Correlazioni tra le caratteristiche fisico-chimiche del formaggio: uno studio su 37 categorie di formaggi

Introduzione

Il formaggio viene prodotto da vari tipi di latte e attraverso differenti metodi di lavorazione, il che porta a un’ampia diversità nelle sue caratteristiche fisiche, chimiche e sensoriali. Le variabili chiave includono il tipo di coagulante, la durata della stagionatura, il trattamento della crosta e il metodo di salatura. Sono stati descritti oltre 1.000 tipi di formaggio, con una grande varietà di forme, dimensioni, consistenze e colori. Questi attributi influenzano sia la percezione sensoriale del formaggio da parte dei consumatori che la sostenibilità economica della filiera lattiero-casearia.

I formaggi sono classificati secondo vari criteri, come la specie animale, il tipo di coagulante e la consistenza, ma queste classificazioni non sono indipendenti tra loro, creando sovrapposizioni tra categorie. Pochi studi hanno analizzato un ampio numero di formaggi confrontandone le caratteristiche. Questo lavoro pubblicato sul Journal of Dairy Science si propone di esplorare le correlazioni tra 15 caratteristiche di molti tipi di formaggio, identificare fattori latenti che spiegano la variabilità e raggruppare i formaggi in cluster utilizzando l’analisi multivariata.

Materiali e metodi

Progettazione sperimentale e categorie di formaggi

Lo studio si basa su dati raccolti durante il Caseus Veneti, una mostra annuale di formaggi nel Veneto, Italia. Sono stati analizzati 1.050 formaggi, suddivisi in 37 categorie, prodotte da 107 produttori. I formaggi erano raggruppati in tre gruppi principali:

1. Formaggi DOP (Denominazione di Origine Protetta) con 16 categorie e 321 formaggi.
2. Formaggi regionali tradizionali con 4 categorie e 136 formaggi.
3. Altri formaggi senza denominazione ufficiale, suddivisi in sottogruppi per caratteristiche (ad esempio, formaggi a pasta filata, aromatizzati, di capra).

I dettagli completi delle categorie di formaggi sono riportati nella Tabella 1.

Tabella 1 Gruppi e categorie di formaggi analizzati (n = 1.050). 1)DOP = Denominazione di Origine Protetta dell’Unione Europea; formaggi tradizionali regionali = denominazione conferita dalla Regione Veneto; coag. = coagulato. 2)Intero = latte non scremato; scremato = latte parzialmente scremato; var = varia a seconda del produttore.

Caratteristiche del formaggio disponibili

Per ogni formaggio sono state analizzate 15 caratteristiche, tra cui:

• peso, durata della stagionatura, consistenza (compattezza e adesività),
• composizione chimica (umidità, grassi, proteine, azoto solubile in acqua, ceneri),
• pH e caratteristiche del colore (luminosità, rossore, giallo/verde, croma, tonalità).

I dati sono stati raccolti entro tre giorni dal campionamento nei laboratori dell’Università di Padova. Le statistiche descrittive di queste caratteristiche sono sintetizzate nella Tabella 2.

Tabella 2: Statistiche descrittive dei 15 tratti disponibili per ogni categoria di formaggio. 1)Asiago stravecchio = formaggio di montagna DOP dell’Unione Europea a pasta molto dura; formaggi alla birra = Formaggi alla birra o balsamico e formaggi affinati nella birra o nell’aceto balsamico; formaggi erborinati = Formaggi erborinati; Casatella = Casatella Trevigiana DOP (formaggio freschissimo senza crosta); fresco = formaggi freschi-freschissimi; caprino ac = Caprino a coagulazione acida; Grana Padano = formaggio DOP a pasta molto dura stagionato 12–24 mesi; Grana Padano riserva = formaggio DOP a pasta molto dura stagionato >24 mesi; Malga fresco = formaggio tradizionale d’alpeggio estivo, stagionato <12 mesi; Malga vecchio = formaggio tradizionale d’alpeggio estivo, stagionato >12 mesi; mozzarella = formaggio freschissimo a pasta filata; Piave = formaggio DOP a pasta dura di montagna; Pasta filata molle = formaggi teneri a pasta filata. La “categoria minima” è la categoria in cui è stato riscontrato il valore minimo. “Categoria massima” è la categoria in cui è stato trovato il valore massimo. 2)WSN = azoto solubile in acqua; L* = luminosità; a* = rossore/bluastro; b* = giallo/verde; C* = croma; h° = tonalità.

Correlazioni di Pearson e fattori esplicativi latenti delle caratteristiche del formaggio

È stata condotta un’analisi fattoriale per ridurre il numero di variabili a un insieme di fattori latenti, che rappresentano le principali caratteristiche dei formaggi. Quattro fattori sono stati estratti, spiegando gran parte della varianza comune tra le caratteristiche. I risultati dettagliati dell’analisi fattoriale sono illustrati nella Figura 1.

