Brevet FR2825715A1 — publié le 20021213

La présente invention concerne le domaine technique de la production de boissons alcoolisées, en particulier celui de la production de vins. Dans ce domaine, les problèmes associés aux fermentations représentent un manque en gagner important en termes économiques. En effet ces problèmes fermentaires se traduisent, au niveau des vins concernés, par des pertes en rendement, en qualité voire parfois par des pertes en volume. Il est donc important pour les entreprises de cette filière de diminuer la fréquence d'apparition des problèmes fermentaires. La présente invention est relative à une méthode permettant de prévenir les fermentations problématiques, ainsi qu'à l'application de cette méthode pour la production de vins et autres boissons alcoolisées par fermentation. On entend par fermentations problématiques deux types de situations : - D'une part, le cas des fermentations lentes où les vitesses maximales observées au cours de la fermentation sont peu élevées. La vitesse de fermentation est définie comme étant mesurée par la dérivée de la quantité de dioxyde de carbone dégagée par unité de temps (dC02/dt). Ces fermentations lentes sont généralement dues à des populations levuriennes faibles, généralement associées à une carence en azote assimilable des moûts. - D'autre part, les fermentations languissantes ou les arrêts de fermentation, caractérisés par une vitesse maximale de fermentation relativement élevée, mais qui diminue progressivement, la viabilité des levures devenant très faible. Ces fermentations se ralentissent alors ou s'arrêtent lorsque la population levurienne est insuffisante pour assurer l'achèvement de la consommation des sucres. Dans la majorité des cas, ce type de phénomène est observé lors de carence en oxygène ou de fortes carences en azote. Il apparaît donc que dans tous les cas, un des moments critiques de la fermentation est la fin de cette fermentation. Il est essentiel de pouvoir terminer cette réaction avec une vitesse de consommation des sucres suffisante afin d'éviter des situations d'arrêts ou de fermentations languissantes qui représentent des situations à risque, d'autres microorganismes, notamment des bactéries lactiques, pouvant alors coloniser rapidement le milieu fermentaire en stoppant définitivement la fermentation alcoolique. Certains de ces microorganismes utiliseront les sucres résiduels pour produire des métabolites indésirables comme par exemple l'acide acétique, entraînant des pertes de qualité au niveau du vin concerné. Il est bien connu que ces fermentations problématiques sont le plus souvent associées à des problèmes nutritifs (Alexandre et al. J. of Ind. Microbiol. and Biotechnology, vol. 20,1998 : pages 20-27). Différents nutriments sont importants pour permettre aux levures, d'une part de bien se développer afin de coloniser le milieu fermentaire et d'autre part d'assurer efficacement le métabolisme des sucres en alcool et ce jusqu'à l'épuisement total de ces sucres. Ces nutriments appartiennent aux catégories suivantes : - L'azote assimilable, constitué par l'azote ammoniacal et l'azote a aminé. C'est le nutriment qui influe le plus sur la vitesse de la fermentation alcoolique (Agenbach. Proc. South African Soc. Enol. Vitic., Cape town, South Africa. Stellenbosh SA, 1977 : pages 66- 87). L'azote est un élément essentiel puisqu'il permet la synthèse des protéines, et donc la croissance des levures. Sa carence dans le moût limite la croissance levurienne et donc la vitesse de fermentation. Donc, plus sa concentration est faible dans un moût, plus on est en présence de risques de fermentations lentes. En général, les moûts en contiennent entre 80 et 400 mg/l et le seuil de carence se situe vers 150-180 mg/). Une carence azotée du moût est également responsable d'un arrêt de la synthèse protéique au sein de la levure. Cette inactivation va avoir pour conséquence une diminution importante de l'activité de transport des sucres, et augmenter ainsi les risques d'arrêt de fermentation ou de fermentation languissante. Une carence en azote peut aussi entraîner une déviation du métabolisme de la levure, conduisant notamment à la production de sulfure d'hydrogène (H2S), néfaste aux caractéristiques aromatiques du vin. Si la quantité d'azote assimilable est importante, sa qualité ne l'est pas moins. Il a été démontré que l'apport d'azote sous forme a-aminé était plus efficace que l'apport sous forme inorganique (phosphate di-ammonique, sulfate d'ammonium). De plus, des ajouts d'azote sous forme inorganique auront des conséquences négatives sur le profil gustatif des vins. Enfin ces ajouts, parfois massifs, d'azote inorganique se traduisent par des augmentations de température dans l'enceinte de fermentation obligeant le professionnel à la refroidir, ceci ayant pour conséquence l'augmentation des coûts de production. - L'oxygène : L'oxygène joue un rôle primordial sur la fermentation alcoolique. Il assure le bon développement de la population levurienne et le maintien d'une bonne viabilité des levures. Il permet la synthèse de composés lipidiques tels que les stérols ou les acides gras insaturés, constituant la membrane cellulaire des levures et entraînant une meilleure résistance à l'éthanol. La fluidité membranaire est en effet fonction du ratio acides gras insaturés/acides gras saturés. La présence d'acides gras insaturés est donc primordiale pour cette résistance à l'alcool. La concentration en stérols doit être optimale afin d'assurer l'intégrité membranaire, garante de l'activité des protéines transmembranaires telles que les perméases. Si certaines de ces perméases ne fonctionnent plus, il y a alors acidification et mort de la cellule. Les besoins minimaux en Os pour le bon déroulement d'une fermentation peuvent être estimés à environ 5-10 mg/1 fSablayrolles et Barre. Sci. Alim., vol. 6,1986 : pages 373-383). En début de fermentation, l'oxygène est très rapidement consommé d'une part par les enzymes (cas de pourriture : laccase), et d'autre part par la flore levurienne oxydative. Le moment de l'ajout de cet élément (mi-fermentation, après multiplication des cellules et dilution des lipides de la flore fermentaire) est donc primordial. Un moyen connu pour éviter les problèmes de fermentation liés à une carence en oxygène est également l'ajout au moût d'acides gras insaturés, de stérols ou de composés riches en ces molécules tels que les bourbes et certains dérivés de levures. - Les vitamines : Certaines vitamines jouent un rôle essentiel sur le déroulement de la fermentation alcoolique. La biotine par exemple favorise la production d'esters et permet une meilleure viabilité cellulaire en fin de fermentation. En cas de carence, la croissance cellulaire est significativement affectée. Le pantothénate, impliqué dans le métabolisme des lipides, a un effet positif sur les qualités organoleptiques : il diminue les risques de production d'H2S ainsi que d'acidité volatile. La thiamine enfin, dont le rôle a fait l'objet de nombreuses études, est une autre des vitamines qui peut être limitante et dont la carence peut provoquer des arrêts de fermentation. Cet éventuel déficit est souvent dû à certains traitements préfermentaires réalisés dans des conditions mal maîtrisées (sulfitage, chauffage). En effet, la thiamine possède la propriété de se combiner rapidement au S02 et n'est alors plus biodisponible. Elle peut en plus disparaître rapidement du milieu. Il a effectivement été démontré (Bataillon et a/.. J. Ferm. Bioeng, vol. 82,1996 : pages 145-150) qu'en présence de 106 cellules de Saccharomyces cerevisiae/ml, la quasi-totalité de la thiamine a disparu en 2 à 3h, les levures pouvant en accumuler des concentrations importantes. De plus, la flore indigène non levurienne consomme cet élément parfois plus rapidement que Saccharomyces cerevisiae. - Les sels minéraux : D'autres nutriments tel que le magnésium, le zinc ou le potassium sont également très importants pour la levure. Le magnésium en particulier joue un rôle essentiel dans le contrôle de la croissance cellulaire et le métabolisme des levures. Il permet une meilleure résistance à la température et à la pression osmotique. Il intervient au niveau du maintien de l'intégrité cellulaire (stabilisation des acides nucléiques, des polysaccharides, lipides et protéines) (Walker. Critic. Rev. Biotechnol., vol. 14,1994 : pages 311-354). Des ajouts de magnésium