Qu'est-ce qu'une levure ? 

Les levures sont des champignons microscopiques unicellulaires (cellules rondes ou ovales) qui interviennent dans les différents processus de fermentation. On les trouve dans la nature, le sol et sur les plantes (pour le raisin par exemple, les levures sont sur la peau et donc un jus de raisin avec peau n'a pas besoin d'apport extérieur pour fermenter).
La véritable levure de boulangerie ou levure de bière est une levure naturelle qui appartient à l'espèce Saccharomyces cerevisiae constituée de cellules vivantes entraînant une réaction chimique (d'où confusion avec la notion de produit chimique). Cette levure sert depuis des millénaires à la fabrication du pain et plusieurs de ses souches sont également utilisées pour la fermentation du vin et de la bière.
Les levures, micro-organismes non pathogènes, créent un milieu riche en protéines et en vitamines, principalement celles du groupe B qui sont utilisées en pharmacie et en chimie. De plus, grâce au génie génétique, certains médicaments sont désormais produits par des levures manipulées. Au service de l'industrie agroalimentaire, les extraits de levures et les levures autolysées sont utilisés pour leurs remarquables qualités gustatives et exhaustrices de goût. Outre son intérêt industriel, Saccharomyces cerevisiae est un formidable modèle pour les scientifiques : aussi facilement manipulable qu'une bactérie, la levure est un modèle simplifié des cellules qui composent l'être humain. Il existe environ 1000 espèces de levures connues mais les scientifiques considèrent que cela représente environ 10% de la totalité des espèces.
Il existe aussi des levures non naturelles dites "levures chimiques" ou poudres à lever, constituées de sels minéraux et de bicarbonate et qui produisent un dégagement de gaz carbonique soit par simple décomposition à la chaleur soit par une réaction chimique au contact de l'humidité et de la chaleur. Ces levures n'ont aucune valeur nutritive.

Qu'est-ce qu'une bactérie ? 

Les bactéries sont des micro-organismes vivants unicellulaires, caractérisés par une absence de noyau et un chromosome unique (cellule sphérique, cylindrique ou spiralée) qui interviennent dans les différents processus de fermentation et pour synthétiser des médicaments comme l'insuline. 
Les bactéries seraient les plus anciens organismes vivants sur la terre, et aussi les plus abondants. Elles sont présentes dans le sol, dans l'eau, dans l'air et comme parasites des autres organismes vivants.
La bactériologie, science qui étudie les bactéries, a été fondée par Louis Pasteur qui le premier a apporté la preuve de l'existence de ces germes comme étant source de nombreuses maladies infectieuses telles que le tétanos, la syphilis, le choléra ou la tuberculose.
Quelques espèces de bactéries seulement sont pathogènes et se traitent par des antibiotiques. Mais les bactéries ne sont pas uniquement de méchants microbes : certaines se cachent dans notre alimentation et peuvent être bénéfiques pour notre tube digestif. Dans un organisme sain, le tube digestif est colonisé par environ 100 000 milliards de bactéries appartenant à 400 espèces différentes. De 30 à 40 espèces de ces bactéries représentent 99 % de la flore qui forme un écosystème stable essentiel au maintien d'une bonne santé. Une infection, une maladie ou une déficience du système immunitaire peuvent déséquilibrer cet écosystème.

Un peu d'Histoire 

La levure de bière est connue depuis la plus haute Antiquité. Les Babyloniens, les Égyptiens et les Celtes, qui l'utilisaient pour la préparation de boissons alcoolisées, s'en servaient également pour son action bénéfique sur la peau et le teint. Les archéologues rapportent que les Babyloniens honoraient Nidaba, la déesse de la bière et de la levure, pour ses pouvoirs de guérison. Plus tard, Pline, le grand naturaliste romain, raconte que vers 370 avant J.-C., Hippocrate, le célèbre médecin grec, avait découvert l'action diurétique de la levure de bière et la conseillait comme remède. Au Moyen-Âge, les moines qui soignaient les lépreux absorbaient de la levure de bière afin de ne pas être contaminés à leur tour. On l'utilisait également pour guérir les gens atteints de rougeole et de scarlatine.

