Définition de la fermentation
La fermentation fait référence au processus métabolique par lequel les molécules organiques (normalement le glucose) sont converties en acides, gaz ou alcool en l’absence d’oxygène ou de toute chaîne de transport d’électrons. Les voies de fermentation régénèrent la coenzyme nicotinamide adénine dinucléotide (NAD +), qui est utilisée en glycolyse pour libérer de l’énergie sous forme d’adénosine triphosphate (ATP). La fermentation ne donne qu’un net de 2 ATP par molécule de glucose (par glycolyse), tandis que la respiration aérobie donne jusqu’à 32 molécules d’ATP par molécule de glucose à l’aide de la chaîne de transport des électrons.
L’étude de la fermentation et de ses utilisations pratiques est nommée zymologie et trouve son origine en 1856 lorsque le chimiste français Louis Pasteur a démontré que la fermentation était causée par la levure. La fermentation se produit dans certains types de bactéries et de champignons qui nécessitent un environnement exempt d’oxygène pour vivre (appelés anaérobies obligatoires), dans des anaérobies facultatifs tels que la levure, ainsi que dans les cellules musculaires lorsque l’oxygène est en pénurie (comme dans l’exercice intense). Les processus de fermentation sont précieux pour les industries alimentaires et des boissons, avec la conversion des sucres en éthanol utilisé pour produire des boissons alcoolisées, la libération de CO2 par la levure utilisée dans le levain du pain et la production d’acides organiques pour conserver et aromatiser les légumes et les produits laitiers.
Fonction de la fermentation
La fonction principale de la fermentation est de convertir le NADH en coenzyme NAD + afin qu’il puisse être utilisé à nouveau pour la glycolyse. Pendant la fermentation, un accepteur d’électrons organiques (tel que le pyruvate ou l’acétaldéhyde) réagit avec le NADH pour former du NAD +, générant des produits tels que le dioxyde de carbone et l’éthanol (fermentation de l’éthanol) ou le lactate (fermentation de l’acide lactique) dans le processus.
Types de fermentation
Il existe de nombreux types de fermentation qui se distinguent par les produits finaux formés à partir de pyruvate ou de ses dérivés. Les deux fermentations les plus couramment utilisées par les humains pour produire des aliments commerciaux sont la fermentation à l’éthanol (utilisée dans la bière et le pain) et la fermentation à l’acide lactique (utilisée pour aromatiser et conserver les produits laitiers et les légumes).
Fermentation de l’éthanol
Cette figure représente les processus de glycolyse et de fermentation de l’éthanol.
Dans la fermentation de l’éthanol, le pyruvate produit par glycolyse est converti en éthanol et en dioxyde de carbone en deux étapes. Tout d’abord, le pyruvate libère du dioxyde de carbone pour former un composé à deux carbones appelé acétaldéhyde. Ensuite, l’acétaldéhyde est réduit par le NADH en éthanol, régénérant ainsi le NAD + pour une utilisation dans la glycolyse. Globalement, une molécule de glucose est convertie en deux molécules de dioxyde de carbone et deux molécules d’éthanol.
La fermentation de l’éthanol est généralement effectuée par la levure, qui est un champignon unicellulaire.
Fermentation de l’acide lactique
Cette figure représente les processus de glycolyse et de fermentation homolactique.
Il existe deux principaux types de fermentation lactique: homolactique et hétérolactique. Lors de la fermentation de l’acide homolactique, le NADH réduit directement le pyruvate pour former du lactate. Ce processus ne libère pas de gaz. Globalement, une molécule de glucose est convertie en deux molécules de lactate. Lors de la fermentation hétérolactique, une partie du lactate est métabolisée, ce qui donne de l’éthanol et du dioxyde de carbone par la voie de la phosphokétolase.
La fermentation de l’acide lactique est principalement effectuée par certains types de bactéries et de champignons. Cependant, ce type de fermentation se produit également dans les cellules musculaires pour produire de l’ATP lorsque l’apport en oxygène a été épuisé pendant un exercice intense et que la respiration aérobie n’est pas possible.
Fermentation Equation
Ethanol Fermentation
glucose → 2 ethanol + 2 carbon dioxide
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Lactic Acid Fermentation
glucose → 2 lactic acid
C6H12O6 → 2 C3H6O3
Products of Fermentation
While there are a number of products from fermentation, the most common are ethanol, lactic acid, carbon dioxide, and hydrogen gas (H2). Ces produits sont utilisés commercialement dans les aliments, les vitamines, les produits pharmaceutiques ou comme produits chimiques industriels. De plus, de nombreux produits moins courants offrent toujours une valeur commerciale. Par exemple, la production d’acétone via la fermentation acétone–butanol–éthanol a été développée pour la première fois par le chimiste juif Chaim Weizmann et était importante pour l’industrie de guerre britannique pendant la Première Guerre mondiale.
Quiz
1. Quelle est la coenzyme régénérée par le processus de fermentation?
A. NADH
B. NAD +
C. Éthanol
D. Acide lactique
2. Quel type de fermentation se produit dans les cellules musculaires lors d’un exercice intense?
A. Éthanol
B. Acide mélangé
C. Acide lactique
D. Acide butyrique
3. Quel chimiste a démontré le rôle de la levure dans la fermentation?
A. Chaim Weizmann
B. Louis Pasteur
C. Marie Curie
D. Antoine Lavoisier
- Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S.A., Minorsky, P. V., & Jackson, R. (2014). Campbell Biology (Dixième édition). Boston : Pearson.
- Kauffman, G. B., &Mayo, I. (1994). Chaim Weizmann (1874-1952) : chimiste, biotechnologiste et homme d’État. Journal of chemical education, 71 (3), 209.
- Chojnacka, K. (2006). Produits de fermentation. Génie chimique et technologie des procédés chimiques, 12.
- Ganguly, Subha. Aspects chimiques de la technologie de fermentation dans les industries de transformation des aliments. Journal de recherche en Sciences chimiques et environnementales 1.1 (2013): 42-43.