Définition de la fermentation - Alexandrine Barbosa, 27 ans et

L’article ci-dessus est le résultat d’une compilation
d’extraits de pages web tirées du site de l’INRA :
http://www.inra.fr/la_science_et_vous/apprendre_experim
enter/aliments_fermentes
La gastronomie moléculaire
Comment obtenir une viande tendre ? Comment rattraper une
mayonnaise qui a tourné ? Comment… Ces questions techniques
sont mieux résolues quand elles bénéficient des résultats de la
science.
La discipline scientifique nommée "gastronomie moléculaire"
explore les pratiques et les transformations culinaires, cherchant
les mécanismes des phénomènes qui surviennent lors de l'activité
culinaire. Chaque connaissance nouvelle produite par cette
discipline est l'occasion de transferts technologiques et
d'applications pédagogiques.
En termes de gastronomie, nous allons à travers cet « article »
nous intéresser à l’utilité des microorganismes dans la production
d’aliments fermentés.
Définition de la fermentation
Une réaction biochimique sous l'action de microorganismes.
La fermentation est une réaction biochimique qui consiste à libérer
de l’énergie à partir d’un substrat organique sous l’action
d’enzymes microbiennes et à rejeter des produits. Cette réaction
ne fait pas intervenir d’oxygène (O2), elle se déroule donc en
absence d’air (anaérobiose). Elle se distingue de la respiration qui
nécessite de l’oxygène et se réalise en présence d’air (aérobiose)
notamment par son faible rendement énergétique et la diversité
des produits synthétisés.
Un peu d’histoire
Depuis des millénaires, les fermentations
sont utilisées de façon empirique pour
conserver les aliments tout en améliorant
leurs propriétés organoleptiques pour la
préparation du pain, de boissons alcoolisées
(vin et bière) de vinaigre et de fromages.
Scène de brasserie . © Musée du Louvre. C. Décamps
Les Sumériens maîtrisaient déjà la fermentation du pain et de la bière 8 000
ans avant J.C. La fabrication du vin remonte à plus de 10 000 ans et on peut
imaginer que celle du vinaigre est aussi ancienne puisqu’il s’agit d’une
maladie du vin. Les Babyloniens (5 000 ans avant J.C.) le fabriquaient à partir
du vin de palme. ). Les origines du fromage remontent au Néolithique (10
000 ans avant J.C.), quand les hommes commencent à domestiquer les
chèvres et les brebis pour faire de l'élevage et consommer le lait produit par
les animaux. Le chou fermenté dans le vin aurait servi plus récemment de
nourriture de base aux bâtisseurs de la Grande Muraille de Chine (3 000 ans
avant J.C). Depuis longtemps, la salaison permettait de garder viandes et
poissons lorsqu’elle s’accompagnait de séchage ou de fumage. Les Romains
conservaient dans la saumure, olives, radis et autres légumes. On connaît
aussi depuis longtemps les vertus de conservation du froid: Ainsi, les
Romains enveloppaient-ils de neige et de glace les poissons du Rhin pour les
transporter à Rome. Vers 1790, Nicolas Appert invente un procédé de
conservation par la chaleur des aliments dans des récipients hermétiquement
clos.
Nicolas Appert (1749-1841). Timbre-poste
dessiné et gravé par Henry Cheffer, 1955. ©
Musée de La Poste de Paris.
Aliments fermentés
Microorganismes en action : les fermentations au
service de l’alimentation humaine
La fermentation est un procédé biologique qui tire parti des
microorganismes présents sur ou dans les matières premières leur
servant de substrat. Elle permet la conservation des aliments tout
en améliorant les qualités nutritionnelles des produits et
augmentant les qualités organoleptiques des aliments. La maîtrise
du processus de fermentation consiste à favoriser une flore utile
au détriment d’une flore indésirable afin de prévenir les risques
sanitaires pouvant survenir chez les consommateurs puisque
certaines fermentations susceptibles de se produire dans des
denrées alimentaires sont indésirables. Actuellement, plus de 3500
aliments fermentés traditionnels existent de par le monde. Ils sont
d’origine animale ou végétale et nous les côtoyons dans notre
quotidien (produits laitiers comme les yaourts ou les fromages ;
produits carnés comme le saucisson ; pain et viennoiseries ;
légumes fermentés allant de la choucroute aux olives et autres).