Les premiers travaux scientifiques applicables aux levures bénéficient de l'invention du microscope par le hollandais Antonie van Leeuwenhoek en 1677. À partir de 1789, Lavoisier consacre une part importante de ses travaux à la nature des fermentations. En 1810, Gay-Lussac définit l'équation chimique globale de la réaction. En 1836, Cagniard-La Tour, Schwann et Kützing publient séparément leurs observations microscopiques et concluent que la levure est un organisme vivant qui se reproduit par bourgeonnement. Mais ce n'est qu'en 1837, que le chercheur Meyen découvre que la levure de bière, responsable de la fermentation, est constituée de petits organismes vivants unicellulaires qui se reproduisent par bourgeonnement. Il leur donne alors le nom de Saccharomyces cerevisiæ. Cependant, les bases scientifiques qui permirent leur culture et leur utilisation en grandes quantités furent l'oeuvre d'un microbiologiste français, Louis Pasteur.
À partir de 1857, Pasteur étudie les fermentations acétique, alcoolique, butyrique et lactique. Il démontre qu'il s'agit de processus non seulement chimiques mais biologiques en isolant et cultivant les bactéries ou les levures responsables de ces phénomènes. En 1866, il publie « Etudes sur le vin, ses maladies, les causes qui les provoquent, procédés nouveaux pour le conserver et le vieillir » qui explique les mécanismes biologiques et biochimiques de la fermentation alcoolique et le rôle des levures dans ce processus.
Le développement de la chimie permet un accroissement des connaissances œnologiques. Les recherches actuelles portent sur l'amélioration des techniques de fermentation, la sélection de souches microbiennes à fort potentiel industriel et la découverte et l'exploitation de nouvelles voies biochimiques.

Les différents processus de fermentation  

Le terme fermentation est dérivé du mot latin fervere, qui signifie bouillir. En effet, l'observation d'un liquide en fermentation montre un dégagement important de gaz provoquant de la mousse, de l'écume et l'aspect d'un liquide en ébullition. C'est en réalité, l'action de transformation de substances végétales ou animales sous l'action de micro-organismes ou plus exactement des enzymes qu'ils contiennent.

Il existe plusieurs fermentations qui trouvent des applications industrielles diverses :
- Pâtes levées et pain
- Yaourts et fromages
- Boissons alcoolisées
- Vinaigre
- Probiotiques en santé humaine
- Probiotiques et agents d'ensilage en nutrition animale
- Éthanol-carburant

1. La fabrication de pâtes levées et de pain.
   Le pain est fabriqué à partir de farine, de levure ou levain, de sel et d'eau. C'est l'activité chimique des levures qui provoque le dégagement de bulles de gaz carbonique et fait lever la pâte à pain.
   Le levain est une pâte en fermentation à réaction acide qui provient de la fermentation spontanée d'un mélange de farine et d'eau. Il contient une microflore acidifiante constituée essentiellement de bactéries lactiques (Streptococcus, Lactobacillus, Bacillus) et de levures (Saccharomyces cerevisiae). Les bactéries lactiques acidifient le pain, mais ne le font guère lever. Ce sont les levures qui produisent le gaz carbonique responsable de la levée de la pâte.
   Un pain sans levure est dit pain azyme, composé exclusivement de farines de froment et d'eau.
    
