Caractéristiques d’intérêt technologique pour les produits laitiers

Toutes les LAB ont un métabolisme fermentaire et sont dépourvues de chaîne respiratoire ayant comme accepteur terminal l’O2. Néanmoins, beaucoup sont capables de se servir de l’O2(ou de son dérivé l’H2O2) pour réoxyder le NADH (Condon, 1987).

Production d’acides organiques en grande quantité

Le catabolisme fermentaire des hexoses conduit chez les LAB à un fort abaissement du pH extracellulaire par la production en grande quantité d’acide lactique et, chez certaines espèces, de CO2, ce qui est recherché dans la production des produits alimentaires, en particulier des produits laitiers. Le lait contient des quantités substantielles du diholoside

lactose, qui, hydrolysé, donnent les deux hexoses glucose et galactose. La fermentation du

galactose est variable selon les espèces et les souches d’une espèce de LAB (exemple : présente chez certaines souches de Lactococcus lactis, et absente de toutes les souches de

Streptococcus thermophilus).

Le catabolisme du lactose s’effectue en trois étapes. (figures 7 et 8) : - Transport du lactose à travers la membrane cellulaire. - Hydrolyse du lactose en oses (glucose et galactose)

- Catabolisme des hexoses selon la voie homo- ou hétérofermentaire. Les oses sont avant tout indispensables aux LAB elles mêmes comme sources d’énergie et de carbone.

Le catabolisme des hexoses se fait par :

- La voie des pentoses-phosphate quand les LAB sont hétérofermentaires strictes (figure 8)

- La voie de la glycolyse ou voie d’Embden Meyerbof Parnas (figure 7) quand les LAB sont homofermentaires strictes ou facultatives. Les LAB homofermentaires facultatives, contrairement aux LAB homofermentaires strictes, sont capables de cataboliser les pentoses

par la voie des pentoses-phosphate ; la fermentation des pentoses est donc hétérolactique, d’où le terme facultatif. Par ailleurs, les LAB homofermentaires strictes et facultatives peuvent avoir un métabolisme hétérofermentaire des hexoses dans certaines conditions (exemple : figures 10 et 11). Le métabolisme du pyruvate peut alors conduire aux différents produits indiqués sur la figure 12.

La fermentation des hexoses est dite homolactique si l’acide lactique est le seul composé produit. Les hexoses sont alors dégradés par la voie glycolytique en pyruvate = voie d’Ebden-Meyer hoff-Parnas(EMP) (figure 7).

La fermentation des hexoses est dite hétérofermentaire si, à côté de l’acide lactique, d’autres composés sont aussi produits tels que l’acide acétique, le CO2, l’éthanol et l’acide formique Les hexoses empruntent alors soit la voie des pentoses-phosphate (cas des LAB hétérofermentaires stricts) soit la voie de la glycolyse mais le pyruvate produit n’est pas intégralement transformé en lactate (existence d’autres voies de réoxydation du NADH, cas des LAB homofermentaires strictes ou facultatives).

Figure : 7 métabolisme du lactose chez les bactéries lactiques par la voie homofermentaire de la glycolyse (Fox et al., 2000).

Figure 8 : métabolisme du lactose chez les bactéries lactiques par la voie hétérofermentaire des pentoses-phosphate (Fox et al., 2000)

Figure 9: Voies homofermentaire/homolactique (glycolyse + LDH, rectangle gauche) et hétérofermentaire/hétérolactique (voie des pentoses-phosphate, fond gris) (Raynaud, 2006)

La fermentation des hexoses ne conduit pas aux mêmes produits terminaux selon la voie métabolique utilisée par l’espèce de LAB. Par la voie glycolytique, quatre molécules de lactate peuvent au maximum être produites par molécule de lactose consommée (= il n’existe pas d’autres voies pour réoxyder le NADH), alors que par la voie des pentoses-phosphate deux molécules de lactate, deux molécules d’éthanol et deux molécules de CO2

peuvent au maximum être produites par molécule de lactose consommée (= il n’existe pas d’autres voies pour réoxyder le NADH).

Figure 10 : Voie hétérofermentaire facultative des hexoses chez Lactococcus lactis (Raynaud, 2006). GAPDH, glycéraldéhyde-3-phosphate deshydrogénase; PFL: pyruvate formate lyase; LDH: lactate deshydrogénase; FBP, fructose di phosphate, DHAP, dihydroxy-acétone phosphate; GAP, glycéraldéhyde-3-phosphate

Figure 11 : Voie schématisée de la conversion du pyruvate par Lc. lactis en condition aérobie à pH acide (Lopez de Felipe et Hugenholtz,1999)

Figure 12 : Métabolisme du pyruvate (Raynaud, 2006). Toutes ces enzymes, excepté la LDH,

n’existent pas forcément chez toutes souches de LAB

L’accumulation d’acide produit à partir des hexoses conduit à l’acidification des produits fermentés. Cette acidification a lieu dès les premières heures de fabrication.