Figura 1. Correlazioni di Pearson tra la durata della stagionatura, il peso, la compattezza e l’adesività dei formaggi, e tra questi e gli altri tratti rilevati per 37 categorie di formaggi. WSN = azoto solubile in acqua; L* = luminosità; a* = rosso/blu; b* = giallo/verde; C* = croma; h° = tonalità.

Raggruppamento delle categorie di formaggi

Le 37 categorie di formaggio sono state analizzate con un metodo di clustering gerarchico basato sui 15 tratti misurati. È stato generato un dendrogramma che ha individuato otto cluster di formaggi in base alla somiglianza delle caratteristiche chimiche e fisiche, visualizzato nella Figura 2.

Figura 2 – Raggruppamento di 37 categorie di formaggi. I riquadri rossi raggruppano le categorie assegnate a ciascun cluster. DOP = Denominazione di Origine Protetta dell’Unione Europea.

ANOVA dei punteggi e delle caratteristiche dei fattori del formaggio in base ai cluster di formaggi

Sono state eseguite analisi ANOVA per confrontare i cluster di formaggi. I punteggi dei fattori esplicativi latenti e i 15 tratti sono stati confrontati per identificare le differenze significative tra i vari cluster. I risultati ANOVA dettagliati sono presentati nella Figura 3 e nella Tabella 3.

Tabella 3 – Correlazioni di Pearson tra i tratti della composizione chimica di 37 categorie di formaggi. 1) WSN = azoto solubile in acqua.

Risultati

Correlazioni tra le caratteristiche del formaggio

I coefficienti di correlazione tra le 15 caratteristiche del formaggio sono molto variabili. Alcune caratteristiche, come la durata della stagionatura, il peso delle forme, la compattezza e l’adesività del formaggio, presentano correlazioni positive (Figura 1). In particolare, la compattezza e l’adesività sono correlate del +92%, mentre il peso del formaggio ha correlazioni positive più basse (38%–69%).

Le correlazioni tra queste caratteristiche sono spiegate dalle loro relazioni con il pH, grassi, proteine e WSN. Per esempio, il peso del formaggio ha correlazioni minori con l’umidità e i grassi, dato che la perdita di umidità dipende da vari fattori (temperatura, confezionamento, ecc.).

Le correlazioni tra i tratti chimici del formaggio (umidità, grassi, proteine, WSN, ceneri e pH) sono riportate nella Tabella 3. L’umidità ha correlazioni negative significative con gli altri componenti chimici, come grassi (-93%) e ceneri (-80%).

Anche le correlazioni tra i tratti del colore sono state esaminate e sono riportate nella Tabella 4. La luminosità (L*) è quasi indipendente dagli altri tratti cromatici, mentre a*, b* e C* sono altamente correlati tra loro.

Tabella 4 – Correlazioni di Pearson tra i tratti del colore di 37 categorie di formaggi. 1) L* = luminosità; a* = intensità del colore rosso/azzurro; b* = giallo/verde; C* = croma; h° = tonalità

Infine, la Tabella 5 mostra le correlazioni tra le caratteristiche chimiche e cromatiche. La luminosità ha una forte correlazione con l’umidità e correlazioni negative con grassi, proteine, WSN, ceneri e pH.

Tabella 5 – Correlazioni di Pearson tra la composizione chimica e le caratteristiche del colore di 37 categorie di formaggio.

Fattori esplicativi latenti

Per comprendere meglio la complessità delle correlazioni, è stata eseguita un’analisi multivariata, identificando quattro fattori latenti che spiegano l’86% della varianza complessiva tra i 15 tratti del formaggio. Il primo fattore, chiamato “Solidi”, spiega il 38% della varianza e rappresenta principalmente il contenuto di nutrienti (grassi, proteine, WSN, ceneri) e negativamente l’umidità (Tabella 6).

Tabella 6 – Pesi dei fattori esplicativi latenti che spiegano la variabilità di 15 tratti in 37 categorie di formaggi (i pesi rilevanti >0,50 o <−0,50 sono evidenziati in grassetto).

Il secondo fattore, “Colore”, rappresenta il 24% della covarianza e comprende i tratti cromatici a* e b*, mentre il terzo fattore, “Dimensioni”, rappresenta il peso del formaggio e la durata della stagionatura. Il quarto fattore, “Basicità”, rappresenta il pH del formaggio.

Clustering delle 37 categorie di formaggio

Utilizzando il clustering gerarchico, sono stati individuati otto gruppi di categorie di formaggi, come mostrato nel dendrogramma della Figura 2. Questi cluster spiegano una gran parte della varianza totale delle caratteristiche del formaggio.

Le medie delle caratteristiche e dei fattori latenti per ciascun cluster sono riportate nella Tabella 7, evidenziando le differenze significative tra i gruppi di formaggi.

