CHAPITRE VIT

§ I , — Fermentation lactique.

1 . Généralités. — Un grand nombre de liquides naturels, d'origine végétale ou animale, abandonnés à l'air dans de certaines conditions, éprouvent une décomposition spontanée de leur sucre avec production d'un acide incristallisable, très soluble dans l'eau, l'acide lactique ; ce phénomène constitue la fermentation lactique, dans laquelle le sucre éprouve un simple dédoublement moléculaire, avec modification dans la constitution des molécules nouvelles qui constitue l'acide lactique :

Glucose. Ac. lactique.

Cette transformation est depuis longtemps connue ; cependant, ce n'est qu'en 1780 que Scheele découvrit dans le lait aigri l'acide lactique, que, en i8o7,Berzélius démontra être un acide particulier, et dont Mitcherlich et Liebig fixèrent la constitution

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en 1 832. Depuis lors, Braconnot V-A trouvé dans les eaux mèjes d'amidonneries, le riz fermenté sous Teau, le jus de betteraves fermenté, la jusée des tanneurs, l'eau de fermentation des pois et haricots bouillis, l'eau acide du levain de boulanger. Il existe également dans l'eau de choucroute, d'où Liebig a proposé de l'extraire. On le trouve dans le pain; et la fermentation lactique joue peut-être un rôle important dans la panification ; il se forme souvent dans certaines bières aigres et dans certains vins tournés. Enfin, il s'en produit encore fréquemment dans la fermentation alcoolique, à causç de la présence d'un peu de ferment lactique dans les levures ; c'est pourquoi l'on a cru à tort que l'acide lactique est un des produits secondaires de cette fermentation, au même titre que la glycérine et l'acide succinique, jusqu'au jour où les travaux de M. Pasteur ont démontré qu'il ne s'en forme pas la moindre quantité dans les fermentations alcooliques normales ; mais la source la plus commode et la plus employée est le lait aigri; et diverses méthodes ont été indiquées par Boutron et Frémy, Pelouze et Gélis, Bensch, etc., pour transformer en acide lactique le sucre de lait ou d'autres matières sucrées ajoutées au lait aigre.

: Elles consistent essentiellement à ajouter à du lait une certaine quantité de sucre, glucose ou saccharose, de la craie en poudre, à bien mélanger et à attendre que la fermentation se produise d'elle- -même ; ou bien on la provoque par l'addition de ^ieux fromage pourri.

Le mélange étant abandonné à 3o-35**, la fermentation se déclare plus ou moios vite, la craie se dissout dans l'acide lactique, et son acide carbonique se dégage ; on obtient du lactate de chaux.

• Quant à la cause initiale du phénomène, à l'agent qui provoque le dédoublement du sucre, au ferment lactique, c'est à M. Pasteur que revient encore l'hon-

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neur de ravoir découvert en 1857, alors cependant que MM. Boutron et Frémy, les premiers, avaient considéré cette transformation comme le résultat d'une fermentation spéciale, et que Remak avait entrevu le ferment lactique à Tétat de mélange dans de la levure de bière, et que Blondeau l'avait caractérisé en partie, au point de vue de son action.

Il est superflu d'ajouter que, comme pour tous ses congénères, le germe initial de toute fermentation lactique spontanée lui est apporté par l'air. L'addition de vieux fromage équivaut à un véritable ensemencement.

I . Culture du ferment lactiquey sa description. — Si l'on examine attentivement une fermentation lactique produite dans un mélange de lait, de sucre et de craie, on voit quelquefois, à la surface du dépôt, au fond du vase, des taches grises que l'examen microscopique différencie à peine du caséum desagrégé ; d'autres fois, ces taches ne se produisent pas, leur substance restant mélangée au dépôt de caséum et de craie. Si l'on sème une trace de ce dépôt dans de l'eau de levure sucrée et additionnée de craie et qu'on abandonne le mélange à 3o ou 35 degrés, la fermentation se déclare rapidement, et quand elle est terminée, on trouve au fond du vase une matière qui, prise en masse, est analogue à la levure de bière, quoique plus visqueuse et plus grise, et qui n'est autre chose que le produit de la prolifération de la petite quantité de ferment ensemencé au début de l'expérience. Au microscope, M. Pasteur lui a reconnu les caractères suivants : le dépôt est formé d'éléments beaucoup plus petits que ceux de la levure de bière, légèrement étranglés en leur milieu, isolés eu général et alors animés du mouvement brownien, et rarement réunis en chaînes de deux à trois éléments; leur largeur est d'environ i fx 3 à i (jl 6, et leur longueur à peu près double ; c'est donc un bacterium. (fig. 29.)

