Les procédés industriels de fermentation lactique des produits laitiers

Définition et principe de la fermentation lactique

La fermentation lactique est la plus importante modification biochimique du lactose. Elle correspond à un mode de production d’énergie anaérobie qui déclenche une formation d’acide lactique en présence de glucides et de bactéries spécifiques (les ferments lactiques), la production d’acide lactique au cours de la fermentation conduit à un abaissement du pH qui aura pour effet de cailler le lait .
La fermentation bactérienne produit environ 90% d’acide lactique par an dans le monde, le reste étant produit synthétiquement par voie chimique. Cette fermentation met en jeu des bactéries lactiques qui sont de plus en plus souvent des bactéries lactiques sélectionnées, produites par des industries spécialisées. L’objectif de la fermentation lactique est tout d’abord, d’augmenter la stabilité du produit par inhibition des altérations microbiennes et enzymatiques éventuelles et, par conséquent, d’allonger sa durée de conservation. Elle permet également d’obtenir des produits sains, c’est-à-dire exempts de micro-organismes pathogènes. Enfin, elle confère aux produits obtenus des propriétés nutritionnelles et organoleptiques particulières (texture, arômes, saveur) [W2].

Composition du lait

Les laits sécrétés par les différentes espèces de mammifères présentent des caractéristiques communes et contiennent les mêmes catégories de composants : eau, protéines, lactose, matières grasses (lipides) et minérales. Cependant, les proportions respectives de ces composants varient largement d’une espèce à l’autre .
Cependant, la vache assure de loin la plus grande part de la production mondiale (90 pour cent). Ce lait est de tout le plus connu et les données qui le caractérisent sont sans doute les plus exactes. Il est logiquement aussi le produit laitier le plus consommé et étudié en nutrition humaine . Ainsi le décret sénégalais n0 69-891 relatif au « lait et produits laitiers » stipule que la dénomination « lait » sans qualificatif renvoie au lait de vache. S’il s’agit d’un lait d’une espèce autre que la vache, il faudra ajouter le qualificatif de l’espèce .
L’eau : L’eau est l’élément quantitativement le plus important : 900 à 910 g/l. En elle, sont dispersés tous les autres constituants du lait, tous ceux de la matière sèche .
Les glucides : Dans le lait, les glucides sont représentés essentiellement par le lactose ou galactosido 1- 4 glucose qui est synthétisé dans la glande mammaire. Le lactose est le sucre spécifique du lait et est un des constituants importants de sa matière sèche. Selon les valeurs rapportées par la bibliographie, ce glucide est l’un des constituants les plus stables et ne subit que de faibles variations, comparativement aux autres constituants majeurs . C’est un disaccharide constitué par l’association d’une molécule de glucose et d’une molécule de galactose, qui a un faible pouvoir sucrant comparé à ceux du saccharose et du glucose, peu soluble et possède un groupement réducteur.
Le lactose joue un rôle important dans les produits laitiers en tant que substrat de fermentation des bactéries lactiques qui transforment ses hexoses en acide lactique .
Les matières azotées : La matière azotée du lait englobe deux groupes : les protéines et les matières non protéiques ; Les protéines se répartissent en deux phases : une phase micellaire et une phase soluble. La phase micellaire représente la caséine totale (environ 80% des protéines du lait) du lait. Cette dernière est formée par quatre protéines individuelles: caséines α, caséine β, caséine κ et caséine γ . Les protéines sériques sont définies comme étant les protéines solubles présentes dans le lactosérum suivant la précipitation des caséines à pH 4,6 à 20 °C. Les protéines sériques englobent une première fraction protéique (80 %) composée de β- lactoglobuline (β-LG), d’ α–.lactalbumine (α-LA), d’albumine de sérum bovine (BSA) et d’immunoglobulines, et une deuxième fraction non protéique (20 %) composée de protéoses peptones et de composés azotés. Les matières grasses : La matière grasse représente 25 à 45 g par litre. JEANTET et coll. (2008) rapportent que la matière grasse est présente dans le lait sous forme de globules gras de diamètre 0.1 à 10µm et est essentiellement constitué de triglycérides (90 pour cent). La matière grasse du lait de vache représente à elle seule la moitié de l’apport énergétique du lait. Elle est constituée de 65 pour cent (65%) d’acides gras saturés et de 35 pour cent (35%) d’acides gras insaturés. La matière grasse est dispersée en émulsion, sous forme de microgouttelettes de triglycérides entourées d’une membrane complexe, dans la phase dispersante qu’est le lait écrémé.
Les minéraux : Calcium et phosphore sont les éléments minéraux essentiels du lait. Les deux tiers du calcium et la moitié du phosphore sont engagés dans les micelles protéiques sous forme d’un complexe de phosphocaséinate de calcium, auquel participent aussi les ions magnésiums. Les autres cations présents en solution sont le potassium (1,6 g/L de lait) et le sodium (0,5 g/L de lait). Le lait est le seul liquide biologique à contenir une concentration aussi importante d’acide citrique, sous forme de citrate de calcium et de magnésium ; celui-ci s’oppose à la précipitation des phosphates de calcium. Le lait est pauvre en oligo-éléments (Fer, Cuivre, Manganèse, Zinc, Iode) .
Les constituants mineurs : En plus des protéines, glucides, lipides, et minéraux, le lait contient des vitamines et des enzymes.
Les vitamines A, D, E et K sont liposolubles, ainsi se retrouvent elles dans la matière grasse et peuvent être perdues lors de l’écrémage. D’autres vitamines sont hydrosolubles et se retrouvent dans le sérum. C’est le cas de l’acide ascorbique (C) qui s’y retrouve en plus grande concentration à 2 mg/100 ml. Le lait contient un certain nombre d’enzymes, dont certaines sont oxydoréductrices. C’est le cas des enzymes lactate déshydrogénase et malate déshydrogénase .

