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La fabrication du fromage, les connaissances

© Inra, M. Rousseau

La fabrication du fromage repose globalement sur l’action de bactéries et de présure sur les composants du lait qui conduit à la transformation du lait liquide en masse compacte.

Définition

La dénomination « fromage » est réservée, selon le décret n° 88-1206 du 30 décembre 1988, au produit fermenté ou non, affiné ou non, obtenu à partir de matières d'origine exclusivement laitière (lait entier, lait partiellement ou totalement écrémé, crème, matière grasse, babeurre), utilisées seules ou en mélange, et coagulées en totalité ou en partie avant égouttage ou après élimination partielle de leur eau.

Le mot fromage vient du latin formaticum signifiant qu’il est fabriqué dans une forme appelée moule ou forma.

Pour comprendre ce qui se passe

Le processus fromager débute avec la préparation du lait, les deux étapes principales de l’élaboration d’un fromage sont ensuite la coagulation et l’égouttage suivis accessoirement de l’affinage après salage :

• la préparation du lait comprend éventuellement une phase de traitement thermique du lait voire une étape de maturation. Le fromager peut également ajuster les taux de matière grasse (écrémage partielle, apport de matière grasse) et azotée (ajout de poudre de lait), éventuellement ceux de minéraux avant la fabrication ;
• la coagulation peut se produire sous l’effet de l’acidification (caractère lactique) dans le cas des fromages frais ou par apport d’enzymes coagulantes (caractère présure) ou encore les deux (coagulation mixte). Elle conduit à l’obtention d’un gel ;
• l’égouttage est l’étape de séparation du caillé (phase solide) et du lactosérum (phase liquide composée d’eau et des matières solubles que sont le lactose, les sels minéraux et les protéines solubles) ;
• le salage peut être fait dans la masse (salage des grains de caillé), en surface (salage à sec) ou dans un bain de saumure. Il complète l’égouttage et contribue à la formation de la croûte, il agit directement ou par intermédiaire de l’activité de l’eau du fromage (A_w) sur le développement de microorganismes et les activités enzymatiques au cours de l’affinage, il apporte son goût caractéristique et a la propriété de masquer ou exhaler la sapidité de certaines substances formées au cours de l’affinage ;
• l’affinage est le stade ultime du processus, il consiste en une digestion enzymatique du caillé sous l’action des agents coagulants et des microorganismes et conduit à l’obtention d’un fromage affiné.

On peut différencier les fromages à partir de la complexité du mécanisme de coagulation dont dépend directement l’égouttage et donc les caractéristiques du fromage au démoulage. On distingue ainsi : 

les fromages frais dont le caillé est acide, peu emprésuré et à forte teneur en eau. L’égouttage se fait par filtration ou centrifugation ; Fromages frais. © Inra, A.H. Cain

• les pâtes molles rassemblent les produits « à dominante lactique » et dont le caillé est déposé en bloc dans un moule. L’égouttage est lent, facilité par un simple tranchage du coagulum. Elles seront à croûte fleurie parce que couverte d’une moisissure, par exemple du genre Penicillium ; elles seront à croûte lavée, enduite d’une morge (film poisseux à la surface d'une croûte) renfermant une flore de surface de type Arthrobacter ou Brevibacterium linens. La technologie des pâtes persillées s’apparente à celle des pâtes molles  et les moisissures de couleur bleue sont dues à Penicillium roquefortii ;

Fromage à pâte molle et à croûte fleurie.	Maroilles, fromage à pâte molle et à croûte lavée.	Fromage à pâte persillée.
© Inra, A.H. Cain

les pâtes pressées non cuites regroupent les produits « à dominante présure » et dont le caillé est découpé et brassé en cuve. La masse est ensuite moulée et fortement pressée ; Cantal, fromage à pâte pressée non cuite. © Inra, A.H. Cain

• les pâtes pressées cuites reposent sur le même principe que les pâtes pressées non cuites, à savoir éliminer l’eau du lait au maximum. Cet aspect est renforcé par la cuisson des grains de caillé obtenus après coagulation et brassage.

