ÉPREUVE N 2 ETUDE DE THEME(S) THÈME : Evènements biochimiques en brasserie

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1 CONCOURS D'ACCÈS AUX EMPLOIS DE PROFESSEURS CERTIFIES DE L'ENSEIGNEMENT AGRICOLE ET A LA 2 ème CATEGORIE DES EMPLOIS DE PROFESSEURS DE L ENSEIGNEMENT AGRICOLE PRIVES SESSION 2013 Concours : EXTERNE Section : Biochimie, Microbiologie et Biotechnologie ÉPREUVE N 2 ETUDE DE THEME(S) (Coefficient : 2 Durée : 5 heures) Matériel(s) et document(s) autorisé(s) : AUCUN MATERIEL (Ce document comporte 5 pages) THÈME : Evènements biochimiques en brasserie «L Europe des 27 est le premier producteur mondial de bière avec une production annuelle de 340 millions d hectolitres (soit 25 % de la production mondiale). La France est le cinquième producteur européen de bière avec une production de 16,8 millions d hectolitres (2004) dont elle exporte 10 %. Le secteur brassicole génère près de 2 milliards d euros de chiffre d affaires et entretient plus de emplois. L essentiel de la production est assurée en Alsace, en Lorraine et dans le Nord-Pas-de-Calais mais aussi en Bretagne et en Bourgogne. En 2010, 4 brasseries (Kronenbourg, Heineken, Champigneulles, St Omer + Gayant) dépassent la production annuelle du million d hectolitre et cumulent ensemble 88,6 % de la production nationale (15,6 millions hl).» (Wikipédia) D après les données des préhistoriens, la production de bière remonterait à environ 8000 ans avant notre ère. Les techniques de fabrication ont bien sûr considérablement évolué avec le temps. La connaissance des phénomènes biochimiques et microbiens s est affinée et l'utilisation des outils biologiques a permis une meilleure standardisation et une grande diversification des produits. 1. Les auxiliaires enzymatiques Le document 1 présente le diagramme général de fabrication de la bière auquel sont associées les enzymes qui interviennent aux différents stades et peuvent être ajoutées comme auxiliaires de fabrication. Commenter le diagramme en précisant les réactions catalysées par les différentes enzymes et leurs intérêts technologiques. MAAF concours CAPETA Biochimie, Microbiologie et Biotechnologie /5

2 2. L α-amylase Cette enzyme, la plus couramment utilisée en brasserie, peut être produite par Bacillus licheniformis par culture en milieu liquide (document 2). 2.1 Présenter les conditions d action de l α-amylase et décrire un protocole de dosage de son activité. 2.2 Préciser quel est le type de microorganisme utilisé. 2.3 Proposer le protocole complet pour une production optimale de l enzyme depuis la souche pure productrice jusqu à l enzyme commercialisable en précisant les rôles des différentes étapes et les variantes possibles. Le document 3 présente la structure tridimensionnelle de l α-amylase. 2.4 Commenter cette structure. 3. Amélioration de la souche La souche utilisée est génétiquement modifiée par le remplacement des gènes amyl (qui encode l α-amylase), apr (qui encode la protéase «alcalase»), xyl (qui encode la xylose isomérase) et gnt (qui encode la gluconate perméase) par trois copies d un gène permettant la production d une α- amylase plus thermostable. Proposer un protocole d obtention et de production de la nouvelle souche en justifiant la délétion des gènes de la souche initiale. 4. Les levures Après refroidissement, le moût est ensemencé avec des levures lyophilisées. 4.1 Préciser quels intérêts présente cette forme d ensemencement et les précautions qui sont à prendre lors de son utilisation. 4.2 Donner les caractéristiques des souches de levures utilisées en brasserie. Le métabolisme glucidique des levures est assez complexe dans le contexte de la fermentation brassicole, il aboutit à la libération de composés divers, certains sont facteurs d arômes, d autres sont responsables d altérations organoleptiques. 4.3 Décrire succinctement ce métabolisme et préciser quels métabolites on peut retrouver dans le produit et quelles sont leurs origines. MAAF concours CAPETA Biochimie, Microbiologie et Biotechnologie /5

3 Document 1 : diagramme de fabrication de la bière MAAF concours CAPETA Biochimie, Microbiologie et Biotechnologie /5

4 Document 2 : Fiche technique amylase (d après les documents techniques Sigma-Aldrich) Product Name: α-amylase from Bacillus globigii (Bacillus licheniformis) Product Number A 3403 Product Description : Enzyme Commission (EC) Number: CAS Number: Molecular Weight: 62 kda (SDS-PAGE). Appearance (Color) Yellow to Dark Brown Appearance (Form) Liquid mg protein/ml (Biuret) > 10.0 mg/ml with TCA precipitation units/mg protein > 500 (One unit will liberate 1.0 mg of maltose from starch in 3 minutes at ph 6.9 at 20 C) Recommended Retest Period : 4 years Storage Temperature 2-8 C This product has a ph range for activity of 5-9 with the optimal ph range of 7-9. It is stable between ph 7 and 10 and is stable from 40 to 60 C at ph 7. Maximal activity was displayed at 90 C and 60% of activity remained at 100 C. Starch or glycogen, the "natural" substrates, can be replaced to a limited extent by low molecular weight compounds. Precautions and Disclaimer For Laboratory Use Only. Not for drug, household or other uses. Storage/Stability : This enzyme maintains over 98% of activity after 60 minutes at ph 6.2 at 85 C, and maintained 100% of activity after storage for 1 hour at 91 C. MAAF concours CAPETA Biochimie, Microbiologie et Biotechnologie /5

5 Document 3 : Structure tridimentionnelle de l -amylase (source internet MER4504, modèle d après Kraulis) Site actif Ion chlorure Ion calcium MAAF concours CAPETA Biochimie, Microbiologie et Biotechnologie /5