Le rôle des micro-organismes dans les processus de fermentation élucidé

Il existe plus de 5.000 aliments et boissons fermentés dans le monde. De la bière au pain en passant par le yaourt, le fromage et le vinaigre, la fermentation est l'une des techniques de production les plus anciennes et les plus utilisées dans l'industrie alimentaire. En même temps, le processus reste en partie une boîte noire. Les producteurs contrôlent la température, le pH et la durée, mais ne savent souvent qu'approximativement quels micro-organismes sont exactement actifs et quel rôle ils jouent. Le doctorat de Louise Vermote change la donne et jette une lumière nouvelle sur ce monde largement invisible, avec des enseignements pour les entreprises travaillant dans le domaine de la fermentation.

Séquençage de l'ADN

Classiquement, les micro-organismes sont identifiés en les plaquant et en les cultivant séparément. Cette méthode fournit des informations utiles, mais ne montre qu'une partie de l'histoire. Vermote a utilisé le séquençage de l'ADN pour examiner toutes les traces génétiques d'une fermentation en une seule analyse. "Nous recueillons tout l'ADN d'un échantillon et cartographions ainsi l'ensemble de la communauté microbienne", explique-t-elle. "Même les micro-organismes qui ne se laissent pas cultiver deviennent visibles de cette manière."

Cette différence est cruciale. L'ensemencement montre quel micro-organisme peut se développer dans des conditions de laboratoire idéales ; l'analyse de l'ADN montre quel micro-organisme est réellement présent dans le processus. Pour les fermentations complexes, où les micro-organismes s'influencent et se succèdent, la différence est fondamentale.

En outre, l'analyse ne s'arrête pas à "qui est là". Le lien entre les gènes et les voies métaboliques révèle les conversions possibles: les sucres en acides, en alcools ou en composants aromatiques. Le fait de prélever des échantillons à différents moments permet de créer non pas un simple instantané, mais une chronologie. "On peut voir quelles fonctions sont dominantes à tel ou tel moment, et quels micro-organismes en sont probablement responsables", explique-t-il.

Le lambic comme plateforme d'apprentissage

Une partie importante de la recherche s'est déroulée dans des brasseries belges de lambic. Le lambic est fermenté spontanément: après refroidissement du moût dans un récipient ouvert, les micro-organismes présents dans l'environnement pénètrent dans la bière, puis la fermentation et la maturation se poursuivent pendant un à trois ans dans des fûts de chêne.

Pour la première fois, Vermote a pu démontrer en détail quels micro-organismes sont présents dans le moût refroidi, bien qu'en très faibles concentrations. "Les espèces qui conduiront plus tard le processus de fermentation sont déjà présentes, mais à peine mesurables", a-t-il déclaré. Le rôle des tonneaux en bois s'est avéré au moins aussi décisif. Ceux-ci n'agissent pas comme un stockage passif, mais comme une source microbienne active. "Le bois ne peut pas être stérilisé. Les micro-organismes restent présents et contrôlent la fermentation et la maturation."

Cette observation modifie la perspective du contrôle du processus. Ce n'est pas le récipient de refroidissement, mais l'inoculation par les tonneaux, en particulier, qui s'avère être un facteur déterminant dans le processus de fermentation qui s'ensuit. Pour les brasseurs, et par extension pour les autres fermenteurs, cela signifie que la sélection et l'entretien des matériaux jouent un rôle plus actif que ce qui est souvent pris en compte de manière explicite dans le contrôle des processus.

Processus reproductible

La recherche nuance également des hypothèses persistantes. L'idée que le lambic ne peut être créé que par des "micro-organismes uniques de la vallée de la Zenne" ne tient pas la route. Des communautés microbiennes similaires ont été trouvées dans des productions similaires en Norvège et aux États-Unis. "Cela ne signifie pas que la tradition n'a pas d'importance, explique M. Vermote, mais plutôt que le processus est plus reproductible qu'on ne le pense souvent.

Pour les grands producteurs qui s'éloignent du récipient de refroidissement classique et travaillent avec des échangeurs de chaleur, il s'agit d'une observation pertinente. L'étude montre que de tels choix ne nuisent pas nécessairement au processus de fermentation, tant que la succession microbienne dans les stades ultérieurs reste suffisamment assurée.

Une variation contrôlée

Bien que le lambic soit un cas à part, les conclusions de l'étude vont au-delà de la bière. Mme Vermote a également étudié les fermentations traditionnelles de fruits tropicaux et de fleurs en Argentine, où elle a trouvé une diversité microbienne exceptionnellement élevée, y compris des espèces qui n'avaient pas encore été décrites.

Cette découverte est pertinente pour les industries qui dépendent aujourd'hui fortement des starters standardisés. L'efficacité et la reproductibilité sont ici décisives, mais elles s'accompagnent souvent d'une convergence des saveurs. "Aujourd'hui, de nombreux produits diffèrent moins les uns des autres que par le passé. Non pas parce que les matières premières sont identiques, mais parce que les mêmes micro-organismes sont utilisés à chaque fois.

L'analyse de l'ADN permet de cartographier à nouveau cette biodiversité et de procéder à des sélections ciblées. Non pas pour revenir à des fermentations difficiles à contrôler, mais pour permettre une variation contrôlée, par exemple en isolant et en testant de nouvelles souches dans le cadre de processus existants.

De la connaissance à l'application

La plus grande valeur ajoutée réside dans le transfert de connaissances. En comprenant mieux quels micro-organismes sont actifs à quel moment, les entreprises peuvent rendre leurs processus plus robustes, les fermentations plus cohérentes et, en même temps, créer une marge de différenciation. Il ne s'agit pas de procéder par essais et erreurs, mais de s'appuyer sur des données étayées.

Pour les services de R&D et de qualité, cela ouvre de nouvelles voies: comprendre plus rapidement pourquoi une fermentation dérape, pourquoi les profils aromatiques changent ou pourquoi les lots diffèrent. Dans les fermentations laitières, boulangères et végétales, cette approche offre également des outils concrets pour mieux justifier les processus.

La collaboration avec les laboratoires de recherche reste essentielle dans ce domaine. "Les entreprises sont invitées à nous contacter", déclare M. Vermote. "Non pas dans l'attente d'une solution toute faite, mais pour voir ensemble ce que l'analyse microbienne peut signifier pour leur produit ou leur processus. L'objectif n'est pas de remplacer la tradition", conclut-elle. "Ceux qui comprennent mieux ce qui se passe peuvent faire des choix plus ciblés, y compris dans un contexte industriel."

Pour plus d'informations, consultez le site du groupe de recherche de la VUB sur la microbiologie industrielle et la biotechnologie alimentaire.