Différents microorganismes interviennent au cours des procédés de fabrication. En se multipliant dans le lait et le fromage, ils assurent des fonctions essentielles :

• ils acidifient le produit en transformant le lactose en acide essentiellement lactique. Cette acidification intervient dans la coagulation du lait et l’égouttage spontané du caillé (perméabilité). Le phénomène actif de contraction du caillé ou synérèse intervient seulement dans le cas d’un caillé enzymatique contractile et non perméable. Elle contribue également à la qualité hygiénique des produits laitiers ;
• ils participent aux caractères organoleptiques de flaveur et  de texture des produits laitiers en métabolisant notamment les protéines et les matières grasses du fromage ;
• ils améliorent leur conservation par inhibition de microorganismes potentiellement dangereux pour le consommateur (flore pathogène) ou le produit (flore d’altération).   

Quelques exemples :

• les bactéries lactiques du genre Lactococcus, Streptococcus, Lactobacillus contribuent à l’acidification du lait et aux caractères sensoriels des produits laitiers ;

Lactococcus lactis. Colonies sur milieu nutritif gélosé. © Inra, A.H. Cain		Lactococcus lactis. Observation en microscopie optique. © Inra, M.C. Le Tarnec		L.  lactis. Coupe en microscopie électronique à transmission. © Inra, M. Rousseau

• les bactéries lactiques du genre Leuconostoc favorisent l’ouverture des fromages de type pâte persillée par leur production de gaz carbonique et participent à l’arôme des produits laitiers comme les fromages frais ;
• les bactéries corynéformes du genre Arthrobacter et Brevibacterium contribuent à l’arôme des fromages en dégradant lipides, protéines et acides aminés. Brevibacterium linens participe à la morge qui représente une couche de microorganismes entretenue par des soins répétés en cave d’affinage pour les fromages à croûte lavée tels que le Maroilles, le Munster ou le Pont l’Evêque mais aussi certains fromages à pâte cuite comme le Beaufort ou le Comté ;

Brevibacterium linens. Colonies sur milieu nutritif gélosé. © Inra, A.H. Cain		Brevibacterium linens. Observation en microscopie optique. © Inra, M.C. Le Tarnec		B. linens. Coupe en microscopie électronique à transmission. © Inra, M. Rousseau

• les bactéries propioniques du genre Propionibacterium concourent à l’ouverture et à l’arôme des fromages à pâtes cuites de type Comté et Emmental ;
• les levures des genres Kluyveromyces, Debaryomyces et Saccharomyces et les moisissures du genre Penicillium contribuent à la formation d’arômes ; Geotrichum candidum est responsable de l’aspect en peau de crapaud des fromages de chèvres tandis que Penicillium camembertii participe au feutrage superficiel du Camembert. P. roquefortii est responsable de l’aspect persillé des fromages bleus.

Penicillium roquefortii. Colonies sur milieu nutritif gélosé. © Inra, A.H. Cain		P. roquefortii. Observation en microscopie optique. © Inra, M.C. Le Tarnec

Pour aller plus loin

Pour observer les microorganismes qui interviennent dans la fabrication des produits laitiers, vous pouvez prélever un échantillon de fromage frais ou affiné (croûte, pâte), diluer dans un peu d’eau et 

• étaler une goutte de la suspension à l’aide d’un coton-tige trempé dans le liquide à la surface d’une boîte de Petri contenant un milieu nutritif gélosé. L’étalement est réalisé sur la première moitié de la boîte. Celle-ci est tournée de 90°, la deuxième phase d’étalement est réalisée perpendiculairement à la première avec le même coton-tige.

Boîte de Petri contenant un milieu nutritif gélosé. © Inra, A.H. Cain	Etalement en stries,  première phase. © Inra, A.H. Cain	Etalement en stries,  deuxième phase. © Inra, A.H. Cain

Les couvercles des boîtes ont ensuite remis en place ; les boîtes sont fermées avec deux morceaux de ruban adhésif placés de chaque côté, elles sont retournées et placées dans un endroit tiède. Après quelques jours, des colonies apparaissent à la surface de la gélose nutritive ;

• observer une goutte de la suspension au microscope optique après montage entre lame et lamelle :

Matériel nécessaire à l'observation.	Pose de la goutte de suspension sur la lame.
Pose de la lamelle sur la lame.	Préparation placée sur la platine du microscope
© Inra, A.H. Cain

Quelques chiffres

Il faut environ 450 l de lait pour produire une meule de Comté de 40 kg.

