Influence of casein proteolysis by starter bacteria, rennet and plasmin on the growth of propionibacteria in Swiss-type cheese

Abstract - The low proteinase activity of propionibacteria renders their growth dependent on the primary hydrolysis of casein by starter bacteria. The purpose of this work was to develop a simple method which would allow us to measure the effect of casein hydrolysates by starter bacteria on the growth of propionibacteria in simulated cheese manufacture. The growth of lactic acid bacteria of starter was per-formed in UHT milk containing calcium carbonate to maintain the pH constant. After simulating the various steps (temperatures, duration) of cheese manufacture for 24 h, growth of propionibacteria was per-formed in a minimum medium to which casein hydrolysates produced by starter bacteria, rennet or plasmin were added. Growth of propionibacteria was followed photometrically and proteolysis of casein determined by the quantitative reaction of free amino acids with a cadmium ninhydrin reagent. The results have shown that growth of propionibacteria was very poor on medium containing milk alone, but amino acids released by the starter bacteria in milk influenced the growth of the microorganisms. Plasmin had no effect on casein on the liberation of free amino acids, but peptides produced by the enzyme were used by the propionibacteria. Rennet added to milk alone or together with plasmin in the absence of starter bacteria did not provoke the growth of propionibacteria; the proteolytic activity of rennet on casein did not modify starter bacteria growth, but produced a two- to threefold increase in free amino acids, depending on the starter used, and influenced the kinetics of the growth of propionibacteria. It was demonstrated that rennet may have a significant effect on the growth of propionibacteria in Emmental cheese, whereas it is generally admitted that after milk coagulation, the thermo denaturated enzyme no longer plays a role during the ripening of hard cheeses. Hydrolysis of α_s1-casein to α_s1 l-casein by the rennet, before heating the milk to 53°C for Emmental manufacture, produces substrates which are necessary for the liberation of amino acids by peptidases. Analyses of experimental cheeses manufactured with starter bacteria of high or low proteolytic activity have shown that a too high concentration of free amino acids in cheese may inhibit growth of propionibacteria.

Résumé - Influence de la protéolyse de la caséine par les levains lactiques, la présure et la plasmine sur la croissance des bactéries propioniques dans l'emmental
Une méthode simple qui permet de mesurer l'effet des hydrolysats de caséine produits par les levains lactiques, la présure et la plasmine sur la croissance des bactéries propioniques dans le fromage a été développée. La croissance des levains lactiques s'effectue dans du lait UHT additionné de carbonate de calcium pour maintenir un pH constant. Après simulation des étapes (durée, températures) de la fabrication d'un fromage durant 24 h, le surnageant des solutions est utilisé comme source d'azote pour la croissance des bactéries propioniques, réalisée dans un milieu de culture minimum. La croissance des bactéries propioniques est suivie par mesure photométrique. La protéolyse de la caséine est mesurée par la réaction quantitative des acides aminés libres avec un réactif cadmium-ninhydrine. Nos résultats montrent que les bactéries propioniques ne se développent pas sur le surnageant de lait UHT, non hydrolysé par les bactéries lactiques, mais la concentration en acides aminés, libérés par les peptidases des levains lactiques, influence directement la croissance des bactéries propioniques. L'action protéolytique de la plasmine sur la caséine n'a pas d'influence sur la production des acides aminés libres par les levains lactiques mais les peptides que libère l'enzyme sont utilisés par les bactéries propioniques. L'action protéolytique de la présure sur la caséine ne modifie pas la croissance des levains lactiques. En revanche, elle agit sur la production des acides aminés libérés par les levains lactiques et influence directement la cinétique de la croissance des bactéries propioniques. La présure, ajoutée seule au lait, ne provoque pas la croissance des bactéries propioniques. Ces expériences montrent que la présure exerce une influence indirecte importante sur la croissance des bactéries propioniques, alors que l'on admet généralement qu'après la coagulation du lait, cette enzyme, thermodénaturée, ne joue pas de rôle dans la maturation des fromages à pâte dure. L'hydrolyse des caséines par la présure, avant que le chauffage du lait n'atteigne les 53°Cde la fabrication, produit le ou les substrats nécessaires à la libération des acides aminés libres par les peptidases des bactéries lactiques. Un essai pratique de fabrication d'emmental avec des levains lactiques à forte ou faible activité protéolytique a montré qu'une trop grande concentration d'acides aminés libres dans le fromage pouvait ralentir la croissance des bactéries propioniques dont le développement semble dépendre beaucoup plus des peptides que des acides aminés libres.