Lorsqu’ils se développent, les pays perdent leurs traditions. Mais une fois arrivés à l’autosuffisance économique, comme c’est le cas aujourd’hui en Europe, émerge la volonté de renouer avec les savoir-faire oubliés, notamment la fermentation des aliments. En ces temps anciens, manger de la viande fermentée était la norme. En effet, bien avant le développement des outils permettant de chasser du gros gibier, nos ancêtres étaient des charognards-opportunistes. Ils consommaient des animaux morts de façon naturelle ou tués par d’autres prédateurs.
« Un rôle a certainement été joué également par l’observation des animaux carnivores qui s’en vont enterrer leur proie après l’avoir tuée. Enterrer la nourriture est une pratique qui s’est prolongée au fil des siècles. Chez les chasseurs-cueilleurs traditionnels, le contenu de l’estomac de l’animal tué est la première partie consommée. C’est le cas des Inuits au Canada, des Sami en Scandinavie, des peuples de Sibérie. »
Ces populations traditionnelles, avant que la nourriture moderne ne parvienne jusque dans ces contrées isolées au cours du siècle dernier, consommaient essentiellement une nourriture d’origine animale. « Or, on remarque que ces populations ne présentaient aucune carence en vitamine C. Cela est dû au fait qu’ils consommaient le contenu de l’estomac des animaux. »
Les herbivores savent manger des lichens et des écorces d’arbre, alors que les humains ne sont pas capables de les digérer à l’état brut. Mais lorsqu’ils sont prédigérés par l’animal, cela devient quelque chose de nutritif, riche en vitamines. Ces aliments prenaient un goût acide, car mêlés aux sucs gastriques de l’animal. Le recours à la fermentation était déjà présent avant les premiers foyers d’agriculture. Et ce, notamment, pour concevoir des boissons fermentées.
« A l’époque, les céréales étaient des petites graminées. La graine était minuscule, c’est la domestication des céréales, donc l’agriculture, qui a conduit aux grosses graines que l’on connaît aujourd’hui. »
« Le Mésolithique, période intermédiaire entre le Paléolithique qui lui précède et le Néolithique qui lui succède, signe la fin de la glaciation. Il n’est donc pas étonnant que les premiers vestiges de fabrication de la bière soient datés de cette période, entre 12.000 et 10.000 ans. Peu de temps après, vers -9000 ans, on trouve les premiers vestiges de fabrication du vin. La céramique n’a été inventée que vers 6000 ans avant notre ère. Les premières traces de fromages remontent à -5000 ans. »
« La trace la plus ancienne de fabrication de bière est située à Göbekli Tepe, en Turquie. Sur ce site préhistorique datant du Xe siècle avant notre ère, ont récemment été retrouvées des pierres à moudre et plusieurs cuves en pierre de 600 litres. Au fond de ces gigantesques récipients, des traces d’oxalate de calcium ont été décelées. Autrement dit, à Göbekli Tepe, on consommait jadis de la bière. Et en grande quantité. »
« Ce n’était pas de la bière mousseuse comme aujourd’hui, mais un boisson plate résultant de l’écrasement de céréales dans de l’eau. Cette bouillie liquide était alors ensemencée avec de la salive ou de façon naturelle par les micro-organismes présents dans l’air. C’était une bière nutritive. »
« La boza, que l’on sert toujours aujourd’hui en Turquie, réalisée au départ de millet, est la survivante de ces bières préhistoriques. D’autres survivances de ces bouillies ancestrales sont la polenta, le porridge, le millas, les gaudes (Jura). »
Elle fait un retour en force dans les pays occidentaux. Et pour cause, il s’agit d’une méthode de conservation sur le long terme (plusieurs années) qui ne requière la consommation d’aucune source d’énergie. En parallèle, la fermentation ne détruit nullement les nutriments présents dans le légume, et l’enrichit même en vitamines et en enzymes. Il y a donc davantage de vitamines dans un légume fermenté que dans le même légume frais.
L’histoire de la fermentation remonte à des milliers d’années, quand les humains ont commencé à stocker de la nourriture pour survivre aux périodes de disette. Depuis lors, et grâce aux progrès de la science, différentes formes de fermentation ont été développées.
Quels sont les différents types de fermentation et leurs utilisations ?
