Determinación de compuestos orgánicos volátiles en quesos de cabra en diferentes estadios de maduración mediante espectrometría de Movilidad Iónica (IMS) y su relación con algunos microorganismos implicados en su elaboración

Abstract

El perfil aromático del queso es útil para definir su calidad, sus propiedades sensoriales y su variedad. Igualmente, permite evaluar los cambios durante la maduración y diferenciar entre productos aceptables o defectuosos. Fundamentalmente, la aceptabilidad de un queso por parte del consumidor depende de las características sensoriales, entre ellas el sabor/aroma (flavour) que resulta de la actividad bioquímica y microbiana y de la tecnología empleada en la elaboración. En una primera parte de esta Tesis Doctoral se determinaron algunos compuestos orgánicos volátiles (VOCs) presentes en quesos de cabra de elaboración artesanal. Para la extracción e identificación de los metabolitos volátiles se empleó la técnica de espacio de cabeza acoplada a espectrometría de movilidad iónica con columna multicapilar (HS-MCC-IMS de su nombre en inglés). Previa a su aplicación fue necesario realizar estudios exploratorios sobre señales IMS detectadas con mayor frecuencia para la puesta a punto de la metodología analítica, aspecto que conllevó cierta complejidad. Sin embargo, el análisis permitió una rápida y simple diferenciación entre quesos de cabra elaborados con leche cruda y leche pasteurizada. La hibridación HS-MCC-IMS produjo espectros multidimensionales de movilidad iónica con picos a diferentes tiempos de retención y de intensidad de señal variable para algunos metabolitos individuales. En los quesos analizados se identificaron un total de seis metabolitos: un alcohol (1-hexanol), una cetona (2-nonanona), dos aldehídos (octanal, trans-2-heptanal) y dos ésteres (etil butanoato y propil butanoato). Adicionalmente, se monitorizó la evolución de etil butanoato a través de diferentes tiempos de maduración (60, 150, 180, 210, 240 y 270 días). Los resultados preliminares mostraron que la concentración de etil butanoato incrementó durante el tiempo de maduración, de acuerdo a la dinámica bioquímica y microbiana de la matriz, por lo cual este compuesto podría ser un marcador potencial del tiempo de maduración en los quesos artesanales de cabra examinados. El método optimizado se puede usar para el control de calidad en la producción de este tipo de queso. Por otro lado, al ser la producción de un queso madurado un proceso sistémico relacionado e interactuante con la actividad de una comunidad microbiana, una segunda parte de este trabajo se orientó al estudio de los VOCs generados por Lactobacillus casei, Lactobacillus paracasei subsp. paracasei, Lactococcus lactis subsp. lactis y Lactococcus lactis subsp. cremoris. Cepas de bacterias acidolácticas (BAL) de interés en la tecnología del queso por sus características como iniciadoras de fermentación y productoras de aroma. En este caso el propósito fue diferenciar las cepas tipificadas de BAL a través de la información sobre el aroma suministrado por metabolitos (marcadores) identificados en cada uno de los cultivos bacterianos y que conforman su huella IMS. Para ello, cultivos bacterianos estandarizados se examinaron mediante HS-GCIMS, encontrándose que la 2-butanona, 2-pentanona, 2- heptanona y 3-metil-1-butanol fueron relevantes para Lactobacillus casei y Lactobacillus casei subsp. paracasei mientras que la 2-butanona y 3-metil butanol se identificaron en Lactococcus lactis subsp. lactis y Lactococcus lactis subsp. cremoris. El continuo control de las señales IMS durante 24-30 h de cultivo demostró también el crecimiento paralelo de estas BAL “in vitro”, evidenciando así que los VOCs señalados son producto de su metabolismo. El hecho de haber logrado la diferenciación entre cepas sugiere la posibilidad de aplicar modelos estadísticos tendentes a facilitar la búsqueda de nuevas cepas ambientales de BAL que sean fundamentales para la producción de aroma en el queso u otros productos lácteos.

The aromatic profile of cheeses is useful to assess their quality, sensorial properties and variety. Also, it permits to evaluate the changes during the maturation, and to differentiate between acceptable or spoiled products. Mainly, the acceptability of a cheese by the consumer depends on the sensorial characteristics, such flavour, result of the biochemical and microbial activity, as well as the technology used in cheese manufacture. In the first part of this Doctoral Thesis, different Volatile Organic Compounds (VOCs) founded in artisanal goat cheeses were determined. To extract and identify those VOCs, Headspace - Multicapillary Column - Ion Mobility Spectrometry (HS-MCC-IMS) was used. Previously, exploratory studies on most frequent IMS signals detected were carried out for tuning the analytical methodology. This aspect is complex. However, the analysis showed a rapid and simple differentiation between goat cheeses elaborated with raw milk and those elaborated using pasteurized milk. HSMCC- IMS showed multi-dimensional IMS spectra, reporting peaks in different retention times and with variable signal intensity for diverse metabolites. For the cheeses studied, six metabolites were identified: an alcohol (1-hexanol), a ketone (2-nonanone), two aldehydes (octanal, trans-2-heptenal) and two esters (ethyl butanoate and propyl butanoate). Also, the evolution of ethyl butanoate through maturation (60, 150, 180, 210, 240 and 270 days) was monitored. Preliminary results showed the increasing of the ethyl butanoate concentration during maturation period, according to the biochemical and microbial dynamics of the food matrix. For this reason, this compound could be a potential marker of maturation time for the artisanal goat cheeses studied. The optimized method can be used for quality control in this type of cheeses. In the other hand, and taking into account that the maturated cheese production is a systemic process interactive and related to the activity of a microbial population, a second part of this work was focused on the study of VOCs generated by Lactobacillus casei, Lactobacillus paracasei subsp. paracasei, Lactococcus lactis subsp. lactis and Lactococcus lactis subsp. cremoris. These lactic acid bacteria (LAB) are considered of interest as starters for cheese technology, due to their fermentative and flavour characteristics. In this case, the main goal was to differentiate the LAB strains using the flavour information obtained thanks to the identified metabolites (markers) for each microbial culture and their IMS fingerprint. To that goal, standardized bacterial cultures were examined by HS-GC-IMS. 2-butanone, 2-pentanone, 2-heptanone and 3- methyl-1-butanol were found as relevant compounds for Lactobacillus casei and Lactobacillus casei subsp. paracasei, while 2-butanone and 3-methyl butanol were determined for Lactococcus lactis subsp. lactis and Lactococcus lactis subsp. cremoris. The control of IMS signals during a 24-30 h culture also reported the parallel increasing of counts of these LABs “in vitro”, showing that those VOCs are products of their metabolism. On the basis of the differentiation of the strains studied, we can suggest the application of statistical models trending to make easier the searching of new wild strains of LAB of interest in the production of flavours in cheeses and other dairy products.