5- À quoi sert la fermentation malolactique et pourquoi est-elle principalement pratiquée dans la fabrication de vin rouge?

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1 5- À quoi sert la fermentation malolactique et pourquoi est-elle principalement pratiquée dans la fabrication de vin rouge? 6- Remplissez le tableau comparatif suivant en ajoutant le nom des deux types de fermentation, les microorganismes responsables, les éléments transformés et produits ainsi que les conditions optimums. Fermentations Microorganismes responsables Éléments transformés Éléments produits Température : Température : Conditions ph : Nourriture : ph : Nourriture : Oxygène : Oxygène : Lumière : Lumière : Chimie du vin Cahier d apprentissage 97

2 Évaluation formative 1- Nommez et définissez les 2 fermentations possibles lors de la vinification. 2- Nommez et décrivez les microorganisme responsabes des 2 fermentations possibles lors de la vinification. 3- Quels sont les besoins nutritifs essentiels au développement des levures et des bactéries? 4- Vrai ou faux, un épuisement en sucre ou un taux d'alcool élevé peut inhiber la fermentation alcoolique. Chimie du vin Cahier d apprentissage 96

3 ATELIER 5 : LES CONDITIONS DE FERMENTATION ALCOOLIQUE But de l atelier Explorer les conditions nécessaires à la fermentation alcoolique par les levures Nom : Date : Note : /10 Faire une interprétation de vos résultats. Interprétation: Faire une conclusion à partir de l hypothèse retenues. conclusion: Chimie du vin Cahier d apprentissage 95

4 Voici lun tableau qui indique le matériel, les produits et les conditions pour chaque équipe Équipe A B C D E F G H Matériel Produits Conditions Ballon Eau (200ml) Ballon, bécher éprouvette, bouchon, tube L et flexibe Levures Eau (200ml) Ballon, bécher éprouvette, bouchon, tube L et flexibe Levures Eau (200ml) Sucre (20g) Ouvert Fermé Fermé Obscurité Ballon Levures Eau (200ml) Sucre (20g) Ouvert Obscurité Ballon, bécher éprouvette, bouchon, tube L et flexibe Levures Eau (200ml) Sucre (20g) Fermé Lumière Ballon Levures Eau (200ml) Sucre (20g) Ouvert Lumière Ballon, bécher éprouvette, bouchon, tube L et flexibe Levures Eau (400ml) Sucre (20g) Éthanol (75ml) Fermé Obscurité Ballon Levures Eau (400ml) Sucre (20g) Éthanol (75ml) Ouvert Obscurité Une semaine plus tard, pendre les résultats. Observer et noter vos observations dans le tableau suivant. Équipe Mesures Observations visuelles Mesures A densité avant densité après B C D E F G H Chimie du vin Cahier d apprentissage 94

5 Les conditions de la fermentation alcoolique Afin de bien comprendre la fermentation alcoolique et les conditions qui lui sont essentiels, vous allez procéder à une petite expérience. Interrogation : Quelles sont les conditions essentielles pour une fermentation alcoolique optimale? À partir de cette interrogation déduire une hypothèse. Hypothèse : En groupe discuter de vos hypothèses et noter l hypothèse retenue qui sera vérifier grâce à l expérimentation. Hypothèse retenue : Expérimentation : En équipe de 3 ou 4 vous allez mettre en culture des levures dans différentes conditions. Chaque équipe prépare une culture dans des conditions précises. Étape 1 : Préparer l équipement nécessaire, selon la condition qui vous est attribuée. Étape 2 : Mettre dans les ballons les produits à l exception des levures et bien mélanger pour rendre le tout homogène. Étape 3 : Afin de vérifier les changements chimiques (production d alcool), prendre la mesure de densité de chaque mélange et le noter. Étape 3 : Ajouter les levures en les déposant sur le dessus du liquide. Étape 4 :Compléter le montage (démonstration) et placer le tout à l endroit indiqué jusqu à la prochaine rencontre. Chimie du vin Cahier d apprentissage 93

6 Les levures Observer l aspect des levures Saccharomyces bayanus sur une gélose de dextrose. Voici des images microscopique de levures Qu est-ce qu une levure? À quoi servent les levures dans la fabrication du vin? Quelles sont les conditions essentielles pour les levures, afin d avoir une fermentation alcoolique optimum? Chimie du vin Cahier d apprentissage 92