La fermentation ne sert-elle qu’à brasser la bière ? Comment cette technique traditionnelle a-t-elle évolué pour devenir une technique de pointe ? Et comment BGene utilise la fermentation pour développer des ingrédients innovants et respectueux de l’environnement ?
La fermentation à travers l’histoire. La fermentation est probablement la plus ancienne des biotechnologies. A l’origine, l’humain l’a utilisée pour se nourrir. Mais aujourd’hui, ses champs d’application sont beaucoup plus vastes. Petit rappel historique. Du néolithique à nos jours : conservation et transformation. Ce sont les Sumériens qui, il y a environ 8000 ans, ont été les premiers à utiliser la fermentation de manière régulière. Ensuite, au fil des siècles, l’humain a appris à maîtriser la fermentation, souvent de manière empirique, pour conserver les aliments, fabriquer du fromage ou encore transformer les viandes, les fruits et les légumes.
Cette technique est toujours très répandue : au début des années 2000, on comptait à travers le monde plus de 5000 aliments fabriqués grâce à la fermentation : boissons avec ou sans alcool, produits laitiers, spécialités à base de viande, choucroute, vinaigre, etc. Elle est aujourd’hui bien ancrée dans notre quotidien et l’on semble même en redécouvrir ses vertus.
Pasteur et la découverte du principe scientifique de la fermentation. Lorsqu’il a débuté ses recherches sur le processus de fermentation, le chimiste et microbiologiste français Louis Pasteur avait comme premier objectif de contester la théorie dominante, celle de la génération spontanée. En 1857, Pasteur a réfuté cette théorie et a montré que les micro-organismes à l’origine de la fermentation ne se développaient pas par génération spontanée, mais plutôt grâce aux spores présentes dans l’air et sur les aliments. En produisant de l’alcool à partir du sucre, il a aussi démontré que certains micro-organismes comme les levures étaient les responsables de la fermentation. Pasteur a également découvert que les levures pouvaient vivre sans oxygène, en anaérobie, affirmant que « La fermentation, c’est la vie sans air ».
La fermentation après Pasteur. Si les travaux de Pasteur sur la fermentation ont essentiellement amené des avancées dans le domaine de l’alimentation, les progrès scientifiques du XXe siècle ont permis d’étendre ses applications aux domaines de la chimie, du médicament et même de l’industrie. Nous reviendrons sur ces différents aspects plus tard dans cet article.
Les ferments, les déclencheurs de la fermentation
Les micro-organismes évoqués à l’instant sont aussi connus sous le nom de ferments. Ils sont de 3 sortes :
- Les bactéries: lactiques comme les lactobacilles qui interviennent dans la charcuterie, les fromages ou les légumes lacto-fermentés; les microalgues cyanobactéries pour des applications émergentes;
- Les levures: elles peuvent se développer avec ou sans oxygène et servent le plus souvent à la panification ou à la fermentation alcoolique;
- Les moisissures: champignons nécessitant l’oxygène, utilisés pour affiner certains fromages et fabriquer des arômes alimentaires.
Les ferments ont tous besoin d’eau et de températures pouvant aller de 4°C à 75°C pour se développer. Ils ont des propriétés qui leurs sont propres et qui conduiront à des types de fermentations différents.
Les différentes formes de fermentation
Selon qu’elle est initiée à partir de bactéries, de levures ou de moisissures, la fermentation produit différents effets. En voici quelques utilisations.
Dans l’industrie alimentaire
La fermentation lactique est obtenue grâce à des bactéries et est la plus utilisée pour transformer et conserver plus longtemps certaines matières premières alimentaires comme le lait ou la viande. En effet, l’acide lactique produit par ce type de fermentation stoppe le processus naturel de putréfaction. Les ferments lactiques permettent de produire des fromages, des yaourts, de la charcuterie et des légumes lactofermentés.
La fermentation alcoolique provient essentiellement des levures et sert à fabriquer du pain et des boissons alcoolisées. Dans ce secteur, les biotechnologies blanches permettent la sélection et la culture de levures spécifiques, améliorant les rendements et protégeant les productions des bactéries nuisibles.
La fermentation acétique sert à fabriquer le vinaigre et peut provenir de diverses matières premières comme le raisin, le riz, les pommes ou les céréales. Elle se fait en milieu aérobie et donne la fameuse « mère du vinaigre ».