augmentent la production d'éthanol. Le zinc est aussi très important car c'est un co-facteur des enzymes de la glycolyse ; il permet une meilleure tolérance à l'alcool et joue un rôle important dans la production d'esters. Le potassium est également un élément essentiel, en particulier pour la tolérance à l'acidité. Les carences en ces éléments sont peu fréquentes. Par contre ces sels minéraux ne sont que rarement biodisponibles. En effet ces cations peuvent être liés à différents types de molécules dans le moût telles que les protéines et les polyphénols. Dans ces cas là, la levure ne peut les utiliser. Pour pallier les risques de carence en éléments nutritifs, certaines solutions ont été proposées et sont actuellement pratiquées. En premier lieu, des études récentes sur la caractérisation des besoins en azote assimilable et oxygène de différentes levures fermentaires permettent au professionnel de choisir sa levure en fonction de la qualité nutritive du moût qu'il a à fermenter (Julien et al.. Am. J. Enol. Vitic., vol. 51 (3), 2000 : pages 215-222). Cependant cette connaissance ne permet pas de s'affranchir de la correction des moûts en certains facteurs nutritifs. Aujourd'hui plusieurs pratiques peuvent être mises en oeuvre afin de complémenter les moûts carencés et de diminuer la fréquence d'apparition de fermentations problématiques : - Pour les carences en azote : l'ajout de phosphate di-ammonique ou de sulfate d'ammonium, à mi-fermentation est préconisé (Sablayrolles et al.. J. Ferm. Bioeng., vol. 82, 1996 : pages 377-381). - Pour les carences oxygène et en facteurs de croissance, l'ajout de bourbes fines permet de maîtriser la turbidité et d'apporter les nutriments tels que les stérols et les acides gras insaturés (Delfini et al.. Am. J. Enoi. Vitic., vol. 44,1993 : pages 86-92). Toutefois, cet ajout n'est pas toujours facile à réaliser dans la pratique, dans les caves. C'est pourquoi, l'ajout de produits complexes contenant des levures inactivées a été proposé afin de compenser les carences du moût. Ces produits contiennent généralement du phosphate d'ammonium, de la thiamine, et des levures inactivées ou des écorces de levures. Outre leurs apports nutritifs, ils influent sur la qualité globale des vins. L'efficacité de l'addition de tels produits a été démontrée dans de nombreuses situations oenologiques (Trioli. Vitic. Enol. Sci., vol. 51 (3), 1996 : pages 204-209). Récemment, un moyen d'intervention particulièrement efficace a été développé afin de diminuer les risques d'arrêts de fermentation (Sablayrolles et al.. J. Ferm. Bioeng. vol. 82,1996 : pages 377-381). Lorsque l'on se trouve confronté à des moûts"à problèmes", cette intervention consiste à réaliser simultanément un apport d'azote et d'oxygène. On constate alors que les effets s'additionnent. Il est cependant primordial que ces ajouts combinés soient maîtrisés : le moment des apports et la quantité des nutriments apportés étant essentiels. - Enfin l'addition de thiamine est une pratique courante. De façon commune cette thiamine est ajoutée en début de fermentation ce qui la rend très peu disponible pour la levure chargée d'assurer la fermentation alcoolique. Ainsi toutes les solutions techniques décrites et existantes ne permettent pas de s'affranchir du problème de disponibilité de certains éléments essentiels au bon développement de la levure fermentaire. En conséquence, malgré l'application de ces techniques il existe encore un grand nombre de situations de fermentation problématiques. Ces vingt dernières années, l'utilisation de levains sélectionnés sous forme sèche (Levures Sèches Actives, LSA) s'est généralisé. Avant leur utilisation, il est nécessaire d'opérer une étape de réhydratation. Cette étape d'une relative simplicité de mise en oeuvre est capitale pour la qualité du levain une fois réhydraté (Monk. Proceedings of the ASVO Seminar : Advances in Juice Clarification and Yeast Inoculation. Melbourne, Aus. 22-23, 1997). De manière surprenante et inattendue, il a été trouvé que la réhydratation des Levures Sèches Actives dans un milieu additionné d'un complexe nutritif, permettait d'augmenter les capacités fermentaires des levures issues de cette étape de réhydratation, notamment