L’innovazione incontra la tradizione nel settore lattiero-caseario ovino e caprino
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• gli autori sono indicati nel testo originale, in basso
5 agosto 2021
Abstract
I piccoli ruminanti, come pecore e capre, sono per lo più allevati in sistemi agricoli di piccoli proprietari, ampiamente distribuiti in tutto il mondo. Per alcune aree geografiche ricoprono un importante ruolo economico, ambientale e sociologico. Le pecore e le capre presentano alcuni vantaggi rispetto ad altri ruminanti: le loro preferenze di pascolo consentono ad essi di nutrirsi di erbacce e arbusti; per le loro piccole dimensioni richiedono meno spazio e hanno meno probabilità di danneggiare e compattare i terreni; è più facile lavorare con essi e sono più economici da acquistare e mantenere.
La gamma di prodotti derivata dai piccoli ruminanti è facile da commercializzare perché la domanda è elevata, ma in gran parte insoddisfatta [1]. La capacità di rispondere alle crescenti richieste del mercato, in termini di tipologia di prodotti o standard qualitativi richiesti, è fondamentale per la sopravvivenza dei sistemi di allevamento esistenti. Non solo gli agricoltori, ma l’intera filiera tradizionale dei prodotti lattiero-caseari ovini e caprini dovrebbe essere incoraggiata ad adattarsi per soddisfare le esigenze dei consumatori. Negli ultimi decenni, le richieste dei consumatori hanno lanciato una sfida verso una maggiore produttività, sostenibilità e sicurezza, proteggendo allo stesso tempo l’unicità del prodotto. L’innovazione (implementazione di nuove strategie in tutte le fasi della catena di produzione) non può prescindere dalla ricerca scientifica per testare, controllare e validare nuove strategie. Mirate a questo obiettivo, stanno fiorendo le moderne piattaforme analitiche, spesso supportate da sofisticate analisi dei dati statistici. In questo numero speciale, come contributo scientifico all’innovazione del sistema lattiero-caseario dei piccoli ruminanti, abbiamo affrontato, con approcci diversi, questioni quali effetti della dieta sulla qualità del latte, sistemi di allevamento, stagionalità della produzione di latte, uniformità dei prodotti, esportabilità e conservabilità.
In tutto il mondo, pecore e capre vengono allevate all’interno di un ampio spettro di sistemi di alimentazione che si trovano all’interno dei due estremi: estensivo vs. intensivo. Il pascolo estensivo si riferisce all’uso di vaste aree di terreno naturale non migliorato – i pascoli – per il bestiame al pascolo in libertà; al contrario, nel pascolo intensivo, l’alimentazione animale proviene principalmente da pascoli artificiali, seminati. Oggi, in molte zone, il pascolo tradizionale su pascoli naturali dei sistemi di flora autoctona è stato migliorato dal pascolo con piante selezionate, integratori alimentari e altre strategie per il benessere degli animali, per la sostenibilità ambientale ed economica e per superare la stagionalità dei fornitura di latticini. Dato che l’allevamento dei piccoli ruminanti si basa principalmente sull’allevamento di piccoli proprietari, la dieta e le ore trascorse all’aperto dagli animali variano notevolmente senza protocolli rigorosi, rendendo difficile la valutazione e la convalida delle migliori procedure. Uno degli studi di questo numero speciale ha affrontato questo problema, confrontando i profili dei metaboliti del latte di pecore Sarda allevate in Sardegna (Italia) da due allevatori relativamente piccoli con due sistemi di pascolo, che differivano per l’accesso al pascolo selezionato, il tempo di pascolo e quantità di cereali in grani (g/giorno/capo) nella dieta [2]. L’analisi statistica multivariata del profilo metabolita GC-MS integrata con i parametri ottenuti dalle procedure di calibrazione MIR, come l’urea del latte, ha permesso di evidenziare metaboliti legati al tipo di sistema di alimentazione. Gli effetti della dieta sul latte di pecora Sarda allevata in