La fermentation alcoolique est un processus chimique, mais néanmoins naturel, qui va transformer le sucre gorgeant les raisins, sous l’action de levures en alcool. La fermentation est une des étapes de la vinification.
Qu'est-ce que la Fermentation Alcoolique ?
La fermentation alcoolique est un processus biochimique par lequel des sucres sont transformés en alcool dans un milieu liquide et en l’absence d’oxygène. Elle correspond à la transformation des sucres en alcool éthylique et anhydride carbonique.
En effet, nos ancêtres Romains, Grecs ou Gaulois obtenaient l’alcool dans leurs boissons par le biais de la cuisson (ce vin était appelé le defrutum, du vin cuit). La fermentation alcoolique est la plus anciennement étudiée, depuis la civilisation égyptienne. Elle est utilisee pour la fabrication de toutes les boissons alcooliques (en particulier le vin). Par le gaz carbonique degage, elle intervient dans la levee de la pate en boulangerie et en patisserie.
Définition : La fermentation alcoolique est réalisée notamment par les levures et convertit des glucides tels que le glucose, le fructose et le saccharose - diholoside formé des deux précédents - en éthanol CH3CH2OH et dioxyde de carbone CO2 avec production d'une faible quantité d'énergie métabolique sous forme d'ATP.
La Réaction de Fermentation Alcoolique
Pour la levure de boulanger, l'équation globale de la réaction s'écrit :
\[\mathrm{C_6H_{12}O_6} \mathrm{+ 2\ ADP} \mathrm{+ 2\ P_i} \mathrm{\longrightarrow} \mathrm{2\ C_2H_5OH} \mathrm{+ 2\ CO_2} \mathrm{+ 2\ ATP}\]
Glucose, 2 ADP et 2 phosphate donnent 2 éthanol, 2 dioxyde de carbone, et 2 ATP.
Le Rôle des Levures
La fermentation s’effectue par réaction chimique grâce aux levures, qui sont des micro-organismes qu’on trouve naturellement sur la vigne et les raisins, qui pour leur croissance vont utiliser les sucres comme source d’énergie. Durant ce processus métabolique le glucose est transformé en alcool.
La propriété de certaines levures à transformer le sucre en éthanol est utilisée par l'homme dans la production de boissons alcooliques, et pour la fabrication du pain. Les levures sont présentes naturellement à la surface des fruits ou ajoutées aux moûts (jus de fruit) que l'on fait fermenter.
Il existe un tres grand nombre d’especes de levures - principalement les levures, champignons endomycetes. La plus connue est Saccharomyces cerevisiae (levure de biere), dont certaines souches sont utilisees en brasserie et d’autres en boulangerie; Saccharomyces ellipsoideus , agent de la vinification ; Saccharomyces fragilis , employe pour la seconde fermentation intervenant en champagnisation.
Sans levures, pas de vin! Ce sont des organismes essentiels pour la transformation alcoolique. Certaines levures sont présentes naturellement sur les peaux des baies de raisin mais aussi au chai (lieu où l’on emmagasine les alcools et les vins en fûts) : les levures indigènes. D’autres, exogènes, sont rajoutées en cave, soit dès le début du processus ou après une fermentation naturelle qui n’est pas arrivée à terme : les Levures Sèches Actives (LSA).
Types de Levures Utilisées
- Levure de type “Ale”: utilisée pour les bières de fermentation haute, produisant des esters et phénols contribuant aux arômes.
- Levure de type “Lager”: spécifique pour la fermentation basse de la bière, à des températures plus fraîches, produisant des saveurs plus nets.
- Levure belge: utilisée pour les bières belges, offrant des saveurs fruitées et épicées.
Applications de la Fermentation Alcoolique
Elle est utilisee pour la fabrication de toutes les boissons alcooliques (en particulier le vin). Par le gaz carbonique degage, elle intervient dans la levee de la pate en boulangerie et en patisserie.
Vinification
Pour le vin, ce sont les levures qui se trouvent naturellement 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. Les principaux objectifs de la fermentation alcoolique d'un jus de raisin en vin sont les suivants :
- Assurer la fermentation complète et rapide des sucres.
- Éviter la production d'acidité volatile pendant la fermentation.
