Postpartum Stage and Lactic Acid Bacteria Strain Determine Fermentation Kinetics and Refrigerated Stability of Local Gorontalo Goat Colostrum

Il latte è molto più di un semplice liquido bianco; è una sospensione vivente e pulsante di minuscole particelle che interagiscono costantemente tra loro. Quando il latte è fresco, proteine, grassi e minerali fluttuano in un delicato equilibrio, tenuti separati da cariche elettriche che impediscono loro di agglomerarsi. Questo equilibrio è ciò che conferisce al latte la sua consistenza liscia e la sua stabilità. Tuttavia, quando vengono introdotti dei batteri per trasformare il latte in yogurt o altri alimenti fermentati, questi mangiano gli zuccheri e producono acido. Questo acido modifica le cariche elettriche sulle particelle proteiche, causando la perdita della loro repulsione e portandole ad attaccarsi tra loro, formando un gel. Questa trasformazione è il cuore della fermentazione, ma il processo è incredibilmente sensibile alle condizioni di partenza. Se il latte è troppo ricco di certi nutrienti o se i batteri sono troppo aggressivi, il gel risultante può essere debole, acquoso o incline a sfaldarsi nel tempo. Comprendere esattamente come avvengono questi cambiamenti microscopici è cruciale per gli scienziati alimentari che vogliono creare nuovi prodotti lattiero-caseari di alta qualità da fonti uniche, come il colostro prodotto dalle capre immediatamente dopo il parto.

Il colostro è il primo latte che una madre produce ed è biologicamente distinto dal latte che segue. È ricco di proteine e composti immuno-protettivi progettati per aiutare un neonato a sopravvivere. A causa della sua ricca composizione, è un candidato promettente per la produzione di prodotti fermentati a valore aggiunto, ma è anche molto più difficile da lavorare rispetto al latte normale. Il suo alto contenuto proteico e la composione chimica variabile nei primi giorni dopo il parto significano che un lotto raccolto oggi potrebbe comportarsi in modo molto diverso da uno raccolto domani. I ricercatori di Gorontalo, in Indonesia, si sono posti l'obiettivo di capire esattamente come questo ambiente mutevole interagisca con diversi tipi di batteri per determinare se il colostro di capra locale possa essere trasformato in modo affidabile in un alimento fermentato stabile. Si sono concentrati su tre domande specifiche: come la tempistica della mungitura influenzi la velocità di fermentazione, come diversi ceppi batterici cambino la struttura del latte e se il prodotto finale possa rimanere stabile in frigorifero per settimane.

Il team ha raccolto il colostro da capre locali di Gorontalo il primo, secondo e terzo giorno dopo il parto degli animali. Hanno pastorizzato il latte per rimuovere i batteri indesiderati e poi hanno inoculato lotti separati con uno dei tre comuni colture starter: Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, Lactobacillus acidophilus o Lactococcus lactis subsp. cremoris. Questi batteri sono stati lasciati fermentare il colostro per un intero giorno a una temperatura controllata. Dopo la fermentazione, i ricercatori non si sono fermati lì; hanno conservato i prodotti in un frigorifero a 4 gradi Celsius e li hanno monitorati per 28 giorni. Durante questo periodo, hanno misurato come cambiava l'acidità, come evolveva la dimensione delle particelle proteiche, come evolveva la carica elettrica di tali particelle e come resisteva la consistenza. Hanno anche tracciato il numero di batteri vivi per garantire che il prodotto rimanesse sicuro e attivo, e hanno utilizzato immagini avanzate e analisi dello spettro luminoso per vedere cosa stesse accadendo alle molecole all'interno del latte.

I risultati hanno mostrato che sia il giorno in cui viene raccolto il colostro sia il tipo specifico di batteri utilizzati sono fattori critici nel determinare il prodotto finale. Tutti e tre i ceppi batterici hanno avuto successo nel ridurre l'acidità del colostro, trasformandolo da un pH neutro di circa 6,4 a un pH acido compreso tra 4,6 e 5,0. Tuttavia, la velocità e il limite finale di questa acidificazione dipendevano fortemente dal ceppo. Il ceppo Lactococcus lactis subsp. cremoris è stato il più aggressivo, portando l'acidità al punto più basso, mentre gli altri due ceppi si sono fermati a livelli leggermente superiori. Anche il giorno di raccolta era importante; il colostro del secondo giorno dopo il parto tendeva a raggiungere un'acidità finale più bassa rispetto ai campioni del primo o del terzo giorno. Ciò suggerisce che l'ambiente chimico mutevole della mammella della capra nei primi giorni crea un substrato unico che influenza il modo in cui i batteri operano.

