Cet article présente le mécanisme de production d’énergie dans une cellule et détaille comment la fermentation lactique permet, en milieu anaérobie, le renouvellement des cofacteurs nécessaires lorsque la chaîne respiratoire n’est pas opérante. On y explore ensuite les ferments lactiques, leurs types, leurs usages en alimentation et les conditions de leur utilisation.
Fondements biologiques de la fermentation lactique
La forme d’énergie directement utilisable par la cellule est l’énergie de liaison phosphate-phosphate de la molécule d’ATP, mais la réserve d’ATP est limitée et doit être recyclée rapidement. Cette régénération passe par la glycolyse et le cycle de Krebs en présence d’oxygène, ou par la glycolyse suivie de la fermentation lactique en absence d’oxygène.
Au cours de la glycolyse, une molécule de glucose à 6 carbones est coupée en deux → 2 molécules à 3 carbones (pyruvate) avec production de 2 ATP. Les pyruvates sont oxydés dans le cycle de Krebs avec libération de CO2 et production d’équivalents ATP, mais les hydrogènes du glucose sont captés par NAD+ et FAD pour former NADH+H+ et FADH2. Ces cofacteurs passent ensuite par la chaîne respiratoire, régénérant le NAD+ et le FAD et produisant de l’eau et de l’ATP via un gradient de protons. En absence d’oxygène, ces cofacteurs ne peuvent être régénérés par la chaîne respiratoire, d’où l’option de la fermentation lactique.
La fermentation lactique transforme le pyruvate en acide lactique en deux étapes, régénérant les cofacteurs sans produire directement d’ATP, mais permettant à la glycolyse de se poursuivre sans oxygène. Ainsi, en condition anaérobie, la glycolyse peut se poursuivre et conduire à la formation d’acide lactique comme produit final, avec une économie énergétique bien moindre que dans le cadre aérobie (environ 2 ATP par glucose contre jusqu’à 36). Certains micro-organismes, notamment des bactéries, utilisent cette voie pour survivre en milieu dépourvu d’oxygène.
Le yaourt et d’autres aliments fermentés utilisent ce principe, car les ferments lactiques convertissent les glucides en acide lactique, acidifiant le milieu et influençant texture et conservation.
Qu’est-ce qu’un ferment lactique et quels types existent-ils?
Un ferment lactique est une culture de bactéries capable de produire de l’acide lactique pendant une fermentation. Le mot lactique vient de l’acide lactique, pas nécessairement du lait. Il existe plus de 200 souches de bactéries lactiques, mais seules celles ayant une utilité pour transformer les aliments peuvent être considérées comme des ferments lactiques. Certaines fermentations sont homofermentaires, produisant majoritairement de l’acide lactique, tandis que d’autres sont hétérofermentaires et produisent aussi du CO2, de l’éthanol ou d’autres composés aromatiques.
La voie homofermentaire utilise la glycolyse complète pour convertir le glucose en lactate, générant deux molécules de lactate et deux d’ATP par glucose. La voie hétérofermentaire produit du lactate, du CO2 et de l’éthanol ou d’autres métabolites, avec une production d’ATP moindre par glucose. Certaines bactéries peuvent aussi métaboliser le citrate en CO2 et diacétyle, influençant les arômes dans les produits laitiers.
Utilisations alimentaires des ferments lactiques
Les ferments lactiques transforment les glucides en acide lactique et permettent d’acidifier, épaissir, conserver et aromatiser divers aliments. Ils interviennent notamment dans:
- Les produits laitiers fermentés: yaourt, fromage, kéfir, lait fermenté, crème fermentée, etc.
- Les légumes lacto-fermentés: choucroute, kimchi, cornichons, etc.
- Les pains et levains: levains riches en communautés de bactéries et levures.
- Les viandes et charcuteries: certaines saucisses et produits similaires par fermentation lactique ciblée.
- Les boissons fermentées et autres préparations traditionnelles: kombucha, etc.
Le choix du ferment dépend des résultats souhaités: yaourt, fromage ou légumes. Pour les yaourts, deux souches emblématiques, Lactobacillus bulgaricus et Streptococcus thermophilus, acidifient le lait et assurent la coagulation. Pour les légumes, on privilégie des ferments adaptés ou une fermentation spontanée bien conduite. Pour les produits laitiers, l’ajout d’une culture adaptée est généralement indispensable pour obtenir un yaourt ou un lait fermenté précis.
