La fermentation est un processus chimique qui se produit sans la nécessité d'oxygène et qui produit une substance organique.
La fermentation est un processus d'oxydoréduction biologique où le substrat de départ, par exemple le glucose, est oxydé en molécule(s) servant d'accepteur terminal d'électrons, par exemple le pyruvate, pour réoxydation des coenzymes réduites.
Les molécules issues de la fermentation sont généralement des acides ou des alcools, le dihydrogène et le dioxyde de carbone.
Le substrat de départ n'est que partiellement transformé contrairement aux respirations où l'accepteur terminal d'électrons est généralement minéral, en particulier le dioxygène, et le substrat entièrement oxydé en dioxyde de carbone.
Les fermentations ont lieu chez des levures et des bactéries, ainsi que dans les cellules musculaires en anaérobiose.
Le schéma ci-dessous résume la plupart des fermentations.
Les exemples qui suivent montrent la grande complexité des voies empruntées selon les microorganismes en cause et leur environnement.
La fermentation alcoolique est réalisée notamment par les levures et convertit des glucides tels que le glucose, le fructose et le saccharose en éthanol et dioxyde de carbone avec production d'une faible quantité d'énergie métabolique sous forme d'ATP.
La fermentation lactique est une voie métabolique réalisée par certaines bactéries et certaines cellules animales qui convertit des glucides en lactate avec production d'une faible quantité d'énergie métabolique sous forme d'ATP.
Elle a lieu en général en anaérobiose et permet la réoxydation des coenzymes réduits (NADH) permettant à la glycolyse de se poursuivre.
La respiration cellulaire, en présence d'oxygène, produit jusqu'à 36-38 moles d'ATP à partir d'une mole de glucose, soit environ 18-19 fois plus que la fermentation.
En termes évolutifs, la fermentation est privilégiée tant qu'il existe de grandes quantités de sucre et peu d'oxygène, ce qui correspond aux conditions de vie avant l'apparition de l'oxygène dans l'atmosphère.
Dès que le sucre se raréfie et/ou que l'oxygène devient abondant, intervient la respiration cellulaire.
La lacto‑fermentation peut avoir lieu aussi bien en présence qu’en absence d’oxygène, car les bactéries lactiques sont aéro-anaérobioses.
La confusion entre milieu aérobique et respiration cellulaire peut conduire à des idées reçues sur la nécessité d’un milieu anaérobie pour la lacto‑fermentation.
Il n’existe aucun document scientifique qui affirme que la lacto‑fermentation de légumes ne peut se faire qu’en milieu anaérobique; au contraire, les chercheurs ont démontré qu’elle peut avoir lieu aussi bien en présence qu’en absence d’oxygène.
Les bactéries lactiques ne respirent pas, ce qui explique pourquoi elles n’utilisent pas nécessairement l’oxygène dans leurs processus et peuvent fermenter en milieu aérobique ou anaérobie.
La glycolyse est l’étape commune du métabolisme et conduit au pyruvate; les chemins se séparent ensuite entre respiration ou fermentation selon les microbes.
Contexte et perception
On nous dit que ce sont les bactéries lactiques sur les légumes et les aromates frais qui vont se développer lors de la lacto‑ fermentation.
Le chou cultivé en plein air montre que les bactéries lactiques peuvent vivre en présence d’oxygène et ne dépendent pas d’un milieu anaérobique pour s’activer.
Depuis Pasteur, la science a évolué et a nuancé la phrase culte: la plupart des fermentations se font en présence d’air, et la présence d’oxygène n’empêche pas la lacto‑fermentation.
La science permet d’avoir une connaissance globale des mécanismes qui induisent les fermentations et de mettre cela à profit.
Respiration aérobie et anaérobie
La respiration cellulaire et les types de fermentation
La respiration cellulaire est une suite de réactions chimiques qui fait intervenir le dioxygène et des accepteurs d’électrons tels que le NADH dans les chaînes respiratoires.
La fermentation est une respiration anaérobique où le dioxygène n’est pas utilisé dans la chaîne respiratoire, même si celui‑ci est présent dans le milieu.
Les termes aérobie/anaérobie diffèrent selon qu’ils concernent le milieu ou le métabolisme du micro-organisme.
Les levures, les moisissures et certaines bactéries disposent de deux métabolismes (respiration et fermentation), tandis que les bactéries lactiques n’en ont qu’un seul: la fermentation.
La lacto‑fermentation de légumes, de légumineuses et de produits laitiers illustre les variations selon les conditions et les cultures utilisées.
Applications et patrimoine des fermentations
La fermentation est une pratique ancestrale, utilisée pour la conservation des aliments et l’amélioration du goût et de la digestibilité des aliments.
La fermentation lactique est très utilisée en fromagerie et dans la fabrication des yaourts et des fromages.
La kombucha, le kefir, le yaourt, le life des produits laitiers et les produits de la fermentation lactique de légumes, comme la choucroute et le kimchi, démontrent une grande diversité de fermentations.
La fermentation peut aussi concerner des boissons alcoolisées (vin, bière) et des substrats comme le miso, le tempeh et le natto issus de la fermentation des légumineuses.
La fermentation est un champ complexe qui a façonné l’alimentation humaine dès le Néolithique et qui continue d’enrichir nos habitudes culinaires et nutritionnelles.
Conclusion opérationnelle
La lacto‑-fermentation peut fonctionner en milieu aérobique ou anaérobique selon les cultures et les conditions choisis, et les micro‑organismes concernés présentent des caractérisations propres.
Pour les amateurs comme pour les professionnels, la connaissance des mécanismes et des conditions de fermentation permet d’expliquer scientifiquement les pratiques et d’optimiser les résultats.
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