en fin de fermentation, alors que l'addition de ce type de complexe dans le moût ne permettait pas d'observer de tels effets. La méthode selon la présente invention consiste à ajouter au milieu de réhydratation des LSA, connu de l'homme du métier, des éléments nutritifs susceptibles de se trouver en concentration ou en disponibilité insuffisante dans le moût. Selon l'invention, lesdits éléments nutritifs sont choisis parmi les sources d'azote organique ou inorganique, les acides gras, les stérols, les vitamines, les sels minéraux, les levures inactives, les extraits ou dérivés de levures, chaque élément étant utilisé pur ou en combinaison avec d'autres. Selon un aspect particulier de l'invention, l'élément nutritif rajouté au milieu de réhydratation est une source d'azote choisie parmi les sels d'ammonium, les nitrates, l'urée, les acides aminés, les peptides, les protéines ou une source biologique riche en azote. Selon un autre aspect particulier de l'invention, ledit élément nutritif est un acide gras, un stérol, une combinaison de ceux-ci ou une source naturelle riche en ces éléments telle que notamment les bourbes, les levures inactives ou les écorces de levures. Selon un autre aspect particulier de l'invention, ledit élément nutritif est une ou plusieurs vitamines choisies parmi la thiamine, la biotine, l'acide pantothénique, la niacine, la riboflavine, la pyridoxine, ou une source naturelle riche en vitamines telle que les levures inactives ou les extraits de levures. Selon un autre aspect particulier de l'invention, ledit élément nutritif est un sel minéral ou une combinaison de sels minéraux choisis parmi les phosphates, les sels de zinc, magnésium, calcium, potassium, sodium, fer, cuivre, manganèse. Les exemples suivants illustrent de façon non limitative, des modes de réalisation de la présente invention. Exemple 1 : amélioration du profil de fermentation d'un moût synthétique par incorporation d'un extrait de levure dans le milieu de réhydratation de la levure fermentaire Trois fermentations sont conduites en parallèle et en duplicata sur un moût synthétique MS 70-fa (tel que décrit dans Bely et al. (1990) correspondant à un milieu carencé en azote assimilable (100 mg/l) et contenant 200 g/l de sucres fermentescibles. La levure sèche active utilisée est la levure commerciale Lalvin EC1118, inoculée à la dose de 20 g/hl. Les trois fermentations correspondent aux modalités suivantes : 1. Témoin dans lequel aucun extrait de levure n'est rajouté dans le milieu de réhydratation de la levure EC1118. Le milieu de réhydratation témoin est de l'eau additionnée de 50 g/l de glucose. 2. Fermentation conduite avec la levure EC1118 réhydratée en présence d'extrait de levures dans le milieu de réhydratation (DIFCO Bacto-yeast extract réf. 0127-01-7), utilisé à la dose permettant une concentration finale dans le moût de fermentation de 30g/hl. 3. Fermentation conduite avec la levure EC1118 réhydratée dans le milieu de réhydratation en absence d'extrait de levure. L'extrait de levure est rajouté au début de la fermentation alcoolique directement dans le moût synthétique MS70-fa à la dose de 30 g/hl. Un gramme de la levure sèche EC1118 est réhydraté dans 10 ml d'eau glucosée à 37 C pendant 30 minutes. Dans la réhydratation témoin aucun ajout d'extrait de levure n'est pratiqué. Dans la modalité 2,1, 5 g d'extrait de levure est rajouté aux 10 ml du milieu de réhydratation. Les fermenteurs de 1,1 litres sont inoculés avec 2,2 ml de solution de réhydratation, correspondant à une dose d'utilisation de 20g/hl de levures sèches actives, et le cas échéant de 30g/hl d'extrait de levure. La température de fermentation est de 24 C. Les résultats obtenus (figure 1) montrent que la fermentation conduite par la levure réhydratée en présence d'extrait de levure dans le milieu de réhydratation (modalité 2) se termine avant les deux autres modalités. La cinétique de fin de fermentation caractérisée par la pente de la courbe est plus rapide dans la modalité 2 expliquant le gain de temps observé de 50 heures par rapports aux autres modalités. L'ajout d'extrait de levure, au début de la fermentation alcoolique, ne permet pas dans ces conditions, d'améliorer le