Sardegna sono stati affrontati anche dal lavoro di Manis et al. [3], dove sono state valutate le variazioni dei componenti del latte in seguito all’integrazione della dieta con le bucce di cacao, un sottoprodotto agricolo dei paesi tropicali. I sottoprodotti agricoli vengono utilizzati per nutrire gli animali da oltre l’80% dei proprietari; la loro tipologia e la loro quantità variano stagionalmente e dipendono dalla regione. Nel bacino del Mediterraneo sono ampiamente studiati gli effetti dei sottoprodotti agricoli locali (uva, olive, pomodoro, polpa di agrumi e residui di mirto) nella dieta dei piccoli ruminanti; tuttavia, oggi, la grande disponibilità di sottoprodotti agroindustriali prodotti in tutto il mondo apre le porte a nuovi prodotti da testare. Mani et al. [3] hanno valutato che l’integrazione della dieta con le bucce di cacao induceva cambiamenti di livello nei metaboliti del latte, come rilevato da UHPLC-QTOF-MS, implicato nel metabolismo dell’ormone tiroideo e nella biosintesi dell’ubiquinolo-10. Tuttavia, Manis et al. (2021) ha anche osservato che il principale fattore di modifica dei metaboliti era il tempo di campionamento; infatti, il disegno dell’esperimento prevedeva la raccolta di campioni di latte da gruppi trattati e di controllo per 4 settimane, quindi dalla tarda primavera all’estate. La stagionalità della composizione del latte è caratterizzata da periodi di produzione di latte “di punta”, dopo i quali la produzione di latte diminuisce in estate, poiché gli animali passano dalla fase intermedia a quella avanzata della lattazione, e ciò è più marcato nei sistemi di allevamento estensivo, a causa dei cambiamenti della qualità e della disponibilità del pascolo naturale. La stagionalità della composizione degli acidi grassi (FA) del latte è stata studiata da Nudda et al. [4], che hanno rivolto la loro attenzione dagli omega-3 FA benefica per la salute ampiamente studiati e dall’acido linoleico coniugato (CLA) alle classi a catena dispari e ramificata di FA. Questi ultimi, a lungo trascurati, hanno recentemente suscitato interesse nella comunità scientifica a causa di una relazione inversa con lo sviluppo delle malattie umane. Oltre alla stagionalità del contenuto di questi AF nel latte caprino e ovino, è stata valutata la loro “trasferibilità” al formaggio derivato. Il profilo AF dettagliato del formaggio ha confermato la maggiore qualità nutrizionale del formaggio di pecora per l’AF benefico, compreso l’AF a catena dispari e ramificata, rispetto al formaggio di capra, e l’importanza del periodo di campionamento nella definizione del profilo AF.
Al fine di tutelare la tipicità dei prodotti agroalimentari, la Commissione Europea ha conferito a diversi alimenti provenienti da una specifica area geografica il marchio DOP (Denominazione di Origine Protetta), che descrive il prodotto e riporta un disciplinare da seguire. Il trattamento termico del latte è una delle specificità del disciplinare caseario; il latte per la produzione di formaggio può essere crudo o pastorizzato/trattato termicamente. In caso contrario, i produttori specificati sono liberi di applicare il loro trattamento del latte più conveniente. Il formaggio Fiore Sardo (DOP) è il formaggio ovino più antico della Sardegna (Italia), essendo storicamente prodotto dai pastori in piccoli caseifici artigianali. Deve essere ottenuto esclusivamente utilizzando latte intero crudo di razza Sarda. Tuttavia, l’utilizzo del latte trattato termicamente per la produzione del Fiore Sardo è stato associato alle comuni pratiche di lavorazione industriale nonostante le indicazioni del disciplinare DOP. Tra le tecniche analitiche in grado di discriminare il formaggio a latte crudo o trattato termicamente, Anedda et al. [ 5 ] hanno testato con successo la rilassometria a risonanza magnetica nucleare (NMR). Le molecole d’acqua nel formaggio possono essere descritte, in prima approssimazione, come libere o legate (molecole d’acqua di