La fermentation propionique est utilisée dans l’industrie laitière et conduit à la formation des trous dans certains fromages comme le gruyère.
La fermentation malolactique, souvent deuxième étape après l’alcoolique en vinification, transforme l’acide malique en acide lactique et CO2, atténuant l’acidité et enrichissant le vin en arômes.
La fermentation acétique et les autres formes jouent des rôles complémentaires selon les produits et les procédés industriels.
Dans les autres industries
La fermentation s’est étendue à la chimie (solvants, enzymes, polymères biodégradables), à la santé (hormones, antibiotiques, probiotiques), à l’agriculture (engrais organiques, biopesticides) et à l’environnement (biocarburants, biogaz, bioremédiation). Chez BGene, la fermentation de précision permet de produire des ingrédients cosmétiques respectueux de l’environnement en utilisant des sucres non alimentaires et en limitant l’usage de ressources fossiles.
Le principe de la fermentation de précision repose sur la connaissance du mode de vie des micro-organismes et sur l’optimisation des environnements de culture pour maximiser la production de molécules d’intérêt tout en réduisant les impacts environnementaux.
La fermentation dans nos assiettes et notre quotidien
Les laits fermentés, tels que le yaourt et diverses boissons lactées, existent depuis des millénaires et améliorent la digestibilité et la tolérance au lactose. La boulangerie et la charcuterie, ainsi que les légumes comme la choucroute, dépendent aussi fortement de la fermentation. Dans les boissons, la fermentation alcoolique est indissociable du vin, de la bière, du cidre et des spiritueux, et la fermentation malolactique affine les arômes et la structure des vins.
Les micro-organismes indésirables peuvent toutefois altérer la qualité des produits fermentés. En brasserie, les bactéries lactiques et acétiques peuvent causer des défauts aromatiques et de stabilité. Le houblon joue un rôle protecteur grâce à ses propriétés bactériostatiques.
La fermentation est bien plus qu’un procédé culinaire: c’est une alchimie microbienne qui a façonné notre alimentation, notre santé et une grande partie de notre histoire, et qui continue d’innover aujourd’hui grâce à des approches comme la fermentation de précision.
Aux origines des fermentations: De l'Égypte antique à Pasteur. Les premières traces remontent à l’Antiquité et même plus loin dans le pourtour méditerranéen, avec la vinification et les produits laitiers fermentés qui accompagnent l’évolution des civilisations. Pline l’Ancien évoquait déjà l’acidité des produits laitiers fermentés; Lavoisier et les découvertes de la chimie ont ensuite précisé les mécanismes. Puis, au 19e siècle, les travaux de Cagniard de la Tour, Schwann et Kutzing ont confirmé que la levure est un organisme vivant, ouvrant la voie à la biochimie moderne.
Les mécanismes moléculaires et les voies du métabolisme
La fermentation est une voie métabolique qui permet à un micro-organisme de produire de l'énergie en l'absence d'oxygène, assurant la réoxydation du NADH en NAD+. Le glycolyse mène au pyruvate, qui est ensuite métabolisé selon le type de fermentation. Le NADH transfère ses électrons vers des récepteurs finaux, produisant des acides, du CO2 et de l’alcool selon les conditions et les micro-organismes impliqués.
Les sucres fermentescibles doivent être rendus accessibles par des enzymes et des perméases; les amylases et d’autres enzymes transforment les polysaccharides en sucres simples que les micro-organismes peuvent utiliser.
Tableau récapitulatif des principaux types de fermentation
| Type de fermentation | Principaux agents | Produits typiques |
|---|---|---|
| Fermentation alcoolique | Levures Saccharomyces | Éthanol, CO2; pain, boissons |
| Fermentation lactique | Bactéries lactiques | Acide lactique; yaourt, choucroute, légumes fermentés |
| Fermentation acétique | Acetobacter | Vinaigre |
| Fermentation propionique | Propionibacterium | Trous dans fromages (Gruyère, Emmental) |
| Fermentation malolactique | Oenococcus oeni | Amélioration du vin rouge et blanc |
| Fermentation butyrique | Clostridium | Goût et odeur caractéristiques du beurre rance |