses.
Finally, the impact of ripening time and different starter cultures on the volatile composition of Castellano cheese was investigated. A non-targeted metabolomic approach was employed to identify 280 volatile metabolites belonging to 11 chemical families, 141 of which had not been previously described in cheese. The volatile profile of Castellano cheese was found to comprise more than 50 % carboxylic acids, 15 % ketones, 12 % alcohols, 5 % aldehydes and 2 % esters. The incorporation of wild lactic acid bacteria strains, particularly lactobacilli strains, resulted in a notable increase in the total content of volatile organic compounds at the end of the ripening period. This was observed to be 40 % and 26 % higher in batches L1 and L2, respectively, in comparison to the control batch. Following a 240-day ripening period, 67 volatile compounds exhibited notable differences between cheese batches, including key compounds such as acetic acid, acetoin, diacetyl, butanediol, and several ethyl esters.
- español
