In depth dynamic characterization of French PDO Cantal cheese made from raw milk
Résumé
Abstract – Cantal is the third French Protected Denomination of Origin cheese. The Cantal cheesemaking process is similar to Cheddar cheese. Both processes involve a milling and a dry salting step which results in a homogeneous salted curd. In order to determine the key parameters of the manufacturing process acting on the specific characteristics of this cheese variety, an extensive and kinetic study repeated three times was carried out at nine stages from the raw milk to 120 d ripened cheese. The microbial ecosystem was explored by numeration and by direct extraction of DNA and PCR-Temporal Temperature Gradient Electrophoresis. Lysis of the lactic acid bacteria was checked by quantification of the intracellular lactate dehydrogenase activity. Carbon sources changes, solubilisation of minerals, proteolysis, lipolysis, and formation of neutral volatile compounds were also assessed. Cheese microstructure modifications and bacterial localisation were determined by confocal scanning laser microscopy. The controlled manufacturing conditions and the use of a complex mixture of starters led to very similar ripened cheeses. The compositional attributes (in particular total solids, fat, nitrogen forms), the lipolysis (0.7 ± 0.2% fat) and proteolysis final extent (34.4 g·kg–1 free amino acids in juice) were similar as well as major neutral volatiles compounds (2-butanone, ethanol and 2-butanol). Nevertheless, lactose and citrate metabolisms differed between the three trials and some free amino acids (Arg, Pro, Ser, Cit, Homocys) concentrations varied drastically during the ripening time course. CLSM micrographs showed that fat globules were disrupted during pressing and bacteria were preferentially localised at the fat/protein interface. As the lactic starter species were the same in the three trials and predominant during the cheese manufacture, the observed differences could result of one or several of the followings: (i) the raw milk microflora which showed to be different leading to growth or metabolism activity of particular subdominant populations during the process and the ripening; (ii) the more or less early lysis of the lactic starters; (iii) the possible interactions between raw milk microflora and the added starters. This extensive characterization of Cantal cheese provides a strong basis for building a rational concept of the key steps in which either technological actions or complementary microbial inoculation could be done in order to limit day to day variations.
Le fromage de Cantal est, en tonnage, la 3ème Appellation d'Origine Contrôlée française. Son procédé de fabrication, similaire à celui du Cheddar, implique une étape de broyage et salage à sec, qui résulte en un caillé salé homogène. Afin de déterminer les paramètres clé du procédé de fabrication agissant sur les caractéristiques spécifiques de cette variété de fromage, une étude approfondie et cinétique avec trois répétitions a été menée à 9 stades, du lait cru au fromage affiné 120 jours. L'écosystème microbien a été exploré par énumération et par extraction directe de l'ADN et PCR-Temporal Temperature Gradient Electrophoresis. La lyse des bactéries lactiques a été appréhendée par mesure de l'activité de la lactate déshydrogénase intracellulaire. Les changements intervenant dans les sources carbonées, la solubilisation des minéraux, la protéolyse, la lipolyse et l'apparition des composés volatiles neutres ont aussi été évalués. Les modifications de la microstructure du fromage ainsi que la localisation des bactéries ont été déterminées pas microscopie confocale à balayage laser (CLSM). La mise en oeuvre de conditions de fabrication très contrôlées et l'utilisation d'un levain complexe a conduit à des fromages affinés très similaires, tant sur le plan de la composition (en particulier l'extrait sec total, la matière grasse, les formes azotées) des niveaux de lipolyse (0.7 ± 0.2 % de la matière grasse) et de protéolyse (34,4 g·kg-1 d'acides aminés libres dans le jus) que sur le plan des teneurs en composés volatiles majoritaires (2-butanone, éthanol et 2-butanol). Néanmoins, les métabolismes du lactose et du citrate différaient entre les trois essais, ainsi que les concentrations en certains acides aminés libres (Arg, Pro, Ser, Cit, Homocys) qui variaient fortement au cours de l'affinage. Les photographies obtenues par CLSM montraient que les globules gras étaient brisés lors du pressage et que les bactéries étaient préférentiellement localisées à l'interface matière grasse/protéine. Comme le levain utilisé comportaient les mêmes espèces pour les trois essais et que celles-ci s'avéraient dominantes au cours de la fabrication, les différences observées peuvent résulter : (i) des variations observées dans la flore indigène du lait cru conduisant à la croissance ou l'activité métabolique de populations sous-dominantes particulières pendant la fabrication ou l'affinage ; (ii) de la lyse plus ou moins précoce des espèces du levain ; (iii) des interactions possibles entre la flore indigène du lait cru et le levain ajouté. Cette caractérisation approfondie du fromage Cantal offre une base solide pour construire un concept rationnel des étapes-clé au cours desquelles soit des actions technologiques, soit une inoculation microbienne complémentaire peuvent être réalisées afin de limiter les variations journalières et d'optimiser la qualité globale.