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Séminaire de Bactériologie 6 - Mme Favet 10 avril 2013 1 RELATIONS ENTRE LES MI

Séminaire de Bactériologie 6 - Mme Favet 10 avril 2013 1 RELATIONS ENTRE LES MICRO-ORGANISMES ET LES ALIMENTS Un grand nombre de micro-organismes (bactéries, levures, moisissures) sont utilisés pour différentes productions dites « par voie microbiologique » : alcool, acides organiques, vitamines, hormones de croissance, antibiotiques, … aliments. Bien entendu, ces micro-organismes sont sélectionnés pour leurs qualités et leur rendement. Souvent il s’agit de mutants qui sont plus intéressants que les souches sauvages. Ces micro-organismes sont utiles, ils sont ajoutés en grand nombre et peuvent être ingérés. Utilisation des micro-organismes dans le domaine alimentaire L’utilisation des micro-organismes pour modifier ou améliorer des aliments est très ancienne. Les premiers témoignages d’une viticulture organisée viennent d’Egypte. Il y a 5 ou 6000 ans, des "vergers à vin" étaient cultivés sur les bords du Nil, car on savait déjà tailler les sarments, construire un pressoir, tirer parti de la fermentation. Sur les murs des tombeaux datant de 3000 ans avant J.C., on assiste à la vendange, au foulage du raisin, à sa fermentation, à son transport. Plafond de la "Tombe aux vignes" de Sennefer environ 1400 avant J.C. (Wikipedia) Sous l' Ancien Empire, le vin est strictement réservé à Pharaon et à son entourage. Réservé à une élite, le vin est associé aux dieux, notamment à Osiris, dieu de la résurrection. D'une part, parce qu'il amène à une ivresse, assimilée à une possession, il est perçu comme un outil d'initiation et de communication avec les dieux. D'autre part, parce que sa couleur rouge évoque le sang et la vie éternelle. Sous le Nouvel Empire (1567-1085 av. J.-C.), et notamment avec les Ramsès qui ont beaucoup développé la culture et le commerce du vin, celui-ci s'est répandu dans tout le pays et devint un produit consommé par tous. L'Égypte était devenue un gros producteur de vin et faisait du commerce avec les autres pays méditerranéens. La culture de la vigne est en Grèce à la fois très ancienne (dans l’Odyssée, le poète mentionne une vigne dans les jardins d‘Alcinoos (environ 800 av. J.C.)) et universellement présente dans la mesure où les conditions naturelles locales le permettent. Les vignes attiques de même que les crus des îles et des rivages de la mer Égée étaient réputés. Le vin a été un complément alimentaire depuis l’Antiquité Séminaire de Bactériologie 6 - Mme Favet 10 avril 2013 2 Scène de fabrication du vin par des satyres, bas-relief d'un autel de datation incertaine, musée national archéologique d’Athène. Wikipedia Au départ, ces fermentations étaient spontanées, dues à la flore présente sur le raisin ou dans le lait: • raisin (et levures): fermentation alcoolique • lait (et bactéries lactiques): caillage Les hommes ont compris que ces produits « altérés » (produits fermentés) se conservaient plus longtemps et qu’ils étaient consommables. En outre, ils procuraient énergie et ivresse… Ils ont appris à diriger ces fermentations pour les reproduire à volonté. Définition La fermentation correspond à une dégradation partielle d’un substrat organique en l’absence d’oxygène. Le produit de fermentation est encore une molécule organique (qui contient de l’énergie). Elle s’oppose à la respiration qui conduit normalement à l’oxydation complète du substrat en utilisant l’oxygène (produit libéré : CO2). Il existe des cas d’oxydation incomplète qui libère des molécules organiques. Mais c’est toujours en utilisant l’oxygène. Dans tous les cas, le but est de récupérer tout ou partie de l’énergie contenue dans le substrat. Fermentations alcooliques : le vin La fermentation des sucres est une voie métabolique anaérobie. Elle aboutit à la production d’éthanol (alcool). De nombreux micro-organismes (bactéries et levures) font ce type de fermentation. Mais les levures sont habituellement utilisées. Toutes les levures sont aérobies, mais certaines espèces peuvent, quand l’oxygène manque, fermenter les sucres (souches vinaires). Dans la nature, on les trouve sur les plantes et les fruits. Elles peuvent utiliser les sucres par oxydation ou fermentation selon la teneur en oxygène. http://www.polyte.ch/fr/vinifie.php?Code=5 Fermentation spontanée Sur les grains de raisin vivent différentes espèces de levures et de bactéries. Toutes utilisent le glucose (sucre) présent dans le jus. L’oxygène emprisonné est rapidement consommé. Quand le milieu devient anoxique, seules les levures qui sont capables de fermenter les sucres vont continuer en produisant de l’éthanol, qui inhibe définitivement les autres espèces. Séminaire de Bactériologie 6 - Mme Favet 10 avril 2013 3 Pour la fermentation alcoolique, on utilise des levures capables de fermenter. Le choix des souches varie selon le produit désiré. Saccharomyces cerevisiae sous le microscope. Observez le noyau (eucaryote). Souches sélectionnées : On inhibe la fermentation spontanée par adjonction de