Preservation of selected sourdough: comparison of freezing, freeze drying, drying and spray drying techniques

Spontaneous sourdough fermentation is one of the oldest methods used in the bakery industry for the production of homemade, typical and traditional breads and various bakery typical product of the Italian tradition. The modern biotechnology of baked goods largely uses fresh sourdough (namely sourdough of type I) as a natural leavening agent because of the many advantages it offers over baker’s yeast resulting in a final product with high sensory quality. Type I sourdough has the largest application and resembles the traditional processes. It is fully known that sourdough is characterized by a heterogeneous microbial consortium, mainly represented by lactic acid bacteria and yeasts, whose fermentation confers to the bakery product its features such as improved taste, texture and aroma, high palatability, delayed staling and increased shelf-life. It is characterized by continuous (daily) propagation to keep the microorganisms in an active state. Furthermore, the ecosystem of sourdough type I can easily undergo modification due to factors affecting the management and preservation of the dough itself, such as modification of the ingredients used and the type of flour, the change in the storage temperature, the number of refreshments made, the hygienic conditions of the processing environment and the operator. Propagation of sourdough type I is achieved by daily back-slopping, using the mother sponge taken from the preceding fermentation, mixing it with water and flour, and allowing to ferment for at least 6 h at 30°C. So, the maintaining of a fresh sourdough starter requires a little extra time and effort because daily or weekly refreshments are necessary to guarantee its good vitality. For these reasons, numerous industrial bakeries use sourdough of type III, that include the addition of "Saccharomyces cerevisiae" yeast, often causing flattening of the aromatic characteristics of the finished products. A proper stabilization of the sourdough of type I over time could represent not only an important milestone in economic terms in the bakery industry but also a prerequisite for the protection of typical and traditional bakery products. Aim of PhD thesis was, therefore, to compare different techniques in order to identify the one that could better preserve the microbial characteristics of the sourdough of type I and thus the finished baked products. For this purpose, a sourdough of type I has been subjected to different storage modes: freezing, drying, freeze-drying and spray drying. Sourdough was selected among numerous typical sourdoughs, previously characterized for lactic acid bacteria and yeast count, pH and Total Titratable Acidity (TTA) value and volatile organic composition. After the preservation treatments, microbial vitality and chemical-physical properties of the doughs were assessed. Then, the stabilized sourdough starter were used in breadmaking manufacture to assess the ability to leaven and ferment the doughs. The breads obtained were subjected to sensorial analysis and digital image analysis. Positive and encouraging results were obtained mainly with the sourdough spray-dried. In fact, among the different storage techniques tested, spray drying showed the highest survival both of yeasts and lactic acid bacteria respect to the other techniques. Furthermore, the results suggested that spray-dried sourdough, opportunely refreshed, can be successfully used for breadmaking, leading to bread with sensorial characteristics comparable to those produced using fresh sourdoughs.

La fermentazione con impasto acido è uno dei metodi più antichi utilizzati nell'industria dei prodotti lievitati da forno per la produzione di pane casereccio e di numerosi dolci tipici della tradizione italiana. L’impiego di “impasto acido” o “pasta madre” (impasto di tipo I) offre, rispetto all’uso del lievito di birra, numerosi vantaggi in termini di qualità sensoriale, nutrizionale e di shelf-life. L’impasto acido di tipo I, infatti, è caratterizzato da un consorzio microbico eterogeneo, rappresentato principalmente da batteri lattici e da lieviti, la cui fermentazione conferisce al prodotto da forno caratteristiche quali gusto, consistenza e aroma migliorati, alta appetibilità, raffermamento ritardato e maggiore shelf-life. L’impasto deve essere costantemente rinfrescato per consentire ai microrganismi di rimanere in uno stato attivo e vitale. Il rinfresco viene realizzato utilizzando una quota della madre acida prelevata dalla precedente fermentazione, mescolandola con acqua e farina e lasciandola fermentare per almeno 6 ore a 30° C. Quindi, il mantenimento di una madre acida attiva richiede tempo e impegno maggiore al fine di garantirne la sua vitalità. Per questi motivi, numerose panetterie industriali utilizzano la madre acida di tipo III che consiste in diverse preparazioni di madre acida essiccata o liofilizzata. Tali preparazioni, però, sono spesso caratterizzate da ridotta vitalità microbica e prevedono quasi sempre l'aggiunta di lievito di birra "Saccharomyces cerevisiae", che viene presentato come un "attivatore" ma che in realtà è responsabile solo per la lievitazione, causando spesso l'appiattimento delle caratteristiche aromatiche dei prodotti finiti. Una corretta stabilizzazione della madre acida di tipo I nel tempo potrebbe rappresentare non solo un'importante pietra miliare in termini economici nell'industria della panificazione, ma anche un prerequisito per la protezione dei prodotti da forno tipici e tradizionali, senza l'uso di attivatori di lievito di birra. Scopo della tesi di dottorato è stato, quindi, confrontare diverse tecniche di conservazione per identificare quella in grado di preservare meglio le caratteristiche microbiche della pasta madre di tipo I e quindi le caratteristiche sensoriali dei prodotti finiti. A tal fine, una madre acida di tipo I, caratterizzata per pH, acidità titolabile totale (TTA), composizione dei composti organici volatili, cariche microbiche di batteri lattici e lieviti, è stata sottoposta a diverse modalità di conservazione: congelamento, essiccazione, liofilizzazione e spraizzazione. Dopo i trattamenti di conservazione, sono state valutate la vitalità microbica e le caratteristiche chimico-fisiche degli impasti. Quindi, la madre acida stabilizzata è stata utilizzata nella produzione di pani per valutare la capacità lievitante e fermentante degli impasti. I pani ottenuti sono stati sottoposti ad analisi sensoriale e ad analisi digitale dell’immagine. Risultati positivi e incoraggianti sono stati ottenuti principalmente con la pasta madre spraizzata. Tra le diverse tecniche di conservazione testate, la spraizzazione ha consentito di registrare la maggior sopravvivenza sia dei lieviti sia dei batteri lattici. Inoltre, i risultati hanno messo in evidenza che la madre acida spraizzata, dopo opportuno rinfresco, consentiva di ottenere una buona lievitazione e di produrre pani con caratteristiche sensoriali paragonabili a quelle prodotte usando impasti acidi freschi.