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Sucres et Eau Mais c’est quoi la fermentation ? La fermentation c’est une trans

Sucres et Eau Mais c’est quoi la fermentation ? La fermentation c’est une transformation d’un aliment par un micro- organisme en absence d’oxygène. Ce que tu appelles toi des « bons microbes ». L’Homme s’en sert pour 3 raisons : rendre plus digeste, conserver plus longtemps et produire une substance d’intérêt. Comment ça fonctionne ? Pour se développer, les micro-organismes doivent être à une bonne température. Au-delà de 65°C, la plupart meurt. En-dessous de 4°C, ils entrent en dormance. Qui sont ces micro-organismes ? Ce sont des êtres vivants très petits. On les observe au microscope. Il en existe 3 familles différentes : Savais-tu que beaucoup d’aliments que tu manges sont fermentés ? MANGE REJETTE Acide et/ou Gaz et/ou Alcool MICRO-‐ ORGANISME Lucile Burillard, Vincent Daumas, Margot Glaz, Lolita Kouyoumdjian, Simon Lobrot, Diane Logier, Noémie Mallot, Clémence Marchand. Tuteur : Frédéric Borges Par exemple, le yaourt est issu de la fermentation du lait ! Bactéries Levures Moisissures Sur le fromage, on trouve des moisissures qui sont notamment responsables de la couleur verte et du goût prononcé du roquefort. Yaourt En se nourrissant de sucres et d’eau, le micro-organisme fait le plein d’énergie pour se multiplier. Il produit alors des déchets qui sont intéressants pour l’Homme. Par exemple, la bactérie rejette de l’acide, comme celui que tu peux sentir dans un yaourt nature. ! Une fois qu’ils se sont multipliés, ils colonisent l’aliment et changent son goût, sa texture, sa couleur et surtout permettent sa conservation. Réalisé par : Lucile BURILLARD, Vincent DAUMAS, Margot GLAZ, Lolita KOUYOUMDJIAN, Simon LOBROT, Diane LOGIER, Noémie MALLOT, Clémence MARCHAND Tuteur : Frédéric BORGES Année : 2015/2016 Les fermentations alimentaires Synthèse bibliographique Résumé Les fermentations alimentaires, processus utilisés depuis des milliers d’années, sont initialement employées comme système de conservation. Aujourd’hui, une grande part de notre alimentation se constitue d’aliments fermentés : yaourt, pain, fromage, vin… La fermentation est la transformation de matière organique par des ferments, qui conduit à la modification d’un aliment (propriétés organoleptiques). Les ferments utilisés sont de trois types, les bactéries, les moisissures et les levures. Chacun de ces microorganismes possèdent des capacités fermentaires spécifiques menant à des fermentations différentes : lactique, alcoolique, acétique, propionique. L’ensemble de ces connaissances seront mobilisées à des fins de vulgarisation auprès d’élèves de cycles élémentaires (CE2) et moyens (CM1-CM2) et ce, tout en respectant une approche pédagogique et une démarche d’investigation. Mots clefs : - Fermentation, - Ferments, - Aliments fermentés, - Industries alimentaires, - Conservation. Sommaire Introduction ……………………………………………………………………………. 1 I) Les ferments ………………………………………………………………... 2 1) Les bactéries ………………………………………………………………… 2 2) Les champignons microscopiques …………………………………………... 7 a) Les moisissures ……………………………………………………… 7 b) Les levures …………………………………………………………... 9 II) Produits et fermentation …………………………………………………... 12 1) La fermentation lactique …………………………………………………….. 12 a) Les produits laitiers ………………………………………………….. 12 b) La charcuterie ………………………………………………………... 14 c) Les légumes lacto-fermentés ………………………………………… 15 2) La fermentation alcoolique ………………………………………………….. 16 3) La fermentation acétique …………………………………………………….. 17 4) La fermentation propionique ………………………………………………… 20 III) Approche pédagogique …………………………………………………….. 21 1) Démarche pédagogique appliquée par les professeurs ………………………. 22 2) Intégration de l’intervention dans le programme officiel ……………………. 22 3) Démarche d’investigation ……………………………………………………. 23 Conclusion ………………………………………………………………………………. 25 Bibliographie …………………………………………………………………………….. 26 1 Introduction La fermentation est un phénomène naturel, se produisant lors de la décomposition de la matière organique [1]. Par ailleurs, l’utilisation de la fermentation par l’homme a débuté de manière empirique. Elle était utilisée initialement pour conserver les denrées, préparer du pain, des boissons alcoolisées… Les études montrent que les Sumériens (Basse Mésopotamie), l’utilisaient déjà 8000 ans avant JC. Il faudra néanmoins attendre le XVIIIème siècle pour découvrir les microorganismes mis en cause [2]. En 1789, A. Lavoisier écrit le premier article sur la fermentation. Il décrit la « fermentation vineuse » comme une division du sucre en deux portions (alcool et acide carbonique) suite à la réaction d’un « ferment ». De nombreux scientifiques vont alors se lancer dans des recherches sur la fermentation et avancent différentes hypothèses quant à ses causes et déclencheurs. En 1836, trois scientifiques découvrent que la levure est un organisme vivant qui se reproduit par bourgeonnement. C’est Pasteur, en 1857 qui établira que la fermentation alcoolique est due à l’activité métabolique de Saccharomyces cerevisiae (levure de bière). Il étudiera ensuite les fermentations acétique, butyrique et lactique, et démontrera que la