Exposé de microbiologie Master TVRAI,ACQ BAKANG Laurent ERBES Cathy LA FERMENTATION Exposé de microbiologie Master TVRAI,ACQ BAKANG Laurent ERBES Cathy

De nombreux aliments n’existeraient pas sans fermentation. Les fermentations liées à l’action des microorganismes interviennent dans de nombreuses transformations :  transformation du lait en crèmes maturées, yaourts, fromages frais et affinés (bactéries lactiques, levures, moisissures), boissons fermentées comme le vin, la bière, le cidre… (levures, bactéries lactiques), fabrication des salaisons (bactéries lactiques), fermentation des végétaux par exemple pour la choucroute (bactéries lactiques), boulangerie traditionnelle (levures). FERMENTATION LAURENT ET CATHY

SOMMAIRE INTRODUCTION LES DIFFÉRENTES TYPES DE FERMENTATIONS APPLICATIONS: EXEMPLES DE LA FERMENTATION LACTIQUE CONCLUSION FERMENTATION LAURENT ET CATHY

INTRODUCTION DÉFINITION: 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. La fermentation est provoquée par des micro-organismes anaérobies capables de décomposer la matière organique (glucides, lipides, protides en acide organiques et alcools) et de donner du méthane et du gaz carbonique suivant le type de fermentation. La réaction de fermentation ne fait pas intervenir d’oxygène, elle se déroule donc en absence d’air (anaérobiose). Le terme fermentation dérive du latin fervere qui signifie bouillir: un liquide en cour de fermentation, alcoolique par exemple, présente un important dégagement gazeux et montre l’aspect d’un liquide en ébullition. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

INTRODUCTION La fermentation : un mot à plusieurs significations pour les microbiologistes Tout procédé impliquant la culture en masse de microorganismes aérobies et anaérobies. Tout processus biologique survenant en l’absence d’oxygène. La détérioration des aliments. La production de boissons alcoolisées. L’utilisation d’un substrat organique comme donneur et accepteur d’électrons. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

INTRODUCTION Historique 8 000 ans avant J.C : les Sumériens maîtrisaient déjà la fermentation du pain et de la bière. 3 000 ans avant J.C : le chou fermenté dans le vin aurait servi de nourriture de base aux bâtisseurs de la Grande Muraille de Chine. 1677: les premiers travaux scientifiques applicables aux levures bénéficient de l’invention du microscope par le hollandais Antoni Van Leeuwenhoek. à partir de 1789: Lavoisier consacre une part importante de ses travaux à la nature des fermentations. 1810: Gay-Lussac définit l’équation chimique globale de la réaction. 1836: Cagniard-La Tour, Schwann et Kützing publient séparément leurs observations microscopiques et concluent que la levure est un organisme vivant qui se reproduit par bourgeonnement. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

INTRODUCTION à partir de 1857: Pasteur étudie les fermentations acétique, alcoolique, butyrique et lactique. Il démontre qu’il s’agit d’un processus non seulement chimique mais biologique en isolant et cultivant les bactéries ou les levures responsables de ces phénomènes. Louis PASTEUR (1822-1895) FERMENTATION LAURENT ET CATHY

INTRODUCTION Lors de la Première Guerre Mondiale : l’augmentation des besoins en acétone (fabrication de munitions) est à l’origine d’un développement des industries de fermentation. Pendant l’Entre deux guerres: l’acétone est utilisé pour la confection de la rayonne et le procédé de fermentation permet de nouvelles synthèses: vitamine B2, glycérol, sorbose, acide citrique. Les recherches actuelles portent sur l’amélioration des techniques de fermentation, la sélection de souches microbienne à fort potentiel industriel, la découverte et l’exploitation de nouvelles voies biochimiques. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

INTRODUCTION Préparation de l’échantillon La fermentation doit avoir lieu à l’abri de l’air, donc dans des cuves bien étanches, La température du substrat doit être voisine de 35°C, Le substrat doit être légèrement alcalin : le pH optimum est de 7,5, Pour éviter des fermentations locales parasites, il faut brasser le produit afin d’homogénéiser la température et l’ensemencement, La durée de fermentation est longue : cinq à six semaines. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