2. La fabrication de yaourts et de fromages.
   Le yaourt est une préparation de lait (vache, chèvre, brebis, jument, ânesse, chamelle ou bufflonne) non égoutté et fermenté. Deux bactéries lactiques (Streptococcus thermophilus et Lactobacillus bulgaricus) sont ajoutées pour la fermentation : ces bactéries transforment le lactose en acide lactique. Cette fermentation du lait conduit à la formation des fromages et des yaourts.
   Les préparations laitières faites sur le même principe mais avec d'autres bactéries (Bacillus Bifidus...) n'ont pas en France le droit d'être appelés « yaourt ». En juillet 2003, le Codex Alimentarius (code de référence alimentaire international) a adopté une norme précisant les caractéristiques techniques essentielles de fabrication des yaourts et laits fermentés ainsi que les règles de dénomination et d'étiquetage.
   La dénomination "yaourt" repose sur "la présence de ferments actifs vivants, dans le produit fini, dont les effets-santé sont reconnus scientifiquement".
   Les premiers yaourts résultent probablement d'une fermentation spontanée, peut-être au contact de bactéries sauvages résidant à l'intérieur des sacs de peau de chèvre utilisés pour le transport du lait. Il existe des preuves de l'existence de produits laitiers fermentés dans un but alimentaire depuis au moins le IIIème millénaire avant J.C. En France, le yaourt fait sa première apparition grâce à François Ier. En effet, celui-ci souffrant de problèmes digestifs, fait appel au sultan de Turquie qui lui envoie d'Istanbul un médecin qui le guérit en le soumettant à une cure de yaourt au lait de chèvre.
   Le yaourt a une valeur nutritionnelle remarquable : l'apport en protéines, calcium, phosphore, et riboflavine représente plus de 25 % des besoins journaliers (teneur en protéines et en calcium plus importante que du lait normal).
   Le fromage est un aliment moulé, obtenu à partir de la coagulation du lait suivie ou non de fermentation. Une présure naturelle peut être ajoutée afin d'aider le caillement du lait. Ce lait caillé est ensuite versé dans des moules individuels pour lui donner une forme, puis amené au saloir où le sel est saupoudré sur toutes les surfaces du fromage, suivi de l'addition de bactéries. Vient ensuite l'affinage qui dure plusieurs jours.
   Les variétés de fromage diffèrent en fonction des nombreux procédés de fabrication. Les différences de quantité d'eau, de matières grasses et de sel donnent un goût et une fermeté propres à chacun des fromages. La durée et la température de l'entreposage, ainsi que le type de bactéries employées influent également sur la saveur et l'apparence : Penicillium camemberti, P. candidum, P. roqueforti, Propionibacterium shermanii (qui provoque les trous dans les fromages de type suisse).
    
3. La fabrication de boissons alcoolisées
   La fermentation alcoolique sous l'effet des levures transforme le glucose en éthanol et en dioxyde de carbone.
   La fabrication de l'alcool est un processus complexe qui fait souvent intervenir plusieurs micro-organismes. Citons le saké qui est fait en partie à l'aide d'Aspergillus ou la bière en Afrique à l'aide de Schizosaccharomyces pombe. La levure Saccharomyces cerevisiae reste cependant la principale espèce utilisée car elle sert pour fabriquer les deux boissons les plus consommées : le vin et la bière.
    
