Este bine cunoscut faptul că producția și calitatea brânzei sunt afectate de genetica animală, de calitatea laptelui (din punct de vedere chimic, fizic și microbiologic), de tehnologia de producție și de tipul de cheag și culturi de lapte utilizate în producție.

Diferențele majore între șarjele aceluiaș tip de brânză (adică brânză tare), sunt cauzate de culturile de cheag și lactate, care afectează procesul de maturare. Pornind de aici, oamenii de știință s-au întrebat care sunt progresele tehnologice actuale în genetica animală și metodele de izolare și producere a culturilor de cheag și lactate, împreună cu posibilele aplicații ale microîncapsulării în producția de cheag și culturi de lactate, precum și provocarea pe care o reprezintă tehnologiile lactate actuale de conservare. a biodiversităţii?

Pe baza literaturii științifice revizuite, se poate concluziona că abordările inovatoare și tehnicile descrise pot îmbunătăți semnificativ producția de brânzeturi, după cum indică studiul cu titlul ”Challenging Sustainable and Innovative Technologies in Cheese Production: A Review”, elaborat de Fabijan Ostar, Neven Antuna și Vlatka Cubric-Curik, de la Department of Dairy Science, Faculty of Agriculture, University of Zagreb.

Calitatea brânzei și caracteristicile genotipice ale laptelui

Producția de brânzeturi este un proces care datează de câteva mii de ani, iar brânza, care se găsește în toate colțurile lumii, și-a găsit locul în fruntea topului produselor alimentare datorită valorii sale nutritive și diversității bogate. Cea mai timpurie indicație a unui proces de fabricare a brânzei este în picturile rupestre în jurul anului 5000 î.Hr., reprezentând cea mai veche aplicație tehnologică a enzimelor.

Această aplicație a făcut posibilă conversia intenționată a laptelui în brânză, făcându-l mai sigur și mai durabil. De la începuturi, tehnologia producției de brânzeturi s-a schimbat, datorită progreselor tehnologice și științifice în materialele și procesul de producție. În prezent, producția de brânzeturi este la un nivel foarte înalt, datorită materialelor moderne și tehnologiei încorporate.

Calitatea brânzei este afectată de caracteristicile genotipice și fenotipice ale animalelor, de proprietățile chimice și microbiologice ale laptelui și de tehnologia de producție. Un factor important în diversitatea laptelui din aceeași rasă provine din culturile de lactate și din tipul de cheag folosit în producția de brânzeturi, deoarece acestea afectează procesele chimice în timpul producției și maturării.

În prezent, calitatea brânzei este încă afectată de aceiași factori, dar din cauza globalizării și a progreselor industriale, originalitatea și diferențele din anumite regiuni s-au pierdut.

Producția de brânzeturi la scară largă se bazează în principal pe utilizarea laptelui pasteurizat, iar producătorii de brânzeturi sunt aprovizionați de câțiva producători din întreaga lume de culturi de lactate și cheag.

Când se ia în considerare același tip de producție de brânză (adică brânza tare), aceasta înseamnă că diferențele dintre producători se bazează exclusiv pe calitatea laptelui și pe selecția culturilor de cheag și lactate.

Caracteristicile laptelui

Caracteristicile laptelui care afectează calitatea brânzei sunt reglementate de genetica animală, ceea ce creează posibilitatea utilizării geneticii cantitative pentru a păstra biodiversitatea și trăsăturile indigene. Laptele crud și brânzeturile din lapte crud, nepasteurizat prezintă surse bogate de microbi benefici, cum ar fi bacteriile lactice (LAB) cu proprietăți probiotice.

Izolarea culturilor LAB indigene și utilizarea lor în producția de brânză poate duce la conservarea biodiversității și o mai bună diversificare între producătorii de brânză la nivel global și regional.

La rândul său, microîncapsularea este văzută ca o abordare nouă pentru conservarea biodiversităţii şi pentru furnizarea de ingrediente importante în brânză, deşi trebuie avut în vedere faptul că încapsularea cu succes a sarcinii utile relevante pentru producţia de brânză, cum ar fi microorganismele, enzimele, peptidele, compuşii aromatici, substanţele chimice.

Agenți (Ca2+), și chiar uleiuri esențiale, pot fi extrem de provocatori. În plus, combinațiile de mai mult de un ingredient activ pot face procesul de încapsulare și mai complex.

