Sciences · Biologie
La fermentation
La fermentation est une voie de production d’énergie sans oxygène : des micro-organismes ou des cellules dégradent partiellement des sucres en produisant de l’alcool, de l’acide lactique ou des gaz.
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Pain, vin, bière, yaourt, fromage, choucroute, sauce soja, kimchi : une grande partie de notre alimentation est issue de la fermentation. Pratiquée depuis au moins 9 000 ans (des traces de boisson fermentée datant d’environ 7000 avant notre ère ont été retrouvées en Chine), elle n’a été comprise qu’au XIXe siècle, lorsque Louis Pasteur a montré qu’elle était l’œuvre d’êtres vivants. En biologie, c’est un mode de production d’énergie utilisé quand l’oxygène manque.
Fermentation et respiration
Les deux commencent de la même façon, par la glycolyse : dans le cytoplasme, une molécule de glucose est coupée en deux molécules de pyruvate, ce qui fournit 2 ATP. Ensuite, tout dépend de l’oxygène.
| Respiration aérobie | Fermentation | |
|---|---|---|
| Oxygène | Nécessaire | Non nécessaire |
| Lieu (eucaryotes) | Cytoplasme puis mitochondries | Cytoplasme uniquement |
| Dégradation du glucose | Complète, jusqu’au CO2 et à l’eau | Partielle |
| ATP par glucose | environ 30 à 32 | 2 |
| Produits | CO2, eau | Éthanol + CO2, acide lactique, etc. |
La fermentation est donc environ quinze fois moins rentable que la respiration cellulaire. Son étape finale ne sert pas à produire de l’énergie mais à régénérer le NAD+, un transporteur d’électrons indispensable pour que la glycolyse continue.
Les principaux types de fermentation
La fermentation alcoolique
Glucose → 2 éthanol + 2 CO2 (+ 2 ATP)
Réalisée surtout par les levures, en particulier Saccharomyces cerevisiae.
- Pain : le CO2 forme les bulles qui font lever la pâte ; l’alcool s’évapore à la cuisson.
- Vin : les levures transforment les sucres du raisin ; la fermentation s’arrête quand les sucres sont épuisés ou quand l’alcool atteint environ 14 à 16 %, seuil qui tue la plupart des levures.
- Bière : l’amidon de l’orge germée (malt) est d’abord converti en sucres, puis fermenté.
- Cidre, saké, rhum, et le bioéthanol utilisé comme carburant.
La fermentation lactique
Glucose → 2 acide lactique (+ 2 ATP)
Réalisée par les bactéries lactiques (lactobacilles, streptocoques, Lactococcus). L’acidité produite fait coaguler les protéines du lait et empêche le développement de nombreuses bactéries nuisibles, d’où son rôle de conservation.
- Yaourt : Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus thermophilus ; en France, l’appellation « yaourt » exige ces deux ferments vivants.
- Fromages, crème fraîche, kéfir.
- Choucroute, cornichons lactofermentés, kimchi, olives.
- Pain au levain, qui associe levures et bactéries lactiques.
Les cellules musculaires humaines pratiquent aussi la fermentation lactique lors d’un effort intense, quand l’oxygène arrive trop lentement. L’idée que l’acide lactique cause les courbatures est aujourd’hui abandonnée : celles-ci résultent plutôt de microlésions des fibres musculaires.
Autres fermentations
| Type | Organisme | Produit | Usage |
|---|---|---|---|
| Acétique | Bactéries Acetobacter | Acide acétique | Vinaigre (en réalité une oxydation qui consomme de l’oxygène) |
| Propionique | Propionibacterium | Acide propionique, CO2 | Trous de l’emmental |
| Butyrique | Clostridium | Acide butyrique | Odeur du beurre rance, ensilages mal conservés |
| Malolactique | Bactéries lactiques | Acide lactique | Adoucit l’acidité de nombreux vins |
| Méthanisation | Bactéries et archées | Méthane | Biogaz |
La découverte de Pasteur
Au début du XIXe siècle, la plupart des chimistes, dont Justus von Liebig, voyaient dans la fermentation une simple réaction chimique. Entre 1857 et 1876, Louis Pasteur démontre que chaque fermentation est due à un micro-organisme particulier, et que les levures fermentent en l’absence d’air : il parle de « la vie sans air ». Ses études sur les maladies du vin et de la bière l’amènent à mettre au point la pasteurisation (chauffage modéré qui détruit les micro-organismes indésirables). En 1897, Eduard Buchner obtient une fermentation avec un simple extrait de levures sans cellules vivantes : il ouvre ainsi l’étude des enzymes (Nobel de chimie 1907).
La fermentation dans l’industrie
- Médicaments : la pénicilline et de nombreux antibiotiques sont produits par fermentation en grandes cuves.
- Biotechnologies : bactéries et levures modifiées fabriquent insuline, enzymes, vitamines, acide citrique (voir biotechnologies).
- Énergie : bioéthanol, biogaz.
Questions fréquentes
Quelle différence entre fermentation et pourriture ?
Biologiquement, aucune différence de nature : ce sont des micro-organismes qui transforment la matière. On parle de fermentation lorsque le résultat est souhaité et maîtrisé (yaourt, vin), de putréfaction lorsqu’il est indésirable, souvent avec dégradation de protéines et odeurs désagréables.
Les aliments fermentés sont-ils bons pour la santé ?
Beaucoup sont intéressants : ils sont plus digestes (le yaourt contient moins de lactose que le lait) et peuvent apporter des micro-organismes vivants. Leurs effets précis sur le microbiote intestinal sont encore à l’étude.
Pourquoi le pain gonfle-t-il ?
Parce que les levures de la pâte fermentent les sucres et dégagent du CO2. Le réseau élastique du gluten retient ce gaz, qui forme les alvéoles de la mie.