Fermentation

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La fermentation est une réaction biochimique consistant à libérer de l'énergie à partir de sucre (du glucose la plupart du temps). La science de la fermentation est la zymologie. La fermentation ne nécessite pas de dioxygène (Pasteur : « la fermentation c'est la vie sans l'air »), elle peut donc avoir lieu en milieu anaérobie. Elle se distingue, par son faible rendement énergétique, de la respiration cellulaire, qui nécessite, elle, de l'oxygène (milieu aérobie).
Fermentation

La fermentation est une réaction biochimique consistant à libérer de l'énergie à partir de sucre (du glucose la plupart du temps). La science de la fermentation est la zymologie. La fermentation ne nécessite pas de dioxygène (Pasteur : « la fermentation c'est la vie sans l'air »), elle peut donc avoir lieu en milieu anaérobie. Elle se distingue, par son faible rendement énergétique, de la respiration cellulaire, qui nécessite, elle, de l'oxygène (milieu aérobie). Lors de la respiration, l'accepteur final des électrons provenant des cofacteurs réduits NADH, H+ sont transférés à l'oxygène, alors que dans le cas de la fermentation, les électrons sont transférés à des composés des voies métaboliques, tels que le pyruvate entraînant la formation d'acide lactique ou de l'éthanol suivant les organismes et les conditions de cultures. Plus exactement, pour le vin, ce sont les levures qui se trouvent sur la pruine qui, après pressurage (vin blancs et rosés) ou pendant la cuvaison (vins rouges) vont transformer le sucre présent dans les baies de raisin en alcool.

Histoire

La fermentation précède la maitrise par l'homme des procédés de celle-ci, en effet les fruits fermentent sans aucune intervention humaine.

Réactions chimiques

On distingue deux grands types de réactions de fermentation par la nature des produits (déchets) de la réaction.

Fermentation éthylique

Dans le cas de la fermentation éthylique (ou alcoolique), la réaction dégage de l'éthanol : \rmC_6H_O_6+2 \, ADP + 2 \, Pi \rightarrow 2 \, C_2H_5OH + 2 \, CO_2 + 2 \, ATP Le glucose, l'adénosine diphosphate (ADP) et le phosphore produisent de l'éthanol, du dioxyde de carbone et de l'adénosine triphosphate (ATP)

Fermentation lactique

La fermentation lactique, quant à elle, dégage de l'acide lactique, on la nomme aussi (fermentation homolactique) : \rmC_6H_O_6+2 \, ADP + 2 \, Pi \rightarrow 2 \, C_3H_6O_3 + 2 \, ATP Le glucose, l'adénosine diphosphate (ADP) et le phosphore produisent de l'acide lactique et de l'adénosine triphosphate (ATP). Ce type de fermentation concerne notamment la transformation du lait en yaourt ou en fromage frais. À titre de comparaison, en présence de dioxygène, la respiration produit 36 molécules d'ATP à partir d'une molécule de glucose, soit 18 fois plus que la fermentation, mais elle mobilise un appareil enzymatique plus complexe (voir le Cycle de Krebs). En toute logique, la fermentation est privilégiée tant qu'il existe de grandes quantités de sucre et peu d'oxygène. Par contre, dès que le sucre se raréfie et que l'oxygène est disponible, intervient la respiration (ou les organismes spécialisés). Notons qu'il existe d'autres types de fermentation (fermentation butyrique, acétique, sulfitique, ...). La fermentation acide mixte est un autre type de fermentation qui concerne essentiellement les entérobactéries.

Rôles physiologiques

Fermentation éthylique

La fermentation alcoolique est réalisée par de nombreux organismes (bactéries, levures) vivant de manière permanente ou occasionnelle dans des milieux dépourvus d'oxygène. La propriété de certaines levures à transformer le sucre en éthanol est utilisée par l'homme dans la production de boissons alcoolisées et pour la fabrication du pain. La température idéale de fermentation est de 35 °C à 40 °C. Les boissons alcoolisées sont obtenues par fermentation naturelles des solutions sucrées. Il s’agit d’une réaction chimique naturelle (biochimique) obtenue grâce aux micro-organismes (bactéries, moisissures, champignons) et aux levures qui grâce à leur enzyme, la zymase, décomposent les jus de fruits naturels en éthanol et en bulles de gaz carbonique. Les levures sont présentes naturellement à la surface des fruits ou rajoutées aux moûts (jus de fruit) que l’on fait fermenter. Concretement, pour provoquer le processus de fermentation, il suffit de laisser le fruit au contact de l'air en prenant soin de broyer les membranes de protection biologiques (peau, ...), ce qui se fait en écrasant ou en broyant le fruit. Les levures en suspension dans l'air sont amplement suffisantes pour produire la fermentation de la bouillie en quelques jours. On peut aussi rajouter des levures afin d'accélerer ce processus naturel, comme la levure de bière (ou celle du pain) aussi, en maintenant la température au alentour de 37°C, la fermentation se produit en une heure environ.