   • Le vin
     1. La fermentation alcoolique
        Pour le vin, des grappes de raisin rouge ou blanc sont écrasées pour casser la peau et récupérer le jus. Mais en réalité, le pur jus de raisin est peu aromatique. Les arômes sont cachés dans la pellicule du raisin. Pour le vin rouge, la fermentation se produit en présence de la peau et des pépins qui contiennent les tannins alors que pour le vin blanc, seul le jus est fermenté.
        La fermentation alcoolique se produit dans des tonneaux ouverts ou des fermenteurs contrôlés. Sont présentes dans le moût différentes espèces comme Saccharomyces cerevisiae (levures de vinification) et Brettanomyces, Dekkera, Kloeckera, Hanseniaspora (levures d'altération ou de contamination).
        Les levures transforment le sucre en alcool et libèrent une grande variété de produits secondaires, grâce aux enzymes qui participent aux réactions chimiques. Ces différentes substances complètent les senteurs initiales du fruit par des arômes secondaires, lesquels dépendent de la nature de la levure, de la température de fermentation et des aliments de la levure.
        Autrefois aucune levure n'était ajoutée (on soupçonne donc que la fabrication du vin est la première utilisation de la levure car le processus ne nécessite pas d'ajout de levure exogène, contrairement à la fabrication du pain et de la bière). Saccharomyces cerevisae est présente en faible quantité sur le raisin (pas plus de 10% de la population levurienne) mais quelques jours après la fermentation, elle devient l'espèce prédominante (90%). Ce sont les conditions du milieu qui engendrent cette sélection : l'anaérobie, le sucre et le SO₂ favorisent les différentes souches de Saccharomyces cerevisae au détriment des autres levures moins résistantes et moins adaptées. Cependant, les risques de développement d'une autre levure, de genre ou d'espèce différentes résident. C'est le cas des Brettamomyces qui produisent de mauvais arômes tels que le fameux "goût de souris".
     2. La fermentation malolactique
        Après la phase de fermentation alcoolique, le vin est transféré dans des tonneaux pour le vieillissement. Il présente en général un taux d'acidité qui le rend acerbe et dur à la dégustation. Cette acidité est le fait de deux principaux acides provenant du raisin, l'acide tartrique et l'acide malique. La dégradation de ce dernier par les bactéries lactiques contenues dans le vin correspond à la fermentation malolactique.
        Jusqu'à 10 espèces de bactéries différentes ont été identifiées dans les moûts et la plupart de ces micro-organismes sont considérés comme contaminants des bactéries lactiques (Oenococcus oeni, Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus brevis, Pediococcus damnosus, Pediococcus pentosaceus) et des bactéries acétiques (Gluconobacter oxydans, Acetobacter aceti, Acetobacter pasteurianus). Mais après une sélection naturelle qui a lieu au cours de la fermentation alcoolique, l'espèce dominante devient Œnococcus œni assurant la fermentation malolactique qui permet d'assouplir les vins et contribue à la stabilisation microbiologique du vin. La fermentation malolactique se produit souvent spontanément à la suite de la fermentation alcoolique. Mais son déclenchement est parfois problématique. Il nécessite la multiplication des bactéries naturellement présentes dans le moût, pour atteindre une population de l’ordre de 1 million de cellules par millilitre. Or comme beaucoup de bactéries, Oenococcus oeni est sensible aux attaques de virus bactériophages qui peuvent provoquer certains retards ou arrêts dans le déroulement de la FML..
        En France, le vinificateur dispose aujourd'hui d'une vingtaine de souches Œnoccocus œni sélectionnées, mais en réalité l'utilisation de ferments lactiques reste très marginale. L’utilisation de levains sélectionnés (préparations d’Oenococcus oeni) permet cependant d'apporter dans le vin une population importante de bactéries en mesure de réaliser la FML. Cette opération permet de limiter le temps de latence et de s’affranchir des difficultés de développement de la population de bactéries lactiques. Des progrès importants ont été réalisés ces dernières années pour ces préparations : elles nécessitaient auparavant des étapes longues et délicates de réactivation. Aujourd’hui on trouve des préparations à ensemencement direct, qui rendent beaucoup plus simple la mise en œuvre de cette technique.
     3. Recherches scientifiques
        Des groupes de scientifiques en recherche œnologique se sont attachés à mieux comprendre les phénomènes mis en œuvre lors des fermentations, les aspects nutritifs de la levure, les compétitions existantes entre les différentes espèces de micro-organismes présentes dans les moûts ou encore l'influence de certains paramètres physico-chimiques, comme par exemple, le pH, l'alcool, la température. Ils travaillent sur des levures naturelles sélectionnées sur des terroirs de production de vin et produites de façon industrielle afin de les mettre à disposition des vinificateurs. Dans ces cas là, le « levurage » (c'est-à-dire l'ajout par l'homme de levures "sélectionnées" dites exogènes) avec une souche adéquate peut permettre de résoudre les problèmes de fermentation tout en améliorant la qualité des vins. Car la levure en plus de son rôle dans la fermentation, est aussi utilisée pour révéler les arômes et stabiliser la couleur. L'argument principal contre le « levurage » est la standardisation des vins : certains prétendent qu'une bonne partie des vins actuellement produits dans le monde sont obtenus à partir de techniques agronomiques et œnologiques qui tuent l'empreinte du cépage, l'incidence du terroir et la personnalité du producteur en développant des parfums « artificiels » et en privant le vin d'une complexité qu'il aurait pu acquérir en fermentant avec des levures indigènes naturellement présentes dans le vignoble et dans la cave.
        Dans beaucoup de cas, la fermentation alcoolique conduite avec la flore indigène donne de bons résultats, mais dans d'autres cas la flore indigène mal maîtrisée provoque des anomalies telles que formation de SO₂ et acidité volatile, apparition de mauvais goûts ou encore arrêt de fermentation. En effet, chaque année une fraction des moûts vinifiés de par le monde ne termine pas la fermentation dans les conditions souhaitées. Le volume de vins non terminés ou tachés par des notes acétiques ou soufrés représente une perte financière pour la filière vitivinicole.
        En conclusion, il n'y a pas d'un côté des bonnes levures indigènes naturelles qui font des bons vins naturels, et de l'autre des mauvaises levures exogènes chimiques qui font des mauvais vins « chimiques ». Les défauts organoleptiques graves qui sont parfois liés à une vinification insuffisamment maîtrisée sont infiniment plus dévastateurs sur l'expression du terroir que ne peut l'être une sélection des levures. Il ne faut pas oublier que jadis, un grand nombre de viticulteurs faisaient une piquette dangereuse pour la santé. La loi du 1^er août 1905 qui dit que « Le vin est le produit résultant exclusivement de la fermentation du raisin frais ou du jus de raisin frais » a été complétée par un décret en 1921 qui autorise et interdit un certain nombre de traitements ; ces derniers font l'objet de contrôles analytiques particuliers. La maîtrise de la vinification et le contrôle des appellations provoquent la disparition de beaucoup de « mauvais vins ». Jamais le vin n'a été moins nocif pour la santé que de nos jours.
        Par ailleurs, il n'existe pas une souche de levure industrielle qui serait utilisée par tous les viticulteurs et produirait le même vin partout : environ 150 souches différentes sont aujourd'hui disponibles à la vente, ce qui, marié à la variabilité de la vendange laisse place à une jolie quantité de combinaisons aromatiques. De plus, les scientifiques travaillent sur l'utilisation d'autres espèces de levures comme Torulaspora delbrueckii et Candida stellata, qui sont toutes deux présentes initialement dans le moût mais qui ne se développent pas bien contrairement à Saccharomyces cerevisae. Cependant, ces espèces pourraient s'avérer intéressantes car leur biomasse faible entraîne une augmentation des esters et limite la formation d'acidité volatile.
         
