Qu'est-ce que la fermentation? Définition et exemples

Fermentation est un procédé utilisé pour produire du vin, de la bière, du yaourt et d'autres produits. Voici un aperçu du processus chimique qui se produit pendant la fermentation.

Définition de la fermentation

La fermentation est un processus métabolique au cours duquel un organisme transforme un glucide, tel que l'amidon ou un sucre, en alcool ou en acide. Par exemple, la levure effectue une fermentation pour obtenir de l'énergie en convertissant le sucre en alcool. Les bactéries effectuent la fermentation, convertissant les glucides en acide lactique. L'étude de la fermentation s'appelle zymologie.

Histoire de la fermentation

Le terme "ferment" vient du mot latin ferveur, ce qui signifie "bouillir". La fermentation a été décrite par des alchimistes de la fin du 14e siècle, mais pas au sens moderne. Le processus chimique de fermentation est devenu un sujet d'étude scientifique vers l'an 1600.

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La fermentation est un processus naturel. Les gens ont appliqué la fermentation pour fabriquer des produits tels que le vin, l'hydromel, le fromage et la bière bien avant que le processus biochimique ne soit compris. Dans les années 1850 et 1860, Louis Pasteur devient le premier zymurgiste ou un scientifique pour étudier la fermentation lorsqu'il a démontré que la fermentation était causée par des cellules vivantes. Cependant, Pasteur n'a pas réussi à extraire l'enzyme responsable de la fermentation des cellules de levure. En 1897, le chimiste allemand Eduard Buechner a broyé la levure, en a extrait du liquide et a découvert que le liquide pouvait fermenter une solution de sucre. L'expérience de Buechner est considérée comme le début de la science de la biochimie, ce qui lui vaut le prix Nobel de chimie 1907.

Exemples de produits formés par fermentation

La plupart des gens connaissent les aliments et les boissons qui sont des produits de fermentation, mais peuvent ne pas réaliser que de nombreux produits industriels importants résultent de la fermentation.

• Bière
• Du vin
• Yaourt
• Fromage
• Certains aliments acides contenant de l'acide lactique, dont la choucroute, le kimchi et le pepperoni
• Levure de pain par levure
• Traitement des eaux usées
• Une certaine production industrielle d'alcool, comme pour les biocarburants
• Gaz hydrogène

Fermentation de l'éthanol

La levure et certaines bactéries effectuent la fermentation de l'éthanol où le pyruvate (issu du métabolisme du glucose) est transformé en éthanol et en dioxyde de carbone. L'équation chimique nette pour la production d'éthanol à partir du glucose est:

C₆H₁₂O₆ (glucose) → 2 C₂H₅OH (éthanol) + 2 CO₂ (gaz carbonique)

La fermentation à l'éthanol a utilisé la production de bière, de vin et de pain. Il convient de noter que la fermentation en présence de niveaux élevés de pectine entraîne la production de petites quantités de méthanol, qui est toxique lorsqu'il est consommé.

Fermentation de l'acide lactique

Les molécules de pyruvate issues du métabolisme du glucose (glycolyse) peuvent être fermentées en acide lactique. La fermentation à l'acide lactique est utilisée pour convertir le lactose en acide lactique dans la production de yaourt. Il se produit également dans les muscles des animaux lorsque le tissu a besoin d'énergie à un rythme plus rapide que l'oxygène ne peut être fourni. L'équation suivante pour la production d'acide lactique à partir du glucose est:

C₆H₁₂O₆ (glucose) → 2 CH₃CHOHCOOH (acide lactique)

La production d'acide lactique à partir de lactose et d'eau peut être résumée comme suit:

C₁₂H₂₂O₁₁ (lactose) + H₂O (eau) → 4 CH₃CHOHCOOH (acide lactique)

Production d'hydrogène et de méthane

Le processus de fermentation peut produire de l'hydrogène gazeux et du méthane.

Les archées méthanogènes subissent une réaction de disproportionnement dans laquelle un électron est transféré d'un carbonyle d'un groupe acide carboxylique à un groupe méthyle d'acide acétique pour produire du méthane et du dioxyde de carbone gazeux.

De nombreux types de fermentation produisent de l'hydrogène gazeux. Le produit peut être utilisé par l'organisme pour régénérer le NAD⁺ de NADH. L'hydrogène gazeux peut être utilisé comme substrat par les réducteurs de sulfate et les méthanogènes. Les humains subissent la production d'hydrogène gazeux à partir de bactéries intestinales, produisant des flatulences.

Faits sur la fermentation

• La fermentation est un processus anaérobie, ce qui signifie qu'elle n'a pas besoin d'oxygène pour se produire. Cependant, même lorsque l'oxygène est abondant, les cellules de levure préfèrent la fermentation à la respiration aérobie, à condition qu'un approvisionnement suffisant en sucre soit disponible.
• La fermentation se produit dans le système digestif des humains et des autres animaux.
• Dans une condition médicale rare appelée syndrome de fermentation intestinale ou syndrome d'auto-brasserie, la fermentation dans le tube digestif humain entraîne une intoxication par la production d'éthanol.
• La fermentation se produit dans les cellules musculaires humaines. Les muscles peuvent dépenser de l'ATP plus rapidement que l'oxygène ne peut être fourni. Dans cette situation, l'ATP est produit par glycolyse, qui n'utilise pas d'oxygène.
• Bien que la fermentation soit une voie courante, ce n'est pas la seule méthode utilisée par les organismes pour obtenir de l'énergie par voie anaérobie. Certains systèmes utilisent le sulfate comme accepteur final d'électrons dans la chaîne de transport d'électrons.

Sources

• Hui, Y. H. (2004). Manuel de conservation et de transformation des légumes. New York: M. Dekker. p. 180. ISBN 0-8247-4301-6.
• Klein, Donald W .; Lansing M .; Harley, John (2006). Microbiologie (6e éd.). New York: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-255678-0.
• Purves, William K .; Sadava, David E .; Orians, Gordon H .; Heller, H. Craig (2003). La vie, la science de la biologie (7e éd.). Sunderland, Mass.: Sinauer Associates. pp. 139-140. ISBN 978-0-7167-9856-9.
• Steinkraus, Keith (2018). Manuel des aliments fermentés indigènes (2e éd.). CRC Press. ISBN 9781351442510.