7 présence de CO 2 favorise leur action. Les besoins nutritifs des bactéries sont aussi des matières azotées, cependant, celles-ci doivent d'abord être transformées par les levures avant d'être utilisées par les bactéries. La présence de SO 2 est déconseillée pour une bonne fermentation malolactique. Conditions Température Nourriture Oxygène Lumière ph Chimie du vin Cahier d apprentissage 91

8 Durant la fermentation malolactique, il y a donc transformation d'un acide relativement fort, l'acide malique en un acide plus faible, l'acide lactique, ce qui explique en partie la diminution d acidité liée à ce phénomène. En plus, la diminution d acidité est aussi expliquée par la quantité d'acide lactique produit qui est inférieure selon la formule suivante : 1 g d'acide malique 0.67g d'acide lactique g de gaz carbonique Cette fermentation entraîne alors des modifications gustatives importantes, le vin acquiert plus de souplesse au goût, il devient moins acide. L'arôme est transformé, il est moins fruité (odeur du raisin) et plus complexe. Ces modifications sont souhaitées en général pour le vin rouge. Pour le vin blanc, on désire plus d'acidité et de fruité. Ce qui signifie que la fermentation malolactique est rarement pratiquée dans la fabrication de ce dernier. Pour des raisons diverses, la fermentation malolactique est un phénomène très surveillé et n'est pas favorable pour tous les vins. Dans certains cas, elle pourrait entraîner une chute trop important de l'acidité totale, une augmentation de l'acidité volatile (vinaigre) et la formation de composés odorants indésirables. Mal conduite, la fermentation malolactique, peuvent entraîner la dégradation d éléments importants du vin, comme les sucres résiduels, l'acide citrique, provoquant une altération du vin. b) Les bactéries lactiques Les bactéries lactiques sont aussi des microorganismes comme les levures. On les retrouve sur le raisin, c est-àdire retenu dans la pruine, les plus typiques sont Pediococcus, Leuconostoc et Lactobacillus. c) Les conditions de la fermentation malolactique Le déroulement de la fermentation malolactique dépend du type de bactéries présentes mais aussi, de la nature du milieu, le ph, la température, la présence de SO 2, l'aération et les besoins nutritifs. Pour le ph, il doit être maintenu entre 3,1 et 4,5. - < 3,1 la fermentation est impossible - > 4,5, la fermentation est ralentie. La température interfère sur la multiplication des bactéries et sur la vitesse de réaction. La température optimum est de l'ordre de 20 C. Les bactéries lactiques agissent surtout en milieu anaérobie (sans oxygène) et d'ailleurs la Chimie du vin Cahier d apprentissage 90

9 3- La fermentation malolactique et les bactéries a) La nature de la fermentation malolactique Lors de la fabrication de certain vin, le viticulteur ou l œnologue peut désirer diminuer l acidité de celui-ci, surtout dans les vinification en rouge. C est pourquoi, dans ce procédé, à la fin de la fermentation alcoolique on favorise le phénomène de la fermentation malolactique. La fermentation malolactique est rendue possible grâce à l'action de bactérie lactique qui viennent agir sur les acides. Les bactéries lactiques s'attaquent à l'acide malique et forme la réaction biochimique suivante : 2 HOOC-CHOH-CH 2 -COOH CH 3 - CHOH COOH + C0 2 Acide malique Acide lactique + Gaz Carbonique Fermentation malolactique Fermentation malolactique H 2 C 4 H 4 O 5 1mg Lactobacillus CO 2 0,33mg HC 3 H 5 O 3 0,67mg Chimie du vin Cahier d apprentissage 89

10 Une autre conditions a respecté est la présence de substances essentielles au développement et à la croissance des levures, les sucres (glucose et fructose) et les matières azotées (acides aminés, peptides et protéines). Les levures sont constituées de 60% à 70% de matière azotée et ont besoin de ces substances pour croître. Les conditions environnementales sont très importantes. La lumière peut avoir un pouvoir inhibiteur sur le développement des levures en arrêtant la reproduction. De même, l'acidité du milieu est un autre élément important pour une croissance optimum des levures. Cette acidité, exprimée en ph, doit être située entre 3,0 et 4,0 pour le développement normal des levures. Conditions Température Nourriture Oxygène Lumière ph Chimie du vin Cahier d apprentissage 88