profil fermentaire par rapport à la modalité témoin. Exemple 2 : amélioration du profil de fermentation d'un moût réel de Chardonnay par incorporation d'un extrait de levure dans le milieu de réhydratation de la levure fermentaire Deux fermentations sont conduites en parallèle et en duplicata sur un moût réel de Chardonnay provenant du sud de la France (région Languedoc) contenant 365 mg/l d'azote assimilable (situation de non carence) et contenant 220 g/l de sucres fermentescibles. La levure sèche active utilisée est la levure commerciale Lalvin EC1118, inoculée à la dose de 20 g/hl. Les deux fermentations correspondent aux modalités suivantes : 1. Fermentation conduite avec la levure EC1118 réhydratée dans un milieu de réhydratation en absence d'extrait de levure. L'extrait de levure est rajouté au début de la fermentation alcoolique directement dans le moût de chardonnay à la dose de 30 g/hl. 2. Fermentation conduite avec la levure EC1118 réhydratée en présence d'un extrait de levure (utilisé à la dose permettant une concentration finale de 30g/hl dans le moût) dans le milieu de réhydratation. Un gramme de la levure sèche EC1118 est réhydraté dans 10 ml d'eau glucosée à 37 C pendant 30 minutes. Dans la réhydratation témoin, aucun ajout n'est pratiqué. Dans la modalité 2,1, 5 g d'extrait de levure est rajouté aux 10 ml du milieu de réhydratation. Les fermenteurs de 1,1 litres sont inoculés avec 2,2 ml de solution de réhydratation, correspondant à une dose d'utilisation de 30g/hl d'extrait de levure et de 20g/hl de levures sèches actives. La température de fermentation est de 24 C. Dans la modalité 1 (témoin), les 30 g/hl d'extrait de levure sont rajoutés en début de fermentation alcoolique. Les résultats obtenus (figure 2) montrent que la fermentation conduite par la levure réhydratée en présence d'extrait de levure dans le milieu de réhydratation (modalité 2) se termine avant la fermentation témoin. La cinétique de fin de fermentation caractérisée par la pente de la courbe est plus rapide dans la modalité 2 expliquant le gain de temps observé par rapport à la modalité témoin. Même en l'absence de carence en azote assimilable, l'ajout d'extrait de levure, pendant la réhydratation, permet d'améliorer la fin de la fermentation alcoolique en influant sur la cinétique fermentaire (42 de pente de la courbe de fin de fermentation à comparer à 26 dans la fermentation témoin). Le résultat de l'exemple 1 observé sur moût synthétique est confirmé sur moût réel, à savoir que l'ajout d'extrait de levure dans le milieu de réhydratation permet une fermentation accélérée par rapport au même ajout dans le moût en début de fermentation alcoolique. Exemple 3 : comparaison de l'efficacité de l'aiout de différents nutriments sur la durée de fermentation d'un moût synthétique carencé Dix fermentations sont conduites en parallèle et en duplicata sur un moût synthétique MS 70-fa tel que décrit dans l'exemple 1, correspondant à un milieu carencé en azote assimilable (100 mg/)) et contenant 200 g/) de sucres fermentescibles. La levure sèche active utilisée est la levure commerciale Uvaferm CEG, inoculée à la dose de 20 g/ht. Les dix fermentations correspondent aux modalités suivantes : 1 et 2. Témoin dans lequel aucun extrait de levure n'est rajouté ni dans le milieu de réhydratation de la levure ni dans le milieu de fermentation. Le milieu de réhydratation témoin est de l'eau glucosée à 50 g/l. 3. Fermentation conduite avec la levure CEG réhydratée en présence d'extrait de levure (utilisé à la dose permettant une concentration finale de 30g/hl dans le moût) dans le milieu de réhydratation. 