Mixed cultures in milk of a proteinase-positive and a proteinase-negative variant of Lactococcus lactis subsp lactis: influence of initial percentage of proteinase-positive cells on the growth parameters of each strain and on the rate of acidification

Abstract - The interactive growth of a proteinase-positive (Prt⁺) and a proteinase-negative variant (Prt^-) of a strain of Lactococcus lactis subsp lactis has been studied in milk. Simplified models have been used to describe the changes in population of each type of cells and in the acidification rate of the milk. A clear interaction was observed between the 2 types of cells as soon as the non-protein fraction was exhausted. The population level of the mixed culture (ie Prt⁺ + Prt^-) then corresponded exactly to the population level at which the Prt⁺ starts its second exponential growth phase or the Prt^- stops growing exponentially, when these strains are grown separately. In the mixed culture, growth of the Prt^- variant was stimulated, which resulted in the appearance of a second exponential growth phase for this variant and an increase in its final number of cells, when compared with that of the pure culture. On the other hand, the parental strain in the mixed culture showed a lower growth rate during the second exponential growth phase and a lower final population level than the same strain in the pure culture. The extent of these effects depended upon the initial percentage of the Prt⁺ strain in the mixture: the higher this percentage, the stronger the stimulation of the growth of the Prt^- strain. On the other hand, the lower this percentage, the stronger the inhibition of the growth of the Prt⁺ strain. As a result of this interaction, milk acidification rates were significantly lower under the critical limit of 20% Prt⁺ cells in the inoculum. Consequently, the time taken to coagulate milk was markedly longer.

Résumé - Cultures mixtes dans le lait d'une souche protéase-positive et d'un variant protéase-négatif de Lactococcus lactis subsp lactis : influence du pourcentage initial de cellules protéase-positives sur les paramètres de croissance cellulaire des 2 souches et sur la vitesse d'acidification du lait
L'interaction entre une souche protéolytique (Prt⁺) de Lactococcus lactis subsp lactis et un variant non protéolytique (Prt^-) au cours de leur culture dans le lait a été étudiée à l'aide d'un modèle simplifié de croissance cellulaire et d'acidification du lait. Une interaction nette intervient aussitôt que la fraction non protéique du lait a été épuisée pour la croissance de ces 2 souches. Le niveau de population totale de la culture mixte atteint à ce moment correspond à celui auquel la souche Prt⁺ entre dans sa deuxième phase de croissance exponentielle, et à celui auquel la souche Prt^- sort de son unique phase exponentielle de croissance, lorsque ces 2 souches sont cultivées isolément. L'association des 2 souches entraîne une stimulation de la souche Prt^- alors que la souche Prt⁺ est en partie inhibée. Cela correspond, pour la première, à l'apparition d'une seconde phase exponentielle de croissance et à un niveau final nettement supérieur à celui atteint par cette souche en culture pure. Pour la souche Prt⁺, l'inhibition se traduit par une réduction du taux de croissance au cours de la deuxième phase et un niveau final plus faible que pour la culture pure. L'intensité de l'interaction dépend du pourcentage initial de la culture en cellules Prt⁺: plus ce pourcentage est élevé, plus la stimulation de la souche Prt^- est forte. Inversement, plus ce pourcentage initial est faible, plus l'inhibition de la souche Prt⁺ paraît nette. Il en résulte une vitesse d'acidification du lait très ralentie, en particulier au-dessous d'un seuil initial de 20% de cellules Prt⁺.