SO2, puis on ajoute un « pied de cuve » contenant des levures sélectionnées pour la qualité du produit. Après décantation, certains vins subissent une fermentation supplémentaire: la fermentation malolactique. L’acide malique est instable et très acide. Il est converti en acide lactique par certaines souches de bactéries lactiques dites « vinaires ». Cette deuxième fermentation a pour effet de stabiliser le produit et de le rendre moins acide (surtout pour les vins rouges). On l’évite pour les blancs, afin de leur laisser un goût plus acide, plus frais. La fermentation malolactique est assurée par des bactéries lactiques (procaryotes) qui transforment l’acide malique en acide lactique. Elles sont anaérobies et procèdent par fermentation. Ici, leur substrat n’est pas un sucre mais un acide organique qu’elles transforment en un autre acide organique. Ici Oenococcus oeni, souche vinaire Il est plus difficile d’obtenir des souches de bactéries lactiques vinaires sélectionnées que des levures. Wikipedia Le jus de raisin contient des sucres solubles (entre 10-25%): glucose et fructose. En plus il y a aussi : de l’azote, des acides aminés, des acides organiques (a. citrique, a. malique, a. tartrique), des vitamines, des composés phénoliques (anthocyanes, flavones, tanin) et différents ions. Le pH est acide : 3-3,5. Saccharomyces. cerevisiae, tiré de Prescott, Microbiologie, 2003 Saccharomyces. cerevisiae, tiré de Prescott, Microbiologie, 2003 Séminaire de Bactériologie 6 - Mme Favet 10 avril 2013 4 Pour les vins doux comme le Sauterne: On laisse le raisin sur pied pour qu’il soit infecté par une moisissure: Botrytis cinnerea. Elle va absorber l’eau des grains et utiliser l’acide malique. Le moût sera plus concentré et moins acide. Pour la fermentation alcoolique, on ajoute des levures qui n’utilisent que le glucose, laissant le fructose. Vidéos sur la vinifications: • vin blanc : http://www.youtube.com/watch?v=JrnZ02FACbY • vin rouge : http://www.youtube.com/watch?v=Es49XkSeYtE Fermentations alcooliques : la bière La bière est faite à partir de graines (orge, blé…). La principale différence avec le jus de raisin est qu’il n’y a pas de sucres solubles, mais de l’amidon (sucre complexe inutilisable par les levures). Il est nécessaire d’hydrolyser préalablement l’amidon, c’est la saccharification. Les graines, une fois hydratées vont germer. Le germe doit se nourrir des réserves d’amidon. Pour cela il produit des enzymes qui vont l’hydrolyser en maltose (amylases). On bloque la germination par la chaleur avant que les germes n’aient consommé les sucres libérés. Le produit séché et moulu est appelé « malt ». Pour la bière, il faut toujours ajouter des levures. Le houblon appartient à la famille des Cannabinacées. On utilise l’inflorescence femelle. Le houblon apporte de l’amertume et des arômes. Il a également des propriétés antimicrobiennes qui aident à prévenir les contaminations ultérieures. Pour la bière, il faut toujours ajouter des levures.* •Saccharomyces cerevisiae est utilisé pour les « fermentations hautes » (14- 23°C, plus rapides: 5-8j). Bières de type ale britannique (ex. Guinness (les levures sont moins sensibles à l’alcool produit)). •Saccharomyces carlsbergensis est utilisée pour les « fermentations basses » (6-12°C, plus lentes: 8-14j). Bières de type lager (notamment les bières blondes). Stockage différent selon qu’il s’agit de bière de type lager ou ale (autre flaveur). * Les levures de bière sont différentes des souches utilisées pour le vin. Prescott, 2003 http://fineswisswine.ch/swiss-wine/grapes/59-botrytis-cinerea-aka-nobel-rot Séminaire de Bactériologie 6 - Mme Favet 10 avril 2013 5 Brassage de la bière a) Chaudière en cuivre de brassage où s’effectue la liquéfaction du malt et des céréales. b) Chaudière en cuivre de houblonnage où le houblon est ajouté. On procède par ébullition à l’épuration et la stérilisation du brassin. De cette chaudière, le brassin passe, après dilution, dans de grandes cuves de fermentation où des levures de type S. cerevisiae fermentent le maltose, principalement en éthanol et CO2. c) La bière de type lager est stockée pendant plusieurs semaines afin d’affiner son goût par fermentation secondaire. d) Elle est finalement filtrée pour éliminer les levures restantes, puis stockée à froid sous CO2 pour éviter son oxydation. Différences entre la production de vin et de bière Vin Bière Jus de raisin Sucres solubles utilisables Fermentation spontanée possible Utilisation de souches de levures sélectionnées Fermentation alcoolique Fermentation malolactique (rouges) Graines Amidon inutilisable tel quel Pas de fermentation spontanée Saccharification obligatoire Utilisation de souches de levures sélectionnées Fermentation alcoolique Fermentation de garde Pain On utilise la fermentation alcoolique pour que le pain lève. L’alcool produit s’évapore à la cuisson. On doit ajouter des levures et des amylases. Il y a 2 étapes successives, la première produit du CO2 à partir des traces de dextrine, la deuxième à uploads/Industriel/ poly-cours-6.pdf