Volatiles sulphur compounds production by cheese-ripening micro flora: Catabolism of Lcysteine - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2007

Volatiles sulphur compounds production by cheese-ripening micro flora: Catabolism of Lcysteine

Production d'aromes soufres par les flores d'affinage : catabolisme de la l-cysteine

Micloth Lopez del Castillo - Lozano

Abstract

Due to their low odour threshold values volatile sulphur compounds (VSC) significantly contribute to the cheese flavour, even at low concentrations. Until now, the studies related to the production of VSC by cheese ripening microorganisms have been focused on the methionine catabolism, without paying attention to the possible contribution of cysteine in their production. This work aimed thus to establish the contribution of cysteine in the production of VSC by cheese-ripening yeasts and bacteria. In the first part of this work, five yeasts and four bacteria were selected among 37 strains, based on their capacity to produce H2S, the main degradation product of cysteine. This selection was achieved by using a practical adaptation of the methylene blue reaction, which enabled the simultaneous growth of microorganims, the collection and accurate quantification of H2S. In the second part of this work, the production of VSC by the selected strains was then assessed with the addition of cysteine, methionine or methionine-cysteine mixtures to the microbial cultures. By adding cysteine, no new VSC was produced by yeasts and only low concentrations of VSC were quantified in the bacterial cultures. With the methionine addition, the yeast strains followed two degradation pathways of methionine, and produced methional/methionol or DMDS/DMTS. Two new volatile sulphur compounds were also characterized: one of them is a thiophenone, 2-methyl-tetrahydrothiophene-3-one, and the other one is a 1,3-oxathiane. In addition, the bacteria produced VSC (DMDS, DMTS, DMQS and some thioesters) which have been already identified as the main products of methionine catabolism. With mixtures of methionine-cysteine, the production of VSC was more or less decreased depending on the concentration of the added cysteine. This effect seems to be a consequence of the limitation of the methionine catabolism by the added cysteine. Although this effect remains strain dependant, changes in the VSC profiles were observed in all the cases. Hence, in the bacteria, we observed a major production of the polysulphides DMTS and DMQS, with a parallel decrease in the concentrations of thioesters, when they were produced. In yeasts, a similar decrease was observed in the concentration of methional/methionol and in the concentrations of thioesters, but without any increase in the production of polysulphides. The low concentration of the solubilized form of H2S (HS- and S2-) in the acid medium used for yeasts may explain this result. Preliminary sniffing tests showed that the addition of low cysteine concentrations, with the simultaneous addition of methionine, produced flavour notes very close to ripened cheeses. Thus, and in a cheese-making context, we can reasonably suppose that H2S produced by cysteine catabolism would not take part in the modification of VSC profile at the beginning of ripening, because of the acid character of curd during this period. However, the following increase in the pH, as a consequence of the deacidification promoted by yeasts development, can increase the reactivity of H2S and thus, with a simultaneous production of methanethiol by the bacterial catabolism of methionine, could provide a better balance between polysulphides and thioesters. Thus, the co-production of these sulphur molecules by ripening yeasts and bacteria could improve the development of cheese ripened flavours.
Les composés soufrés volatils (CSV) sont des composés majeurs de l'arôme des fromages. Même présents à de très faibles concentrations, ils contribuent de manière significative à leur qualité aromatique et à leur typicité, du fait notamment de leur faible seuil de détection et de leur forte réactivité. Jusqu'à présent, les études portant sur la production de CSV étaient axées essentiellement sur le catabolisme de la méthionine, sans inclure l'implication potentielle de la cystéine dans leur production. Cette étude a donc eu pour principal objectif d'étudier dans quelle mesure la cystéine pourrait contribuer à la production de CSV par les levures et les bactéries de la flore d'affinage. La mise au point d'une technique de piégeage dans un système fermé, et de capture in situ de l'H2S produit par le catabolisme de la cystéine, nous a permis d'effectuer une sélection de souches les plus aptes à dégrader la cystéine. Cette technique a donc été utilisée pour quantifier la production d'H2S de vingt souches de levures et dix-sept souches de bactéries. Cinq souches de levures et quatre souches de bactéries ont été ainsi sélectionnées, et nous avons donc étudié leur capacité à produire des CSV à partir i) de la cystéine, ii) de la méthionine ou iii) de mélanges méthionine-cystéine. En ajoutant de la cystéine, aucun nouveau CSV n'a été produit par les levures, et seulement des traces de CSV ont été quantifiées chez les bactéries. Avec l'ajout de méthionine, deux voies de dégradation de la methionine ont été mises en évidence chez les souches de levures : une produisant du méthional/méthionol, l'autre du DMDS/DMTS. Deux nouveaux composés soufrés volatils ont également été détectés : la 2-méthyl-tétrahydrothiophène-3-one et le 1,3-oxothiane. Concernant les bactéries, elles produisent sur cystéine seule ou méthionine seule les CSV majeurs du catabolisme de la méthionine (DMDS, DMTS, DMQS et des thioesters). En ce qui concerne les mélanges de méthionine-cystéine, la production de CSV est plus ou moins réduite selon la concentration de cystéine ajoutée. Cet effet correspond certainement à une dégradation réduite de la méthionine consécutive à l'ajout de cystéine. Bien que cet effet demeure souche dépendant, des modifications du profil des CSV produits ont été observées dans tous les cas. Chez les bactéries, nous avons obtenu une production accrue des polysulfures DMTS et DMQS, parallèlement à la diminution de la production de thioesters. Chez les levures, on observe une diminution de la concentration de méthional/méthionol et de thioesters, mais sans augmentation de la production des polysulfures. Une faible concentration des formes solubles et réactives de l'H2S (HS- et S2-) dans le milieu de culture acide utilisé pour les levures pourrait expliquer ce résultat. Des essais de flairage ont montré que l'addition de faibles concentrations de cystéine, en présence de méthionine, assure la production de notes aromatiques globalement équilibrées et proches de celles d'un fromage à pâte molle croûte lavée bien affiné. Ainsi, dans un contexte fromager, nous pouvons raisonnablement supposer que l'H2S produit par le catabolisme de la cystéine ne participerait pas à la modification du profil de CSV en début d'affinage, à cause du caractère acide du caillé pendant cette période. Toutefois, l'augmentation du pH, résultat du développement des levures déacidifiantes, peut augmenter la réactivité de l'H2S qui, avec la production simultanée de méthanethiol par le catabolisme de la méthionine des bactéries d'affinage, pourrait ainsi favoriser un meilleur équilibre entre les polysulfures et les thioesters. Ainsi, la co-production de ces molécules soufrées par les levures et les bactéries d'affinage pourrait favoriser le développement d'un arôme équilibré de type fromage affiné.
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Dates and versions

pastel-00003442 , version 1 (27-02-2008)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00003442 , version 1

Cite

Micloth Lopez del Castillo - Lozano. Volatiles sulphur compounds production by cheese-ripening micro flora: Catabolism of Lcysteine. Sciences of the Universe [physics]. AgroParisTech, 2007. English. ⟨NNT : 2007AGPT0010⟩. ⟨pastel-00003442⟩

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