Metataxonomic profiling of microbial communities and metabolic analyses of the traditional Spanish raw cow’s milk cheese ‘Casín’ from manufacture to ripening

Abstract

[EN] Casín’ is a soft, rindless, strongly flavored, Spanish PDO cheese made from raw cow’s milk, the production of which involves a distinctive kneading process during ripening. This study aimed to characterize the bacterial and fungal communities developing during Casín cheese manufacture and ripening, assess their metabolic activity on milk components, and explore correlations between microbial dynamics and physicochemical and volatile organic compounds (VOC) profiles. Bacterial and fungal populations were assessed by culturing and high-throughput amplification and sequencing of 16S rRNA gene and ITS ribosomal regions, while basic tests and high-resolution chromatography techniques were employed to assess physicochemical parameters and metabolite profiles. Metataxonomic analyses revealed a rich microbial diversity during Casín cheese manufacture and ripening, with a progressive decline in diversity as maturation advanced. Thirty-two bacterial and 30 fungal phylotypes were detected at relative abundances >0.5% in at least one sample. Lactococcus lactis/L. cremoris and Geotrichum candidum consistently dominated bacterial and fungal communities, respectively, across all batches and time points. Concentrations of lactic and butyric acids increased throughout ripening, reflecting active fermentation and lipolysis. Among the VOC, hexanoic, butanoic, octanoic, and n-decanoic acids were the most abundant, with total VOC levels rising steadily and peaking at day 60. These compounds likely contributed to the strong characteristic aroma of mature Casín cheese. Co-occurrence and co-exclusion network analyses, combined with correlations between microbial and metabolic data, suggested that specific microorganisms play central roles in developing the distinctive sensory characteristics of Casín cheese. The results highlight the pivotal contribution of the microorganisms to the biochemical transformations underlying Casín cheese ripening. Dominant taxa, supplemented or not with subdominant taxa, have the potential to serve as the basis for developing a defined complex starter culture, aiming at maintaining the sensory distinctiveness of this PDO cheese, while improving process consistency and microbial safety.

[ES] Casín’ es un queso español con DOP, blando, sin corteza y de sabor intenso, elaborado con leche cruda de vaca. Su producción implica un proceso de amasado distintivo durante la maduración. Este estudio tuvo como objetivo caracterizar las comunidades bacterianas y fúngicas que se desarrollan durante la fabricación y maduración del queso Casín, evaluar su actividad metabólica sobre los componentes de la leche y explorar las correlaciones entre la dinámica microbiana y los perfiles fisicoquímicos y de compuestos orgánicos volátiles (COV). Las poblaciones bacterianas y fúngicas se evaluaron mediante cultivo, amplificación y secuenciación de alto rendimiento del gen ARNr 16S y las regiones ribosomales ITS. Se emplearon pruebas básicas y técnicas de cromatografía de alta resolución para evaluar los parámetros fisicoquímicos y los perfiles de metabolitos. Los análisis metataxonómicos revelaron una rica diversidad microbiana durante la fabricación y maduración del queso Casín, con una disminución progresiva de la diversidad a medida que avanza la maduración. Se detectaron treinta y dos filotipos bacterianos y treinta fúngicos con abundancias relativas superiores al 0,5 % en al menos una muestra. Lactococcus lactis/L. cremoris y Geotrichum candidum dominaron consistentemente las comunidades bacterianas y fúngicas, respectivamente, en todos los lotes y puntos temporales. Las concentraciones de ácidos láctico y butírico aumentaron a lo largo de la maduración, lo que refleja una fermentación activa y la lipólisis. Entre los COV, los ácidos hexanoico, butanoico, octanoico y n-decanoico fueron los más abundantes, con niveles totales de COV que aumentaron de forma constante y alcanzaron su punto máximo al día 60. Estos compuestos probablemente contribuyeron al intenso aroma característico del queso Casín curado. Los análisis de redes de coocurrencia y coexclusión, combinados con correlaciones entre datos microbianos y metabólicos, sugirieron que microorganismos específicos desempeñan un papel fundamental en el desarrollo de las características sensoriales distintivas del queso Casín. Los resultados ponen de relieve la contribución fundamental de los microorganismos a las transformaciones bioquímicas que subyacen a la maduración del queso Casín. Los taxones dominantes, complementados o no con taxones subdominantes, tienen el potencial de servir de base para el desarrollo de un cultivo iniciador complejo definido, con el objetivo de mantener la singularidad sensorial de este queso con DOP, a la vez que se mejora la consistencia del proceso y la seguridad microbiana.