Analyse : je décris les tendances, je donne des valeurs repères, quels les liens probables entre les facteurs. On observe que la quantité d'oxygène baisse faiblement (de 7 à 5 mg/L) jusqu'au temps t = 5 minutes, temps auquel on injecte du glucose. Quand on injecte du glucose, la quantité d'oxygène baisse brutalement pour descendre à 0 g/L au temps = 6 minutes. La quantité de CO2 nulle jusqu'au temps t=5 minute. Entre 5 et 6 minute, la quantité de dioxygène augmente légèrement, puis à partir de 6 minute le taux de CO2 augmente brutalement pour atteindre son maximum; 160 mg/L à t = 10 minutes. La quantité d'éthanol est faible (environ 0.05 g/L) avec une légère hausse jusqu'au temps = 6 minutes. Puis à partir de 6 minutes la concentration d'éthanol grimpe régulièrement en fonction du temps pour atteindre 0.6 g/L au temps = 16 minutes.
Interprétation : mécanismes mis en évidence
De 0 à 5 minutes, les levures consomment légèrement de l'oxygène malgré l’absence de glucose dans le milieu; on peut émettre l’hypothèse qu’elles puisent dans leur réserve à l’aide de l'O2 pour assurer leur métabolisme.
Au moment où on donne du glucose, la quantité de dioxygène chute dans le milieu alors que la quantité de CO2 augmente. On peut en déduire que les levures consomment le glucose à l’aide du dioxygène et rejettent du CO2. Ce type de métabolisme est appelé respiration (combustion complète).
A partir de 6 minutes, la quantité d'O2 est nulle : c’est alors qu’apparaît de l’éthanol. Cela signifie que les levures consomment le glucose toujours présent en absence d’oxygène et rejettent de l’alcool.
Guide pratique : Compte rendu TP Fermentation. IUT MONTPELLIER SETE. Compte renduTP développement durable [pic 1][pic 2][pic 3][pic 4].
La fermentation alcoolique et le cadre expérimental
La fermentation alcoolique : le glucose peut être transformé en énergie via la glycolyse, suivie ou non de voies aérobies ou anaérobies selon la présence d'oxygène. En aérobie, la respiration cellulaire transforme le glucose en énergie avec un rendement élevé, l’oxygène étant l’accepteur final d’électrons. En l’absence d’oxygène (anaérobie), la fermentation peut avoir lieu avec transfert d'électrons vers des molécules organiques et la formation d’éthanol et de CO2.
Au cours de ce TP, nous étudierons la fermentation alcoolique avec une levure de boulanger, et nous essaierons de déterminer son rendement. Afin d’évaluer ce dernier, nous réaliserons la fermentation puis nous isolerons l’alcool avec une filtration et une distillation. Pour finir, nous doserons cette quantité pour déterminer la quantité d’alcool produite et la comparer à la valeur de rendement optimal théorique.
Méthodes et mesures clés
- Préparation du milieu de fermentation et fermentation:
- du glucose qui sera transformé par les levures
- du tampon pH 6.4 contenant du KH2PO4 et du Na2HPO4 servant à maintenir le pH à 6.4
- la levure de boulanger contenant les organismes qui vont réaliser la fermentation
- La fermentation est une réaction anaérobie, le volume est scellé et l’espace bouchon-solution est inférieur à 1 cm pour limiter l’oxygène et favoriser une fermentation complète. Le bouchon est traversé d’un tube pour éviter l’accumulation de CO2.
- Température et durée: 35°C pendant 1 heure, température optimale pour les levures.
- Filtration et distillation de l’alcool:
- filtration du milieu de culture pour retirer les levures (papier Whatman, entonnoir Büchner, aspiration)
- neutralisation de l’acide formé par ajout de CaCO3
- distillation jusqu’à obtenir 50 mL de distillat; température d’ébullition entre 60°C et 100°C
- séparation de l’éthanol des autres constituants pour permettre une réaction du bichromate avec l’éthanol
- Dosage de l’alcool par chromimétrie après distillation:
- dosage témoin avec K2Cr2O7 0,5 N et H2SO4 dilué; titrage avec sel de Mohr et observation du virage
- dosage final après réaction avec le distillat et dans le même cadre, ajout de réactif orthophénantroline ferreuse
Résultats et interprétation pratique
Les paramètres observés permettent d’estimer le rendement de la fermentation alcoolique et d’identifier les conditions optimales pour maximiser l’éthanol tout en documentant les phases de respiration et de fermentation selon la disponibilité en oxygène et en glucose.
Les données montrent qu’un apport rapide de glucose déclenche une consommation rapide d’oxygène et une production de CO2 accrue, suivie par l’apparition d’éthanol lorsque l’oxygène devient insuffisant.
Tableau récapitulatif des observations clés
| Temps (min) | O2 (mg/L) | CO2 (mg/L) | Éthanol (g/L) | Interprétation |
|---|---|---|---|---|
| 0-5 | 7 à 5 | 0 | 0,05 | oxygène consommé lentement; métabolisme principal inchangé |
| 5-6 | 5 à 0 | >0 | 0,05 → | glucose ajouté; respiration prédominante; CO2 produit |
| ≥6 | 0 | augmentation du CO2 | 0,6 | fermentation alcoolique active; alcool formé |
Les résultats suggèrent que la levure passe d’un état respiratoire à un état fermentaire lorsque l’oxygène devient nul et que le glucose est consommé, ce qui correspond à une transition typique entre voies métaboliques en présence ou absence d’oxygène.
Au coeur des organes : La respiration cellulaire
Perspective et liens utiles
Les résultats illustrent les liens entre disponibilité de l’oxygène, apport en glucose et production d’éthanol et CO2. Dans des conditions optimales, le rendement peut être évalué par le dégagement de CO2 ou par le dosage final de l’éthanol après distillation et analyse colorimétrique.
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