Caractéristiques du lait

Caractéristiques physico-chimiques : Du point de vue physico-chimique, le lait est une émulsion (dispersion grossière) de matières grasses dans une solution colloïdale de protéines dont le liquide intermicellaire est une solution vraie. Certaines caractéristiques physico-chimiques du lait notamment le pH, l’acidité titrable renseignent sur la qualité hygiénique du lait. D’autres comme le point cryoscopique et la densité permettent de détecter les fraudes .
Caractéristiques microbiologiques : Le lait contient peu de microorganismes (moins de 103 germes/ml) lorsqu’il est prélevé dans de bonnes conditions à partir d’un animal sain. Il s’agit essentiellement des microcoques mais aussi des streptocoques lactiques (lactococcus et lactobacillus) qui sont des germes saprophytes du pis et des canaux galactophores. Le lait cru est protégé contre les bactéries par des substances inhibitrices appelées « lacténines » mais leur action est de très courte durée (1 heure environ). D’autres microorganismes peuvent se retrouver dans le lait lorsqu’il est issu d’un animal malade. Ils sont généralement dangereux au point de vue sanitaire .

Les ferments lactiques

Un ferment lactique est une préparation comprenant un grand nombre de micro-organismes (une seule espèce ou plusieurs), qui est ajoutée au lait pour produire un aliment fermenté en accélérant et en orientant son processus de fermentation. Ils sont employés pour la production d’une grande gamme de produits laitiers comme les fromages, le yaourt, les laits fermentés et le beurre. Puisque la flore lactique originale du lait est soit inefficace, incontrôlable, imprévisible, ou bien détruite sous l’effet de traitements thermiques auxquels le lait est soumis. Les ferments lactiques ajoutés au lait, suite à l’étape de pasteurisation, assurent une fermentation plus contrôlée et plus prévisible . Les bactéries lactiques : Les bactéries lactiques sont des microorganismes anaérobies stricts dégradant le lactose en acide lactique [W 4]. Ils constituent l’un des groupes incontournables de la microbiologie alimentaire, qui a été défini pour la première fois par Orla-Jensen (1919). Ce dernier réunit plusieurs genres caractérisés par leurs capacités à fermenter les glucides en produisant de l’acide lactique . Les bactéries lactiques sont des cellules vivantes, procaryotes, gram-positives, hétérotrophes et chimio-organotrophes. Elles sont le plus souvent immobiles, jamais sporulées, catalases négatives et oxydases négatives . Elles ont des exigences nutritionnelles complexes pour les acides aminés, les peptides, les vitamines, les sels, les acides gras et les glucides fermentescibles [W 19].
La fermentation lactique, réalisée par des bactéries dites lactiques, conduit à la production d’acide lactique. Elle est dite « homolactique » quand elle est réalisée par des bactéries homo-fermentaires appartenant aux genres Lactococcus, Lactobacillus (certaines espèces) et Streptococcus (ce sont par exemple’: – Streptococcus lactis – Streptococcus thermophilus, un des constituants de la flore du yaourt – Lactobacillus bulgaricus, puissant acidifiant, est aussi constituant de la flore du yaourt –