En 2003, la production mondiale de fromages atteint 17,5 millions de tonnes fabriqués à partir d’environ 190 millions de tonnes de lait. Si l’on considère que le lait est ensemencé avec 1 à 1,5% (vol/vol) de ferments d’acidification, il est possible d’estimer la production mondiale de ces derniers entre 1,9 et 2,9 millions de tonnes soit environ 1,9 à 2,9 mille milliards de milliards (10²¹) de cellules bactériennes.
La production française de fromage s’élève à 1,82 million de tonnes dont 1,69 millions de tonnes de fromages au lait de vache, 72 348 tonnes au lait de chèvre et 53 746 tonnes au lait de brebis soit encore 650 327 tonnes de fromages frais et 1,17 millions de tonnes de fromages affinés.La production fromagère AOC est de 190 540 tonnes, la production fromagère au lait cru de 183 505 tonnes.
La consommation française de fromage s’élève à 24 kilos par habitant dont 15,4 kilos de fromages affinés diversifiés et 8,6 kilos de fromages frais. La France occupe la deuxième place au sein de l'Union Européenne, devancée par la Grèce.

Un peu d’histoire

Les origines du fromage remontent au Néolithique, il y a environ 10 000 ans, quand les hommes commencent à domestiquer les chèvres et les brebis pour faire de l'élevage et consommer le lait produit par les animaux. Des moules à caillé vieux de 5 000 ans et des bas-reliefs sumériens datant de 3 500 ans avant Jésus-Christ et représentant la traite des vaches et le caillage du lait témoignent de l’activité des hommes. La «découverte» ou «l'invention» du fromage serait le résultat de l'observation de la coagulation du lait laissé à la température ambiante et de la découverte de la présure. La légende raconte qu'un nomade transportant du lait dans une poche faite de l'estomac d'un mouton aurait remarqué que le lait avait caillé.
Dans la Rome antique, les fromages de chèvre et de brebis sont des aliments quotidiens et font l’objet d’un commerce avec la Grèce et la Gaule.

Au Moyen Âge, les monastères deviennent d'importants centres de fabrication de fromages et certaines abbayes assurent une relative fixité des principes de fabrication (Roquefort, Munster, Maroilles, …). Au XIII^e siècle, naissent les premières coopératives de production ou fruitières.

A la Renaissance, le mot "fromage" apparaît dans le langage usuel.

Fin XVIII^esiècle, avec l'exode lors de la Révolution Française, les recettes sont transmises dans d'autres régions.

Au XIX^e siècle, les travaux de Louis Pasteur et Emile Duclaux  (pasteurisation, ferments, …) et les avancées technologiques (énergie, vapeur, rail, réfrigération, …) font progresser rapidement l’industrie fromagère.

Le XX^e siècle marque l’industrialisation de fromages jusque-là confinés dans leurs terroirs et dans une production artisanale. Apparaissent également des produits nouveaux qui s’inspirent de produits traditionnels (fromage à pâte pressée non cuite à croûte paraffinée, fromage à pâte molle et à croûte fleurie de forme ovale, fromages à pâte molle et à croûte lavée inspiré de Maroilles et Munster, …), s’insèrent dans des modes de vie ayant évolués (fromage à la coupe, miniaturisation, …) ou reposent sur des technologies innovantes tels que les fromages à pâte fondue ou dérivés de la technologie d’ultrafiltration ou procédé Inra MMV (initiales des inventeurs Maubois, Mocquot et Vassal).

Fromages issus de la technologie d'ultrafiltration. © Inra, A.H. Cain

Tandis que les produits « industriels » se développent, apparaît la nécessité de protéger un savoir-faire traditionnel. Régies par des lois successives (1905, 1955, 1973) et des règlements européens (1992), les appellations d’origine contrôlées (AOC) sont la reconnaissance de la valeur patrimoniale des produits agro-alimentaires dont les produits laitiers et de leurs constituants.
L’AOC est un signe de qualité protégé au niveau national et européen par l’Inao (Institut national des appellations d’origine) créé en 1935 et devenu l'Institut national de l'origine et de la qualité depuis le 1er janvier 2007 tout en conserant le même sigle.
Actuellement, 44 fromages bénéficient d’une AOC, 29 au lait de vache, 12 au lait de chèvre, 2 au lait de brebis et 1 au lactosérum. Il existe aussi des indications géographiques protégées (IGP) régies par l’Inao depuis 1990 telles que l’Emmental de Savoie ou l’Emmental Français Est Central.

Contact : Catherine Foucaud-Scheunemann, Mission Communication

Coordonnées : Catherine.Foucaud@versailles.inra.fr