Les boissons alcoolisées ne sont pas les seules boissons
fermentées puisque cacao, café et thé en font partie : les fèves,
les grains ou les feuilles dont ils sont issus sont mis à fermenter
après récolte afin de développer des arômes caractéristiques. De
plus, les produits de fermentation revêtent une spécificité
géographique : si en Europe le fromage et le pain sont
particulièrement appréciés, en Afrique, les aliments fabriqués à
partir de féculents fermentés (igname ou manioc) tiennent une
place importante dans l’alimentation tandis qu’en Asie, les produits
dérivés de soja ou de poissons sont consommés quotidiennement.
On distingue les fermentations selon le type de produits libérés à
l’extérieur par le microorganisme fermentaire, par exemple :
 la fermentation alcoolique réalisée par des levures du
genre Saccharomyces conduit à la libération d’alcool.
Elle est à la base de la production de la bière, du cidre,
du pain et du vin ;
 la fermentation lactique réalisée par des bactéries
dites lactiques conduit à la production d’acide lactique.
Elle est dite "homolactique" quand elle est réalisée par
des bactéries homofermentaires appartenant aux genres
Lactococcus, Lactobacillus (certaines espèces) et
Streptococcus et donne majoritairement naissance à de
l’acide lactique. Elle est qualifiée d’ "hétérolactique"
quand elle est assurée par des bactéries
hétérofermentaires appartenant aux genres Leuconostoc
et Lactobacillus et mène à la production d’acide lactique
et d’autres produits, alcool, C02 et acide acétique. Elle
intervient dans la production de yaourts, laits
fermentés, fromages, saucissons, choucroute et de
nombreux autres produits alimentaires. Cette
fermentation se produit également dans le levain ;
 la fermentation malolactique représente la
transformation de l’acide malique en acide lactique et
CO2 sous l’action de bactéries lactiques essentiellement
du genre Oenococcus. Elle entraîne une désacidification
du vin et permet d’éliminer l’acide malique qui donne au
vin une verdeur indésirable dans les vins de qualité ;
 la fermentation propionique est réalisée par des
bactéries appartenant au genre Propionibacterium et
conduit à la production d’acide propionique ; elle
intervient dans la fabrication des fromages à pâte cuite
(Comté, Gruyère et Emmental) auxquels elle donne un
goût caractéristique.
D’autre part, la fermentation est à l’origine de nouveaux produits :
- des aliments probiotiques (figure A) : un probiotique est un
supplément alimentaire microbien vivant qui a des effets
bénéfiques sur son hôte, au-delà des effets nutritionnels
traditionnels. Les probiotiques sont principalement des levures
(par exemple, Saccharomyces boulardii) et des bactéries
appartenant aux genres Lactobacillus et Bifidobacterium qui sont
ingérés sous forme de médicaments ou à partir de laits fermentés.
Les effets cliniques préventifs des probiotiques ont été montrés
dans des domaines variés (diarrhées infectieuses, manifestations
allergiques, maladies inflammatoires chroniques intestinales). Il
convient d’y ajouter des effets bénéfiques sur certaines fonctions
physiologiques (digestion, immunité, transit intestinal)
Figure A : aliments probiotiques ; Figure B : aliments biopréservés

- des aliments biopréservés (figure B) : la biopréservation est une
méthode biologique qui permet de réduire le risque
microbiologique tout en préservant les qualités nutritionnelles et
organoleptiques des produits.
Au delà, la fermentation est une technique de conservation des
aliments peu coûteuse, pratique et convenant parfaitement là où
d'autres méthodes de conservation (mise en conserve,
congélation, ...) sont inaccessibles ou inexistantes. Le procédé
exige peu d'infrastructures et d'énergie, il est bien intégré dans la
vie des villageois dans les zones rurales de nombreux pays en
développement.