Les ferments lactiques existent naturellement dans l’environnement et peuvent être récoltés à partir des matières premières; aujourd’hui, on trouve aussi des ferments lyophilisés standardisés pour une reproductibilité accrue. Une bactérie lactique est un microorganisme, un ferment lactique est une culture utilisée pour fermenter et un probiotique est un micro-organisme vivant dont l’effet bénéfique est documenté dans un contexte précis. Toutes les bactéries lactiques ne sont pas utilisées comme ferments et tous les aliments fermentés ne contiennent nécessairement des probiotiques. Certaines cultures mélangent plusieurs souches et produisent différents arômes et textures; la conjugaison des souches peut rendre les fermentations imprévisibles.
Probiotiques et santé
Les ferments lactiques servent aussi en complément alimentaire sous forme de probiotiques. À ne pas confondre avec les ferments lactiques commerciaux destinés à la cuisine, les probiotiques doivent répondre à des critères stricts pour être qualifiés ainsi (survie dans l’estomac, colonisation intestinale, effets bénéfiques démontrés). Les probiotiques peuvent favoriser la digestion, soutenir le système immunitaire et contribuer à l’équilibre du microbiote intestinal. Ils peuvent aussi aider à la réduction des diarrhées associées aux antibiotiques et à l’amélioration de la santé intestinale et mentale dans certaines conditions.
Les bienfaits des ferments lactiques varient selon les souches et les aliments: amélioration de la digestion du lactose, soutien du système immunitaire, réduction de l’inflammation et potentiel bénéfique sur la flore intestinale. Toutefois, les résultats dépendent des espèces et des souches utilisées, ainsi que des conditions de fabrication et de consommation. Il est essentiel de choisir des ferments adaptés à chaque usage (yaourt, légumes, fromage, etc.) et de vérifier les certifications lorsque l’on opte pour des produits biologiques ou probiotiques.
Aspect pratique et sécurité
À la maison, il faut rester vigilant quant aux signaux d’alerte lors d’une fermentation: odeur suspecte, couleur anormale, moisissures, récipient sale ou fermentation hors des conditions maîtrisées. En cas de doute, il est préférable de ne pas sauver la préparation et de la jeter. Les ferments lactiques se trouvent en boutiques spécialisées, magasins bio, pharmacies ou sites spécialisés, avec des usages ciblés pour yaourt, fromage, légumes ou kefir. Le meilleur ferment dépend de la recette, du matériel et du niveau de régularité désiré; les grains de kéfir, les cultures maison réutilisables et les momies de kombucha offrent des options de culture continue.
Tout savoir sur la lacto-fermentation, avec Uyen Do - paysanne-cueilleuse du Périgord
Exemples et applications industrielles
Les bactéries lactiques jouent un rôle central dans la production de fromages, yaourts et laits fermentés; elles contribuent à l’aromatisation et à la maturation des produits. Les exopolysaccharides (EPS) produits par les bactéries lactiques augmentent la viscosité et la stabilité des produits, évitant la séparation en lactosérum. Les bactériocines, peptides antimicrobiens, présentent des potentialités pour la bioconservation et la sécurité alimentaire. Le diacétyle et l’acétate influencent les arômes fromagers, et des EPS variés peuvent présenter des bénéfices santé et des applications industrielles diverses. Certaines cultures associatives, telles que THY71 et combinaisons Lactobacillus-S. thermophilus, permettent d’obtenir des yaourts plus stables et savoureux, avec des profils aromatiques spécifiques.
Les ferments lactiques peuvent aussi être utilisés pour des lacto-fermentations de légumes, garantissant une acidification et une conservation naturelles, et pour des usages en agriculture et cosmétique, où leurs effets bénéfiques sur le microbiote et les propriétés bioactives sont explorés dans divers contextes.
Tableau synthèse des usages et caractéristiques
| Usage | Exemple de micro-organismes | Rôle et effet |
|---|---|---|
| Yaourt | L. bulgaricus, S. thermophilus | acidification du lait, texture |
| Légumes lacto-fermentés | Lactobacillus, Leuconostoc | acidification, conservation, saveur |
| Fromages et laits fermentés | multisouches, co-fermentation | texture, arômes, maturation |
| EPS et sécurité alimentaire | Leuconostoc, Lactococcus | stable, viscosité accrue, réduction de la synerèse |