   • Autres alcools
     Pour la bière, il existe deux types de fermentation : la fermentation haute, qui utilise des levures de type Saccharomyces cerevisiae et qui donne des bières de type ale au goût fruité, et la fermentation basse qui utilise des levures de type Saccharomyces uvarum et qui donne des bières de type lager souvent moins fruitées et moins alcoolisées mais qui se conservent mieux. Les bières de fermentation basse doivent fermenter plus longtemps et à des températures plus basses que les bières de fermentation haute.
     Le même protocole que la fermentation du vin est appliqué pour la fabrication du cidre à partir de pommes ou le poiré à partir de poires. Pour les alcools "forts" comme le rhum issu de la fermentation de cannes à sucre, ou encore la vodka issue de la fermentation de pommes de terre, de seigle ou de betteraves à sucre, la fermentation est suivie d'une distillation afin de concentrer l'alcool.
      
     
4. La fabrication de vinaigre.
   Le vinaigre est obtenu par la fermentation acétique qui transforme en acide acétique l'alcool d'un vin sous l'effet des bactéries Acetobacter. C'est l'acide acétique qui donne au vinaigre son acidité caractéristique et en fait un conservateur efficace.
   C'est encore Pasteur qui en 1865 découvre le responsable de l'acétification et le processus : les bactéries, transportées par les poussières de l'air transforment le vin en vinaigre par oxydation de l'alcool qu'il contient. Petit à petit, ces bactéries remontent à la surface en forment un voile blanchâtre qu'on appelle " la mère de vinaigre". Lorsque cette accumulation devient trop importante, les bactéries meurent et tombent au fond de la cuve. Il en est ainsi jusqu'à épuisement de l'alcool présent dans le milieu.
    
