Lait 77 (1997) 217-228
DOI: 10.1051/lait:1997215

Effects of heat load gradient occurring in moulding on characterization and ripening of Grana Padano

L. Pellegrino^a, G. Battelli^a, P. Resmini^b, P. Ferranti^c, F. Barone^c and F. Addeo<sup>d

a</sup>  National Research Council, Milk Centre, 20133 Milan
^b  DISTAM, Department of Food Science and Technology, State University, 20133 Milan
^c  Department of Food Science, State University, 80055 Portici
^d  Intituto Sperimentale Lattiero-Caseario, 20075 Lodi. Italy

Abstract - A centripetal temperature gradient takes place in Grana Padano (GP) during moulding because of the slow heat transfer within the cheese and the fast cooling of the outer part. This gradient, in combination with the low pH value, induces a centripetal inactivation of alkaline phosphatase (ALP). Throughout the ripening process, the activity of the enzyme keeps > 3 10⁵ mU / kg cheese in the peripheral zones and < 300 mU in the core. The objective of the present study was to determine whether the presence of heat load gradients and ALP inactivation improves the analytical distinction between GP and imitation hard cheeses and affects the ripening behaviour. Differently ripened samples of traditional GP, grana cheese of reduced size, or made from pasteurized milk following GP technology, or collected at the markel were submitted to a stratigraphic study. For each cheese sample, subsequent portions collected from the rind to the core were analyzed for moisture and water activity, aw, ALP activity, furosine, free amino acids (FAA), casein phosphopeptides (CPPs) and free fatty acids (FFA). Regarding cheese characterization, thermal treatments of cheese milk can be recognized in GP only by determining the enzyme activity in the most peripheral portions. When the size of the cheese is reduced, cooling in moulding is faster and ALP inactivation in the core is lower. When the moulded cheese is heated, inactivation of the enzyme also takes place in the outer pans. The furosine values, which describe the extent of heat load in dairy systems, increase from the outer part to the GP core (from 10 mg to 60 mg / 100 g protein). This gradient is unaffected by prolonged ripening, but changes when modifications in technological parameters such as pasteurization of milk, forced heating in moulding and reduction of cheese size are introduced. The distribution of ALP and furosine values within the cheese constitutes a distinctive parameter between GP and its imitation products. Regarding cheese ripening, all the values of chemical indices adopted for describing the ripening of GP show a progressive increase from the inner to the outer portions of nine- or 15-month-old cheese samples. These patterns are more pronounced for most of the FAA, and are marked for free serine which increases in the outer zones up to 50% more than in the core. The amount of 'enzyme resistant' CPP β-CN (f16-22)3P, the accumulation of which requires the presence of active phosphatases and aminopeptidases, has the same stratigraphic behaviour as that of FAA. The close correlation (r = -0.97) between furosine and FAA values suggests a possible effect of the beat load occurring in moulding on the centripetal ripening of GP.

Résumé - Effets du gradient de chaleur, pendant le moulage, sur la caractérisation et l'affinage du Grana Padano
Pendant le moulage du Grana Padano (GP), on constate un lent transfert de chaleur dans le fromage et un rapide refroidissement de la périphérie. Ces conditions, en combinaison avec la basse valeur du pH, déterminent un gradient centripète d'inactivation de la phosphatase alcaline (ALP) qui montre, pendant tout le temps de l'affinage, une activité supérieure à 3 10⁵ mU par kilo de fromage dans sa partie périphérique et qui est inférieure à 300 mU dans sa partie centrale. Le but de ce travail a été de vérifier si les gradients de chaleur et d'inactivation de l'ALP peuvent améliorer la distinction analytique entre le GP et les fromages d'imitation à pâte dure et en influencer l'affinage. Des échantillons de GP affinés durant des temps différents, d'autres de fromages similaires de dimension réduite, d'autres produits avec du lait pasteurisé ou achetés sur le marché, ont été soumis à des études stratigraphiques. Pour chaque exemplaire, des échantillons prélevés en différents points de la croûte jusqu'à la partie centrale ont été analysés pour en déterminer le degré d'humidité, l'a_w, l'activité de l'ALP, la furosine, les acides aminés libres (FAA), les caséinophosphopeptides (CPP) et les acides gras libres (FFA). Par rapport à la caractérisation du fromage, le gradient de l'ALP ne permet de reconnaître les traitements thermiques subis par le lait dans la fabrication du GP que si on détermine l'activité de cette enzyme dans les parties périphériques du fromage sous la croûte latérale. Si le fromage est de petite dimension, le refroidissement pendant le moulage est plus rapide, et l'inactivation de l'ALP est moins importante dans la partie centrale. Si, pendant le moulage, le fromage est soumis à un chauffage forcé, on observe aussi une inactivation significative de cette enzyme dans la partie périphérique. Si l'on examine les valeurs obtenues pour la furosine, on constate qu'elles varient avec l'intensité du chauffage naturel et qu'elles vont en augmentant de la partie périphérique vers la partie centrale du GP (de 10 mg à 60 mg / 100 g de protéines). Ce gradient n'est pas influencé par un affinage prolongé, mais il change quand on apporte des modifications à la fabrication traditionnelle du GP, comme, par exemple, la pasteurisation du lait, le chauffage forcé pendant le moulage ou la diminution des dimensions de la meule. La distribution des valeurs de la furosine et de l'ALP dans les fromages constitue un paramètre pour distinguer le GP de ses produits d'imitation. Quand on examine l'affinage du fromage, les valeurs de tous les indicateurs chimiques adoptés pour évaluer le degré d'affinage du GP augmentent progressivement de la partie centrale vers la partie périphérique dans des échantillons ayant 9 ou 15 mois d'affinage. Cette distribution est plus prononcée pour la plupart des FAA et, en particulier, pour la sérine libre qui montre, dans la partie périphérique, des valeurs qui sont jusqu'à 50 % plus élevées que dans la partie centrale. La quantité du CPP (β-CN(f16-22)3P " enzyme-resistant ", lié à la présence de phosphatase et d'aminopeptidase actives, montre la même distribution stratigraphique que les FAA. La corrélation inverse entre les valeurs de furosine et des FAA (r- = -0,97), permet l'hypothèse que le chauffage, pendant le moulage, peut avoir une action sur l'affinage centripète du GP.

Key words: alkaline phosphatase / casein phosphopeptide / cheese / furosine / Grana Padano

Mots clés : phosphatase alcaline / caséinophosphopeptide / fromage / furosine / Grana Padano