Les bases de la technologie laitière

La fermentation lactique
Delphine CUVILLIER
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…)
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
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
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,…
Production industrielle de
ferments lactiques
• Applications principales :
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–
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–
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 :
-Rhodia Food (France)
-SKW Biosystems
275 millions d’euros en 1999
Dont près de 50% en France
La fermentation lactique :
Les bactéries lactiques
Produit
Souches utilisées
Fromages
Lactococcus lactis lactis
Lactococcus lactis cremoris
Lactobacillus helveticus et casei
Leuconostoc spp
Yaourt
Streptococcus thermophilus
Lactobacillus bulgaricus
Saucisses
fermentées
Lactobacillus plantarum, Pediococcus brevis
Choucroute
Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus
plantarum
Vin
Oenococcus oeni, Lactobacillus plantarum
Les bactéries lactiques
Lactococcus lactis
Leuconostocs
Photo M. Rousseau/INRA
(en haut à droite)
Photo M. Rousseau/INRA
La fermentation lactique :
Les bactéries lactiques
Nombre de bactéries
3
(logarithme)
1
4
2
1 : phase de latence
2 : phase de croissance exponentielle
3 : phase stationnaire
4 : phase de déclin
temp
s
La fermentation lactique :
Les bactéries lactiques
• Facteurs influençant la croissance :
– Facteurs physiques :
• Température
• Activité de l’eau
– Facteurs chimiques :
• Concentration en
• Concentration en
en vitamines
• Concentration en
• pH
• Concentration en
lactose
éléments minéraux (sels, métaux) et
oxygène dissous
acide lactique
La fermentation lactique :
Les bactéries lactiques
• Facteurs influençant la croissance
– Facteurs physiques : la température
T° opt de
croissance
18-30°C
Bactéries
Leuconostocs
27-32°C
Lactocoques
30-35°C
Lactobacilles mésophiles
25-40°C
Pédiocoques
35-38°C
Lactobacillus acidophilus
39-46°C
Streptococcus thermophilus
Lactobacilles thermophiles
Pour avoir une
activité suffisante,
les bactéries
lactiques doivent
donc être au
moins à 20-22°C
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 aw < 0,95 : pas de croissance bactérienne
si aw < 0,70 : pas de croissance microbienne du tout
ajout de sel ou égouttage  chute de l’activité  réduction du
développement de la flore
La coagulation lactique
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
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 ???
La coagulation lactique
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répulsion
Avant
acidification
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La coagulation lactique
Neutralisation des
charges négatives
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Acide lactique
H+ H+ H+ H+ H+
H+ H+ H+ H+ H+
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Acide lactique
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Après
acidification
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H+ H+ H+ H+ H+
H+ H+ H+ H+ H+
La coagulation lactique
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Neutralisation des
charges négatives
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Calcium -
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H+ H+ H+ H+ H+
H+ H+ H+ H+ H+
Calcium
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Calcium
Calcium
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Calcium
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À pH 5,7,
50% du Ca
H+ H+ H+ H+ H+ colloïdal est
solubilisé
H+ H+ H+ H+ H+
Acide lactique
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Acide lactique
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Point isoélectrique
à 20°C : pH 4,6
-
Solubilisation
du calcium
La coagulation lactique
Après
acidification
Neutralisation des
charges négatives
Attraction des
micelles et
formation de
liaisons
hydrogène
 Le yaourt
Perte d’eau
 Expulsion
de sérum
Solubilisation
du calcium
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
La coagulation lactique
acidification
Composants du lait
avant acidification :
suspension
Composants du lait
après acidification :
précipitation
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
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
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