Les fermentations alimentaires

Les fermentations alimentaires

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Activité 1 : Rappels sur les différentes fermentations alimentaires

Introduction : La fermentation est un processus métabolique convertissant généralement des glucides en acides, en gaz ou en alcools pour en extraire une partie de l'énergie chimique. Il existe quatre principaux types de fermentations. Elles sont classées en fonction des déchets produits et des ferments utilisés. Consigne : À partir des documents présentés, réaliser sous la forme de votre choix une production rappelant : • Les quatre grands types de fermentation • Les aliments produits par ces fermentations et leurs caractéristiques • Les types de micro-organismes mis en œuvre • Les réactions mises en œuvre (équations simplifiées si possible) • Les conditions physico-chimiques de ces fermentations.

Les différentes fermentations

Les aliments fermentés

+ info

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Acétique

Les différentes fermentations

Alcoolique

Propionique

Lactique

La fermentation lactique

Les bactéries lactiques Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus thermophilus transforment le lactose du lait en acide lactique au cours de la fermentation lactique. Le procédé industriel intègre les conditions nécessaires à la croissance symbiotique des bactéries lactiques donc à la production d’acide lactique : • Absence de dioxygène • Températures comprises entre 40 et 45 °C • pH 4-4,5, • Humidité suffisante, • Temps 3-4h. La réaction de fermentation lactique Le glucose, l'adénosine diphosphate (ADP) et le phosphate inorganique (Pi) produisent de l'acide lactique et de l'adénosine triphosphate (ATP).

La fermentation alcoolique

En milieu expérimental enrichi en glucose et progressivement dépourvu de dioxygène, la levure de boulanger Saccharomyces cervisiae, produit du dioxyde de carbone et de l’éthanol : c’est la fermentation alcoolique. L’énergie produite au cours de la fermentation en anaérobiose est utilisée par les levures pour leur croissance. Schéma de la fermentation alcoolique Pour la levure de boulanger, l'équation globale de la réaction s'écrit : C6H12O6+2 ADP+2 Pi⟶2 C2H5OH+2 CO2+2 ATPGlucose, 2 ADP et 2 phosphates donnent 2 éthanols, 2 dioxydes de carbone, et 2 ATP Lors de la fermentation alcoolique, plusieurs changements peuvent apparaître : un dégagement de gaz carbonique, une augmentation de la température et de la couleur, un changement d'odeur et de saveur , une diminution de la densité (transformation du sucre en alcool) et une augmentation des volumes. Le pain, la bière et le vin sont trois productions alimentaires issues de fermentation alcoolique.

La fermentation propionique

La fermentation propionique utilise une grande diversité de substrats : les sucres, le glycérol, l'acide lactique, l'acide malique. La fermentation propionique ayant pour substrat l'acide lactique joue un rôle majeur en fromagerie. Les bactéries la réalisant sont les bactéries du genre Propionibacterium. Ces bactéries sont divisées en deux catégories : les cutanées et les laitières, ces dernières étant utilisées en fromagerie. Pouvant se développer sur des sources de carbone très diversifiées et sans une exigence particulière concernant les sources azotées, elles nécessitent néanmoins un apport impératif en minéraux, en biotine (vitamine B5) et en acide pantothénique. Cette fermentation conduit à la formation de propionate, d'acétate et de CO2, à partir de glucose ou de lactate, et a lieu en anaérobie. Ces ferments sont couramment utilisés dans l'industrie fromagère, notamment pour la fabrication de fromages à pâte pressée cuite du type emmental. Le dioxyde de carbone, libéré par la fermentation propionique, est à l'origine de l'ouverture de la pâte, c'est-à-dire de la formation de trous dans le fromage. Par ailleurs, les produits de cette fermentation participent à l'enrichissement de la saveur de ces fromages. Ainsi, l'affinage des fromages est réalisé à des températures permettant le développement de flore propionique (12°C ou 24°C). En fin d'affinage, les proportions élevées (200mg/100g de fromage) en acide propionique sont caractéristiques des fromages à pâte pressée cuite. En moyenne, un gruyère contient 222mg d'acide propionique pour 100g de fromage.Les bactéries du genre Propionibacterium ont également la capacité de survivre dans différents milieux de vie, allant du fromage au lait fermenté : elles résistent à des variations de température assez importantes (de 4°C durant la conservation de fromages affinés au froid jusqu'à 44°C durant la fabrication de laits fermentés).