Ainsi, même si certaines fermentations susceptibles de se dérouler
dans des denrées alimentaires sont indésirables, d’autres sont
exploitées industriellement pour le secteur de l’alimentation ou
d’autres domaines.
Le pain
Le pain est un produit fermenté d’origine végétale à base de blé
dont la composition est fixée par décret. Sa fabrication fait
essentiellement intervenir un champignon microscopique,
Saccharomyces cerevisiae dont l’action conduit à la production de
gaz carbonique qui permet le gonflement de la pâte à pain. Si le
pain constitue la base de l’alimentation depuis sept à huit mille
ans, sa consommation a fortement diminuée aujourd’hui tandis
que sa qualité bénéficie de l’évolution des technologies de
panification et des progrès de la levurerie.
Le yaourt
Le yaourt ou yoghourt est un produit fermenté d’origine animale à
base de lait dont la composition répond à une définition fixée par
décret. Sa fabrication fait intervenir des bactéries lactiques dont
l’action conduit à la formation d’acide lactique à partir du lactose
ou sucre du lait et d’arômes. Il se distingue des fromages frais à
coagulation lactique par le fait qu’il n’y a pas de fragmentation du
gel suivie d’un égouttage, afin d’éliminer une partie de la phase
aqueuse. Il a derrière lui une longue tradition et, de produit
traditionnel, il est passé au stade de la fabrication industrielle en
prenant appui sur les travaux de microbiologie.
La fabrication du yaourt repose sur l’action de
bactéries lactiques thermophiles sur les composants
du lait qui conduit à l’obtention d’un coagulum de
consistance plus ou moins ferme.
Définition
Le décret n°88-1203 du 30 décembre 1988, relatif aux laits
fermentés et au yaourt ou yoghourt réserve la dénomination
yaourt ou yoghourt au "lait fermenté obtenu, selon des usages
loyaux et constants, par le développement des seules bactéries
lactiques thermophiles spécifiques dites Streptococcus salivarius
subsp. thermophilus et Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus
qui doivent être ensemencées et se trouver vivantes dans le
produit fini à raison d’au moins 10 millions de bactéries par
gramme rapportées à la partie lactée". Le lait utilisé pour la
préparation doit avoir subi un traitement thermique au moins égal
à la pasteurisation, il est écrémé ou non, ou concentré ou en
poudre, enrichi ou non de constituant du lait.
Frottis coloré par la coloration de Gram du yaourt. La flèche B pointe
Lactobacillus bulgaricus, la flèche C pointe Streptococcus
thermophilus.
Au cours de la fermentation lactique, la production d’acide lactique
par les bactéries à partir du sucre du lait, le lactose, modifie la
structure des protéines (caséines micellaires) du lait et conduit à
la prise en masse de celui-ci. Le coagulum obtenu est ferme, sans
exsudation de lactosérum.
Outre le goût acidulé qu’elles confèrent au produit final, les
bactéries lui assurent une saveur caractéristique due à la
production de composés aromatiques. Certaines souches
bactériennes produisent des exopolysaccharides qui, en formant
des filaments, contribuent à la viscosité du yaourt.
Quelques chiffres
La consommation de yaourts par an et par habitant est de 20,5 kg
(2001) ce qui place la France au troisième rang de l’Union
Européenne derrière les Pays Bas et la Finlande.
La date limite de consommation (DLC) des yaourts est au
maximum de 30 jours à partir de la date de fabrication car les
bactéries doivent rester vivantes et en nombre suffisant (10
millions soit 107 à la DLC). En fin de fabrication, le yaourt contient
environ 100 milliards (1011) de bactéries vivantes.
Un peu d’histoire
Originaire d’Asie, le yaourt serait né selon la tradition aux temps bibliques :
révélé par un ange à Abraham, il aurait contribué à la longévité du patriarche.