idratazione), e l’NMR può fornire una stima delle due popolazioni. Il Fiore Sardo da latte crudo o trattato termicamente ha mostrato percentuali diverse delle due vasche d’acqua, con quest’ultimo formaggio che mostrava un’acqua più delimitata. Una spiegazione è lo spostamento del fosfato di calcio dallo stato solubile a quello colloidale a causa del trattamento termico. Il fosfato di calcio micellare è un colloide altamente idratato e l’associazione di Ca e P alla caseina e all’idratazione delle micelle sono fenomeni strettamente correlati che hanno un marcato effetto sulla rilassometria NMR. Andando oltre, Anedda et al. [5] ha definito un nuovo parametro che prende in considerazione sia la popolazione dell’acqua nei due stati (libero e legato) sia il tempo necessario per rilassarsi (T2). Questo nuovo parametro ha discriminato meglio il formaggio a latte crudo da quello riscaldato e ha evidenziato la bassa variabilità nei campioni di formaggio industriale. Tra i formaggi, il Pecorino Romano DOP, ottenuto da latte crudo di pecora, è uno dei formaggi ovini italiani più apprezzati ed esportati. Gli Stati Uniti, prima destinazione di esportazione, dove questo formaggio è utilizzato principalmente come ingrediente nell’industria alimentare, nutrono dubbi sulla sicurezza del Pecorino Romano prodotto con latte crudo e la Food and Drug Administration (FDA) valuta frequentemente se proporre prescrizioni più restrittive sulla vendita del Pecorino Romano non pastorizzato. Infatti, il formaggio prodotto con latte non pastorizzato può rappresentare un rischio per i consumatori a causa della possibile presenza di alcuni batteri patogeni. Lai et al. [6] hanno monitorato la sopravvivenza dei batteri patogeni Listeria monocytogenes , Salmonella spp., Staphylococcus aureus ed Escherichia coli O157:H7 durante la stagionatura del Pecorino Romano. Il latte intero di pecora è stato inoculato con batteri e diviso in due aliquote e solo una è stata sottoposta a termizzazione, quindi dalle due partite di latte è stato prodotto il Pecorino Romano e i campioni di formaggio analizzati, raccolti dopo 1, 90 e 150 giorni di maturazione, differivano solo per il trattamento termico del latte. Dopo 24 h si è osservata una riduzione della carica batterica per tutti i patogeni nel formaggio prodotto con latte crudo, mentre nel formaggio prodotto con latte termizzato la carica batterica era al di sotto del rilevamento. Dopo 90 giorni di produzione, tutti i formaggi erano microbiologicamente sicuri. Gli autori hanno concluso che quando il formaggio Pecorino Romano è prodotto con disciplinare DOP, da latte crudo o termizzato, una combinazione di fattori,compresa la velocità e l’entità dell’acidificazione della cagliata nella prima fase della produzione, unitamente ad una salatura intensa e ad un lungo tempo di maturazione, precludono la possibilità di crescita e sopravvivenza di una serie di batteri patogeni [6]. Nell’area mediterranea, per rilanciare l’industria lattiero-casearia ovina, è in aumento lo sviluppo di nuovi prodotti lattiero-caseari freschi. Al fine di prolungare la loro durata di conservazione, devono essere evitate contaminazioni da muffe e lieviti. Nel lavoro di Scano et al. [7], l’uso di alternative naturali, come i ceppi autoctoni di Lactobacillus, ai conservanti sintetici è stato testato su diverse specie di muffe. I ceppi sono stati considerati potenziali buoni candidati da utilizzare nella produzione di formaggio come colture bioprotettive. Con un approccio metabolomico GC-MS, gli autori hanno evidenziato quei metaboliti maggiormente coinvolti nell’attività antimicotica in vitro. Questa ricerca può essere considerata un ulteriore passo verso l’uso dei bioconservanti nell’industria lattiero-casearia.
Per questa preziosa raccolta di ricerche, i redattori desiderano ringraziare tutti gli autori che hanno inviato i loro articoli a questo numero speciale, i revisori con i loro commenti costruttivi e la redazione di Dairy.
