Metabolism of lactate and sugars by dairy propionibacteria: A review

Abstract - Dairy propionibacteria are important organisms for the manufacture of Swiss-type cheese, for the biological production of propionate and vitamin B and have probiotic properties. In ail these application, their metabolic activities play a critical role. A complete understanding of propionate fermentation and of the metabolic routes used is therefore necessary. Dairy propionibacteria have a complex metabolism and involves several cycles. Lactate or sugars utilisation yields pyruvate which can be reduced to produce propionate via the transcarboxylase cycles, or oxidised to yield acetate and CO₂. During the coupled oxidation-reduction, ATP is produced by an electron transport system and fumarate acts as the final acceptor. Although propionibacteria are mainly anaerobes, the electron transport system can be used in the presence of oxygen and they possess the citrate cycle, but can not grow under normal atmosphere oxygen pressure. The proportions of propionate acetate and CO₂ produced vary depending on the strain used and this can be explained, to some extent. By their relative ability to utilise private via reactions of the citrate cycle. The physico-chemical environment during growth affects propionic acid fermentation; it is impaired by the presence of oxygen and nitrate, but fermentation at acidic pHs enhances propionate production. Fermentation in presence of more than one substrate is complex and still poorly understood. When both L- and D-lactate isomers are available, L-lactate is used preferentially. Although sugar fermentation is more efficient, in the presence of lactate and sugars, there is an évidence that lactate is used preferentially. Propionic acid fermentation is affected by the utilisation of amino acids, especially aspartate; co-metabolism of lactate and aspirate results in a lower propionate production and a decrease of the ratio propionate:acetate. There is evidence that the utilisation of the products of proteolysis is an important event in the ripening of Swiss-type cheese and could account for the low propionate:acetate ratios observed in Swiss-type cheese. © Inra / Elsevier, Paris.

Résumé - Métabolisme du lactate et des sucres par les bactéries propioniques laitières : une revue.
Les bactéries propioniques laitières sont importantes pour la fabrication de fromages de type emmental, pour la production biologique de propionate et de vitamine B₁₂, ainsi que pour leurs propriétés probiotiques. Dans ces domaines, leurs activités métaboliques ont un rôle crucial. Il est donc nécessaire de comprendre de façon approfondie la fermentation propionique et les voies métaboliques empruntée. Les bactéries propioniques possèdent un métabolisme complexe impliquant plusieurs cycles. Le pyruvate issu de l'utilisation du lactate et des sucres peut être réduit, ce qui conduit à la production de propionate via les cycles de la transcarboxylase. Le pyruvate peut aussi être oxydé en acétate et en CO₂.Au cours de ces réactions d'oxydation-réduction, un transport d'électron, dans lequel l'accepteur final est le fumarate. produit de l' ATP. Bien que les bactéries propioniques soient principalement anaérobies, le transport d'électron est possible en présence d'oxygène et elles possèdent le cycle des acides tricarboxyliques. Elles ne peuvent cependant pas se développer sous les pressions partielles en oxygène atmosphériques habituelles. Les proportions de propionate, d'acétate et de CO₂ produites sont variables en fonction de la souche utilisée ; ceci peut être en partie expliqué par la proportion de pyruvate utilisée via les réactions du cycle des acides tricarboxyliques. L'environnement physico-chimique influence la fermentation propionique. Elle est inhibée par la présence d'oxygène et de nitrate alors que la production de propionate est accrue à des pH acides. La fermentation en présence de plusieurs substrats est complexe et mal comprise. Lorsque les deux isomères du lactate sont présents, le L-Iactate est utilisé de façon préférentielle. La fermentation propionique est affectée par l'utilisation d'acides aminés, et plus particulièrement en présence d'acide aspartique. L'utilisation de l'aspartate pendant la fermentation du lactate provoque une diminution de la quantité de propionate produite ainsi que du ratio propionate : acetate. Au cours de l'affinage des fromages de type emmental, l'utilisation des produits de la protéolyse est un événement important qui pourrait être corrélé aux faibles ratios propionate : acetate observés. © Inra / Elsevier. Paris.