Lait 67 (1987) 3-39
DOI: 10.1051/lait:198711

Les activités biochimiques des Penicillium utilisés en fromagerie

Jutta CERNING^a, J.C. GRIPON^a, G. LAMBERET^b and J. LENOIR<sup>b

a</sup>  I.N.R.A., Laboratoire de Biochimie et de Technologie laitières 78350 Jouy-en-Josas (France)
^b  I.N.R.A., Laboratoire de Technologie, I.N.A. Paris-Grignon 78850 Thiverval Grignon (France)

Abstract - Biochemical activities of Penicillium used in cheese making
Penicillium camemberti and P. roqueforti represent respectively the main superficial mold of camembert type cheese and the internal mold of blue veined cheese. These species belong to the asymmetrica section which is divided into five sub-sections. P. camemberti belongs to one of these groups called lanata, P. roqueforti to the one called velutina. All strains do not possess the same properties and various forms can be recognized among the strains of each of the two species. The physiological behaviour of P. camemberti and P. roqueforti are quite different, the first one has a slow growth rate, the Iatter grows faster. P. camemberti is not very salt sensitive. P. roqueforti is stimulated by small salt quantities. The ability of the two mold species to metabolize lactic acid and lactate results in an increase of pH of the cheese which has important consequences in cheese making.
P. camemberti and P. roqueforti have quite similar proteolytic systems, they produce each one aspartyl proteinase and one metalloproteinase and exopeptidases (aminopeptidase and carboxypeptidases). The production level of the different proteolytic enzymes of P. camemberti, studied on a large number of strains, was shown to vary relatively little from one strain to the other. In vitro action of the proteolytic enzymes of P. camemberti and P. roqueforti on caseins shows that the enzymes have a similar action, the similarity being more pronounced for the aspartyl proteinases than for the metalloproteinases. Proteolysis in camembert and blue veined cheese is qualitatively very close and this reflects the similarity of proteolytic system of the two molds. However casein hydrolysis is more pronounced in blue veined cheese.
P. roqueforti produces two lipases, one has a pH optimum at 6.5 (acid lipase), the other at 8.0-8.3 (alkaline lipase). P. camemberti produces one lipase only with a pH optimum at alkaline values. The alkaline lipases of the two species have similar properties, both are more active on tributyrine than on other homogeneous triglycerides and their relative activities on triolein are close to 20 % of the activity on tributyrin. They differ by their action on tricaprylin and tricaprin with relative hydrolysis rates of 91 and 62 % for the P. roqueforti lipase and 65 and 27 % for the P. camemberti lipase. The pH is an important factor which affects the production of both lipases of P. roqueforti and of the alkaline lipase of P. camemberti. Lipolytic activity in cheese is observed essentially close to the mycelium. Therefore free fatty acids are located primarily in the center of blue veined cheese and under the surface of camembert. The quantities of free fatty acids are particularly high in the two types of cheese. The use of various P. roqueforti strains results in different votatile fatty acid profils probably because of the respective quantities of the two lipases.
It is difficult to precise which part Penicillium play in the amino acid degradation, but it has been observed that the mold is responsible for the decarboxylation and degradation of arginin.
P. roqueforti and P. camemberti, just like molds from other species produce ketones from short and medium chain saturated fatty acids via the β-oxydation path-way. Methylketones represent the major fraction of volatile components in cheese and play an important role for the organoleptical qualities, particularly for blue veined cheese.