Mentre i prodotti riposavano in frigorifero, i ricercatori hanno osservato una trasformazione lenta ma costante nella struttura fisica del latte. La carica elettrica sulle particelle proteiche, che aiuta a tenerle separate, è diminuita di circa il 15 percento nell'arco delle quattro settimane. Allo stesso tempo, le particelle sono cresciute, aumentando di dimensioni tra l'8 e il 20 percento. Ciò indicava che le proteine si stavano lentamente aggregando in gruppi più grandi, un processo noto come aggregazione. Nonostante questa riorganizzazione strutturale, la quantità effettiva di proteine e grassi nel latte è rimasta notevolmente stabile. Il contenuto proteico è diminuito solo leggermente e il contenuto di grassi non è cambiato significamente affatto. Questa scoperta è importante perché dimostra che i cambiamenti di consistenza non sono stati causati dai batteri che consumavano i nutrienti o dalla scomposizione dei grassi. Il latte stava semplicemente riorganizzando i suoi componenti esistenti in una nuova struttura, leggermente più lassa.

Anche i batteri vivi si sono comportati diversamente a seconda del ceppo utilizzato. Il ceppo Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus è effettivamente aumentato di numero durante le quattro settimane di conservazione, crescendo di circa mezzo logaritmo, il che rappresenta un aumento significativo della popolazione. Al contrario, i ceppi Lactococcus lactis subsp. cremoris e Lactobacillus acidophilus hanno subito un declino graduale del loro numero, pur rimanendo ben al di sopra dei livelli richiesti per un prodotto sano e attivo. Anche dopo 28 giorni, tutti i campioni contenevano milioni di batteri vivi per millilitro, garantendo che il colostro fermentato rimanesse un alimento probiotico vitale.

Quando i ricercatori hanno esaminato il livello molecolare utilizzando la spettroscopia a infrarossi, hanno scoperto che i componenti chimici di base del latte non erano stati distrutti. Le proteine, i grassi e gli zuccheri erano ancora presenti, ma i loro arrangiamenti interni erano cambiati. Il modo in cui le molecole trattenevano l'acqua e si connettono tra loro era cambiato, confermando che il processo di fermentazione e conservazione aveva alterato l'ambiente molecolare senza decomporre il cibo. Questa riorganizzazione molecolare era riflessa nella consistenza del prodotto. Il colostro fermentato partiva come un gel fermo ed elastico, ma nel corso delle quattro settimane è diventato leggermente più morbido e fluido. La rigidità del gel è diminuita e il prodotto è diventato un po' più incline a fluire, sebbene non si sia mai trasformato in un liquido. Questo indebolimento era più evidente nei campioni realizzati con determinati batteri in giorni specifici, dimostrando che le condizioni iniziali del latte dettavano quanto bene il prodotto finale potesse mantenere la sua forma nel tempo.

Le immagini microscopiche hanno fornito una conferma visiva di questi cambiamenti. I campioni mostravano un mix di minuscoli cluster proteici e grandi goccioline di grasso. In alcuni lotti, i batteri avevano creato una rete stretta e uniforme, mentre in altri la struttura era più irregolare, con la formazione di ammassi più grandi. Queste differenze visive si allineavano perfettamente con le misurazioni della dimensione delle particelle e della consistenza, provando che il mondo microscopico del latte era direttamente responsabile delle qualità macroscopiche del cibo. Lo studio ha concluso che il successo della produzione di prodotti a base di colostro di capra fermentato dipende da un abbinamento preciso tra il giorno in cui il latte viene raccolto e il tipo di batteri scelti per la fermentazione. Comprendendo queste interazioni, i produttori possono selezionare la combinazione giusta di materia prima e coltura starter per creare un prodotto lattiero-caseario fermentato stabile, nutriente e di alta qualità da questa risorsa locale unica.