Tabella 7. Medie dei minimi quadrati degli 8 gruppi di formaggi per i 4 punteggi dei fattori latenti, ciascuno seguito dai suoi tratti caratterizzanti (dove un tratto è incluso in più di un fattore, viene mostrato dove ha il carico più elevato, vedere la Tabella 6)

Discussione

Correlazioni tra le caratteristiche del formaggio e fattori esplicativi latenti

Nonostante esistano molti studi tecnici e libri sulla classificazione dei formaggi, pochissimi studi scientifici hanno affrontato l’analisi delle correlazioni tra le caratteristiche dei formaggi e i fattori esplicativi latenti, nonché l’uso di analisi multivariate per raggruppare e caratterizzare diverse categorie di formaggi. Tuttavia, studi su uno o pochi formaggi hanno dimostrato che la durata della maturazione ha un impatto significativo su composizione e caratteristiche sensoriali. La maturazione prolungata aumenta la proteolisi, la lipolisi e i composti organici volatili, influenzando aroma e sapore. Inoltre, una maturazione più lunga causa una maggiore perdita di umidità, soprattutto nei formaggi con crosta esposta.

La correlazione negativa tra il contenuto di umidità e quello di grassi, proteine e minerali è evidente: questi tratti sono influenzati da un fattore latente comune chiamato “Solidi”, che spiega la variazione di grassi e ceneri ma non di proteine e WSN (azoto solubile in acqua). Questi ultimi due tratti sono influenzati anche da altri fattori, legati alla dimensione dei formaggi e alla proteolisi, che è maggiore nei formaggi con pH più alto.

Lo studio ha confrontato diversi formaggi con tecniche di produzione diverse, riflettendo la realtà della produzione commerciale. La correlazione positiva tra peso e durata della maturazione (+69%) indica una tendenza a produrre formaggi più pesanti per evitare un’eccessiva essiccazione. Tuttavia, il peso non è legato al fattore “Solidi”, ma alla durata della stagionatura, che incide su più fattori. Anche il colore del formaggio ha mostrato correlazioni particolari: le coordinate polari (C* e h°) sono correlate alle rettangolari (a* e b*), ma la leggerezza (L*) è legata al fattore “Solidi”, con formaggi più freschi e acidi risultanti più leggeri.

Cluster di categorie di formaggi e loro caratterizzazione

Lo studio ha utilizzato formaggi del nord-est Italia per analizzare se le categorie potessero essere raggruppate in cluster simili alle suddivisioni tradizionali (DOP, area geografica, tecnologia). I cluster ottenuti riflettono le caratteristiche fisiche e chimiche dei formaggi e sono descritti di seguito:

Cluster DOP Grana Padano
Questo cluster comprende Grana Padano e Grana Padano riserva, che si distinguono per la lunga stagionatura e il peso elevato. Questo gruppo ha un fattore latente “dimensione” molto alto, legato al peso e al contenuto proteico elevato, frutto della parziale scrematura del latte e della lunga maturazione. Anche la compattezza è molto elevata, ma non l’adesività, a causa della struttura granulare del formaggio.

Cluster Formaggi Duri di Montagna DOP
Comprende formaggi duri di montagna, con un elevato contenuto di solidi e bassi valori di umidità. Questi formaggi hanno una stagionatura lunga e una consistenza dura, ma differiscono dai Grana Padano per un diverso metabolismo durante la maturazione.

Cluster di formaggi molto morbidi
Questo gruppo include formaggi freschissimi, come Casatella Trevigiana DOP e mozzarella. Questi formaggi sono molto umidi, leggeri e con basso contenuto di grassi e proteine, destinati a un consumo rapido dopo la produzione.

Cluster di formaggi erborinati
Questo cluster è composto da formaggi erborinati, caratterizzati da un pH molto alto, proteolisi avanzata e un colore intenso (alto C* e b*). La presenza di muffe come il Penicillum è determinante per le loro caratteristiche uniche.

Cluster intermedi
I cluster quinto, sesto e settimo sono meno distinti, con formaggi che non mostrano valori estremi in nessun tratto specifico. Il quinto cluster include formaggi molli, il sesto formaggi a pasta filata o con crosta trattata, mentre il settimo comprende formaggi a pasta dura di montagna.

Cluster di formaggi giallastri
Questo cluster comprende formaggi come Monte Veronese DOP, prodotti spesso con latte di animali al pascolo, ricchi di carotenoidi e acidi grassi polinsaturi, che conferiscono un colore giallo intenso.

Conclusioni

Tratto da: “Interrelationships among physical and chemical traits of cheese: a case study on explanatory latent factors and clustering of 37 categories of cheeses“. Journal of Dairy Science, G. Bittante, N. Amalfitano, A. Ferragina, A. Lombardi, F. Tagliapietra.