La fermentation acétique

L'acide acétique provient de l'oxydation de l'alcool par l'oxygène de l'air. Le vin, la bière, le cidre et en général tous les liquides alcooliques fermentés s'aigrissent au contact de l'air. Louis Pasteur s'est appuyé sur les expériences des vinaigriers de son temps ainsi que sur les effets de la fermentation pour déterminer la nature du ferment utilisé. Il a découvert que pour fabriquer un nouveau vinaigre, il suffisait de mélanger du vinaigre à du vin. Dans son mémoire, il montre que le ferment est un être vivant qu'il appelle Mycoderma aceti (fleur de vinaigre) « on croirait avoir sous les yeux un amas de petits grains ou de petits globules. Il n'en est rien». Avec quelques tâches de Mycoderma aceti déposées sur une surface alcoolique, il constata le lendemain ou surlendemain que la surface est recouverte d'un voile formé par le mycoderme. Il observa la multiplication dans toutes les directions de ces mycodermes et effectua par la suite de nombreuses expériences pour montrer que Mycoderma aceti était le seul ferment dans la production du vinaigre. La réaction de fermentation acétique simplifiée est :

Pasteur en 1864 établit ainsi scientifiquement le processus de fabrication du vinaigre. Il se succède en réalité plusieurs réactions pour former l'acide acétique. La dernière réaction utilise de l'oxygène mais ce n'est pas elle qui fabrique l'acide acétique (cette réaction sert uniquement à un transfert d'électrons en H2O), les trois premières réactions s'effectuent en anaérobie.

Le yaourt

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Le vinaigre

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Le fromage

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Le pain

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Le fromage

«Le fromage est le produit affiné ou non affiné, de consistance molle ou semi -dure, dure ou extra-dure, qui peut être enrobé et dans lequel le rapport lactosérum/caséine ne dépasse pas celui du lait, et qui est obtenu : par coagulation complète ou partielle du lait […] grâce à l'action de présure […] tout en respectant le principe selon lequel la fabrication du fromage entraîne la concentration des protéines du lait ou par l'emploi de techniques de fabrication entraînant la coagulation des protéines du lait. ». On peut distinguer au moins 4 grandes familles : pâtes dures, pâtes pressées, pâtes molles et pâtes fraîches. La texture va dépendre de la vitesse de progression de l'acidification et l'aromatisation va, quant à elle, dépendre du métabolisme des ferments utilisés.Dans le circuit de fabrication du fromage, après pasteurisation du lait, de la même façon que pour la fabrication de yaourts, celui- ci est caillé par ajout de présure et de ferments lactiques. Il est transféré dans des moules qui diffèrent selon le type de fromage.

Le yaourt

Le yaourt résulte de la fermentation du lait par deux bactéries lactiques, Streptococcus thermophilus vivant en symbiose avec Lactobacillus bulgaricus. L'appellation « yaourt » est réservée à ce lait ayant été fermenté par ces deux souches de bactéries. La fabrication de yaourts se réalise en diverses étapes : Tout d'abord, le lait est pasteurisé, c'est à dire qu'il est chauffé à 72°C pendant 15 secondes. Cela permet d'éliminer les micro-organismes pathogènes. Il est ensuite ensemencé après avoir été préalablement refroidi et maintenu à une température de 43°C qui est la température optimale de croissance des bactéries lactiques. Puis, il y a l'étape d'étuvage, où le lait est mis en pot pendant 3h, ce qui permet aux ferments de se développer et de transformer le lait. Les bactéries présentes doivent être encore vivantes au moment de la consommation du yaourt, ce qui permet une meilleure digestion et un meilleur transit. La teneur en ferments viables à la commercialisation doit être supérieure à 107 germes/g de produit. De plus, il existe différents types de yaourts : fermes, brassés et à boire qui diffèrent notamment par le temps et la température d'incubation. Ils sont, par exemple, caractérisés par leur teneur en acide lactique : les yaourts fermes ont une teneur de 0,75% et les yaourts brassés ont une teneur de 1,2%. source : ensaia.univ-lorraine.fr

Le pain

Les levures de boulangerie sont de type aéroanaérobie. • En aérobiose : les levures respirent et se multiplient abondamment au dépend du glucose, mais sans formation d'alcool. • En anaérobiose : le sucre est en grande partie transformé en alcool au détriment de l'énergie libérée. On observe une faible multiplication des cellules. Action de la levure en panification : Son activité débute dès son incorporation dans la pâte et s'arrête 5 minutes après le début de la cuisson. Au cours du pétrissage en aérobiose, les cellules se multiplient rapidement. Puis durant le pointage (1ère fermentation), la levure fermente et produit du CO2 mais également beaucoup d'alcool, ce qui se traduit par un développement des arômes et parallèlement une diminution du pH (acidification). Après 1 heure d'activité, les sucres simples préexistants dans la farine sont consommés. Elle poursuit alors son action grâce au maltose provenant de l'hydrolyse de l'amidon. Durant l'apprêt (2ème fermentation), la production de CO2 est plus importante, elle s'accroît encore au cours des premières minutes de cuisson jusqu'à 50 °C, température où la levure est inactivée.source : ensaia.univ-lorraine.fr.