5. La fabrication de probiotiques en santé humaine
   Ce sont des micro-organismes vivants (levures ou bactéries) présents dans les aliments, notamment dans les produits laitiers fermentés (dans un yaourt classique, on trouve 100 millions de bactéries par gramme), ou dans des compléments alimentaires sous forme lyophilisée. Pour être efficaces, ils doivent être délivrés vivants dans l'intestin.
   Plusieurs études leur prêtent de nombreuses vertus santé. Les segments de santé visés sont prioritairement la sphère digestive, les défenses immunitaires et la sphère vaginale. Outre l'amélioration du transit, les probiotiques permettraient de renforcer nos défenses et réduiraient les allergies alimentaires. Ils constituent une alternative naturelle aux traitements médicamenteux.
   Parmi eux, on distingue les ferments lactiques (les lactobacilles Lactobacillus bulgaris, Lactobacillus acidophilus et Lactobacillus casei et les coques Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Enterococcus faecium), les bifidobactéries d'origine humaine ou animale qui appartiennent à la flore intestinale normale (Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium longum), les différentes levures de type Saccharomyces principalement utilisées par l'industrie agroalimentaire (Saccharomyces boulardii) et les autres bactéries sporulées (Bacillus subtilis, Bacillus bifidus et cereus).
    
6. La fabrication de probiotiques et d'agents d'ensilage en nutrition animale
   Ces probiotiques sont des concentrés de levures sèches (Saccharomyces cerevisiae) utilisés dans l'alimentation animale comme apports de nutriments favorables : les levures libèrent des vitamines, des acides aminés et des peptides qui permettent de renforcer la protection de la flore intestinale, de normaliser le transit et de stimuler l'immunité intestinale renforçant ainsi les défenses naturelles des animaux ; les probiotiques permettent ainsi d'obtenir un meilleur rendement de la production laitière, de réduire significativement les pertes de poids des animaux, d'augmenter significativement le taux de croissance des portées, d'améliorer la qualité des viandes, etc., ce qui représente une garantie pour toute la filière, depuis le fabriquant d'aliment jusqu'au consommateur.
   La fabrication d'agents d'ensilage (association de bactéries lactiques lyophilisées) spécifiquement adaptés à chaque type d'ensilage (maïs plante entière, maïs grain humide, céréales immatures, luzerne, herbe plus ou moins riche en matière sèche&) permet de stabiliser les silos et d'éviter les fermentations sauvages responsables de la production de mauvaises bactéries qui passent ensuite dans l'estomac des animaux.
    
7. La fabrication d'éthanol-carburant.
   C'est un alcool à indice d'octane élevé produit par la fermentation de sucre ou d'amidon prétraité, provenant de grains de blé ou de maïs ; l'ajout de levure entraîne la fermentation des sucres et produit l'éthanol qui est ensuite séparé du mélange par distillation.
   En principe, l'éthanol-carburant sert d'additif en petite quantité à l'essence. L'éthanol pur ou les fortes concentrations d'éthanol, comme dans un mélange de 85 % d'éthanol et de 15 % d'essence nécessitent des modifications du moteur. Au Brésil, la moitié des véhicules peuvent fonctionner avec de l'éthanol pur.
   Les avantages de l'éthanol par rapport à l'essence sont diverses : baisse d'émissions de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone et d'hydrocarbure, et réduction globale des gaz à effet de serre, durabilité de la production d'éthanol due à l'utilisation de matières premières comme des grains et des produits du bois, marché supplémentaire pour le maïs et les autres matières premières agricoles utilisées dans la production d'éthanol et réduction de la dépendance à l'égard des produits pétroliers importés.
   Les premières utilisations de carburants au bioéthanol remontent quasiment au début de l'automobile. Durant les années 60, l'offre abondante de pétrole à bas prix a éclipsé les biocarburants. Depuis le choc pétrolier de 1973, l'utilisation du bioéthanol a connu un nouvel essor grâce au soutien de certains gouvernements. Les États-Unis et le Brésil produisent à eux seuls 95% de l'éthanol carburant dans le monde.