FERMENTATION LACTIQUE 187

3. Nutrition du ferment lactique. — Le ferment lactique exige, lui aussi, des matières alimentaires convenables ; ses aliments minéraux sont les mêmes que ceux de la levure de bière (p. 85). Il peut même se contenter d'aliments exclusivement minéraux, pourvu qu'ils renferment un sel ammoniacal, et dans ce cas, son développement plus rapide et plus énergique que celui de la levure de bière, lui permet de supplanter cette- levure semée dans un liquide sucré additionné d'éléments minéraux, parmi les-

Fig. 29Î — Ferment lactique.

quels un sel d'ammoniaque. — Tous les sucres, capables de subir la fermentation lactique peuvent servir d'aliments hydrocarbonés au bacterium lactique, et même il semble que ce dernier préfère les sucres réfractaires à l'action des levures ; c'est ainsi que le sucre de lait, qui ne fermente pas alcooliquement, se transforme en acide lactique plus facilement que la glucose ; c'est pour cela qu'un jus sucré de fruits contenant du sucre interverti naturel, abandonné à l'air, se montrera plus favorable au développement des levures, tandis que le lait s'aigrira toujours. Le lait est donc le meilleur liquide pour faire des fermentations lactiques,

l88 FERMENTATIONS PAR DÉDOUBLEMENT

d*autant plus que, outre l'aliment hydrocarboné, la lactose, le ferment lactique y trouve les sels minéraux et les matières albuminoïdes qui lui sont nécessaires. Cependant M. Schutzenberger dit que le jus d'oignons brut, employé comme aliment azoté, constitue le liquide le plus convenable pour les cultures pures de ferment lactique, parce que son huile essentielle s'oppose au développement des ferments parasites (alcoolique, butyrique).

- 4. Substances fermentescibles. — Les glucoses et les sucres conversibles en glucose sont seuls susceptibles de subir la fermentation lactique et, comme nous l'avons dit d'après M. Schutzenberger, ce sont les saccharoses qui se transforment le plus difficilement en alcool qui se dédoublent au contraire le plus vite en acide lactique; se comporte ainsi tout spécialement la lactose ou sucre de lait.

Il résulte cependant des recherches de M. Bourquelot (188 3) que les sucres du groupe des saccharoses tels que le sucre de cannes, la lactose et la màltose subissent directement la fermentation lactique sans se transformer au préalable en glucoses, de sorte que leur transformation peut être représentée par la formule générale :

C«»H«Oii + H»0 = 4C3H60»

Lactose. Ac. lactique.

. La sorbine, l'inosite, la dulcite et le mannite, qui ne fermentent pas alcooliquement, sont facilement attaqués par le ferment lactique.

. Le malate de chaux, et en général tous les corps capables de subir la fermentation butyrique, semblent encore donner de l'acide lactique. Mais l'équation de la réaction n'exprime plus un simple dédoublement en deux ou plusieurs molécules identiques d'acide lactique, comme c'est le cas des sucres. Ainsi l'acide malique se dédouble en acide lactique et gaz carbonique.

FERMENTATION LACTIQUE 189

C«H«0* = C»H«0» + CO« Ac. malique. Ac. lactique.

Produits de la fermentation des sucres, — La molécule de Tacide lactique représentant exactement la moitié de celle des glucoses ou le quart de celle des saccharoses augmentée d'un peu d'eau :

C«Hi»0» = 2G»H«0»

Glucose.