Le vinaigre

Production du vinaigre Il existe plusieurs méthodes de production du vinaigre : • La méthode allemande : elle consiste en un mélange d'alcool et de copeaux de hêtre, qui contiennent la bactérie nécessaire au déroulement de la fermentation. Le tout est placé dans un tonneau ventilé de bas en haut. Le vinaigre est récupéré en bas du tonneau. • La méthode d'Orléans : elle consiste à faire une culture d'Acetobacter aceti en mélangeant dans un tonneau ventilé le vin et du vinaigre. Les bactéries sont alors présentes principalement à l'interface air-liquide c'est à dire en surface. Il s'agit d'une méthode de culture statique. Aujourd'hui cette méthode est utilisée pour produire du vinaigre traditionnel et de qualité. Depuis les travaux de Pasteur, la bactérie Acetobacter aceti est mise en culture rationalisée pour une production de vinaigre industrielle. Le processus de fermentation est ainsi accéléré, autrefois de 3 semaines, il est aujourd'hui possible de produire d'importantes quantités de vinaigre en 24 heures.La méthode industrielle implique l'utilisation d'un bioréacteur fonctionnant avec un niveau élevé d'aération et des bactéries immergées dans la solution de culture. Le vinaigre peut être fabriqué à partir de différentes matières premières notamment du raisin, du riz, des pommes, des baies, des céréales, du petit-lait ou du miel. La législation concernant l'appellation vinaigre varie selon les pays : en Europe la concentration en acide acétique doit être au moins de 60g.L-1 et aux États-Unis elle doit être d'au moins 40g.L-1source : ensaia.univ-lorraine.fr

Kombucha

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La charcuterie

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Le kéfir

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Kimchi

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Le kéfir

Le mot kéfir vient d'une langue du Caucase, où on le boit depuis au moins la haute Antiquité. Selon une autre version, ce mot viendrait du turc « keyif », signifiant « qui donne du plaisir » ou « köpür » signifiant « mousse ». En Europe il est consommé régulièrement en Russie, où une importante littérature scientifique lui est consacrée (il est également distribué aux patients des hôpitaux comme complément de santé), en Serbie, en Slovénie et en Bulgarie comme boisson traditionnelle avec la gibanica. On suppose que le kéfir est apparu quand les nomades transportaient du lait de renne, chèvre, de brebis, bovins, chameaux ou d'autres animaux, dans des sacs de peau. La fermentation prenant place dans ces sacs, transformait le lait en un breuvage épais, au goût unique, tout en lui assurant une meilleure conservation. On appel ce kéfir le "kéfir de lait" Un autre kéfir existe, constitué d'autres bactéries, dit « kéfir de fruits ». Là aussi il pouvait s'agir d'un moyen de conserver quelques jours une boisson fruitée sans qu'elle ne devienne toxique.

Charcuterie

Le saucisson sec est un produit cru et fermenté. Il est composé d'un boyau animal dans lequel est introduit un mélange de viande hachée, du porc en général, de sel, de sucre (glucose, lactose...), d'épices et de ferments. Le produit formé subit ensuite une phase d'étuvage de 72h à une température comprise entre 20 et 25°C puis une phase de séchage entre 13 et 14°C d'une durée variable, entre 15 et 75 jours. Ces deux phases ayant pour même objectif la dessiccation du produit et le développement de la flore. La viande de porc ne contient que très peu de glucides, c'est pour compenser ce manque que du sucre est ajouté à la viande hachée, fournissant ainsi des substrats pour la fermentation bactérienne. Les deux ferments ajoutés à la préparation sont : • Des Lactobacilles, bactéries à Gram positif anaérobies. Ils dégradent le lactose et le glucose en acide lactique par voie fermentaire, ce qui entraîne une acidification du milieu. • Des Micrococcaceae dont Staphylococcus est le genre le plus adapté au milieu du saucisson. Ils réduisent les nitrates en nitrites et jouent alors un rôle dans la coloration du produit. Ils réalisent également une lipolyse permettant la synthèse de molécules aromatiques (cétone). Ces deux ferments, en plus d'élaborer le goût, la texture et la couleur du saucisson entraînent une inhibition de la croissance des micro-organismes pouvant altérer le goût du saucisson ou être pathogènes. Cette inhibition est permise par l'acidification du milieu et le développement de la flore positive, cela s'ajoute à l'abaissement de l'activité de l'eau entraîné par le salage.source : ensaia.univ-lorraine.fr