11 Quantité de sucre fermenté Saccharomyces byanus Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces acidifaciens Saccharomyces rosei Kloeckera apiculata Temps (jours) c) Conditions de développement des levures Pour que les levures croissent, se reproduisent et demeurent en quantité suffisante pour faire la fermentation alcoolique, certaines conditions sont à respecter. Une des conditions les plus important est la température de fermentation. Cette température doit demeurer dans la fourchette limite de 13 C à 35 C. - À moins de 10 C, les levures sont incapables de se multiplier, se reproduire, mais survivent. - Autour de 20 C, la prolifération s'accélère et atteint un maximum à 30 C. - À 35 C, leur activité chute. Chimie du vin Cahier d apprentissage 87

12 b) Les levures Les levures sont des microorganismes, des champignons microscopiques (ascomycètes) qui furent découvertes par Pasteur. Elles se trouvent dans la pruine des raisins mûrs. Pour survivre et se reproduire les levures, comme tous les être vivants, ont besoin d'éléments nutritifs (sucre et matière azotée), qui seront transformés en énergie. Les levures se reproduisent par un mode de reproduction asexuée particulier, que l on nomme bourgeonnement. Une levure produit à sa surface de petites levures identiques. Saccharomyces cerevisiae Les levures placées dans un milieu contenant de l oxygène (aérobie), du sucre (glucose ou fructos) et des matières azotées forment du gaz carbonique (C0 2 ), de l'eau et de l'énergie. Elles se développent alors très rapidement, jusqu'à épuisement du stock de sucre et de matière azotée. Cependant,si les levures sont placées dans un milieu sans oxygène (anaérobie) contenant du sucre et des matières azotées, elles utilisent une autre voie de production d'énergie, moins efficace, et forment de l alcool. On observe alors un léger accroissement de la population des levures. Pour que la fermentation alcoolique soit optimum, il est donc important que la quantité d'oxygène soit suffisante à la reproduction des levures mais limitée si l'on veut produire de l'alcool. La plupart des levures à vin ont une croissance et une reproduction inhibées à des concentrations en alcool de 11% à 12%. Certaines peuvent tolérer des pourcentage autour de 15%. On différencie les levures - selon le sucre (glucose, fructose, galactose, ) qu'elles peuvent fermenter - selon leur rendement de production d'alcool, pour 1 degré d'alcool il faut entre 17 et 22 g de sucre. - selon les produits secondaires formés La fermentation alcoolique peut-être menée par diverses espèces de levures que l on retrouve dans la pruine des raisins, Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces byanus, Saccharomyces acidifaciens, Saccharomyces rosei, Kloeckera apiculata, Chimie du vin Cahier d apprentissage 86

13 2- La fermentation alcoolique et les levures a) La nature de la fermentation alcoolique Chez certains microorganismes en particulier chez les levrues, la respiration cellulaire peut s'effectuer sans oxygène ou avec une quantité d'oxygène déficiente, c est la fermentation éthylique ou alcoolique. Ce type de réaction est impossible pour l homme. C 6 H 12 O 6 ---enzymes des levures-----> 2 C 2 H 5 OH (éthanol) + 2 CO 2 + ÉNERGIE (33 calories) Cette réaction produit aussi d'autres constituants secondaires dont, le glycérol, les acides, etc. Fermentation alcoolique Fermentation alcoolique C 6 H 12 O 6 Saccharomyces CO 2 2C 2 H 5 OH Chimie du vin Cahier d apprentissage 85