Având în vedere că s-au întreprins puține cercetări pe această temă,  lucrarea citată și-a propus să investigheze progresul actual în caracterizarea ADN-ului și utilizarea geneticii cantitative pentru îmbunătățirea trăsăturilor dorite la animalele de lapte, producția de cheag și analiza, izolarea și producerea bacteriilor lactice, și posibilele aplicații ale microîncapsulării în dezvoltarea de tehnologii noi, inovatoare și durabile în producția de brânzeturi, cu accent pe formele indigene și pe conservarea biodiversității.

Impactul geneticii

Impactul geneticii animalelor asupra laptelui, ca o componentă importantă în producția de brânză este determinant. Producția de brânză este un proces complex, a cărui calitate și unicitate depind de o varietate de factori.

Compoziția și caracteristicile laptelui crud, care sunt în mare măsură determinate de genetica animalelor implicate în producerea acestuia, se numără cu siguranță printre factorii importanți care contribuie la unicitatea brânzei ca produs final. Prin urmare, genetica unui individ sau a unei anumite populații (rase), este unul dintre elementele cruciale pentru producția de succes a produselor lactate indigene, care sunt adesea asociate comercial cu Denumirea de Origine Protejată (DOP).

În același timp, influența geneticii animale asupra calității și distincției ss de brânză se potrivește bine cu conceptul de creștere durabilă a animalelor și protecția diversității animalelor de fermă și a produselor lactate.

Moștenirea poligenică

S-a recunoscut foarte devreme că secreția de lapte este influențată de ereditate. Mai târziu, s-a definit clar că și compoziția și caracteristicile laptelui crud sunt măsurate la scară continuă și, la fel ca majoritatea trăsăturilor (fenotipurilor) relevante din punct de vedere economic, sunt moștenite ca trăsături genetice cantitative sau complexe.

Pentru o lungă perioadă de timp, moștenirea trăsăturilor cantitative a fost modelată cu succes printr-un model infinitezimal, în care un număr infinit de loci, fiecare cu efect infinitezimal (componentă poligenă), și influența mediului sunt responsabile de variațiile măsurate (fenotipice).

Prin urmare, în multe cazuri, moștenirea cantității și compoziției laptelui crud a fost cuantificată prin parametri precum ereditabilitatea, mai precis ereditabilitatea în sens restrâns (h2), adică proporția de variație fenotipică explicată de efectele genelor aditive. Laptele, producția de grăsimi din lapte și, mai târziu, producția de proteine ​​și lactoză, au avut cea mai lungă tradiție de măsurare și au fost recunoscuți ca cei mai importanți factori în producția de lapte timp de un secol.

De aceea, nu este surprinzător faptul că moștenirea cantitativă a acestor trăsături este printre cele mai bine studiate, în timp ce un număr mare de studii oferă estimări ale eredității și corelațiilor genetice.

Este important de subliniat faptul că trăsăturile tradiționale ale producției de lapte (producția de lapte, producția de grăsimi și producția de proteine), au fost încorporate cu succes în programele de creștere, deoarece îndeplinesc caracteristicile dezirabile ale programelor de selecție.

Potrivit lui Shook, programele de reproducere de succes se bazează pe trăsături preferate care ar trebui să îndeplinească următoarele criterii de selecție:

(1) trebuie să aibă variabilitate genetică și ereditabilitate relativ ridicată,

(2) trebuie să aibă o valoare economică care să mărească profitabilitatea producției,

(3) trebuie să fie corelate pozitiv cu alte trăsături utilizate în programul de ameliorare și, în final,

(4) trebuie să fie clar definite și măsurabile la costuri reduse.

Scurtarea intervalului de generație crește progresul genetic anual (răspunsul genetic).

Estimarea eredității

Prin urmare, toate aceste trăsături ar trebui măsurate într-un stadiu incipient al vieții. Mai mult, estimarea fiabilă a eredității și a corelațiilor genetice necesită o dimensiune mare a eșantionului, care este uneori dificil de asigurat, chiar și în analizele de cercetare experimentală.