INTRODUCTION Différence entre respiration et fermentation FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES La fermentation alcoolique: Elle est réalisée par des levures du genre Saccharomyces cerevisiae. Glucose + 2 ADP + 2 Pi 2 éthanol + 2 CO2 + 2 ATP Elle est à la base de la production de la bière, du cidre, du pain et du vin. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES La fermentation lactique Elle est réalisée par des bactéries dites lactiques (Streptococcus, Lactobacillus et certains Bacillus) conduisant à la production d’acide lactique. + + H2O + ÉNERGIE 4 FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES Il existe deux types de fermentation lactique: Elle est dite « homolactique » quand elle est réalisée par des bactéries homofermentaires. Les principaux genres bactériens concernés sont : Lactobacillus, Streptococcus, Lactococcus, Enterococcus et Pediococcus. Elle produit majoritairement de l’acide lactique. Elle est dite « hétérolactique » quand elle est assurée par des bactéries hétérofermentaires appartenant aux genres Leuconostoc et Lactobacillus. elle mène a la production de l’acide lactique et d’autres produits, alcool, dioxyde de carbone et acide acétique. Différentes applications: production yaourt, laits fermentés, fromages, saucissons, choucroute et de nombreux produits alimentaires. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES La fermentation acétique La production d’acide acétique par oxydation de l’alcool éthylique n’est une fermentation que dans la mesure où le substrat n’est pas totalement oxydé en CO2 et H2O. Réalisée que par des bactéries aérobies strictes. + + FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES Acetobacter aceti est principalement utilisée; Gluconobacter Lactobacillus Brettanomyces Schizosaccharomyces (S. rouxii ) Utilisation: Vinaigrerie production industrielle d’acide acétique pour les boissons alcoolisées à faible degré d’éthanol bactéries levures FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES + 2 CO2 + 2 H2 La fermentation butyrique Essentiellement réalisée par des Clostridium saccharolytiques (C. tyrobutyricum, C. butyricum, C. pasteurianum...) Elle entraîne des gonflements très importants des fromages à pâte dure, où les conditions sont très réductrices, à cause du dégagement d’hydrogène. L’acide butyrique produit apporte un goût de rance. + 2 CO2 + 2 H2 FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES La fermentation mixte Ce sont des voies métaboliques empruntées par les Enterobacteriaceae qui accompagnent les flores principales des produits. Leur action est souvent très peu souhaitable (gonflements, mauvais goûts, risques de pathogénicité), mais la diversité de leurs produits peut apporter un complément aromatique à faible concentration. Les genres bactériens principalement responsables sont : Escherichia, Enterobacter, Klebsiella, Hafnia... et appartiennent pour la plupart au groupe des coliformes. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES Escherichia coli dégrade le glucose en anaérobiose avec formation des produits suivants: acide acétique (45% du glucose utilise), acide succinique (5%), acide lactique (17%), acide formique (1%), gaz carbonique (13%), éthanol (16%), hydrogène (1%). Ces proportions varient beaucoup en fonction du pH du milieu: en milieu alcalin, l’acide formique est beaucoup plus important et il ne se dégage plus de gaz carbonique. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES La fermentation malolactique Certaines bactéries lactiques hétérofermentaires sont capables de décarboxyler l’acide malique en produisant de l’acide lactique et du CO2. + CO2 Cette réaction qui leur permet de récupérer de l’énergie est très intéressante dans la production de boissons alcoolisées comme le vin ou le cidre, car elle réduit l’acidité du produit et le rend plus facilement consommable. En effet, l’acide malique perd une de ses deux fonctions acides au cours de sa transformation en acide lactique. Les genres les plus souvent rencontrés sont : Leuconostoc, Pediococcus et Lactobacillus. Leuconostoc oenococcus. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES Les autres types de fermentations: La fermentation propionique, est réalisée par des bactéries appartenant au genre Propionibacterium et conduit à la production d’acide propionique. La fermentation mannitique, est le fait de bactéries lactiques des genres Lactobacillus et Leuconostoc. Lorsque la température d’une cuve de fermentation s’élève au-dessus de 35°C, la fermentation alcoolique s’arrête. Les sucres résiduels comme le fructose sont transformés en acide lactique, acide acétique et mannitol. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

LES DIFFÉRENTS TYPES Utilisées à des fins industrielles. La fermentation de mélasse, est exploitée pour la production d’acides organiques employés dans l’industrie alimentaire. La fermentation d’acides gras, permet d’obtenir des huiles essentielles, des arômes et des parfums. La fermentation de glucides, permet la production de matières plastiques biodégradables par des bactéries. Utilisées à des fins industrielles. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