Ci«H"0»i + H«0 = 4 C»G«0»

Saccharose.

il est évident à priori que le seul produit de la fermentation des sucres sera l'acide lactique ; et le rendement pratique des fermentations pures, qui est d'accord avec le calcul, sauf la petite quantité d'élé* ment hydrocarboné absorbée directement pour former les tissus du ferment, vient confirmer l'exactitude de cette hypothèse.

Mais quand la fermentation lactique se produit aux dépens de substances autres que les sucres, comme par exemple l'acide malique, des produits accessoires apparaissent qui, dans le cas particulier, sont représentés par l'acide carbonique.

La mannite et la dulcite, qui diffèrent de la glucose par une molécule d'hydrogène en plus, se dédoublent en deux molécules d'acide lactique et en hydrogène libre.

G»Ht*0« « C«Hi»0« + H* = 2 C»H«03 + H* Mannite. Glucose. Ac« lactique.

Dans les conditions habituelles de la fermentation lactique, alors qu'on ne prend pas toutes les précautions pour avoir une culture pure, il se dégage souvent de l'hydrogène et de l'acide carbonique; mais ces produits sont complètement étrangers à la fermentation principale, et sont le résultat d'une feronentation butyrique accessoire et secondaire qui

s'effectue, comme nous le verrons, aux dépens de Tacide lactique.

6. Conditions de l'action du ferment lactique, — Une très minime quantité' de ferment lactique peut transformer une quantité très considérable de sucre, à condition que le milieu renferme les substances alimentaires minérales, hydrocarbonées et albuminoïdes qui lui sont nécessaires, et dont nous avons déjà.parlé.

M. Richet a démontré, à ce propos, queTébuUition du lait diminue de moitié l'activité de la fermentation, par suite de la coagulation d'une matière albuminolde soluble, et que l'addition de peptones ou de sucs digestifs pouvant en produire dans le lait, aux dépens de la caséine, augmente au contraire la rapidité de la fermentation.

L'acidité du liquide doit être constamment saturée. En effet le serment lactique ne vil bien que dans un liquide neutre ou peu acide ; son action s'arrête dès que la reaction acide du milieu dépasse 1 5 gr. par litre; cette influence néfaste de l'acide lactique était connue aussi depuis longtemps; d'où l'indication de le neutraliser au fur et à mesure de sa production, soit par du bicarbonate de soude (Boutron et Frémy), soit par le carbonate de chaux (Gobley, Beusch), soit par l'oxyde de zinc (Lautermann).

Suivant M. Cazeneuve, l'urine ammoniacale serait un excellent milieu pour la fermentation lactique dont le produit s'unit à l'ammoniaque pour donner du lactate ammonique.

L'influence de laproportion plus ou moins grande de la matière fermentescible sur le ferment lactique n'a fait l'objet d'aucune recherche, ce qui tient sans doute à ce que les corps sucrés employés d'ordinaire, étant neutres au tournesol et ne possédant pas d'action antiseptique spéciale, ne peuvent guère agir sur -les êtres organisés placés au contact de leur solution ;que par des phénomènes d'osmose, sensibles seule-

FERMENTATION LACTIQUE ICI

ment avec des solutions concentrées ; ainsi, il est bien certain que le ferment lactique ne pourrait se développer dans le sirop de sucre même additionné des sels minéraux et des matières azotées nécessaires à la nutrition du ferment, et cela parce qu'il perdrait par exosmose une grande partie de son eau de constitution, qu'il subirait en quelque sorte une dessication partielle au sein même de la solution sucrée. Mais dans la pratique, on se place dans des conditions voisines de celles que réalise le lait qui contient 52 à 55 grammes de lactose au litre, et Ton ne dépasse pas la proportion de loo grammes de ma-

' tière sucrée par litre de liquide fermentescible.

La température agit sur le ferment lactique dans le même sens que sur les autres ferments. D'après M. Richet, avec le lait aigri, l'activité de la fermentation croit jusqu'à 44° et reste constante de 440 à 52**; elle décroît ensuite à mesure que la température augmente ; elle est éteinte longtemps avant l'ébul-

• lition, et cependant le ferment n'est définitivement tué qu'au-dessus de 100**.