Fermentation lactique

La fermentation lactique est très utilisée en fromagerie. Les yaourts sont obtenus à partir de lait bouilli, refroidi, ensemencé avec une souche définie de bactérie (L. Bulgaricus par exemple) et incubé de 3 à 4 heures à 40 °C. La fabrication de la choucroute est réalisée par fermentation lactique en présence de 2 à 3% de chlorure de sodium. Le processus est arrêté lorsque la teneur en acide lactique atteint environ 1, 5%. La fermentation lactique est favorisée lors de l’ensilage des produits agricoles, car l’acidité produite empêche le développement d’autres micro-organismes pouvant provoquer la putréfaction des produits ensilés. La présence de ferments lactiques dans la flore intestinale est très favorable à un bon fonctionnement de l’intestin. Enfin, au cours des processus anaérobies présidant à la contraction musculaire, le glycogène qui est un polymère glycosylé libère du glucose grâce à une enzyme, la glycogène phosphorylase, le glucose rejoint ensuite la glycolyse et forme 2 équivalents de pyruvate. Ceux-ci sont alors transformés en acide lactique par une lactase déshydrogénase, lequel est ultérieurement oxydé au cours des processus aérobiques. La fermentation lactique est une réaction chimique pouvant se dérouler en cas de privation d'oxygène dans les cellules musculaires. Les muscles ayant besoin d'une grande quantité d'énergie en cas d'activité physique, consomment une grande quantité de sucre et surtout, d'oxygène. Le glucose et l'oxygène nécessaires à la réaction de respiration cellulaire sont stockés dans la cellule et renouvelés par la circulation sanguine. La quantité d'oxygène apportée peut ne pas être suffisante, soit en cas d'effort bref et intense (compte tenu du délai entre le débit de repos et le débit en plein effort), ou bien encore alors que le débit maximum d'oxygène est déjà atteint (pendant le sprint final), alors que du sucre reste disponible ; les cellules musculaires réalisent alors la fermentation lactique pour produire de l'énergie. L'augmentation de la concentration en ions lactates dans les cellules musculaires est une des raisons de la fatigue après une activité intense. En effet, ces ions lactates changent le pH intracellulaire et modifient de fait les conditions de fonctionnement enzymatiques de la cellule qui ne peut plus travailler correctement. Il est également important de noter que la production de ces ions lactates n'est pas liée aux crampes comme on peut souvent le lire.

Procédés industriels de fermentation

- Pour le viticulteur, les quatre principaux objectifs de la fermentation alcoolique d'un jus de raisin sont les suivants :
- Assurer la fermentation complète et rapide des sucres.
- Éviter la production d'acidité volatile pendant le premier tiers de la fermentation.
- Éviter la production de composés soufrés à odeurs désagréables pendant toute la fermentation.
- Aboutir à l'objectif aromatique et gustatif, notamment par le choix de la levure sélectionnée. La conduite de la fermentation alcoolique d'un moût de raisin nécessite de maîtriser les facteurs influant directement sur la vie et la survie d'une population de levures. Ils peuvent être rassemblés autour de 13 points-clés dont la maîtrise constitue les bonnes pratiques de fermentation.
- Voir aussi fermentation de la bière.
- Dans le domaine du traitement des déchets organiques et de la production d'énergie renouvelable, il existe la méthanisation. La méthanisation permet de transformer toute matière organique (pollution organique, fumier, déchets ménagers fermentescibles) en biogaz. Elle consiste principalement en 4 phases :
-Hydrolyse des polymères de sucres, protéines ou lipides en monomères.
-Acidogènese qui permet la transformation de ces monomères en acides gras volatils.
-Acétogènese qui produit de l'acétate.
-Méthanogènese pour la production de méthane et de CO2.

Sources

- Site d'information sur la méthanisation et le biogaz
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Pour en savoir plus

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Sujets connexes
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