(per le note dell’abstract consulta il testo originale)
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Innovation Meets Tradition in the Sheep and Goat Dairy Industry
by Paola Scano (1), Pierluigi Caboni (1)
(1) Department of Life and Environmental Science, University of Cagliari, 09124 Cagliari, Italy
5th August 2021
Small ruminants, such as sheep and goats, are mostly raised in smallholder farming systems widely distributed throughout the world. For some geographical areas, they cover an important economic, environmental and sociological role. Sheep and goats present some advantages over other large ruminants: their grazing preferences enable them to feed on weeds and shrubs; for their small size they require less space and are less likely to damage and compact soils; they are easier to work with and are cheaper to buy and maintain. The range of products produced by small ruminants is easy to market because demand is high, yet largely unfulfilled [1]. The ability to respond to the increasing market demands, in terms of the type of products or quality standards required, is crucial for the survival of the existing farming systems. Not only farmers, but the whole traditional ovine and caprine dairy product chain should be encouraged to adapt to meet consumer needs. In the last few decades, consumer demands have challenged toward higher productivity, sustainability, and safety, protecting at the same time the product’s uniqueness. Innovation (implementing novel strategies in all the steps of the production chain) cannot prescind from the scientific research to test, control and validate novel strategies. Aimed at this goal, modern analytical platforms are blooming, often supported by sophisticated statistical data analysis. In this special issue, as a scientific contribution toward the innovation of the small ruminants dairy system, we addressed, by different approaches, issues such as effects of diet on milk quality, breeding systems, seasonality of milk production, uniformity of products, exportability, and shelf life.
Worldwide, sheep and goats are raised within a wide spectrum of feeding systems that lie within the two extremes: extensive vs. intensive. Extensive grazing refers to the use of large areas of unimproved natural land—rangeland—for free-roaming grazing livestock; on the contrary, in the intensive grazing, the animal feed comes mainly from artificial, seeded pastures. Today, in many areas, the traditional grazing on natural pastures of native flora systems has been ameliorated by pasture with selected plants, diet supplements, and other strategies for the animals’ well-being, for environmental and economical sustainability and to overcome the seasonality of dairy supply. Given that the small ruminant husbandry is based mainly on smallholder farming, diet and hours spent outdoors by animals vary greatly without stringent protocols, making it difficult to assess and validate the best procedures. One of the studies of this Special Issue has tackled this issue, comparing the milk metabolite profiles of Sarda sheep bred in Sardinia (Italy) by two relatively small farmers under two grazing systems, that differed by the access to selected pasture, time of grazing and quantity of cereal grain (g/day/head) in the diet [2]. Multivariate statistical analysis of the GC-MS metabolite profile integrated with parameters obtained by the MIR calibration procedures, such as milk urea, allowed to highlight metabolites linked to the type of feeding system. Effects of the diet on milk from Sarda sheep bred in Sardinia were also addressed by the work of Manis et al. [3], where changes in milk components upon integration of diet with cocoa husks, an agricultural by-product of tropical countries, were evaluated. Agricultural by-products are fed to animals by over 80 percent of owners, the type and amount of which varies seasonally and depends on the region. In the Mediterranean basin, the effects of local agricultural by-products (grape, olive, tomato, citrus pulp and myrtle residues) in the diet of small ruminants is amply studied; however, today, the great availability of agro-industrial by-products produced worldwide opens the door to novel products to be tested. Manis et al. [3] assessed that diet integration with cocoa husks induced level changes in milk metabolites, as detected by UHPLC-QTOF-MS, implicated in the thyroid hormone metabolism and ubiquinol-10 biosynthesis. However, Manis et al. (2021) also observed that the major driver of metabolite changes was the sampling time; in fact, the design of experiment involved the collection of milk samples from treated and control groups along 4 weeks, thus spanning from the late spring to summer. Seasonality of milk composition is characterized by periods of “peak” milk production, after which milk yield declines in summer, as animals go from the mid to late stages of their lactation, and this is more marked in extensive breeding systems, due to changes in the quality and availability of natural pasture. Seasonality of milk fatty acid (FA) composition was studied by Nudda et al. [4], which turned their attention from the amply studied health beneficial omega-3 FA and conjugated linoleic acid (CLA) to the odd and branched chain classes of FA. The latter, long neglected, have recently sparked interest in the scientific community due to an inverse relationship with the development of human diseases. Besides the seasonality of the content of these FA in goat and sheep milk, their “transferability” to the derived cheese has been assessed. The detailed FA profile of cheese confirmed the higher nutritional quality of sheep cheese for beneficial FA, including odd and branched chain FA, compared to goat cheese, and the importance of the period of sampling in the definition of the FA profile.
