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Microorganismes en action : le fromage

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La biodiversité des microorganismes des produits laitiers

© Inra, C. Slagmulder

Les microorganismes bénéfiques de l’industrie de transformation du lait

Des microorganismes tels que bactéries et champignons microscopiques jouent un rôle majeur dans l’industrie de transformation du lait. Ils sont spécifiques d’un produit donné et concourent à la texture et aux propriétés organoleptiques des produits laitiers que nous consommons quotidiennement comme à leur qualité hygiénique.

Pour comprendre ce qui se passe

Les produits laitiers sont des aliments fermentés d’origine animale à base de lait.

La dénomination «lait fermenté» est réservé, selon le décret n° 88-1203 du 30 décembre 1988, aux produits qui ont subit une fermentation essentiellement lactique conduisant à la coagulation, c’est-à-dire à la formation d’un gel ou coagulum par modification de la structure des protéines du lait (micelles de caséines). Le lait fermenté le plus consommé et le plus connu est le yaourt mais on peut également citer le kéfir ou le lait ribot.

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 tout ou en partie avant égouttage ou après élimination partielle de leur eau.

Les deux étapes principales de l’élaboration d’un fromage sont donc la coagulation et l’égouttage et accessoirement l’affinage après salage.

La coagulation peut se produire sous l’effet de l’acidification (caractère lactique) comme dans le cas des laits fermentés ou par apport d’enzymes coagulantes (caractère présure) ou encore les deux (coagulation mixte) dans le cas des fromages frais ou affinés. Elle conduit à l’obtention d’un gel. Si le gel subit un égouttage afin d’éliminer une partie de la phase aqueuse (ou lactosérum, c’est-à-dire l’eau et les matières solubles que sont le lactose, les sels minéraux et les protéines solubles), on est en présence d’un caillé et on obtient alors des fromages frais. Si l’on procède à une digestion enzymatique du caillé ou affinage, on est en présence 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. Tout l’art du fromager consiste à maîtriser la coagulation du lait.

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). Elle contribue également à la qualité hygiénique des produits laitiers (le phénomène actif de contraction du caillé ou synérèse intervient seulement dans le cas d’un caillé enzymatique contractile et non perméable),
• 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 conservabilité 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 participent également aux caractères sensoriels des produits laitiers,

Yaourt. © Inra, A.H. Cain

• 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 linens contribuent à l’arôme des fromages en dégradant lipides, protéines et acides aminés. B linens participe à la morge (matière poisseuse située sur le dessus d'une croûte) 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,

Maroilles : fromage à pâte molle et à croûte lavée à base de lait de vache. © Inra, A.H. Cain

• les bactéries propioniques du genre Propionibacterium concourent à l’ouverture et à l’arôme des fromages à pâtes cuites de type Comté et Emmental,

Emmental : fromage à pâte cuite à base de lait de vache. © Inra, A.H. Cain

• 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 P. camembertii participe au feutrage superficiel du Camembert. P. roquefortii est responsable de l’aspect persillé des fromages bleus,

Chabichou : fromage à pâte molle et à croûte fleurie à base de lait de chèvre. © Inra, A.H. Cain		Fromage à pâte molle et à croûte fleurie à base de lait de vache. © Inra, A.H. Cain		Saint-Agur : fromage à pâte persillée à base de lait de vache. © Inra, A.H. Cain

• depuis quelques décennies, on assiste au développement de laits fermentés à vocation diététique qui associent aux bactéries du yaourt des bactéries d’origine intestinale (Bifidobacterium, Lactobacillus) qui auraient des effets bénéfiques sur la santé du consommateur, au-delà des effets nutritionnels traditionnels. On parle de probiotiques dont les effets cliniques préventifs ont été montrés dans des domaines variés (diarrhées infectieuses, manifestations allergiques, maladies inflammatoires chroniques intestinales). Il convient d’y ajouter des effets bénéfiques sur certaines fonctions physiologiques (digestion, immunité, transit intestinal). Ces effets dépendent fortement des souches administrées et et du produit alimentaire qui les contient.

Pour aller plus loin

Pour observer les microorganismes qui interviennent dans la fabrication des produits laitiers, vous pouvez prélever une goutte de lait fermenté ou un petit fragment de fromage frais ou affiné, 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.