Résumé - Le P. camemberti et le P. roqueforti constituent respectivement la moisissure superficielle dominante des fromages de type camembert et la moisissure interne des fromages à pâte persillée. Ces deux espèces appartiennent à la section des asymmetrica qui comporte cinq sous-sections dont les lanata (P. camemberti) et les velutina (P. roqueforti). Toutes les souches ne possèdent pas les mêmes caractéristiques et diverses formes peuvent être reconnues parmi les souches de chacune des deux espèces. Les comportements physiologiques de P. camemberti et de P. roqueforti sont assez différents ; la vitesse de croissance du premier est faible, celle du deuxième est plus rapide. La sensibilité au sel du P. camemberti est très faible, le P. roqueforti est stimulé par des faibles teneurs en sel. La capacité des deux espèces à consommer l'acide lactique et les lactates aboutit à la désacidification des pâtes fromagères et entraîne des répercussions majeures en fromagerie.
P. camemberti et P. roqueforti possèdent des systèmes protéolytiques présentant entre eux de très grandes analogies et synthétisent tous deux une aspartyl protéase et une métalloprotéase, et des exopeptidases (aminopeptidases et carboxypeptidases). Le niveau de production des diverses enzymes protéolytiques de P. camemberti étudié sur un assez grand nombre de souches varie relativement peu d'une souche à l'autre. L'action in vitro des enzymes protéolytiques sur les caséines met en évidence une analogie d'action entre les enzymes de P. camemberti et P. roqueforti. Cette analogie est plus marquée pour les aspartyl protéases que pour les métalloprotéases. La protéolyse est qualitativement assez proche dans les camemberts et les fromages à pâte persillée et reflète bien l'homologie observée au niveau des systèmes protéolytiques des deux moisissures. Toutefois l'hydrolyse est plus poussée dans les pâtes persillées.
P. roqueforti produit deux lipases, l'une ayant un optimum d'action à pH 6.5 (lipase acide), l'autre à pH 8,0-8,3. P. camemberti ne produit qu'une seule lipase de pH optimal d'action alcalin. Les lipases alcalines des deux espèces possèdent des caractéristiques d'action assez semblables, toutes deux sont plus actives sur la tributyrine que sur les autres triglycérides homogènes et leurs activités relatives sur trioléine sont proches de 20 % de l'activité sur tributyrine. Elles se différencient par leur action sur la tricapryline et la tricaprine avec des vitesses d'hydrolyse relatives de 91 et 62 % pour la lipase de P. roqueforti et de 65 et 27 % pour celle de P. camemberti. Le pH est un facteur important de production de l'une ou l'autre lipase de P. roqueforti, il en va de même pour la lipase alcaline de P. camemberti. L'activité lipasique dans les fromages se manifeste surtout au voisinage du mycélium, aussi les acides gras libres sont-ils localisés essentiellement dans la partie centrale des bleus et sous la croûte dans les camemberts. Les taux d'acides gras libres sont particulièrement élevés dans les deux types de fromages. L'emploi de souches différentes de P. roqueforti conduit à des profils d'acides gras volatils différents dans les bleus, probablement en raison des quantités respectives des deux lipases. La part des Penicillium dans la dégradation des acides aminés est difficile à préciser, mais il a été observé que les moisissures sont des agents responsables de la décarboxylation et de la dégradation de l'arginine.
Comme un certain nombre de moisissures appartenant à diverses espèces, P. roqueforti et P. camemberti possèdent une voie métabolique originale conduisant, à partir des acides gras saturés à chaîne courte et moyenne, à des cétones. Cette voie se greffe sur la voie normale de la β-oxydation des acides gras.
Les méthylcétones représentent une fraction majeure des composés volatils des fromages et jouent un rôle très important dans l'acquisition des qualités organoleptiques et en particulier dans le cas des pâtes persillées.

Key words: Penicillium roqueforti / Penicillium camemberti / Taxonomy / Physiology / Aspartyl proteinase / Metalloproteinase / Carboxypeptidase / Aminopeptidase / Alkaline lipase / Acid lipase / Enzyme production / Methylketones / Phosphohydrolase / Lipolysis / Proteolysis / Cheese / Ripening

Mots clés : Penicillium roqueforti / Penicillium camemberti / Taxonomie / Physiologie -Aspartyl protéases / Métalloprotéases / Carboxypeptidases / Aminopeptidases / Lipases alcalines / Lipase acide / Production d'enzyme / Phosphohydrolase / Lipolyse / Protéolyse / Méthylcétones / Fromages / Affinage