Alte trăsături, cum ar fi conținutul de acizi grași saturați și nesaturați, conținutul de minerale (Ca, P, Mg, K, Se și Zn), conținutul de fracție de proteine ​​din lapte (cazeină și proteine ​​​​serice), și proprietățile de coagulare a laptelui (RCT-coagularea cheagului, timp, min; k20 - timpul necesar ca coagul pentru a obține o fermitate de 20 mm, min; a30 - fermitatea cașului la sfârșitul analizei, mm), au fost de multă vreme de interes pentru cercetători, dar implementarea lor în procesul de selecție a fost dificilă, deoarece măsurătorile lor de rutină au fost costisitoare și consumatoare de timp, ceea ce a împiedicat implementarea lor în programele de ameliorare.

Estimările eredității pentru unele trăsături (variabile) importante legate de producția și fabricarea brânzei din laptele provenit de la bovine, ovine și caprine indică o descriere mai detaliată a majorității factorilor genetici care au o influență majoră asupra trăsăturilor de coagulare în bovine.

Spectrometria vine în ajutor

Cu toate acestea, Etzion și colab. au folosit spectrometria în infraroșu mijlociu (MIR), pentru a prezice conținutul de proteine ​​din lapte. Publicarea lor pare să fi stimulat un număr mare de studii privind utilizarea aceleiași metodologii pentru diferiți constituenți ai laptelui.

De exemplu, Soyeurt et al. au arătat că un conținut de acizi grași poate fi prezis eficient și ieftin din semnalele MIR, urmat în curând de utilizarea MIR, pentru a estima proprietățile de coagulare ale laptelui, conținutul de minerale (adică, de Ca și P) și conținutul fracțiilor proteice din lapte.

Informații mai detaliate despre utilizarea MIR în estimarea diferitelor variabile (componente chimice) din lapte sunt descrise de Bittante și Cecchinato și De Marchi și colab. În acest fel, fenotiparea MIR a permis estimarea parametrilor genetici pentru multe componente chimice asociate producției de brânzeturi.

După cum se poate observa, estimările de ereditate pentru aproape toate trăsăturile producției de brânzeturi se încadrează în intervalul care ar permite un progres de selecție suficient de mare și profitabil.

Gene candidate

Îmbunătățirile remarcabile ale animalelor domestice obținute prin selecția artificială în secolul al XX-lea s-au bazat exclusiv pe modelul infinitezimal, în timp ce ideea că genele cu efecte mari sau genele candidate ar putea influența continuu trăsăturile variate, au fost contestate sporadic.

Astfel, obiectivul principal al unei serii de studii efectuate din 1970 până la sfârșitul secolului al XX-lea a fost de a găsi asocieri semnificative genotip-fenotip care ar putea fi explicate funcțional în așa-numitele studii de asociere a genelor candidate (CGAS).

În absența unor metode genetice moleculare eficiente și a posibilităților de a determina genotipul fiecărei gene funcționale la scară largă (populație), principalele proteine ​​din laptele rumegătoarelor (la rumegătoare, alfas1-CN, β-CN, alfas2-CN și epsilon-).

CN reprezintă patru cazeine, care împreună cu beta-LA și beta-LG sunt responsabile de codificarea a 95% din proteinele din lapte, au fost printre genele candidate cel mai bine studiate, deoarece polimorfismul lor a fost descoperit destul de devreme.

Fiind destul de polimorfe, genotiparea lor (de fapt, ”fenotiparea”, deoarece se baza pe migrarea electroforetică a proteinelor), era simplă și ieftină, în timp ce relația lor cauzală cu producția de lapte și trăsăturile tehnologice erau de așteptat ca reacții biologice. Un număr mare de asocieri semnificative în trăsăturile producției de lapte și polimorfismele proteinelor din lapte au fost găsite la diferite rase de bovine, ovine și caprine.

Gene și rase

Ar trebui să menționăm că patru gene ale cazeinei sunt strâns legate într-o hartă fizică în ordinea CSNAS1-CSNB-CSNS2-CSN3, într-o regiune de 250 kb pe cromozomul 6 la bovine, capre și ovine, deci este imposibil să se separe complet efectele fiecărei gene a cazeinei.

De exemplu, Meier et al. au analizat secvențele întregului genom la 14 rase de bovine (1821 animale) și au găsit 37 de haplotipuri diferite. Haplotipul B-A2-A-A (CSNAS1–CSNB–CSNS2–CSN3) a fost predominant în Angus (0,64), Charolais (0,33), Flechvieh (0,42), Gelbvieh (0,49), Holstein (0,53), Herford (0,36), Limousin ( 0,42) și rase de bovine Simmental (0,45), în timp ce alte haplotipuri au fost predominante la Brown Swiss (B–A2–A–B = 0,50), Danish Red (B–A1–A–A = 0,44), DNS (B–A1). –A–A = 0,72), Jersey (C–A2–A–B = 0,51), Normande (C–A2–A–B = 0,28) și Montebéliarde (B–A2–D–B = 0,36).