14 1- L énergie et la respiration cellulaire Pour bien comprendre les réactions de fermentation, il est important de voir que ces phénomènes sont naturels et liés au besoin d énergie que tous être vivant a besoin pour vivre.tous les être vivants dits hétérotrophes (humain, animal, microorganismes) ont besoin d'énergie pour permettre à leurs cellules d'accomplir leurs fonctions comme la synthèse des protéines, la mitose, la production de chaleur, etc. Ils utilisent principalement l'énergie chimique contenue dans la molécule de glucose (C 6 H 12 O 6 ), mais peuvent également capter l'énergie chimique provenant des lipides (et des protéines mais les processus métaboliques associés à ces molécules sont plus complexes et produisent plus de déchets. L'eau, les vitamines et les sels minéraux qui sont indispensables aux réactions chimiques mais ne fournissent pas d'énergie. L'énergie contenue dans la molécule de glucose C 6 H 12 O 6 réside dans les liaisons entre ses atomes de carbone et d'hydrogène. Lorsqu'on brise les liaisons de la molécule de glucose on obtient de l'énergie. C'est le même phénomène avec les lipides et les protéines. Les cellules, qui constituent les organismes hétérotrophes, utilisent un processus métabolique qui transforme le glucose en énergie. Ce processus que l'on nomme respiration cellulaire fournit l'énergie nécessaire à l organisme pour vivre. Durant la respiration cellulaire, dans les mitochondries de la cellule, l'o 2 capté par la cellule est utilisé pour libérer l'énergie contenue dans le glucose selon l équation suivante C 6 H 12 O O > 6 CO H 2 O + ÉNERGIE (674 calories) La respiration cellulaire peut s'effectuer sans oxygène, on parle alors de fermentation. Le but de la fermentation est de libérer l'énergie contenue dans le glucose sans présence d O 2. L'efficacité énergétique de la fermentation est nettement moins élevée que la respiration cellulaire aérobie. On note deux types de fermentation : La fermentation éthylique ou alcoolique et la fermentation lactique. La fermentation lactique est une réaction qui se produit dans les cellules musculaires par manque d'oxygène et qui crée la fatigue musculaire. C 6 H 12 O enzymes-----> 2 C 3 H 6 O 3 (acide lactique) + ÉNERGIE La fermentation éthylique ou alcoolique est une fermentation exécutée par des microorganismes qui forme l'alcool. C 6 H 12 O enzymes-----> 2 C 2 H 5 OH (alcool éthylique) + 2 CO 2 + ÉNERGIE (33 calories) Certains facteurs peuvent limiter les réactions de respiration cellulaire ou de fermentation. Les réactifs, glucose (C 6 H 12 O 6 ), oxygène (O 2 ) et autres éléments essentiels, sont tous indispensables à la production d énergie, si l'un des réactifs vient à manquer la réaction s'arrête de même si la quantité de produits (gaz carbonique, acide lactique ou éthylique) devient trop importante. Chimie du vin Cahier d apprentissage 84

15 MODULE 4 : LES FERMENTATIONS Objectif intermédiaire : Distinguer les fermentations, les microorganismes responsables et les conditions favorables à leur développement. Objectifs d apprentissage Contenu Activités pédagogiques Décrire la fermentation alcoolique Décrire la fermentation malolactique La fermentation alcoolique et des levures, les conditions de la fermentation alcoolique, la fermentation malolactique et les bactéries lactiques, les conditions de la fermentation malolactique Échanges, présentation, mot entrecroisé, notes de cours à compléter, lecture, travail individuel, exercice en sous-groupe sur les conditions de la fermentation alcoolique et son suivi. Évaluation formative :Expérience portant sur les conditions générales de la fermentation alcoolique et son suivi en faisant l élaboration du protocole expérimental et une interprétation scientifique des résultats de l expérience. La matière première, le raisin, doit subir une séries de manipulations et passer par plusieurs étapes avant d être transformé en vin. Toutes ces manipulation sont indispensables pour obtenir un vin de qualité. Cependant, un phénomène majeur a une importance majeur, la fermentation alcoolique. Sans celle-ci, la vinification n a pas lieu. Pour bien comprendre cette transformation, nous allons nous attarder sur sa nature, ses caractéristiques et les conditions essentiels à son déroulement. Le vin en formation, surtout rouge, peut aussi subir une dexième fermentation, la fermentation malolactique que nous allons aussi caractériser. Chimie du vin Cahier d apprentissage 83

16 TABLE DES MATIÈRES TABLE DES MATIÈRES...V MODULE 4 : LES FERMENTATIONS L énergie et la respiration cellulaire La fermentation alcoolique et les levures La fermentation malolactique et les bactéries ATELIER 5 : LES CONDITIONS DE FERMENTATION ALCOOLIQUE Évaluation formative Chimie du vin Notes de cours v

17 COLLÈGE D ENSEIGNEMENT GÉNÉRAL ET PROFESSIONNEL DE RIVIÈRE DU LOUP Cahier d apprentissage Module 4 Chimie du vin Formation générale complémentaire Culture scientifique et technologique (ensemble 2) (105 - FJH 03) AUTOMNE 2006 Professeur: Nadine Coulombe Local : C-132 Téléphone : poste 356 Couriel: nadcou@cegep-rdl.qc.ca