Les fermentations

La fermentation alcoolique ou fermentation éthylique est réalisée par de nombreux organismes vivants (bactéries, levures) de manière permanente ou occasionnelle dans des milieux dépourvus d'oxygène. La propriété de certaines levures à transformer le sucre en éthanol est utilisée par l'homme dans la production de boissons alcooliques (et non boissons alcoolisées, comme on peut le lire improprement dans la presse ou l'entendre, car l'alcoolisation se fait de manière spontanée et non par adjonction d'éthanol/alcool), et pour la fabrication du pain. La température idéale de fermentation est de 35 °C à 40 °C.

Les boissons alcooliques sont obtenues par fermentation naturelles des solutions sucrées (moûts). Il s'agit d'une réaction chimique naturelle (biochimique) obtenue grâce aux micro-organismes (bactéries, moisissures, champignons) et aux levures qui grâce à leur enzyme, la zymase, décomposent les jus de fruits naturels en éthanol et en bulles de dioxyde de carbone.

Les levures sont présentes naturellement à la surface des fruits ou ajoutées aux moûts (jus de fruit) que l'on fait fermenter. Concrètement, pour provoquer le processus de fermentation, il suffit de laisser le fruit au contact de l'air en prenant soin de broyer les membranes de protection biologiques (peau...), ce qui se fait en écrasant ou en broyant le fruit. Les levures en suspension dans l'air sont amplement suffisantes pour produire la fermentation de la bouillie en quelques jours.

On peut aussi ajouter des levures afin d'accélérer ce processus naturel, comme la levure de bière (ou celle du pain) aussi, en maintenant la température aux alentours de 37 °C, la fermentation se produit en une heure environ.

Pour le vin, ce sont les levures qui se trouvent naturellement sur la pruine qui, après pressurage (vin blancs et rosés) ou pendant la cuvaison (vins rouges) vont transformer le sucre présent dans les baies de raisin en alcool.

En œnologie, les principaux objectifs de la fermentation alcoolique d'un jus de raisin en vin sont les suivants :

• Assurer la fermentation complète et rapide des sucres.

• Éviter la production d'acidité volatile pendant la fermentation.

• Éviter la production de composés soufrés à odeurs désagréables pendant la fermentation.

• Aboutir à l'objectif aromatique et gustatif.

Ces étapes peuvent être favorisées par l'addition d'une levure sélectionnée pour ses caractéristiques fermentaires.

La conduite de la fermentation alcoolique d'un moût de raisin nécessite de maîtriser les facteurs influant directement sur la vie et la survie d'une population de levures.

La fermentation est une des étapes de la fabrication de la bière. Cette étape consiste à ensemencer le moût avec une certaine quantité de levures afin que ces levures transforment les sucres présents en alcool et en CO₂. Il existe quatre types de fermentation : basse, haute, spontanée et mixte.

Un des terrains d'application les plus importants est la boulangerie. La levure de boulanger (S. cerevisiae) est utilisée pour la fabrication de presque toutes les espèces de pains et de gâteaux traditionnels à la pâte levée, pour faire lever la pâte. Ceci se produit par la fermentation alcoolique qui dégage de fines bulles de dioxyde de carbone au sein de la pâte, et peut substantiellement en augmenter le volume. L'éthanol produit est vaporisé dans le processus de cuisson, tandis que les levures meurent à cause de la haute température.

La fermentation alcoolique ne peut se produire que sous certaines conditions :

• Température :

  • trop froid (10 °C), le processus est très ralenti voire incomplet

  • trop chaud (au-delà de 45 à 50 °C), les levures meurent, le milieu devient inapte à leur survie. La formation d'alcool pendant la fermentation limite encore plus fortement la capacité de résistance à la température de Saccharomyces cerevisiae. On considère, en vinification, que 30 °C - 32 °C est une température maximale, au-delà de laquelle le risque d'arrêt de la fermentation est très élevé. De plus en plus de vinificateurs travaillent d'ailleurs, en vin rouge, à des températures proches de 25 °C grâce à la maîtrise permise par l'installation d'échangeurs thermiques immergés (appelés couramment « drapeaux ») dans les cuves de vinification

• Oxygène : Bien que la fermentation soit un phénomène anaérobie, les levures ont besoin d'un peu d'oxygène pour se multiplier et synthétiser des stérols qui permettent une meilleure résistance à l'éthanol (et donc une survie améliorée).

• Azote assimilable : Il provient des raisins ou de leur moût mis à fermenter. Il est nécessaire pour assurer la production de protéines, donc la multiplication des levures. Dans les zones les plus méridionales, il est souvent en quantité insuffisante par rapport aux besoins de la population de levures : la carence absolue est fixée autour de 150 mg/ℓ (pour fermenter 200 g de sucres /ℓ) avec des besoins qui croissent en fonction de la quantité de sucres à fermenter. Une carence peut conduire à plusieurs résultats souvent négatifs pour la qualité des vins obtenus : production de composés soufrés malodorants (odeurs soufrées, « de réduit », de chou...), ralentissement des fins de fermentation ou arrêt de fermentation avec présence de sucres résiduels. Ces deux dernières situations induisent une élévation des risques de multiplication d'espèces indésirées à ce stade de la vinification : bactéries lactiques, bactéries acétiques, levures contaminantes (Brettanomyces bruxellensis principalement).

• Alcool : C'est un antiseptique, même pour les microorganismes qui l'ont produit. Passée une certaine concentration (de 14 à 16 %), il agit comme un poison pour les levures. Les boissons de plus haut degré alcoolique sont produites par distillation.

La fermentation lactique est très utilisée en fromagerie. Les yaourts sont obtenus à partir de lait bouilli puis refroidi et ensemencé avec une souche définie de bactérie, par exemple L. Bulgaricus (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus), et incubé selon le procédé de fermentation et le produit à fermenter.

La fabrication de la choucroute est réalisée par fermentation lactique en présence de 2 à 3 % de chlorure de sodium. Le processus est arrêté lorsque la teneur en acide lactique atteint environ 1,5 %.

La fermentation lactique est favorisée lors de l'ensilage des produits agricoles, car l'acidité produite empêche le développement d'autres micro-organismes pouvant provoquer la putréfaction des produits ensilés.

La présence de ferments lactiques dans la flore intestinale est très favorable à un bon fonctionnement de l'intestin.

La fermentation lactique est une réaction chimique pouvant se dérouler en cas de privation d'oxygène dans les cellules musculaires. Les muscles ayant besoin d'une grande quantité d'énergie en cas d'activité physique, consomment une grande quantité de sucre et surtout, d'oxygène. Le glucose et l'oxygène nécessaires à la réaction de respiration cellulaire sont stockés dans la cellule et renouvelés par la circulation sanguine. La quantité d'oxygène apportée peut ne pas être suffisante, soit en cas d'effort bref et intense (compte tenu du délai entre le débit de repos et le débit en plein effort), ou bien encore alors que le débit maximum d'oxygène est déjà atteint (pendant le sprint final), alors que du sucre reste disponible ; les cellules musculaires réalisent alors la fermentation lactique pour produire de l'énergie.

La fermentation lactique a longtemps été utilisée pour préparer une grande variété d'aliments. Elle est à l'œuvre dans la fabrication des produits à base de lait (comme le yaourt ou le fromage), à base de viande (saucisson sec) ou de poisson (Nuoc-mâm).

De nombreux fruits et légumes peuvent être consommés fermentés, comme le chou (donnant la choucroute ou le kimchi), les carottes, la betterave, les cornichons, le citron, les olives, les oignons, etc.

Elle intervient aussi dans la préparation du levain, ou de la sauce de soja.