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. La levure responsable de la fermentation alcoolique est Saccharomyces cerevisiae. Sous son nom de dieu égyptien, se cache un micro-organisme, une levure particulière parmi tous les ferments, levains et levures utilisés depuis la haute Antiquité. Saccharomyces cerevisiae est construit sur les racines grecques σάκχαρις, saccharo (sucre), μύκης, myces (champignon) et le mot latin cerevisia -ae, cervoise (mot d’origine gauloise désignant la bière).
Suite aux travaux de Louis Pasteur, qui ont conduit à améliorer la culture de souches pures, la Grande-Bretagne a introduit en 1879 des cuves spécialisées pour la production de S. cerevisiae. Un peu plus tard, les États-Unis utilisaient des centrifugeuses pour les produire, c’est ainsi que la commercialisation de la levure moderne est devenue possible. 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. Le vin c’est avant tout du raisin fermenté. Le rôle des levures est de transformer le saccharose contenu dans les baies de raisins en alcool. La réaction entraîne la production de dioxyde de carbone et d’Adénosine Triphosphate (ATP). Les molécules d’ATP fournissent l’énergie nécessaire aux réactions chimiques du métabolisme des levures, tandis que le dioxyde de carbone formera les bulles dans le champagne par exemple.
Il faut environ 220 grains, soit 1 kg de raisin pour faire une bouteille de vin. En théorie, plus le moût est sucré, plus le vin sera alcoolisé. La plupart des vins contiennent entre 11% et 15% d’alcool : il y a donc de l’alcool dans le vin, mais pas seulement ! 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). Beaucoup de viticulteurs pratiquent le levurage en ajoutant telle ou telle souche cultivée en laboratoire selon le cépage, la couleur et le profil de vin souhaité.
Pour produire 1 degré d’alcool, il faut environ 17 grammes de sucre. Plus les raisins sont sucrés, plus le vin sera donc alcoolisé. Cependant, les levures s’épuisent dès que le vin atteint 15 degrés d’alcool. Le vigneron peut aussi choisir d’interrompre la fermentation en cours pour conserver une partie du sucre dans son futur vin, pour produire des vins doux par exemple. C’est donc la teneur en sucres résiduels non fermentés qui fera la différence entre le Gewurztraminer sec et moelleux. La date de vendange peut également influer sur ce paramètre.
Les vins rouges et certains blancs impliquent aussi la « fermentation malolactique », correspondant à la décarboxylation du malate du raisin en lactate, principalement par la bactérie Oenococcus oeni (parfois Lactobacillus plantarum en inoculation exogène). La colonisation et la gestion de ces micro-organismes influencent le profil aromatique et la souplesse du vin. Les molécules volatiles intervenant dans l’aromatique proviennent des métabolites produits par les levures et des étapes d’élevage ou de fermentation secondaire. Le pyruvate occupe une place centrale dans les réseaux métaboliques, et certains de ses dérivés présentent des propriétés organoleptiques. La plupart de ces métabolites proviennent des souches utilisées et des conditions de fermentation (température, oxygénation, nutriments).
La voie métabolique et le rôle des conditions
La glucose est métabolisé par la glycolyse dans le cytosol des levures. Cette réaction aboutit à la production d’ATP, de coenzymes réduits NADH,H+, ainsi que de pyruvate. La fermentation alcoolique correspond à la décarboxylation du pyruvate, qui libère du CO2, et à la réduction de l’acétaldéhyde ainsi produit en éthanol, couplée à la réoxydation des coenzymes en NAD+. C’est par cette voie que les levures produisent préférentiellement leur ATP, même en conditions aérobies, lorsque le glucose est présent en quantité importante. Le rendement de la fermentation est toutefois bien inférieur à celui de la respiration cellulaire, mais la vitesse de production d’ATP par fermentation peut être environ 100 fois plus rapide que par la voie respiratoire, grâce à la concentration élevée des enzymes glycolytiques et fermentaires dans le cytosol.