4. Fermentation conduite avec la levure CEG réhydratée dans un milieu de réhydratation témoin. L'extrait de levure est rajouté au début de la fermentation alcoolique directement dans le moût synthétique MS70-fa à la dose de 30 g/hl. 5. Fermentation conduite avec la levure CEG réhydratée en présence de levure inactive (LBI 2130 TM, commercialisée par Lallemand, Montréal, Canada, utilisée à la dose permettant une concentration finale de 30g/hl dans le moût) dans le milieu de réhydratation 6. Fermentation conduite avec la levure CEG réhydratée dans un milieu de réhydratation témoin. La levure inactive est rajoutée au début de la fermentation alcoolique directement dans le moût synthétique MS70-fa à la dose de 30 g/hl. 7. Fermentation conduite avec la levure CEG réhydratée en présence de phosphate di- ammonique (utilisé à la dose permettant une concentration finale de 10g/hl dans le moût) dans le milieu de réhydratation 8. Fermentation conduite avec la levure CEG réhydratée dans le milieu de réhydratation témoin. Le phosphate di-ammonique est rajouté en début de fermentation alcoolique à la dose de 10 g/ht. 9. Fermentation conduite avec la levure CEG réhydratée en présence d'un cocktail de vitamines (panthoténate, thiamine et biotine) dans le milieu de réhydratation de façon à obtenir des concentrations finales respectives dans le moût de 60 mcg/l, 34 mcg/l, et 0,5 mcg/L 10. Fermentation conduite avec la levure CEG réhydratée dans le milieu de réhydratation témoin. Le cocktail de vitamines est rajouté en début de fermentation alcoolique. 11. Fermentation conduite avec la levure CEG réhydratée en présence d'un cocktail de sels minéraux (Mg2+, Zn2+, Mn2+) dans le milieu de réhydratation de façon à obtenir des concentrations finales respectives dans le moût de 460 mcg/l, 58 mcg/l et 4,5 mcg/L 12. Fermentation conduite avec la levure CEG réhydratée dans le milieu de réhydratation en l'absence de levures inactivées. Le cocktail de sels minéraux est rajouté en début de fermentation alcoolique. Les conditions de réhydratation sont identiques quel que soit le type de produit ajouté (extrait de levure, phosphate di-ammonique, cocktail de vitamines ou de sels minéraux). Elles correspondent à celles appliquées dans les exemples 1 et 2. Les volumes et conditions de fermentation sont identiques à ceux décrits dans les exemples 1 et 2. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau 1 ci-dessous. Les valeurs présentées correspondent à la moyenne des durées de fermentation en heures, des duplicata de chaque modalité. Tableau 1 Produit ajouté Réhydratation Début de fermentation 0 290 290 Extrait de levure 250 280 Levure inactive 275 282 Phosphate di-ammonique 280 285 Cocktail de vitamines 283 288 Cocktail de sels 265 270 Les résultats montrent que quel que soit le type d'élément nutritif ajouté, les additions durant la phase de réhydratation permettent une meilleure réduction des durées de fermentation que les mêmes additions réalisées en début de fermentation alcoolique. REVENDICATIONS 1. Méthode de préparation de levures sèches actives pour la fermentation alcoolique par réhydratation desdites levures dans un milieu aqueux, caractérisée en ce que ledit milieu de réhydratation contient un ou plusieurs éléments nutritifs choisis parmi les sources d'azote organique ou inorganique, les vitamines, les sels minéraux, les acides gras, les stérols, ou des sources naturelles riches en ces éléments. 2. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément nutritif est une source d'azote choisie parmi les sels d'ammonium, les nitrates, l'urée, les acides aminés, les peptides, les protéines ou une source biologique riche en azote. 3. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément nutritif est un acide gras, un stérol, une combinaison de ceux-ci ou une source naturelle riche en ces éléments telle que notamment les bourbes, les levures inactives ou les écorces de levures. 4. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément nutritif est une ou plusieurs vitamines parmi la thiamine, la biotine, l'acide pantothénique, la niacine, la riboflavine, la pyridoxine, ou une source naturelle riche en vitamines telle que les levures inactives ou les extraits de levures. 5. Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément nutritif est un sel minéral ou une combinaison de sels minéraux choisis parmi les phosphates, les sels de zinc, magnésium, calcium, potassium, sodium, fer, cuivre, manganèse. 6. Procédé de production de boisson fermentée alcoolisée caractérisé en ce que les levures utilisées sont préparées selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la boisson fermentée alcoolisée est un vin obtenu par fermentation d'un jus de raisin. 8. Boisson fermentée alcoolisée obtenue selon l'une des revendications 6 ou 7.