L’acidification (degré et vitesse) des produits laitiers détermine (a) les caractéristiques texturales du produit fini via la coagulation quand elle se fait par voie acide, le degré de minéralisation du lait et la quantité de chymosine retenue (b) les qualités sanitaires, de conservation et organoleptiques du produit fini en inhibant les bactéries pathogènes ou d’altération et en régulant, via les valeurs de pH, l’activité des autres microorganismes présents et des enzymes non microbiennes.

L’acide lactique produit peut servir de substrat à d’autres microorganismes, levures, et bactéries (figure 13).

Figure 13 : Métabolisme du lactate dans le fromage en cours d’affinage (McSweeney et Fox, 2004)

Protéolyse

De part leur taille et leur charge, les protéines et les oligopeptides du lait nécessitent la présence de protéases capables d’hydrolyser les protéines natives du lait comme les caséines (protéolyse primaire), et la présence de protéases et peptidases capables d’hydrolyser des peptides issus de la protéolyse primaire (protéolyse secondaire). Le

Dans les produits laitiers, la protéolyse :

- (a) permet la croissance des bactéries par la fourniture d’azote aminé dont elles ont besoin, Après utilisation des acides aminés et des peptides libres présents en petite quantité dans le lait, les bactéries lactiques doivent hydrolyser les protéines en peptides assimilables (de petite taille) et en acides aminés pour croître dans le lait (exemple : voir lactocoques),

- (b) contribue au développement de la texture (en hydrolysant la matrice protéique, en diminuant l’aw par fixation de l’eau sur les groupements carboxyles et aminés libérés par l’hydrolyse des ponts peptidiques, et en augmentant indirectement le pH par libération d’ammoniac à partir des acides aminés)(Upadhyay et al, 2004).

- et (c) contribue au développement de la flaveur de ces produits (en libérant des peptides et des acides aminés directement aromatisant, en hydrolysant des peptides amers libérés à partir des caséines, en libérant des acides aminés précurseurs de composés d’arôme, et en facilitant la libération des composés sapides de la matrice lors de la mastication (Upadhyay et al., 2004).

Production de composés liés aux caractéristiques sensorielles

La fermentation hétérolactique des hexoses par les LAB peut fournir des quantités substantielles de CO2et de précurseurs d’ arôme ou de certains composés d’arôme tels que l’éthanol, l’acétaldéhyde, le diacétyle, contribuant à l’élaboration de la texture (CO2) et de la flaveur des produits fermentés (figures 11 et 12) L’éthanol est un précurseur de composés d’arôme de la classe des esters. La co-fermentation du citrate et des hexoses, réalisée par certaines LAB (McSweeney and Fox, 2004) permet d’augmenter les quantités de ces composés, dans des proportions différentes selon les conditions de culture, oxygénation ou non et hexoses limitant ou non (Hugenholtz, 1993),(Lopez-De Felipe et al, 1997). Le citrate est présent à des concentrations de 4 et 10 mM dans le lait et est tout d’abord transformé en pyruvate (figure 14).

Figure 14 : Métabolisme du citrate par les souches citrate-positive chez les lactocoques et les entérocoques (Mc Sweeney et Fox, 2004)

La protéolyse, comme indiqué dans le paragraphe protéolyse, peut aussi fournir des quantités substantielles d’acides aminés composés d’arôme en eux-mêmes et précurseurs d’arôme tels que des alcools, des aldéhydes, des esters, et des composés soufrés (tableau 7).

Tableau 7 : Nom et nature chimique des principaux composés d’arômes principaux dérivés de la méthionine, des acides aminés à chaîne ramifiée et des acides aminés aromatiques (Curtin et McSweeney, 2004).

Les LAB possédent, de façon variable selon les souches/espèces/genres, les activités nécessaires à ces catabolismes d’acides aminés (figure 15).

La protéolyse, comme indiqué dans le paragraphe protéolyse, peut aussi fournir des quantités substantielles d’acides aminés composés d’arôme en eux-mêmes et précurseurs d’arôme tels que des alcools, des aldéhydes, des esters, et des composés soufrés (tableau 7).

Tableau 7 : Nom et nature chimique des principaux composés d’arômes principaux dérivés de la méthionine, des acides aminés à chaîne ramifiée et des acides aminés aromatiques (Curtin et McSweeney, 2004).

Les LAB possédent, de façon variable selon les souches/espèces/genres, les activités nécessaires à ces catabolismes d’acides aminés (figure 15).

La protéolyse, comme indiqué dans le paragraphe protéolyse, peut aussi fournir des quantités substantielles d’acides aminés composés d’arôme en eux-mêmes et précurseurs d’arôme tels que des alcools, des aldéhydes, des esters, et des composés soufrés (tableau 7).

Tableau 7 : Nom et nature chimique des principaux composés d’arômes principaux dérivés de la méthionine, des acides aminés à chaîne ramifiée et des acides aminés aromatiques (Curtin et McSweeney, 2004).

Les LAB possédent, de façon variable selon les souches/espèces/genres, les activités nécessaires à ces catabolismes d’acides aminés (figure 15).

Figure 15 : Voies du catabolisme des acides aminés chez différents microrganismes et certaines réactions chimiques (lignes pointillées) survenant dans les fromages en cours d’affinage (Curtin et Mc Sweeney, 2004)