Cette résistance du ferment lactique est telle qu'il peut être desséché sans perdre son activité, qu'il recouvre dès qu'on lui rend son eau d'hydratation ;

-^ nous avons vu un phénomène du même genre pour les spores des microbes; et cependant le ferment lactique, une fois la fermentation terminée, conserve

- très longtemps sa vitalité dans le liquide, sans qu'il semble donner naissance à des spores.

La fermentation lactique ne se produit bien qu'au

- contact d'une atmosphère galeuse oxygénée ; le ferment lactique, essentiellement aérobie^ épuise rapi-

' dément l'oxygène du liquide dans lequel il vit, et

•^doit en trouver de nouveau à la surface ; M. Richet

a établi que son action est plus rapide au contact de

( l'oxygène pur, et qu'en faisant passer un courant de

ce gaz dans le liquide qui fermente, on pourrait

rendre la fermentation dix fois plus active.

•l<>*2 FERMENTATIONS PAR DEDOUBLEMENT

D'autre part M. Duclaux a prouvé qu'elle ne se produisait plus dans une atmosphère d'acide carbonique, mais se déclarait dès qu'on laissait pénétrer de l'air dans le ballon d'expérience.

Si l'on détermine une fermentation lactique dan» un ballon plein d'oxygène pur, la fermentation, très vive au début, s'arrête dès que tout l'oxygène a disparu ; cet oxygène est remplacé par un volume d'acide carbonique à peine égal au quart de son volume propre. Et comme la transformation du sucre en acide lactique est un simple dédoublement qui ne s'accompagne d'aucun dégagement de gaz carbonique, l'oxygène disparu est donc employé exclusivement par la cellule du ferment lactique.

L'action des antiseptiques a été peu étudiée jusqu'à présent sur le bacterium lactique ; l'acide phénique n'annihile son action que quand il se trouve en quantité plus grande que celle que peut dissoudre le liquide ; nous verrons que le vibrion butyrique est très sensible au phénol ; on peut donc éviter une fermentation butyrique concomitante, dans la fermentation lactique, par l'addition d'une certaine quantité d'acide phénique qui, tout en tuant l'un, ne fait que ralentir un peu l'action de l'autre (Richet).

7. Formule d*un liquide fermentescible. — Maintenant que nous connaissons dans leur détail les conditions du développement du ferment butyrique,, il est facile d'établir une formule de liquide fermentescible qui réalise tous les desiderata d'une bonne fermentation.

Nous ne donnerons pas les formules diverses qu'ont indiquées MM. Boutron et Frémy, Pelouze et Gélis Bensch, pour lesquelles on peut se reporter aux mémoires originaux ; nous avons dit en quoi elles consistent essentiellement.

Les proportions les plus convenables, d'après M. Schutzenberger, sont les suivantes:

Eau 1000 parties.

Lactose, saccharose, glucose, mannite, etc. 100 —

Caséine ou vieux fromage 10 —

Craie pulvérisée 00 —

Le mélange est abandonné dans un vase ouvert, à la température de 35 à 40 degrés, et remué de temps en temps pour assurer Toxygénation du liquide ; au bout de 8 à 10 jours, la masse est prise en un magma de lactacte de chaux qu'on purifie par cristallisation et dont on extrait Tacide par un procédé approprié, tel que le déplacement par Pacide sulfurique.

Suivant M. Bensch,le rendement est de lokil. 5oo de lactate de chaux pour 9 kilogr. de sucre.

§2. — Fermentation lactique du lait.

Le lait est constitué par une solution aqueuse de lactose, caséine et sels, tenant en suspension des globules de graisse émulsionnée.

La proportion moyenne de ces divers éléments est la suivante, pour le lait de vache :

Caséine 368^0 par litre.

Beurre 40 o —

Lactose 55 o —

Sels 06 —

Eau 901 4 —

Poids du litre io33 o

Tout le monde sait que le lait, abandonné à luimême dans un vase ouvert, et surtout en été, est exposé à tourner^ c'est-à-dire à se coaguler spontanément, surtout au moment de la cuisson quand on le fait cuire tardivement. Ce phénomène, que l'on observe fréquemment par les temps orageux, s'explique