- Éviter la production de composés soufrés à odeurs désagréables pendant la fermentation.
- Aboutir à l'objectif aromatique et gustatif.
Ces étapes peuvent être favorisées par l'addition d'une levure sélectionnée pour ses caractéristiques fermentaires.
Fermentation de la Bière
La fermentation est une des étapes de la fabrication de la bière. Cette étape consiste à ensemencer le moût avec une certaine quantité de levures afin que ces levures transforment les sucres présents en alcool et en CO2. Il existe quatre types de fermentation : basse, haute, spontanée et mixte.
Fabrication du Pain
Un des terrains d'application les plus importants est la boulangerie. La levure de boulanger (S. cerevisiae) est utilisée pour la fabrication de presque toutes les espèces de pains et de gâteaux traditionnels à la pâte levée, pour faire lever la pâte. Ceci se produit par la fermentation alcoolique qui dégage de fines bulles de dioxyde de carbone au sein de la pâte, et peut substantiellement en augmenter le volume. L'éthanol produit est vaporisé dans le processus de cuisson, tandis que les levures meurent à cause de la haute température.
Conditions de Fermentation Alcoolique
Une des clés de la fermentation est la température. En effet, la réaction chimique va dégager de la chaleur et du gaz carbonique : le moût va donc chauffer, voire parfois bouillonner.
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.
Facteurs Influents
- Température : Trop froid (10 °C), le processus est très ralenti voire incomplet; trop chaud (au-delà de 45 à 50 °C), les levures meurent.
- Oxygène : Bien que la fermentation soit un phénomène anaérobie, les levures ont besoin d'un peu d'oxygène pour se multiplier et synthétiser des stérols.
- Azote assimilable : Nécessaire pour assurer la production de protéines, donc la multiplication des levures.
- Alcool : Passée une certaine concentration (de 14 à 16 %), il agit comme un poison pour les levures.
De nos jours, pour contrôler la température de la fermentation et permettre des subtilités dans la puissance de l’arôme ou le contrôle du sucre, les cuves en inox permettent de faire circuler de l’eau autour du moût pour arriver à la température souhaitée.
La température idéale de fermentation est de 35 °C à 40 °C. La formation d'alcool pendant la fermentation limite encore plus fortement la capacité de résistance à la température de Saccharomyces cerevisiae. On considère, en vinification, que 30 °C - 32 °C est une température maximale, au-delà de laquelle le risque d'arrêt de la fermentation est très élevé.
Aspects Historiques et Scientifiques
Lavoisier montra que les quantites de carbone, d’hydrogene et d’oxygene de l’alcool et du gaz produits egalaient celles de ces elements dans le sucre consomme. La presence indispensable de levures pour la realisation du processus etait interpretee comme la necessite d’un facteur physique, mais ne jouant pas de role chimique.
En 1837 et 1838, C. Cagniard de la Tour, T. Schwann et F. Kutzing publierent separement leurs observations microscopiques et conclurent que la levure est un organisme vivant qui se reproduit par bourgeonnement. Schwann nomme ce micro organisme "champignon du sucre" et considere la fermentation comme "la decomposition du sucre par ce champignon, qui en retire le materiel necessaire a sa croissance et a sa nutrition".
Les travaux de Buchner, qui, en 1897, prepara un suc de levures depourvu totalement de cellules, mais capable de transformer le glucose en ethanol et en CO2, puis ceux de Harden et Young, qui, en 1905, fractionnerent le suc obtenu par Buchner, nomme zymase, en une partie thermostable (cozy-mase) et une partie thermolabile (apozymase), sont parmi les plus importants de ceux qui ont contribue au developpement de la biochimie et de l’enzymologie modernes.
Les premières traces de production de boissons fermentées datent de bien avant notre ère. En effet, c’est dans le sanctuaire de Göbekli Tepe, au sud de la Turquie qu’on a découvert d’immenses cuves capables de contenir 180 litres chacune avec, à l’intérieur, des résidus de bière.
Après la Fermentation Alcoolique
Après la fermentation alcoolique se trouve une autre étape : la fermentation malolactique, dont les étapes sont détaillées dans notre article qui lui est dédié.
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