Fermentation alcoolique

Fermentation de grappes de mourvèdre

La fermentation alcoolique est le résultat d'une chaine métabolique qui transforme des sucres fermentescibles par des levures en alcool et en dioxyde de carbone, avec dégagement de chaleur :

Le bilan de cette transformation est énergétiquement favorable (production d'ATP) : le processus est exergonique.

Il existe un grand nombre d'espèces de levures utilisées pour la fermentation. La plus connue est la levure de bière. On peut utiliser aussi des moisissures.

Produits obtenus

On obtient de l'alcool éthylique (éthanol), valorisable comme carburant de substitution ou comme produit de base pour l'industrie chimique et de résidu solide. Ce dernier contient les déchets végétaux partiellement ou non hydrolysés et les levures. Il a donc une teneur accrue en protéines et peut être utilisé pour l'alimentation animale.

L'intérêt par rapport à la production classique d'éthanol (C₂H₄ + H₂O ⇒ C₂H₅OH) est qu'on utilise de la biomasse au lieu d'utiliser du pétrole, et que la dépense énergétique pour produire de l'éthanol par voie biologique est de 0.5 J par joule obtenu sous forme d'éthanol, alors qu'elle est de 2 J/J par la voie classique.

Des produits secondaires sont formés : les plus importants sont le glycérol, l'acide succinique, l'acide acétique et l'alcool amylique.

Fermentation alcoolique en vinification

Lors de la vinification, les sucres du moût, sous l'action de levures se transforment en alcool éthylique (les levures sont des champignons microscopiques). Le phénomène s'accompagne d'un dégagement de dioxyde de carbone et d'une élévation de température.

Les levures produisent aussi :

• des composés secondaires : alcools supérieurs, glycérols (glycérine), acide succinique, acide acétique (c'est le composant principal de l'acidité volatile).
• des substances aromatiques : odeurs de banane, de bonbons anglais, qui participent aux caractéristiques des vins primeurs (Beaujolais, Coteaux du Lyonnais, Gamay de Touraine…)

Les arômes issus du raisin ou arômes variétaux sont dits primaires ; ils sont dits secondaires lorsqu'issus de la fermentation ; ceux qui se développent au cours de l'élevage du vin ou de l'évolution en bouteille, sont dits tertiaires.

Les levures sont omniprésentes dans la nature, à la surface des sols agricoles, collées sur la pruine de la pellicule du raisin, sur le matériel de récolte, sur le matériel vinaire des chais. Lorsqu’elles sont de souche médiocre ou en nombre insuffisant, ou lorsque l'expérience montre que leur capacité à conduire à terme la fermentation est limitée, le vinificateur a recours au levurage, à partir de souches naturelles de Saccharomyces cerevisiae (le plus souvent) sélectionnées et produites sous forme sèche, réhydratable dans l'eau tiède.

Conditions de fermentation

La fermentation alcoolique ne peut se produire que sous certaines conditions :

• Température :
  • trop froid (10 °C), le processus est très ralenti voire incomplet
  • trop chaud (au-delà de 45 à 50 °C), les levures meurent, le milieu devient inapte à leur survie. 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 un niveau maximum au delà duquel le risque d'arrêt de fermentation est très élevé. De plus en plus de vinificateurs travaillent d'ailleurs, en rouge, à des températures proches de 25 °C grâce à la maîtrise permise par l'installation d'échangeurs thermiques immergés (appelés couramment « drapeaux ») dans les cuves de vinification

• Oxygène : Bien que la fermentation soit un phénomène anaérobie, les levures ont besoin d'oxygène pour se multiplier et synthétiser des stérols qui permettent une meilleure résistance à l'éthanol (et donc une survie améliorée).

• Azote assimilable : Il provient des raisins ou de leur moût mis à fermenter. Il est nécessaire pour assurer la production de protéines donc la multiplication des levures. Dans les zones les plus méridionales, il est souvent en quantité insuffisante par rapport aux besoins de la population de levures : la carence absolue est fixée autour de 150 mg/L (pour fermenter 200 g de sucres / L) avec des besoins qui croissent en fonction de la quantité de sucres à fermenter. Une carence peut conduire à plusieurs résultats souvent négatifs pour la qualité des vins obtenus : production de composés soufrés malodorants (odeurs soufrées, « de réduit », de chou...), ralentissement des fins de fermentation ou arrêt de fermentation avec présence de sucres résiduels. Ces deux dernières situations induisent une élévation des risques de multiplication d'espèces indésirées à ce stade de la vinification : bactéries lactiques, bactéries acétiques, levures contaminantes (Brettanomyces bruxellensis principalement).

• Alcool : C'est un antiseptique, même pour les microorganismes qui l'ont produit. Passée une certaine concentration (de 14 à 16 °), il agit comme un poison pour les levures [ref.nécessaire]. Les boissons de plus haut degré alcoolique sont produites par distillation.

Réaction précise

→

• Portail de la chimie