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. 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. 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 (O 2), 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. 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) 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 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. 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 1 er 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 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 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). 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 ? 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. 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 cidessus. 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) Le saucisson sec, un écosystème qui évolue au cours de la fabrication 11/Citer le microorganisme présent dans les fromages à pâte persillée. 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 : 12/Comment les bactéries préservation du saucisson ? 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 développement aux dépends d’autres espèces, la production de petites molécules protéiques appelées bactériocines qui tuent d’autres espèces bactériennes. à leur 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. lactiques permettent-elles la 13/Les bactéries sont-elles toujours néfastes pour l’organisme ? Argumenter. Remarque : votre réflexion doit être personnelle et ne doit pas constituer copier/coller d’informations ! strictement un simple