Genetic and phenotypic variability of milk coagulation properties, cheese yield, nutrients recoveries and cheese sensory properties assessed on individual milk of Brown Swiss cows

Milk cheese-making ability have received great interest from the dairy industry in the worldwide increasing of the amount of milk used for cheese production. In recent years, scientific research was mainly occupied to identify and study phenotypic and genetic variability of milk coagulation properties. The relationship between these traits and cheese yield is not entirely clear. Cheese yield, milk nutrients recoveries in the curd and whey losses represent indices that defines the efficiency of the cheese-making process and are used as tools for economic control in the dairies. To our knowledge, any studies have not yet been proposed on the assessing of yield and quality traits of individual cheese variability using bovine milk. These traits are influenced by environmental and genetic factors. In the present thesis quality cheese-making traits of milk from individual cows of the Brown Swiss were assessed. In particular, this study has focused on the milk coagulation properties, the cheese yield, the nutrients recoveries in the curd and, finally, the quality ( chemical components, physical traits and sensory properties) of cheese. Milk coagulation properties were compared through a traditional mechanical device and a near-infrared optical device. This comparison of MCP traits (RCT, k20, a30, a45) has emphasized phenotypic and genetic differences between measures obtained by the two devices, especially for samples coagulating after 30 minutes (NC samples) from start analysis. Rennet coagulation time (RCT) was the trait presenting less differences when assesses by a different instrument. Extending the analysis the analysis by either instruments allowed to: obtain RCT for all samples analysed, estimate a new curd firmness trait (a45; the width of the resulting graph after 45 min from the rennet addition), estimate the heritability of k20 and a45 and genetic correlations with the milk production and qualitative traits. The results obtained suggested the use of the optical instrument for the assessment of the first phase of coagulation process where the chemical-physical changes of the milk are not visible. Cheese yield was estimated by developing an individual model-cheese production procedure 1500 ml of milk per sample. The described model cheese-producing procedure and the obtained results provide new insight into variation and relationships among different cheese yield (curd, dry matter and water) and recovery (protein, fat, dry matter and energy) traits at the individual level. The results showed high milk quality of milk Brown Swiss breed presenting on average a cheese yield of 15%. Measures of nutrient recoveries (protein, fat, total solids and energy) were computed exhibiting a great variability. It has been observed that the yield is not only influenced by the milk dry matter but also by the milk water. From a genetic point of view, heritability has been estimated for cheese yield (of the curd, the dry matter and water) and the recovery of nutrients in the curd (protein, fat, dry matter and energy) and the results have shown a certain importance of genetic factors on the variability of these traits. Clearly, additional research on this topic is warranted, especially in terms of assessing the genetic background of these traits and the methods for their indirect prediction. Finally, it was evaluated the qualitative traits and sensory properties of cheeses produced at the individual level (from each cow). The results showed a great variability of these traits at individual level. From the variation factors considered in this study, stage of lactation appeared to be important reflecting the changes in milk composition, while order of parity did not show any significant relationship with the analysed traits. cheese composition and few sensory properties (related to the cheese texture), were influenced by the cheese yield of milk. Collection of these data at the individual level will also allow to estimate genetic parameters of these traits.

L’attitudine del latte alla caseificazione rappresenta un argomento che desta molto interesse per l’aumento della quota prodotta della materia prima destinata alla produzione di formaggio. Negli ultimi anni la ricerca scientifica si è occupata soprattutto della determinazione ed identificazione delle proprietà di coagulazione del latte atte ad essere impiegate come fattore di valutazione e, di riflesso, come possibile carattere obiettivo di selezione nelle vacche da latte. Ad oggi, la relazione tra le proprietà di coagulazione del latte e la resa casearia non è del tutto chiara. La resa in formaggio rappresenta l’indice che definisce l’efficienza del processo di caseificazione ed è per questo utilizzato come strumento di controllo economico nei caseifici. Non sono stati ancora proposti degli studi che vadano a porre l’attenzione su fenotipi legati alla resa casearia ed alla qualità del formaggio prodotto dal latte individuale di specie bovina. Tali caratteristiche variano in funzione di una serie di fattori sia di natura ambientale che genetica. Con la presente tesi sono stati presi in considerazione i caratteri che definiscono l’attitudine casearia del latte individuale di vacche di razza Brown Swiss. In particolare, l’indagine scientifica ha riguardato le proprietà di coagulazione del latte, la resa casearia e le perdite nel siero dei componenti del latte ed, infine, la qualità del formaggio tramite la analisi fisico-chimica e sensoriale. La valutazione delle proprietà di coagulazione del latte ha previsto l’utilizzo di due strumenti che presentano tecnologie di funzionamento differenti (meccanico ed ottico). Il confronto degli stessi caratteri (RCT, k20, a30, a45) ottenuti con i due strumenti ha sottolineato differenze sia da un punto di vista fenotipico che da un punto di vista genetico, soprattutto per i campioni di latte coagulanti dopo 30 minuti dall’inizio dell’analisi. Il tempo di coagulazione (RCT) è stato il parametro in cui sono state riscontrate minori differenze tra i risultati ottenuti dai due differenti strumenti. L’aumento della durata dell’analisi a 90 minuti ha permesso di: ottenere l’RCT per tutti i campioni analizzati, stimare un nuovo parametro di consistenza del coagulo a 45 minuti dall’inizio dell’analisi (a45), determinare l’ereditabilità e le correlazioni genetiche con i caratteri qualitativi del latte per il k20 ed anche per l’a45. I risultati ottenuti suggeriscono l’eventuale utilizzo dello strumento ottico per la valutazione delle primissime fasi del processo di coagulazione dove i cambiamenti chimico-fisici del latte non sono visibili. La resa casearia è stata determinata mettendo a punto una procedura di micro caseificazione utilizzando 1500 ml di latte per campione. I risultati ottenuti hanno evidenziato un’elevata qualità del latte di razza bruna con una resa media a fresco del 15% circa. È stato possibile stimare il recupero nella cagliata dei componenti del latte: questi caratteri non sono risultati costanti ma è stata osservata una certa variabilità sulla base dei fattori presi in considerazione nel presente studio (stadio di lattazione, ordine di parto, produzione di latte). È stato osservato che la resa non è influenzata solamente dalla materia utile del latte ma anche dall’acqua. Da un punto di vista genetico, è stata stimata per la prima volta nel latte bovino, l’ereditabilità della resa casearia (della cagliata, della sostanza secca e dell’acqua) e del recupero di nutrienti nella cagliata (proteina, grasso, sostanza secca ed energia). I risultati ottenuti hanno evidenziato la presenza di una rilevante componente genetico additiva degli animali, potenzialmente sfruttabile per finalità selettive. Infine, sono state valutate le caratteristiche qualitative ed organolettiche dei formaggi prodotti a livello individuale. Dallo studio delle potenziali fonti di variazione è emerso che lo stadio di lattazione risulta essere un fattore altamente significativo. Tale effetto influenza i cambiamenti di composizione del latte durante la fase produttiva della vacca, mentre l’ordine di parto non ha evidenziato alcun legame importante con i caratteri analizzati. Alcuni parametri, soprattutto quelli relativi alla texture, sembrano legati alla resa casearia del latte. La raccolta di questi caratteri, a livello individuale, permetterà anche la stima dei parametri genetici.