fermentation est une réaction chimique et biologique, en cultivant les bactéries et levures mises en cause. C’est par ailleurs lui qui donnera la première théorie générale des fermentations : « toute fermentation d'une solution de sucre ou de matière organique résulte de l'activité métabolique d'un micro-organisme spécifique, et s'accompagne de la formation de produits caractéristiques (alcools, acides, cétones et gaz carboniques) » [3]. De nos jours la fermentation est utilisée dans de nombreux procédés industriels, et est présente dans l’alimentation du monde entier. D'après la norme AFNOR NFX 42-000 de décembre 1986 : « biofermentations qui utilisent les microorganismes », la fermentation se définit par la « dégradation des substrats glucidiques sans utilisation d'oxygène ». Plus récemment, et suite aux découvertes du XXIème siècle, on caractérise la fermentation comme « l’oxydation de composés organiques sans utilisation d'oxygène, grâce à des systèmes enzymatiques caractéristiques, avec divers composés organiques comme accepteurs d'électrons, souvent sans éjection d'électrons à l'extérieur de la cellule » [4]. 2 I) Les ferments Différents microorganismes sont retrouvés dans les aliments et sont classés en deux types de flores [5] : - La flore utile : c’est la flore positive, que l’on va chercher à favoriser. Elle va permettre les différents processus de fermentation. Elle peut se trouver naturellement dans l’aliment, ou être ajoutée lors des procédés de fabrication. - La flore indésirable : c’est la flore négative, que l’on cherche à inhiber. Elle aussi se divise en deux catégories : o La flore d’altération : ces microorganismes peuvent se développer et entrainer des changements physiques et chimiques dans l’aliment. Cela conduit à des odeurs et flaveurs désagréables, formation de mucosités, accumulation de gaz, libération de liquide. Il y a alors dégradation de la qualité gustative et/ou esthétique. o La flore pathogène : ces microorganismes peuvent être dangereux pour la consommation humaine, même à faible concentration. En cas d’ingestion, l’aliment peut être source d’intoxication alimentaire. Traditionnellement, le terme « ferment » se définit comme les « agents microbiens produisant la fermentation d’une substance » [6]. Ils font donc partis de la flore utile. L’enjeu en agroalimentaire est donc de sélectionner la flore utile et d’éliminer la flore indésirable. Par ailleurs, les microorganismes peuvent être déjà présents dans les aliments, ou bien, être ajoutés. Dans ce cas, les microorganismes utilisables en industrie alimentaire doivent avoir comme caractéristiques communes [7] : - de ne pas présenter de risque pour la santé humaine et animale ; - de ne pas présenter de risque pour l’environnement ; - d’avoir un développement rapide ; - d’être facilement utilisables et maîtrisables. Il faut ensuite décider des critères de choix du microorganisme et établir différents paramètres : les conditions de croissance, la production ou caractères particuliers, les caractères non recherchés, la sensibilité, le fabricant. 1) Les bactéries Une bactérie est un « micro-organisme ubiquiste, unicellulaire et sans noyau (procaryote) dont le génome est constitué d'ADN. Celui-ci consiste en un seul chromosome, et on note éventuellement la présence de plasmides (petit morceau d'ADN circulaire). L'ensemble des bactéries forme le règne des eubactéries (Eubacteria) ». Les bactéries de reproduisent par scissiparité [8]. On distingue deux grandes classes de bactéries qui se caractérisent par une différence de la paroi cellulaire: les bactéries à Gram positif et les bactéries à Gram négatif. 3 Figure 1 : Schéma légendé de la paroi des bactéries à Gram négatif [9]. Figure 2 : Schéma légendé de la paroi des bactéries à Gram positif [9]. Tableau 1 : Différences physiques et chimiques de la paroi chez les bactéries Gram négatif et Gram positif [10]. CARACTERISTIQUES GRAM POSITIF GRAM NEGATIF Epaisseur (mm) Epaisse (15-75) Mince (10-15) Nombre de couches 1 3 Disposition des couches Une couche épaisse de peptidoglycane Une couche externe de lipopolysaccharides. Une membrane externe riche en lipides, glucides et protéines. Une couche interne de peptidoglycane. Composition interne Acides téichoïques Acides aminées Lipides Lipopolysaccharides Lipoprotéines + 24-35% 1% - - - 50% 20% + + 4 Les bactéries ont des optimums physico-chimiques de développement, avec pour chaque paramètre (température, pH, concentration en O2, activité de l’eau) une dose minimale et une dose létale : La température : Les bactéries, selon leur genre et espèce, peuvent se développer à des gammes de température variées, on les classe alors en 3 catégories [11]: - Les psychrophiles (optimum de température compris entre 15 et 30°C), - Les mésophiles (les plus communes, optimum de température compris entre 30 et 45°C), - Les thermophiles (optimum compris entre 55 et 75°C). Le pH : On observe aussi une faculté de développement dépendant du pH [12], acidophile (de pH 1 à 5), neutrophile (de 5 à 9), et alcalophile (de 7,5 à 12). Figure 3 : Développement de différents types de bactéries en fonction du pH. [13]. La présence d’oxygène : De uploads/Industriel/ rapport-final-fermentation2.pdf