Selection and improvement of lactic acid bacteria used in meat and sausage fermentation

Abstract - Criteria for the selection of lactic acid bacteria (LAB) with application in meat fermentation are: i) suitability for propagation and preparation of starter cultures; and ii) safe performance in the fermenting substrate. The selection has to take in consideration the various, specific requirements of the fermentation process. In Europe these are usually best fulfilled by strains of Lactobacillus curvatus (L curvatus) and L sake. Some strains of L curvatus exhibit the potential to form tyramine and / or phenylethylamine and should not be used. Strains of L sake are free of this potential. Suitable isolates should be competitive and suppress the growth of undesired organisms. The formation by the strains of bacteriocin (for example curvacin A) can increase their competitiveness. A final proof of the suitability of the isolate is obtained in practical tests. An improvement of LAB in starter cultures can be achieved by either combining compatible strains to increase the overall metabolic activity above that level present in one single strain or by genetic modification. We have cloned and expressed in L sake and L curvatus the genes coding for catalase (katA) and lysostaphin (lys) by use of vectors derived from LAB plasmids. Catalase activity is a technological important property not present in L curvatus. Its expression was subjected to regulation in response to oxygen as it was observed in the gene donor L sake. After removing repetitive sequences in lys, the transformed strains of L sake and L curvatus acquired the potential to kill staphylococci not only in fermenting sausages but also in mayonnaise-based salads.

Résumé - Sélection et amélioration des bactéries lactiques utilisées dans la fermentation de la viande et des saucisses
Les critères de sélection des bactéries lactiques (LAB) pour leur utilisation dans des procédés de fermentation alimentaire sont : (i) leur aptitude à se développer et à entrer dans la préparation de levains lactiques, (ii) leur capacité reproductible à utiliser un substrat donné. La sélection de telles souches est un véritable défi puisqu'elle doit prendre en considération les besoins variés et spécifiques des procédés de fermentation. En Europe, ces besoins sont généralement les mieux couverts par des souches de Lactobacillus curvatus et L sake. Certaines souches de la première espèce peuvent produire de la tyramine et / ou de la phényléthylamine et par conséquent ne peuvent pas être utilisées. Les souches de L sake ne présentent pas cet inconvénient. Des souches naturelles appropriées devraient être compétitives et empêcheraient le développement de micro-organismes indésirables. La production par ces souches de bactériocines (par exemple curvacine A) peut augmenter leur compétitivité. La preuve finale que les souches naturelles sont adaptées n'est obtenue qu'au cours d'essais expérimentaux. Ceux-ci comprennent des analyses microbiologiques et chimiques (nitrate, nitrite, lactate, acétate) et une évaluation sensorielle (c'est-à-dire flaveur, couleur, texture) et la démonstration de la répétabilité des performances des souches. Une amélioration des bactéries lactiques dans les levains peut être obtenue soit en associant plusieurs souches compatibles de manière à ce que l'activité métabolique globale soit augmentée par rapport à ce qui est observé avec une seule souche, ou par modification génétique pour obtenir le même effet. Nous avons cloné et exprimé chez L sake et L curvatus plusieurs gènes en utilisant des vecteurs dérivés de plasmides de bactéries lactiques. Parmi les gènes clonés se trouvent ceux codant la catalase et la lysostaphine qui ont une importance pratique. L'expression de l'activité catalase est une propriété importante qui n'est pas présente chez L curvatus. L'expression du gène catalase est soumis à une régulation en fonction du niveau d'oxygène comme pour le gène provenant de la souche donneuse L sake. Après élimination des séquences répétées présentes dans le gène codant la lysostaphine, les souches de L sake et L curvatus expriment une activité staphylolytique dans les saucisses et dans les salades contenant de la mayonnaise.