Il apparaît vraiment en France vers 1542 sous François 1er qui aurait été guéri
de troubles intestinaux grâce à un yaourt au lait de brebis offert par Soliman
Le Magnifique. Dans le sillage des découvertes de Louis Pasteur sur la
fermentation lactique, de nombreux chercheurs s’intéressent aux
microorganismes présents dans le lait : en 1902, deux médecins français, Rist
et Khoury, isolent les bactéries présentes dans un lait fermenté égyptien ;
Elie Metchnikoff (1845-1916) isole ensuite la bactérie spécifique du yaourt "le
bacille bulgare", analyse l’action acidifiante du lait caillé et suggère une
méthode de production sûre et régulière. Au XXe siècle, dans la France de la
Belle Epoque, le yaourt est proposé dans les pharmacies mais on le trouve
également dans quelques crémeries ; sa fabrication industrielle débute en
1930 en France à l’initiative de Daniel Carasso ; il entre au dictionnaire en
1925.
Le fromage
Le fromage est un produit d’origine animale à base de lait dont la
composition est fixée par décret. Globalement, sa fabrication fait
intervenir des bactéries lactiques qui constituent les ferments
d’acidification et de la présure animale dont les enzymes
protéolytiques conduisent à l’obtention d’un gel. Coagulation et
égouttage constituent les étapes principales de l’élaboration d’un
fromage, suivis accessoirement de l’affinage après salage.
Actuellement, si la France des fromages est connue dans le monde
pour être particulièrement riche, c’est parce que tout en favorisant
l’amélioration des performances des filières et leur développement
intégré sur la base de la maîtrise des procédés supportés par des
connaissances scientifiques en continuel renouvellement, elle
s’intéresse à la protection d’un patrimoine à conserver qui allie
matière première (le lait), artisans de la transformation (les
microorganismes) et technologie (le savoir-faire des hommes).
Le mot fromage vient du latin formaticum signifiant qu’il est fabriqué
dans une forme appelée moule ou forma.
Figure A : fromage à pâte molle et à croûte fleurie ; Figure B : Maroilles, fromage à
pâte molle et à croûte lavée, Figure C : fromage à pâte persilléé.
Quelques chiffres
Si l’on considère que le lait est ensemencé avec 1 à 1,5% (vol/vol) de
ferments d’acidification, il est possible d’estimer la production mondiale
de ces derniers entre 1,9 et 2,9 millions de tonnes soit environ 1,9 à
2,9 mille milliards de milliards (1021) de cellules bactériennes. La
consommation française de fromage s’élève à 24 kilos par habitant dont
15,4 kilos de fromages affinés diversifiés et 8,6 kilos de fromages frais.
La France occupe la deuxième place au sein de l'Union Européenne,
devancée par la Grèce.
Un peu d’histoire
Les origines du fromage remontent au Néolithique, il y a environ 10 000 ans,
quand les hommes commencent à domestiquer les chèvres et les brebis pour
faire de l'élevage et consommer le lait produit par les animaux. La légende
raconte qu'un nomade transportant du lait dans une poche faite de l'estomac
d'un mouton aurait remarqué que le lait avait caillé. Au Moyen Âge, les
monastères deviennent d'importants centres de fabrication de fromages et
certaines abbayes assurent une relative fixité des principes de fabrication
(Roquefort, Munster, Maroilles, …). A la Renaissance, le mot "fromage"

apparaît dans le langage usuel. Le XXe siècle marque l’industrialisation de
fromages jusque-là confinés dans leurs terroirs et dans une production
artisanale. Apparaissent également des produits nouveaux qui s’inspirent de
produits traditionnels (fromage à pâte pressée non cuite à croûte paraffinée,
fromage à pâte molle et à croûte fleurie de forme ovale, fromages à pâte
molle et à croûte lavée inspiré de Maroilles et Munster, …), s’insèrent dans
des modes de vie ayant évolués (fromage à la coupe, miniaturisation, …) ou
reposent sur des technologies innovantes tels que les fromages à pâte fondue
ou dérivés de la technologie d’ultrafiltration ou procédé Inra MMV (initiales
des inventeurs Maubois, Mocquot et Vassal).