APPLICATIONS: CAS DU YAOURT Néerlandais 38,9 Finlandais 30,9 Français 27,6 Allemand 26,9 Belge/luxembourgeois 24,5 Suédois 19,8 Irlandais 11,6 Autrichien 9,4 Britannique 6,8 Grec 7,2 Italien 6,4 FERMENTATION LAURENT ET CATHY

APPLICATIONS: CAS DU YAOURT Réception et stockage du lait Le yaourt, produit vivant, est un lait fermenté Après la standardisation du lait, sa pasteurisation et son homogénéisation, le lait est prêt pour la fabrication des yaourts. Il peut être écrémé, totalement ou partielle- ment, ou non. Selon le décret du 30 décembre 1988 : « le lait fermenté, selon des usages locaux 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 ». Standardisation en matières grasses Enrichissement en protéines Homogénéisation Traitement thermique Inculation FERMENTATION LAURENT ET CATHY

APPLICATIONS: CAS DU YAOURT Conditionnement en pot Fermentation en cuve La fabrication du yaourt repose donc 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. Fermentation en étuve Brassage du coagulum Refroidissement à 4°C Refroidissement à 20°C Conditionnement en pot Refroidissement à 4°C Stockage réfrigéré et distribution FERMENTATION LAURENT ET CATHY

APPLICATIONS: CAS DU YAOURT Protéine: Caséine Streptococcus thermophilus est mois acidifiant, apporte essentiellement l’arôme, se développe de 42 à 45 °C (mais croît encore à 50°C) Lactobacillus bulgarious apporte essentiellement l’acidité, se développe de 47 à 50°C FERMENTATION LAURENT ET CATHY

APPLICATIONS: CAS DU YAOURT Lactose Milieu extracellulaire Lactose Glucose + Galactose Galactose Milieu intracellulaire Acide pyruvique Lactate Lactate FERMENTATION LAURENT ET CATHY

APPLICATIONS:CAS DU FROMAGE La fermentation intervient aussi à différents niveaux lors de la fabrication du fromage. Le caillage, le lait est mis à cailler avec de la présure et des ferments lactiques. Le moulage, le caillé obtenu est déposé dans des moules perforés. L’égouttage, le caillé est égoutté pour évacuer le lactosérum. Le salage, les fromages sont démoulés et salés. L’affinage, les fromages mûrissent en caves d’affinage dont la température et l’humidité sont contrôlées. Des spores de moisissures (champignons filamenteux) sont ajoutées au lait, dispersées à la surface des fromages ou incorporées aux fromages pour donner, par exemple, des fromages à pâte persillée, vert-bleu (Roquefort, Bleus…) ou des fromages à croûte fleurie (Camembert, Brie…). FERMENTATION LAURENT ET CATHY

CONCLUSION La fermentation joue des rôles très divers aussi bien dans l'agriculture qu'au niveau industriel et biotechnologique sans oublier les êtres vivants, de l'homme aux bactéries. Certains animaux utilisent la fermentation pour se nourrir comme les fourmis dont l'alimentation est basée sur des moisissures. Dans les distilleries, la fermentation du jus est assurée par des levures du genre Saccharomyces. Cette opération permet de transformer les sucres en éthanol et CO2. Dans l'état actuel des technologies utilisées, la fabrication du bioéthanol comme biocarburant reste un procédé onéreux. FERMENTATION LAURENT ET CATHY

CONCLUSION Acide pyruvique Saccharomyces Propionibacterium Clostridium Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus Saccharomyces Propionibacterium Clostridium Escherichia Enterobacter Acide lactique Éthanol et CO2 Acide propanoïque, acide acétique, CO2 et H2 Acide butyrique, butanol, acétone, isopropanol et CO2 Éthanol, acide lactique, acide succinique, acide acétique, CO2 et H2 Éthanol, acide lactique, acide formique, butanediol, acétoine, CO2 et H2 FERMENTATION LAURENT ET CATHY

Nous vous remercions de votre attention. Sujet présenté par: BAKANG Laurent ERBES Cathy Avez-vous des questions ? FERMENTATION LAURENT ET CATHY

BIBLIOGRAPHIE http://www.vin-web.com http://www.75xl.indo/artocle.10.931.33.htm http://www.inra.fr http://www.catoire-fantasque.be http://neptune.labunix.uqam.ca http://ivanlys.free.fr http://1100f.free.fr/les_fermentations.htm FERMENTATION LAURENT ET CATHY