La Kombucha

Le kombucha est une boisson acidulée obtenue grâce à une culture symbiotique de bactéries et de levures dans un milieu sucré : thé ou tisane + sucre blanc (70 g/l) ou miel, jus de raisin. Le symbiote est couramment appelé « mère de kombucha » (vulgairement « champignon »), membrane visqueuse de quelques centimètres d'épaisseur qui ressemble à une « mère de vinaigre » et qui donne au toucher la même sensation que le konbu, l'algue laminaire. Mise en culture dans un récipient contenant la solution sucrée et recouvert d'un linge pour éviter les poussières mais laissant passer l'air, la mère se développe avec une couche jeune (couleur blanche) du côté exposé à l'air, et une couche ancienne (plus colorée) contenant des levures mortes formant un dépôt dans le fond du récipient. Cette levure permettra la fermentation lors de la mise en bouteille. Cette fermentation donnera une boisson gazeuse. Boisson traditionnellement consommée dans plusieurs pays, réputée bénéfique pour les problèmes de digestion et utilisée comme remède populaire en automédication pour de nombreuses affections, elle est actuellement largement commercialisée, mais plusieurs produits commerciaux contiennent des conservateurs ou sont pasteurisés et les bactéries potentiellement bénéfiques à notre organisme sont détruites. En conséquence, la boisson perdrait son hypothétique efficacité thérapeutique.

Composition de la kombucha

Choucroute-Kimchi

Choucroute - kimchi Ce mode de préparation du chou viendrait de Chine, où, selon la légende, il aurait été inventé au IIIe siècle avant notre ère par les constructeurs de la Grande Muraille pour résister au froid.La choucroute reste le principal plat de la province du Heilongjiang dans l'extrême Nord-Est de la Chine. Le Baechu gimchi, un plat de choux fermenté pimenté, de la Corée voisine, et ses variantes composées de différents légumes, appelés plus généralement kimchi, sont aussi très connus. En France, les premières références à la cuisson du chou ainsi préparé datent du XVe siècle, des textes du XVIe siècle en attestent la présence à la table des monastères. Au XVIIe siècle, on le trouve sous l'amusant nom de « Kompostkrut » (chou compost), et au siècle suivant il se généralise en Alsace, dans une partie de la Lorraine et dans le Bade-Wurtemberg voisin.En France, ce n'est qu'au XIXe siècle que la choucroute désignera le plat de chou cuit avec son accompagnement. Le chou fermenté est généralement cuit dans du vin blanc mais peut aussi l'être dans le cidre, la bière ou le champagne. D'autres variantes, plus récentes, remplacent la viande et charcuterie par un assortiment de poissons, nommée « choucroute de la mer », ou des saucisses de soja « choucroute végétarienne ».

Fabrication du chou fermenté

Fabrication Choucroute-Kimchi

Le chou est débarrassé de ses feuilles externes et de son trognon, puis les feuilles restantes sont laissées entières (en Roumanie) ou coupées en fine julienne sur un coupe-chou, rabot à lame multiple destiné à cet usage. Il est ensuite disposé par couches de vingt centimètres d'épaisseur séparées par des couches de sel, environ 2,5 % à 3 % du poids des légumes, dans un haut tonneau de bois ou de grès. Une planche de bois ajustée permet de fermer le récipient de manière à isoler le chou de l'air, une pierre de lester le couvercle et comprimer le tout.Les bactéries nécessaires à la fermentation sont naturellement présentes dans le chou. Au début, Leuconostoc mesenteroides commence son œuvre, puis est tué par ses propres sécrétions d'acide lactique lorsque la concentration de ce dernier atteint 0,25 % à 0,3 %. Lactobacillus plantarum et Lactobacillus cucumeris, pour l'essentiel, prennent le relais et amèneront la teneur totale en acide lactique à environ 2,5 %. La durée totale du processus de fermentation est d'environ 6 à 8 semaines, selon la quantité de sel utilisée