Boite de Petri contenant un milieu nutritif gélosé. © Inra, A.H. Cain	Simulation d'un étalement par stries sur une boite de Petri contenant un milieu nutritif gélosé à partir d'un prélèvement effectué à l'aide d'un coton-tige. © 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 (bactéries, champignons microscopiques) apparaissent à la surface de la gélose nutritive.

	Lait fermenté contenant notamment Lactobacillus casei. Colonies bactériennes provenant d'un lait fermenté sur milieu nutritif gélosé. Les grosses colonies contiennent Lactobacillus casei, les moyennes, Streptococcus salivarius subsp. thermophilus et les petites, Bifidobacterium sp. © Inra, A.H. Cain
	Fromage à pâte pressée non cuite fait à base de lait de vache. Colonies bactériennes de Lactococcus lactis sur milieu nutritif gélosé. © Inra, A.H. Cain
	Fromage à pâte molle et à croûte fleurie fait à base de lait de vache. Colonies de Penicillium camembertii sur milieu nutritif gélosé. © Inra, A.H. Cain
	Maroilles : fromage à pâte molle et à croûte lavée fait à base de lait de vache. Colonies bactériennes de Brevibacterium linens sur milieu nutritif gélosé. © Inra, A.H. Cain

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

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

	Colonies bactériennes provenant d'un lait fermenté sur milieu nutritif gélosé. Observation au microscope optique. Lactococcus casei : flèche pleine. Streptococcus salivarius subsp. thermophilus : flèche en pointillés. © Inra, A.H. Cain & M.C. Le Tarnec
	Colonies bactériennes de Lactococcus lactis sur milieu nutritif gélosé. Observation au microscope optique. © Inra, A.H. Cain & M.C. Le Tarnec
	Colonies de Penicillium camembertii sur milieu nutritif gélosé. Observation au microscope optique. © Inra, A.H. Cain & M.C. Le Tarnec
	Colonies bactériennes de Brevibacterium linens sur milieu nutritif gélosé. Observation au microscope optique. © Inra, A.H. Cain & M.C. Le Tarnec

Quelques chiffres

Un gramme de yaourt renferme 1 milliard (10⁹) de bactéries. En 2002, chaque Français a consommé environ 170 pots de yaourts soit 21 mille milliards (10¹²) de bactéries.

Dans le monde, 17,5 millions de tonnes de fromage ont été produits en 2003 à partir d’environ 190 millions de tonnes de lait; sachant 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) cellules bactériennes utilisées.

Un peu d’histoire

Bien avant que l’on soit conscient de l’existence des microorganismes, ceux-ci étaient largement utilisés de manière empirique dans la transformation des aliments à base de lait, viande, poisson, légumes et fruits.

C’est à la fin du XIX^e siècle que Louis Pasteur en France met en évidence les rôles des microorganismes dans la fermentation lactique et alcoolique (1857-1876).

Herbert Williams Conn aux Etats-Unis (1889), W. Storch au Danemark (1890) et Hermann Weigmann en Allemagne (1896) concluent à la présence de bactéries responsables de l’acidification du lait et de la maturation de la crème. Eduard von Freudenreich isole en 1897 un lactobacille (Lactobacillus brevis) tandis que Sigurd Orla-Jensen publie en 1919 «les bactéries lactiques». Cette monographie représente alors une contribution importante à la connaissance des bactéries lactiques.

L’étude et la sélection de ces bactéries se développent alors et apportent leur appui aux technologies en vue d’améliorer la qualité et la régularité des produits fermentés.

Actuellement, on distingue :

• les ferments ou levains dits naturels ou traditionnels peu employés aujourd’hui dans les pays développés. Ils proviennent du lait n’ayant subi aucun traitement ou d’une fraction aliquote de la fabrication précédente et sont de composition complexe et variable selon leur origine,
• les ferments sélectionnés souvent industriels composés de souches pures seules ou en mélange.

Au début des années 1970, l’introduction de ferments concentrés sous forme congelée ou sous forme lyophilisée dans les productions industrielles a permis l’ensemencement direct du lait de fabrication, l’amélioration et la régularité des fermentations et la mécanisation des fabrications.

Les spores de moisissures (Penicillium, Geotrichum …) sont obtenues à partir de cultures liquides menées par exemple en fermenteurs de grande dimension et séparées du mycelium par centrifugation puis livrées au commerce soit en suspension liquide soit lyophilisées soit parfois sèches mélangées à une poudre de kaolin micronisée.

Contact : Catherine Foucaud-Scheunemann

Coordonnées : Catherine.Foucaud@versailles.inra.fr