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starter cultures on the CO2

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Academic year: 2022

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(1)

Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung WBF

Agroscope

Influence of ornithine formation by

starter cultures on the CO 2 production and quality of Gruyère type model

cheese

Marie-Therese Fröhlich-Wyder

Agroscope, Institute for Food Sciences (IFS)

Bern-Liebefeld, Switzerland

(2)

Introduction

Emmentaler AOP

Appenzeller®

Swiss Tilsiter

Guggisberg et al. (2015)

Mechanism and control of eye

formation in cheese

(3)

CO 2 production undesired

Le Gruyère AOP Sbrinz AOP

(4)

Contribution of Agroscope starters?

(5)

CO 2 formation by lactic acid bacteria

 Heterofermentative sugar fermentation

 Fermentation of citrate

 Decarboxylation of amino acids to biogenic amines

 Fermentation of lactate

 Arginine Deiminase Pathway (ADI)

Genome analyses of Lb. delbrueckii and Lc. lactis Genes for the ADI pathway

Simple test: Ornithine formation!

Str. thermophilus

(6)

The arginine deiminase pathway

Rimaux et al. (2012)

(7)

Selection of starters I

1. Incubation of the Agroscope starter cultures in a medium containing arginine

2. Separation of the culture supernatants on thin-layer plates

3. Optical intensity of ornithine-bands → Selection

(8)

Selection of starters II

AOP-G3 RMK 305 AOP-G1 RMK 291

thermophilic mixed culture

thermophilic mixed culture

thermophilic mixed culture

thermophilic mixed culture Lb. delbrueckii

subsp. lactis, S. thermophilus, Lb. helveticus

Lb. delbrueckii subsp. lactis, S. thermophilus

Lb. delbrueckii subsp. lactis, S. thermophilus, Lb. helveticus

Lb. delbrueckii subsp. lactis, S. thermophilus

Gruyère AOP Sbrinz Gruyère AOP Gruyère, semi- hard cheeses, alpine cheeses

Weak ornithine formation Strong ornithine formation

http://www.agroscope.admin.ch/kulturen/

(9)

Experimental cheese production

Aim:

To study the influence of ornithine

formation by starter cultures on cheese quality

 Gruyère-type cheeses from raw milk

 2 experiments

 5 production days

 8 cheeses per day

 40 cheeses in total

(10)

Experimental design

Kultur 4

Zusatzkultur Lb. helveticus

Schmierereifung

Gasvolumen- Monitor abiotec

Keine Zusatzkultur

Schmierereifung

Gasvolumen- Monitor abiotec

Kultur 4

Zusatzkultur Lb. helveticus

Schmierereifung

Gasvolumen- Monitor abiotec

Keine Zusatzkultur

Schmierereifung

Gasvolumen- Monitor abiotec

Kultur 4

Zusatzkultur Lb. helveticus

Schmierereifung

Gasvolumen- Monitor abiotec

Keine Zusatzkultur

Schmierereifung

Gasvolumen- Monitor abiotec

Starter 4

adjunct Lb. helveticus

Smear ripening

Gas volume measurement

system

No adjunct culture

Smear ripening

Gas volume measurement

system

(11)

Gas volume measurement system

(12)

Results

 Means of the smear ripened cheeses and of the cheeses ripened in the gas monitor system

 N = 10 per starter

 6 months ripening time

 Smear-ripened cheeses:

water  lactate  pH-value 

volatile carboxylic acids  proteolysis into depth 

smear

gas monitor

(13)

Cheese composition

 No relevant differences in the content of

lactate, water and volatile carboxylic acids (VCA) between the tested cultures.

lactate (mmol/kg)

water (gl/kg)

VCA (mmol/kg)

AOP-G3 142 339 5.20

RMK 305 142 343 5.38

AOP-G1 141 338 5.34

(14)

Proteolysis

Primary proteolysis

Ornithine-forming starters 

Secondary proteolysis

RMK 305  and RMK 291 

(15)

Ornithine formation

Ornithine formation

• AOP-G1 and RMK 291 

• AOP-G3 and RMK 305 

Arginine degradation

• AOP-G1, RMK 291, AOP-G3 

• RMK 305 

0 2 4 6 8 10 12

mm ol /k g

(16)

Effect on pH value in cheese

pH value

Ornithine forming starters 

(17)

Effect on gas formation (gas monitor)

0 20 40 60 80 100 120 140

Sp e cific gas -v olu me [mL/ kg]

AOP-G1 + LH

AOP-G1

AOP-G3 + LH

AOP-G3

(18)

Effect on gas formation (gas monitor)

0 20 40 60 80 100 120 140

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Sp e cific gas -v olu me [mL/ kg]

Ripening time [days]

RMK 291 + LH

RMK 291

RMK 305 + LH

RMK 305

(19)

In comparison with Swiss-type cheese

200 400 600 800 1000

Sp e cific g as -v olu me [mL/ kg]

RMK 291

PROP 96

(20)

Sources of CO 2

0 20 40 60 80 100 120 140 160

AOP-G1 AOP-G3 RMK 291 RMK 305

CO 2 [mL /kg]

ornithine GABA biogenic amines citrate gas monitor

 Ornithine (and g-aminobutyric acid)

(21)

Eye formation in Gruyère-type cheese

with AOP-G1 with AOP-G3

(22)

Summary

Cheeses with AOP-G1

‒ SN 

‒ pH 

‒ CO 2

Cheeses with RMK 291

‒ SN 

‒ NPN 

‒ pH 

‒ CO 2  Cheeses with AOP-G3

‒ SN 

‒ pH 

‒ CO 2

Cheeses with RMK 305

‒ SN 

‒ NPN 

‒ pH 

‒ CO 2

W eak ornithi ne formation Strong ornithi ne formation

Lb. helveticus?

(23)

Conclusion

The ornithine formation by starters has an impact on

 pH-value

 ripening and

 eye formation in cheese.

The ability to form ornithine has to be considered when selecting a starter culture.

Reason

(24)

Thank you for your attention

Walter Bisig, Dominik Guggisberg,

Ernst Jakob, Daniel Wechsler, Stefan Irmler

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