Fromages issus de la technologie d'ultrafiltration
Le saucisson
La flore bactérienne du saucisson : quand la biodiversité
conserve.
La conservation de la nourriture est un problème ancien et
l’Homme a inventé, souvent par hasard et de manière empirique,
différents modes de conservation qui se sont propagés dans le
temps et ont évolué. Ceux de la conservation de la viande font
partie des plus anciens : salage, fumage et fermentation. Le but
recherché initialement était de préserver la viande pour pouvoir la
transporter et la manger ultérieurement. Ce n’est que bien plus
tard que les scientifiques ont compris et expliqué les processus qui
permettent cette conservation et procurent également au produit
un goût auquel nous nous sommes habitués et que nous
recherchons.
Le saucisson sec, un écosystème qui évolue au cours de la
fabrication
Le saucisson sec est un produit carné cru et fermenté. Il s’agit
d’un produit fini et stable, dont la durée de conservation est
relativement longue sans besoins particuliers de le garder au froid.
La viande utilisée pour le fabriquer est naturellement colonisée par
des bactéries et il n’existe aucun moyen de la stériliser que ce soit
par filtration, pasteurisation ou tout autre moyen utilisé
couramment dans l’alimentation. Ces bactéries proviennent des
animaux - cuir, pelage, viscères - et appartiennent à de
nombreuses espèces. Elles se retrouvent à l’intérieur de la
préparation puis dans le saucisson en cours de procédé.
Cependant, au cours de la fabrication la plupart des espèces
disparaissent - plus spécialement les bactéries qui pourraient se
révéler pathogènes - alors que les bactéries lactiques, en
particulier Lactobacillus sakei, sont parmi les seules à subsister. Le
rôle de ces bactéries lactiques dans la préservation du saucisson
s’exprime à trois niveaux :
 la production d’acide lactique (d’où le nom de ces
bactéries) qui provoque une baisse de pH dans le
produit ; celle-ci empêche la croissance de nombreuses
bactéries et a un effet destructeur direct sur certaines
espèces bactériennes,
 l’utilisation de molécules indispensables à leur
développement aux dépends d’autres espèces,
 la production de petites molécules protéiques appelées
bactériocines qui tuent d’autres espèces bactériennes.
Lactobacillus sakei : à gauche observation au microscope
électronique à balayage, à droite colonies sur milieu gélosé
Lactobacillus sakei est donc utilisée pour la fabrication des
saucissons secs. Elle constitue la flore dominante de la viande
fraîche conservée sous vide. et est parfois présente sur d’autres
produits comme le saumon fumé.
Etude de l’article
A partir des informations fournies dans l’article et à
partir de recherches personnelles éventuellement (dictionnaire,
encyclopédies, internet dont le site de l’INRA par exemple),
répondre aux questions suivantes :
1/Qu’est ce que l’INRA ?
2/Donner la définitions des termes : organoleptique, exsudation
de lactosérum, bactéries homo et hétérofermentaires, coagulum,
bactérie thermophile et pasteurisation.
3/La définition de la fermentation fournie par cet article est-elle
correcte ?
4/Quels sont les intérêts de la fermentation dans le cadre des
aliments fermentés ? (les éléments de réponse sont dans l’article)
5/Saccharomycès est-elle une cellule procaryote ou eucaryote?
6/Donner les caractères de genre des Lactobacillus.
7/Citer les espèces bactériennes présentes dans le yaourt ?
8/Décrire le frottis coloré par la coloration de Gram présenté ci-
dessus.
9/Quel est le rôle des bactéries dans la fabrication du yaourt ?
10/Citer les étapes de fabrication du fromage. Les décrire
brièvement. (les éléments de réponse ne sont pas tous dans
l’article)
11/Citer le microorganisme présent dans les fromages à pâte
persillée.
12/Comment les bactéries lactiques permettent-elles la
préservation du saucisson ?
13/Les bactéries sont-elles toujours néfastes pour l’organisme ?
Argumenter.
Remarque : votre réflexion doit être strictement
personnelle et ne doit pas constituer un simple
copier/coller d’informations !