La fermentation lactique. Delphine CUVILLIER

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1 La fermentation lactique Delphine CUVILLIER

2 La fermentation lactique Objectif d une fermentation : Production de biomasse (levures, bactéries lactiques, protéines d organismes cellulaires) Dégradation de matière (dépollution, compostage de déchets, dégradation d hydrocarbures ) Biosynthèse de molécules (aromatiques, acide acétique, énergie (éthanol, méthane), acides aminés )

3 La fermentation lactique Définition : transformation du lactose en acide lactique sous l action de microorganismes spécifiques appelés bactéries lactiques Objectif de la fermentation lactique : Les bactéries dégradent lactose pour produire de l énergie intracellulaire

4 La fermentation lactique Implications non laitières : Légumes fermentés : choucroute, conserves de légumes Produits carnés fermentés : saucissons, saucisses, certains jambons Fermentation malolactique en œnologie Fabrication d ensilages Production d acide lactique (pour médicaments, conservateur, tannerie ) Production de ferments lactiques

5 La fermentation lactique Implications laitières : Production d acide lactique goût, acidification, limitation des contaminations par les microorganismes indésirables Elaboration des propriétés organoleptiques par production de composés d arôme et action sur la texture Action sur la valeur nutritionnelle du lait : modifications de teneur azotée, teneur en lactose, vitamines Rôle potentiel dans la santé humaine : rôle probiotique,

6 Production industrielle de ferments lactiques Applications principales : Industrie laitière, transformations de lait à la ferme Œnologie Panification Légumes fermentés Produits carnés fermentés Ensilage Principaux producteurs : Chr Hansen (Danemark) Wiesby (USA) Chiffre d affaire : 275 millions d euros en 1999 Dont près de 50% en France Rhodia Food (France) SKW Biosystems

7 La fermentation lactique : Les bactéries lactiques Produit Fromages Yaourt Saucisses fermentées Choucroute Vin Souches utilisées Lactococcus lactis lactis Lactococcus lactis cremoris Lactobacillus helveticus et casei Leuconostoc spp Streptococcus thermophilus Lactobacillus bulgaricus Lactobacillus plantarum, Pediococcus brevis Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum Oenococcus oeni, Lactobacillus plantarum

8 Les bactéries lactiques Lactococcus lactis Photo M. Rousseau/INRA Leuconostocs (en haut à droite) Photo M. Rousseau/INRA

9 La fermentation lactique : Les bactéries lactiques Nombre de bactéries (logarithme) : phase de latence 2 : phase de croissance exponentielle temp s 3 : phase stationnaire 4 : phase de déclin

10 La fermentation lactique : Les bactéries lactiques Facteurs influençant la croissance : Facteurs physiques : Température Activité de l eau Facteurs chimiques : Concentration en lactose Concentration en éléments minéraux (sels, métaux) et en vitamines Concentration en oxygène dissous ph Concentration en acide lactique

11 La fermentation lactique : Les bactéries lactiques Facteurs influençant la croissance Facteurs physiques : la température T opt de croissance 1830 C 2732 C 3035 C 2540 C 3538 C 3946 C Bactéries Leuconostocs Lactocoques Lactobacilles mésophiles Pédiocoques Lactobacillus acidophilus Streptococcus thermophilus Lactobacilles thermophiles Pour avoir une activité suffisante, les bactéries lactiques doivent donc être au moins à 2022 C

12 La fermentation lactique : Les bactéries lactiques Facteurs influençant la croissance Facteurs physiques : l activité de l eau Représente la fraction de l eau libre du produit, c est à dire non liée chimiquement ou physiquement aux molécules telles que les sels, les sucres ou les protéines (0 : totalement déshydraté 1 : eau pure) Influence sur le métabolisme microbien : si a w < 0,95 : pas de croissance bactérienne si a w < 0,70 : pas de croissance microbienne du tout ajout de sel ou égouttage chute de l activité réduction du développement de la flore

13 La coagulation lactique

14 La coagulation lactique Mécanisme : Par le biais de la production d acide lactique (év par acétique, citrique, ) Chute du ph Augmentation Calcium soluble Extrémités négatives des micelles neutralisées (Chute potentiel électrique des micelles ) Modification de la structure des micelles

15 La fermentation lactique en pratique Pour vous donner une idée de ce que peut faire la fermentation lactique sur le lait, vous pouvez Ajouter un peu de jus de citron ou de vinaigre dans du lait tiède (pour simuler l acidification) Observer Vous devez voir le lait cailler (des grumeaux apparaissent). C est en simplifiant le principe de fabrication du yaourt. Cette expérience marche aussi avec du lait écrémé. Mais comment l expliquer???

16 La coagulation lactique répulsion Avant acidification

17 La coagulation lactique Neutralisation des charges négatives Acide lactique H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ Acide lactique Après acidification H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+

18 La coagulation lactique Calcium Calcium Calcium Calcium Neutralisation des charges négatives Acide lactique H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ Acide lactique H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ Point isoélectrique à 20 C : ph 4,6 Calcium À ph 5,7, 50% du Ca colloïdal est solubilisé Solubilisation du calcium

19 La coagulation lactique Après acidification Perte d eau Expulsion de sérum Neutralisation des charges négatives Attraction des micelles et formation de liaisons hydrogène Le yaourt Solubilisation du calcium

20 La coagulation lactique Facteur température : T < 5 C pas de coagulation, simple augmentation de la viscosité T augmente ph isoélectrique (neutralisation des charges) augmente Importance de la température de caillage D où la différence que l on peut observer si on refait l expérience du vinaigre dans le lait sur du lait froid et du lait tiède! Le premier a beaucoup plus de mal à cailler que le second

21 La coagulation lactique acidification Composants du lait avant acidification : suspension Composants du lait après acidification : précipitation

22 La coagulation lactique Propriété des gels lactiques : Réversibles : augmentation ph «décoagulation» partielle Perméables : circulation du lactosérum facile Peu de calcium lié aux micelles : élimination du sérum entraîne quasiment tout le calcium Très faibles liaisons, pas de cohésion caillé mou pas de fabrication de fromage mais yaourts, laits fermentés

23 La coagulation lactique: fabrication de yaourt = Coagulation des caséines par coagulation lactique, favorisée par T =40 C Travailler avec matériel et mains propres ce qu il faut (vous pouvez le faire chez vous si vous avez une yaourtière ou un four capable de garder la température de40 C : 1 litre de lait 1 yaourt nature 125 ml non sucré(apporte les bactéries nécessaires pour acidifier le lait) facultatif : 1/2 verre de lait en poudre pour avoir des yaourts plus fermes car plus de matière sèche

24 La coagulation lactique: fabrication de yaourt Méthode : faire bouillir le lait (éviter les contaminations) laisser refroidir jusqu à 40 C dissoudre le lait en poudre dans un peu de lait tiède dans un 2è récipient mélanger le lait restant avec le yaourt mélanger les 2 récipients transvaser dans les pots de yaourt et les placer dans une étuve à 40 C pendant 4 à 5 heures