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%La fermentation du lait Quelles sont les réactions chimiques de l’acidificatio

%La fermentation du lait Quelles sont les réactions chimiques de l’acidification du lait ? Afin d’étudier le mécanisme d’acidification du lait nous avons étudié un document sur « les voies du métabolisme fermentatif du glucose » tiré d’un livre de biologie de BTS. A 20°C le pH du lait frais est de 6,5-6,8. Sa conservation est précaire. Il se dégrade sous l’action de multiples bactéries, certaines pathogènes, d’autres bénéfiques. Le lactose, principal sucre du lait ( 49 g/L) est un substrat de fermentation pour les bactéries lactiques, par exemple Streptococcus thermophilus et Lactobacillus bulgaricus qui servent dans la fabrication du yaourt. En présence de lactase (lactate déshydrogénase), enzyme sécrétée par les bactéries lactiques, le lactose est hydrolysé en glucose et galactose : Puis, le glucose est transformé en acide pyruvique, par l’ensemble des réactions de la glycolyse dans la cellule alors que le galactose est excrété hors de la cellule. La glycolyse est étudiée en biologie. Enfin l’acide pyruvique est transformé en acide lactique Au cours de la fermentation lactique : les bactéries se multiplient elles produisent de l’acide lactique et des composés d’arômes le lait s’acidifie par formation d’acide lactique (pKA = 3,8) lorsque le pH atteint 4,6. les caséines du lait précipitent ce qui entraîne la coagulation du lait. Nous avons rencontré des problèmes de : Mise en cohérence du vocabulaire Recherche des différents types de réactions rencontrées si possible écrire l’équation de la réaction. 1) Fermentation du lait au laboratoire Après concertation avec les biologistes nous avons réalisé l’expérience suivante : Dans un erlenmeyer, introduire une cuillère à café de yaourt avec 125 mL de lait (lait longue conservation). Bien mélanger. Placer l’électrode du pH-mètre dans le mélange et fermer de façon étanche. Placer l’erlenmeyer dans un bain-marie à 42°C pendant environ 3h. Afin d’obtenir des mesures reproductibles, c’est à dire sans germes extérieurs, il peut être préférable d’utiliser du matériel stérile (c’est à dire passé pendant 20 minutes dans une cocotte minute) et de travailler à la flamme. Données expérimentales (tableau excel) 2) Fermentation du lait dans l’industrie ou fabrication de yaourt Nous avons rencontré un industriel. Pour la fabrication du yaourt ferme, le lait est préalablement standardisé en matières grasses et en matières sèches puis homogénéisé. Il est pasteurisé pour détruire la majorité des germes présents. Il est ensuite refroidi à la température de 42°C dans une grande cuve. Les ferments sont ajoutés puis le mélange est homogénéisé. Il est ensuite réparti dans les pots qui sont scellés puis placés dans une étuve pendant 2 ou 3 heures. C’est l’étape de fermentation, au cours de laquelle les bactéries lactiques se développent. L’évolution de la fermentation est suivie par mesure du pH sur quelques échantillons. L’industriel dispose de courbes d’acidification de référence, dépendant du ferment qu’il utilise. Les yaourts sont ensuite refroidis rapidement grâce à de l’air froid pour stopper la croissance des bactéries et l’acidification, puis stockés au froid et commercialisés. Ils doivent être consommés dans un délai maximum de 21 jours (date limite de consommation), ce qui permet aux produits de garder leurs caractéristiques hygiéniques (absence de pathogènes) et organoleptiques (acidification pas trop importante). Lors de la fermentation, des bactéries lactiques, bénéfiques pour l’organisme, se multiplient. Le yaourt est consommable tant que le nombre de bactéries vivantes reste supérieur à une certaine limite (107par gramme) car celles-ci empêchent le développement de bactéries préjudiciables à la qualité du produit. Légalement, en France, le yaourt doit comporter plus de 107 bactéries par gramme pour recevoir sa dénomination (ce n’est pas obligatoirement le cas à l’étranger). 3) Glossaire NAD+/NADH formes oxydée et réduite de la nicotinamide phosphate Demi-équation d’oxydo-réduction : NAD+ est présent dans toutes les cellules vivantes ADP : adénosine diphosphate. ATP : adénosine triphosphate. L’hydrolyse de l’ATP en ADP fournit l’énergie nécessaire aux réactions enzymatiques. La chaleur de la réaction est de –46 à –54 kJ/mol Pi : phosphate inorganique apporté par différentes molécules. Protéine: elle résulte de la polymérisation de molécules d’acides aminés. Substrat : molécule dont l’enzyme catalyse la réaction ; nutriment pour les bactéries et réactif pour les réactions biochimiques à l’intérieur des cellules bactériennes Enzyme : molécule biologique (protéine) qui catalyse une réaction biochimique. Coenzyme : réactif consommé pendant une réaction biochimique mais restitué lors d’une deuxième réaction (exemple : NAD+). 4) Bibliographie Université Libre de Bruxelles http://www.ulb.ac.be/sciences/cudec/ Cours de Génie alimentaire http://www.calixo.net/braun/ Chimie dans la maison Cultures et Techniques IUFM de Nantes 1996 Chimie du petit déjeuner « « « 1998 Recueil des 4 1ères Olympiades de la chimie Encyclopaedia Universalis Au fil du lait Jean Cau CRDP de Dijon 1993 ISBN Livres de chimie de 1ère S nouveau programme 2001 Maison du lait (à Paris) www.maison-du-lait.com 5) Remarques sur les différentes étapes de la glycolyse 1ère étape : peut être considérée comme une estérification du groupe alcool primaire sur le carbone 6 du glucose par l’acide phosphorique en présence d’héxokinase. dans la suite le groupe OPO(OH)2 est noté (P) 2ème étape : isomérisation de « glucose6P » en « fructose6P » 3ème étape : selon le même processus que 1 estérification du groupe alcool primaire sur le carbone 1 du fructose6P 4ème + 5ème étapes : ouverture du cycle, coupure et oxydation ????????? 6ème + 7ème étapes : oxydation par NAD+ du groupe aldéhyde du 3PGA en groupe acide carboxylique etc. 10ème étape : hydrolyse d’un groupe ester phosphorique + oxydation ????? et formation d’acide pyruvique dernière étape : réduction du groupe cétone de l’acide pyruvique en groupe alcool secondaire de l’acide lactique Le bilan est donc bien : Les coenzymes ATP et NAD+ consommés en respectivement dans les étapes 1 et 3 et 6, sont produits en quantité égale dans les étapes 7 et 8 pour ATP et 11 pour NAD+. Deux autres ATP sont également produits lors de la dégradation du 2ème C3. Autre remarque : le pKA de l’acide lactique étant 3,8 et le pH du lait variant dans nos expériences entre 6 et 4, l’ion lactate est majoritaire puisque le rapport 100 [A-] / [HA] 1,2 . C’est sans doute la même chose pour l’acide pyruvique dont je n’ai pas trouvé le pKA, et cela expliquerait pourquoi on parle de lactate et non d’acide lactique. Types de réactions Home Risques Images Les T.P.E. - série S - Thèmes Yaourt Sciences et aliments uploads/Finance/ la-fermentation-du-lait.pdf