Lactobacillus acidophilus qui représente une fraction importante de la flore intestinale-Lactobacillus helveticus, agent de maturation des fromages) et donne majoritairement naissance à de l’acide lactique. Dans cette voie, les micro-organismes responsables (bactéries homo-fermentaires) grâce à leur enzymes, dégradent le lactose par la voie des trioses phosphates encore appelées voie d’EMBDEN Meyerhoff. Elle est qualifiée d’ « hétérolactique » quand elle est assurée par des bactéries hétéro-fermentaires appartenant aux genres Leuconostoc et Lactobacillus (ce sont par exemple: Lactobacillus caucasicus- Lactobacillus brevis – Lactobacillus pastorianus) et mène à la production d’acide lactique à 40-50 pour cent et d’autres produits, alcool, CO2 et acide acétique. Les germes hétéro-fermentaires attaquent le lactose par la voie des pentoses.
Les levures : Les levures sont des micro-organismes largement utilisés aux procédés de production de produits laitiers notamment les fromages (fromages à pâtes molles à croûte fleurie, fromages à pâtes molles à croûte lavée, fromages à pâtes persillées, fromages à pâtes pressées). Et pour la production de certains laits fermentés (Candida kéfir, Corylopsis kéfir).
Les moisissures : Les moisissures sont utilisées également pour la production d’une large gamme de fromages (fromages à pâtes molles à croûte fleurie, fromages à pâtes molles à croûte lavée, à pâtes persillées, fromages à pâtes pressées). Les espèces les plus couramment utilisées sont Penicillium camemberti, Penicillium roqueforti .

L’acide lactique

L’acide lactique est l’un des acides organiques les plus importants, produit par des bactéries lactiques, découvert par un scientifique Suédois C.W. Scheel en 1780 dans le lait fermenté. Il est également un acide organique hydrosoluble, aliphatique et fortement hygroscopique et un produit chimique énigmatique polyvalent, ayant un large champ d’application. L’acide lactique existe en deux stéréo-isomères optiquement actifs, le L(+) et D(-). Puisque les quantités élevées de l’acide lactique D(-) sont nocifs aux humains, l’acide lactique L(+) est l’isomère préféré dans les industries alimentaires et pharmaceutiques. L’acide lactique peut être fabriqué par une synthèse chimique ou par fermentation microbienne. L’avantage significatif que présente la production biologique par rapport à la synthèse chimique réside dans l’utilisation des matières premières à bon marché telles que : petit lait, mélasse, betterave, amidon, sucre de canne et d’autres matériaux riches en hydrates de carbone) .

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I: GENERALITES SUR LA FERMENTATION LACTIQUE
I.1. Définition et principe de la fermentation lactique
I.2. Le lait
I.2.1.Origine et définition
I.2.2.Composition du lait
I.2.2.1. L’eau
I.2.2.2. Les glucides
I.2.2.3. Les matières azotées
I.2.2.4. Les matières grasses
I.2.2.5. Les minéraux
I.2.2.6. Les constituants mineurs
I.2.3.Les caractéristiques du lait
I.2.3.1. Les caractéristiques physico-chimiques
I.2.3.2. les caractéristiques organoleptiques
I.2.3.3. Les caractéristiques microbiologiques
I.3. Les ferments lactiques
I.4. L’acide lactique
I.5. Domaine d’application de la fermentation lactique
CHAPITRE II: LES PROCEDES DE FERMENTATION LACTIQUE
IV.1. Le yaourt
IV.2. Le lait fermenté
IV.3. Les fromages
IV.4. Le beurre
CHAPITRE III : STABILITE ET PROCESSUS DE DECOMPOSITION
III.1 Quelques facteurs de stabilités
III.2 Influence de la température
III.2.1 Les traitements thermiques
III.2.2 Les refroidissements
III.3 Influence de l’acidification
III.4 Influence de la présure
III.5 Influence de l’homogénéisation des globules gras
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE