Œnologie/Les levures

Œnologie

• La matière première
• La composition microbiologique du raisin a maturité
• Le dioxyde de soufre
• Les levures

Caractères généraux

C’est un micro organisme unicellulaire et eucaryote. Il est de la taille du micron, et a des formes variables, pouvait être allongées, sphériques, ou encore apiculées. Sa structure est proche de la cellule végétale.

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Cytologie

L’enveloppe cellulaire

L’espace périplasmique est entre la paroi et la membrane.

La paroi

Elle est rigide, et assure la protection de la cellule, elle représente 20% du poids de la cellule.

Elle contient des molécules déterminent le facteur Killer, ces dernières sont polysaccharidiques, on y trouve :

• Des manoprotéines, (mannoses + protéines),
• Des glucanes,
• De la chitine,
• Des enzymes (glucanase, invertase, glycosidase…).

Les enzymes sont responsables de l’autolyse des levures, elles découpent les parois, c’est ce qui donne les lies.

La membrane (plasmalemme)

La membrane est sélective, c’est elle qui laisse passer ou non les composés jusqu’au cytoplasme. Elle contient des enzymes, des phospholipides et des stérols (acides gras). C’est la première cible de l’agression par l’éthanol et les antifongiques.

Le cytoplasme

Le cytosol

C’est une solution de pH 5 qui contient des enzymes, en particulier celles de la FA et de la glycolyse.

Les organites

Les mitochondries, elles servent à la respiration cellulaire. Elles se dégénèrent en anaérobie, et retrouvent leur structure en aérobie.

La vacuole, elle contient des acides aminés et des enzymes.

Le réticulum endoplasmique, il assure l’excrétion de la levure.

Le noyau (1 micron), contient les chromosomes, par exemple Saccharomyces Cerevisiae Cerevisiae a 16 chromosomes.

La reproduction

On différencie les levures sporogènes qui peuvent se multiplier selon deux modes : sexuée ou asexuée. Les levures asporogènes sont elles peu nombreuses et ne se reproduisent que par voies végétatives.

La reproduction asexuée

Par bourgeonnement

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Par scissiparité

[[Image:]] Reproduction typique des schizosaccharomyces.

La reproduction sexuée

C’est un mode de reproduction que les levures ont adopté quand le milieu est défavorable, c'est-à-dire que le milieu est épuisé. On dit que les levures sporulent.

On retrouve cette forme dans les chais, sur le sol, sur les pellicules…

Aujourd’hui on a sélectionné et amélioré des sources de levures, en utilisant le breeding, c'est-à-dire le croisement de deux types de levures, pour obtenir des cellules filles comportant les caractéristiques de chacune des cellules mères. Par exemple, la Zymaflore x5 dans le Sancerre.

La classification des levures : La taxonomie

La dernière classification a été établie par Barmett, en 2000, selon des différenciations génétiques grâce à l’analyse de l’ADN mitochondrial, et celle des chromosomes.

Les caractères morphologiques

• Apiculée, telle Kloeckera Apiculata
• Rondes, ovoïdes, telle Saccharomyces
• Voile, telle Mycoderma Vini

Reproduction

Certaines levures ont la capacité de former des spores, uniquement observables dans les chais, on n’en trouvera pas en laboratoire.

Caractères physiologiques

Il existe des températures de mort et de survie des levures, exemple les levures cryophiles se développent en milieux froids.

Caractères biochimiques

• Le rendement en alcool on compte 16.83g de sucres pour que les levures produisent 1% d’alcool. Cependant certaines levures en ont besoin de 22g (Kloeckera Apiculata), et d’autres seulement 17g (Saccharomyces Cerevisiae).
• La quantité d’alcool que peut supporter une levure. Par exemple, Kloeckera Apiculata meurt à partir de 6 %vol., alors que Saccharomyces Cerevisiae supporte 14 %vol.
• L’assimilation des sucres, les levures vont assimiler les sucres ayant un nombre de carbones en multiples de 3, comme les hexoses en C6. Le glucose est mieux assimilé que le fructose, les levures ne fermentent pas tous les sucres à la même vitesse.
• La résistance au SO₂, Kloeckera Apiculata est très sensible au SO₂, alors que la zygosaccharomyces est elle très résistante.
• L’utilisation de certains composés azotés.
• La formation de produits secondaires pendant la fermentation alcoolique.
• L’utilisation des facteurs de croissance, certaines levures peuvent utiliser des vitamines, elles sont donc prototrophes, les autres sont auxotrophes.

Le facteur Killer

Certaines levures peuvent secréter une toxine de nature protéique, qui est capable de tuer d’autres souches de levures qui sont sensibles à ce facteur, et particulièrement pendant la phase de croissance. Dans les levures naturelles certaines sont insensibles, d’autres sensibles, et d’autres porteuses de ce facteur.

Cette protéine est peu sensible au SO₂ et à l’éthanol, par contre elle est sensible à la chaleur, et est inactivée par les polyphénols, et la bentonite.

Les levures indigènes sont souvent porteuses de ce facteur, alors que les levures implantées sont plus résistantes.

Étude de quelques levures

Saccharomyces Cerevisiae Cerevisiae

Elle est ovoïde et mesure de 5 à 8 µm. Elle résiste bien à l’alcool (14%vol), et au SO₂. C’est elle qui fait fermenter la plus grande partie des sucres du raisin. Elle est peu présente sur le moût, mais est majoritaire pendant la fermentation alcoolique.

Elle a une activité décarboxylase (Acides phénols  Vinylphénols + Ethylphénols), et une activité glycosidase pendant la fermentation alcoolique.

Saccharomyces Cerevisiae Oviformis

Elle est très résistante au SO₂ (200mg/L) et à l’alcool, et assure donc les fins de fermentation alcoolique difficiles, ainsi que les deuxièmes fermentations. Elle peut produire de l’acide éthanoïque en quantité assez importante.

Saccharomydes Luwidgii

C’est une grosse levure apiculée, elle se développe sur les vins mutés, elle résiste donc à l’alcool et au SO₂ libre (400mg/L).

Brettanomyces Bruxellis

Elle résiste à 15% vol. d’alcool. C’est une levure de décarboxylation des acides phénols, qui ont des odeurs de gouache et d’écurie. Sa décarboxylase n’est pas inhibée par les polyphénols contrairement à celle des Saccharomyces Cerevisiae Cerevisiae. Il faut garder une bonne hygiène de la vendange à l’embouteillage, et garder une bonne teneur en SO₂ libre.

Kloeckera Apiculata

Elle résiste à 5 %vol. d’alcool. Elle est très sensible au SO₂, et a un mauvais rendement en alcool car elle a besoin de 22g de sucres pour former 1% d’alcool. Elle a une forme apiculée, et représente 90% de la flore microbienne du raisin. Elle donne quelques arômes intéressants.

Schizosaccharomyces

Elle résiste au SO₂ et à l’éthanol. Cette levure dégrade l’acide malique en éthanol, ce qui désacidifie donc les moûts, comme elle peut travailler à pH bas, elle est donc intéressante sur les vins acides. Elle peut donner de mauvais goûts.

Candida Vini ou Mycoderma Vini

C’est une levure de contamination, elle va donner un voile blanc/grisâtre quand il est exposé à l’air. Elle va produire de l’acidité volatile, et consomme donc pour son métabolisme de l’éthanol et des acides.

Pichia

C’est une levure de contamination qui produit de l’acidité volatile. Elle est résistante au SO₂ et à l’éthanol.

Saccharomyces Bayanus Uranum

C’est une levure cryophile, on la trouve souvent en cours de fermentation alcoolique dans les vins de Sancerre et de la Loire.

Localisation des levures

Kloeckera représente à 80% la flore, les autres sont les Saccharomyces et Brettanomyces. On les trouve sous forme de spores dans les chais. Il faut une teneur de 10⁶ cellules par mL.

Métabolisme

Pour se développer les levures effectuent un certain nombre de réactions de synthèse, ces réactions sont endothermiques. Elles dégradent des substrats organiques pendant la réaction, elles sont chimio-organotrophes.

L’énergie fournie par la dégradation d’un substrat est transférée à une chaine de réaction de synthèse, toute cette énergie n’est pas uniquement fournie en travail, elle l’est aussi sous forme de chaleur. Une partie de cette énergie est donc transportée par un transporteur d’énergie, l’adénosine triphosphate (ATP). L’hydrolyse de l’ATP s’accompagne donc d’une libération importante d’énergie, puisque chaque libération de phosphate produit 7300 calories/mol.

Dégradation → énergie → Chaleur + Travail

Les sucres

Il existe une relation entre la multiplication des levures et la dégradation des sucres. Quand la teneur est de plus de 600g/L de sucres, les levures sont inhibées, par exemple dans un moût concentré.

Les levures utilisent les hexoses, mais pas les pentoses ni le saccharose, en effet elles n’utilisent que les oses multiples de 3.

Elles ont deux processus cataboliques :

• Soit elles assimilent le sucre en présence d’oxygène et libèrent beaucoup d’énergie, c’est la respiration :

C₆H₁₂O₆ + 6O₂  6H₂O + 6 CO₂ + 674 calories.

• Soit elles assimilent les sucres en absence d’air, elles libèrent donc peu d’énergie, c’est la fermentation :

C₆H₁₂O₆  2CO₂ + 2CH₃CH₂OH + 40 calories.

Pendant la fermentation alcoolique, on a donc peu d’énergie libérée.

L’azote

La levure contient entre 4 et 10% de son poids en composés azotés. Un raisin peu être carencé en azote au dessous de 140mg/L d’azote assimilable. On pourra ajouter de l’azote jusqu'à 30g/hL, il faudra aussi oxygéner pour permettre à la fermentation de ne pas s’arrêter.

[[Image:]]Elles utilisent aussi les acides aminés, chaque dégradation de ces acides aminés peut donner la formation d’un alcool, qui a une incidence sur les arômes.

Le glutathion (peptide) peut être utilisé contrairement aux protéines.

Composés soufrés

Les levures peuvent utiliser les sulfates et sulfites ainsi que les acides aminés soufrés. Elles produisent alors de l’hydrogène sulfureux H₂S et SO₂.

Les Schizosaccharomyces vont dégrader l’acide malique en acide pyruvique, puis en éthanol, mais les Saccharomyces Cerevisiae peuvent aussi dégrader 10 à 25% d’acide malique du moût.

Croissance des levures

Courbe de croissance

Phase 1 : Latence, les levures s’acclimatent au milieu, il n’y a aucune division cellulaire.

Phase 2 : Accélération de la multiplication des levures.

Phase 3 : Croissance exponentielle, multiplication importante, mortalité nulle.

Phase 4 : Ralentissement, épuisement des levures

Phase 5 : La fermentation alcoolique continue même sans croissance des levures grâce à des facteurs de survie.

Phase 6 : Déclin, les cellules meurent par épuisement, quelques microorganismes survivent.

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Les activateurs de croissance

Les vitamines

Elles agissent en faible quantité, et peuvent aussi agir comme coenzymes. Certaines levures peuvent synthétiser des vitamines. Les vitamines intéressantes sont :

• La vitamine C, existante dans le moût et disparaissant pendant la fermentation alcoolique
• La vitamine B₁, ou thiamine, elle sert de cofacteur pour la décarboxylisation de l’acide pyruvique
• La vitamine B₂ participe au métabolisme oxygéné
• La vitamine PP est un transporteur d’hydrogène

Facteurs de survie

On trouve sur la pruine des stérols et des acides gras, qui sont des facteurs de croissance.

Les inhibiteurs de croissance

Les raisins atteints par le botrytis sont moins fermentescibles car il y a une formation de botryticine.

Le SO₂ attaque les levures, tout comme l’alcool et les sucres.

Au cours de la fermentation alcoolique, les levures libèrent des acides gras à courte chaîne (C<10). On peut alors ajouter des écorces de levures, qui vont libérer des stérols, et des acides gras insaturés à longue chaîne, qui eux sont favorables.