Prin urmare, este destul de rezonabil să se estimeze efectele segregării haplotipurilor de cazeină (o combinație de alele la loci diferiți pe același cromozom al unui organism care sunt moștenite împreună de la un părinte), așa cum s-a obținut la bovine, oi și capre.

Folosind diverse surse de informare, Ogorevc et al. a identificat un număr mare de alte gene potențiale candidate, dintre care unele au fost identificate în studii de asociere care ar putea fi asociate cu trăsăturile de producție de lapte.

Cele mai promițătoare gene candidate sunt următoarele: subfamilia G-ABCG2, Diacilglicerol aciltransferaza - DGAT1, receptorul hormonului de creștere - GRH, leptina - LEP, receptor-epsilon activat de peroxizomi-activator-y coactivator-1-PPRGC1, prolactină-PRL [82-84], traductor de semnal și activator al transcripției 5A-STAT5A și factor de creștere asemănător insulinei 1 -IGF-1.

Analize și selecția genomică

Evoluțiile recente în genetica moleculară au permis genotiparea unui număr mare de markeri distribuiți în genom, ceea ce ne-a îmbunătățit considerabil înțelegerea variației trăsăturilor complexe.

Astfel, pe baza noilor dovezi din studiile de asociere la nivelul genomului (GWA), a fost revizuit conceptul de moștenire infinitezimală la un model de moștenire mixt, în care variabilitatea trăsăturilor complexe este cauzată de o componentă poligenică (multe gene cu efecte mici), precum și existența unui set de gene candidate cu efecte medii spre mari care rareori explică mai mult de 5% din variația fenotipică la om.

La populațiile umane, genele cu efecte moderate până la mari apar la frecvențe joase ca mutații rare sau ”private”, în timp ce apariția mutațiilor cu efecte moderate, până la mari, la frecvențe moderate sau înalte, a fost documentată mai mult la populațiile de animale domestice.

Această diferență este considerată a fi rezultatul presiunii de selecție artificială și al obiectivelor specifice de reproducere. În general, invenția conceptului de selecție genomică și disponibilitatea datelor de genotipizare cu randament ridicat la costuri reduse au revoluționat creșterea animalelor în ultimele două decenii.

Ca rezultat, au fost efectuate numeroase studii GWA privind producția de lapte și trăsăturile tehnologice la populațiile de bovine, ovine și caprine, indicând un număr de gene cauzale influente (mutații), și/sau markeri asociați statistic.

În timp ce unele dintre aceste analize au confirmat rezultatele studiilor de asociere, s-au identificat genele care au luminat înțelegerea biologică a laptelui ca materie primă, pentru o bună producție de brânză. În general, selecția genomică accelerează semnificativ câștigul genetic anual prin scurtarea intervalului generațional și permițând atingerea mai eficientă și rapidă a obiectivelor de reproducere.

Perspective și dezvoltare durabilă

În ultimele două decenii, cunoștințele noastre tehnologice actuale cu privire la creșterea pentru compoziția mai specifică a laptelui și caracteristicile de coagulare s-au îmbunătățit considerabil.

Acest lucru se datorează în primul rând dezvoltării și disponibilității genotipării la scară mare de mare capacitate, fenotipării noilor trăsături măsurate anterior la costuri foarte mari, utilizării genomicii în creșterea animalelor și capacitatea noastră de a analiza seturi de date foarte mari.

Prin urmare, creșterea eficientă pentru produse lactate mai specializate este o opțiune foarte realistă. În același timp, suntem mai conștienți de potențialul de adaptare a unor rase de peisaj la condițiile dure de mediu și de potențialele consecințe negative care ar putea rezulta din schimbările climatice actuale.

Cu toate acestea, la scară mai largă, încă nu suntem suficient de îndrăzneți pentru a ne schimba radical obiectivele de reproducție axate pe cantitatea de lapte și compoziția de bază a laptelui (grăsimi și proteine), către o compoziție mai specializată a laptelui și produse lactate (brânză). Din fericire, noile opțiuni disponibile oferă multe oportunități și provocări pentru a face alegeri mai sustenabile în viitor.