In order to protect typicity of agricultural/food products, the European Commission has appointed different foods originating from a specific geographical area with the PDO (Protected Designation of Origin) label, which describes the product and reports a disciplinary to be followed. Heat treatment of milk is one of the specifics of cheese disciplinary; milk for cheese manufacturing can be raw or pasteurized/heat-treated. If not, specified manufacturers are free to apply their more convenient milk treatment. Fiore Sardo (PDO) cheese is the oldest ovine cheese of Sardinia (Italy), being historically produced by shepherds in very small artisanal cheese factories. It must be obtained exclusively using raw whole milk from the Sarda Sheep breed. However, the use of heat-treated milk for Fiore Sardo production has been associated with common industrial processing practices in spite of the specifications indicated in the PDO disciplinary. Among the analytical techniques able to discriminate cheese made from raw or heat-treated milk, Anedda et al. [5] have successfully tested the nuclear magnetic resonance (NMR) relaxometry. Water molecules in cheese could be described, at a first approximation, as either free or bound (hydration water molecules), and NMR can give an estimate of the two populations. Fiore Sardo from raw or heat-treated milk showed different percentages of the two water pools, with the latter cheese exhibiting more bounded water. One explanation is a shift of the calcium phosphate from soluble to colloidal state due to the thermal treatment. Micellar calcium phosphate is a highly hydrated colloid, and Ca and P association to casein and micelle hydration are strictly related phenomena that have a marked effect on NMR relaxometry. Going further, Anedda et al. [5] defined a new parameter that takes into consideration both the water population in the two states (free and bound) and the time it takes to relax (T2). This new parameter better discriminated raw from heated milk cheese and highlighted the low variability in industrial cheese samples. Among cheese, PDO Pecorino Romano, obtained from raw sheep milk, is one of the most popular and exported Italian ovine cheeses. The United States, the leading export destination, where this cheese is mainly used as an ingredient in the food industry, have doubts about the safety of Pecorino Romano produced from unpasteurized milk and the Food and Drug Administration (FDA) is frequently evaluating whether to propose more restrictive requirements on the sale of unpasteurized Pecorino Romano. Indeed, cheese made from unpasteurized milk can represent a risk for consumers due to the possible presence of some pathogenic bacteria. Lai et al. [6] monitored the survival of the pathogenic bacteria Listeria monocytogenes, Salmonella spp., Staphylococcus aureus, and Escherichia coli O157:H7 during ripening of Pecorino Romano cheese. Whole sheep milk was inoculated with bacteria and divided into two aliquots and only one underwent thermization, then Pecorino Romano was produced from the two batches of milk and the analyzed samples of cheese, collected after 1, 90, and 150 days of ripening, only samples differed for the milk heat treatment. After 24 h, a reduction in bacterial loads was observed for all pathogens in cheese produced from raw milk, while in cheese produced with thermized milk, the bacterial load was below detection. After 90 days of production, all the cheeses were microbiologically safe. Authors concluded that when Pecorino Romano cheese is produced under PDO specifications, either from raw or thermized milk, a combination of factors, including the speed and extent of curd acidification in the first phase of the production, together with an intense salting and a long ripening time, preclude the possibility of growth and survival of a number of pathogenic bacteria [6]. In the Mediterranean area, to revive the ovine dairy industry, the development of new fresh dairy products is increasing. In order to prolong their shelf life, contaminations from mold and yeast must be avoided. In the work of Scano et al. [7], the use of natural alternatives, such as autochthonous Lactobacillus strains, to synthetic preservatives has been tested on different species of mold. The strains were considered potential good candidates to be used in cheese manufacturing as bioprotective cultures. By a GC-MS metabolomics approach, authors highlighted those metabolites mostly involved in the antifungal activity in vitro. This research can be considered a further step towards the use of biopreservatives in the dairy industry.
For this valuable collection of research, editors would like to thank all the authors who submitted their papers to this special issue, the reviewers with their constructive comments, and the editorial staff of Dairy.
(abstract’s annotations in the original text)
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(in versione originale)