Le glycérol joue un rôle important dans la balance redox durant le métabolisme fermentaire de S. cerevisiae. La fermentation alcoolique a un bilan redox neutre puisque la production d’éthanol consomme le NADH produit par la glycolyse. Des réactions complémentaires produisent du glycérol pour réguler l’équilibre redox lorsque l’oxygène est limité. La fermentation est une voie aérobio-anaérobie facultative: elle se produit préférentiellement en anaérobie ou en présence de forte concentration de glucose, ce qui est le cas dans le moût de raisin et de bière.
La respiration cellulaire est active à faible concentration en glucose et à forte concentration en O2. L’effet Pasteur décrit comment l’O2 favorise la respiration mitochondriale, tandis que l’effet Crabtree, où une forte concentration de glucose inhibe la respiration, est particulièrement prononcé chez S. cerevisiae. Durant la vinification et le brassage, les conditions ne réunissent généralement pas les facteurs favorables à la respiration, ce qui soutient une activité fermentaire soutenue des levures dans les moûts.
Éléments pratiques et paramètres de production
La densité du moût et l’atténuation (pourcentage de sucres consommés) servent de jauges pendant la fermentation. L’équation d’atténuation peut être utilisée pour estimer le degré d’alcool potentiel. Les températures optimales varient: environ 25-30 °C pour le vin rouge et 18-20 °C pour le vin blanc, afin d’éviter une fermentation trop rapide ou des arômes indésirables. L’oxygénation modérée est parfois nécessaire pour favoriser la multiplication des levures, même dans un processus globalement anaérobie. Pendant la fermentation, des composés secondaires tels que le glycérol, l’acide succinique, l’acide acétique et des esters se forment et influencent le goût et l’onctuosité du produit final.
La suite du processus de vinification implique l’étape de macération, l’égouttage, le pressurage, puis l’achèvement par la fermentation malolactique et l’élevage sous bois ou en cuve, avant la mise en bouteille. La fermentation alcoolique dans l’élaboration du vin est décrite comme le processus durant lequel le sucre est transformé en alcool sous l’action de levures et en l’absence d’oxygène, une étape clé autant pour le vin que pour la bière ou l’éthanol industriel. En milieu anaérobie, la réaction générale peut s’écrire C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2, et le processus est exothermique.
Des risques existent: certains micro-organismes indésirables peuvent se développer et altérer le profil aromatique ou générer des toxines. Des exemples incluent Brettanomyces bruxellensis ou des biofilms Acetobacter et Gluconobacter, qui peuvent donner des odeurs indésirables ou de l’acide acétique. Le contrôle sanitaire et le choix des souches, ainsi que la gestion du terroir, jouent un rôle crucial pour la qualité finale.
Le pyruvate est central dans les réseaux métaboliques et ses dérivés contribuent à l’aromatique du vin et d’autres boissons. Les principaux acides organiques présents dans le raisin sont citrique, malique et tartrique. Le raisin, fruit de Vitis vinifera, offre une diversité de cépages et un terroir qui combine géologie, climat et pratiques culturales pour conférer son caractère unique à chaque parcelle. Le greffage a été une réponse à l’attaque du phylloxéra et a permis de préserver les vignobles européens. Les raisins matures contiennent une forte proportion de fructose et de glucose, et la teneur en sucres déterminera la potentialité alcoolique du moût, bien que la teneur en sucres résiduels soit cruciale pour la douceur finale du vin.
Conclusion opérationnelle
La maîtrise de l’aération et des températures, le choix des levures, et la gestion des paramètres de fermentation et d’élevage sont essentiels pour obtenir des profils aromatiques et une stabilité microbiologique optimaux dans le vin et la bière. La fermentation alcoolique est un processus biochimique complexe qui illustre l’adaptation des levures Saccharomyces à des environnements riches en sucres et parfois stressants, tout en fournissant l’énergie nécessaire à leur métabolisme et en produisant des biomolécules qui donnent les arômes et les textures caractéristiques des boissons fermentées.
Comment les levures travaillent-elles ? - C'est Pas Sorcier
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