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Le rôle de la thiamine dans les fermentations lentes

James Duncan et Benoit Divol, Université de Stellenbosch, Afrique du Sud

Voici quelques informations utiles pour éviter que les carences en thiamine ne ralentissent vos fermentations.

C'est la période des vendanges, les raisins ont été cueillis et égrappés. Les sucres sont bons et l'azote assimilable par la levure est au rendez-vous. La recette d'un millésime parfait.

Le jus est préparé et prêt à fermenter - qu'est-ce qui pourrait mal tourner ? Avance rapide jusqu'à la célébration de l'après-récolte. Le bruit de la bouteille d’effervescent ouverte pour fêter le nouveau millésime qui s'ouvre se fait entendre, tandis que les bulles coulent à flots. Les feux sont allumés et tout le monde se réjouit d'une récolte réussie.

Pas si vite...voici l’œnologue…maussade et perplexe. Il s'agit des cuves de fermentation et, en fait, les bulles ne coulent pas. Les fermentations sont devenues léthargiques. Avec le risque d'une fermentation bloquée, il n'y a pas de quoi se réjouir pour l'instant. Il y a peut-être quelque chose que personne n'a envisagé. Quelque chose comme les vitamines, et plus précisément la thiamine ?

Qu'est-ce que la thiamine ?

La thiamine (également connue sous le nom de vitamine B1) est l'un des micronutriments les plus essentiels pour les levures. Elles ont besoin de cette vitamine hydrosoluble pour croître, se reproduire et, plus important encore pour les vinificateurs, pour fermenter. Contrairement à nous les mammifères, la plupart des levures, y compris Saccharomyces cerevisiae, peuvent synthétiser leur propre vitamine B1.

C'est une bonne chose, car la thiamine et ses formes biologiquement actives sont des cofacteurs essentiels pour les voies du métabolisme carboné central (sucres). Il s'agit notamment de la glycolyse productrice d'éthanol, de la voie du pentose phosphate pour les acides aminés aromatiques et du cycle de Krebs produisant des acides organiques. Sans thiamine, plusieurs enzymes de ces voies métaboliques ne peuvent tout simplement pas fonctionner. La thiamine peut également protéger les levures dans des conditions de fermentation stressantes en jouant un rôle antioxydant. Elle constitue une défense contre les radicaux libres et peut prévenir l'oxydation, ce qui est une bonne nouvelle pour les vinificateurs.

Impact sur la production d'arômes

Au-delà de son impact sur la fermentation, la carence en thiamine peut également altérer les composés aromatiques produits par les levures. Cette vitamine est importante pour la dégradation des acides aminés, notamment lors de la production de certains composés aromatiques dans la voie d'Ehrlich. Il s'agit notamment de certains esters, d'acides gras volatils et d'alcools supérieurs. Il a été démontré qu'un faible taux de thiamine se traduisait par une acidité volatile plus élevée et un rapport plus faible entre les alcools supérieurs et les acides gras.

En d'autres termes, un faible taux de thiamine est lié à une production accrue d'acides gras désagréables et malodorants, tels que l'acide isovalérique et l'acide butyrique. En règle générale, nous souhaitons que les concentrations de ces composés soient limitées dans nos vins, car ils dégagent des odeurs indésirables, comme celles du fromage malodorant et du beurre rance. Parmi les autres composés indésirables susceptibles de s'accumuler en cas de carence en thiamine figurent les α-cétoacides, l'acétaldéhyde et le phosphoénolpyruvate, qui sont connus pour combiner le SO2 .

Cela peut poser problème, car l'ajout ultérieur de sulfites pour obtenir suffisamment de SO2 libre afin de préserver le vin en cours de vieillissement peut augmenter les niveaux totaux de SO2 au-delà de la limite légale. Il s'agit d'un problème majeur dans la stabilisation des vins liquoreux de pourriture noble ou de tout vin issu de raisins présentant un certain degré de pourriture.

Production ou assimilation

Bien que les levures disposent de leur propre machinerie métabolique pour produire de la thiamine, cette production nécessite beaucoup d'énergie que la levure pourrait utiliser pour fabriquer davantage de cellules de levure ou des produits aromatiques précieux pour nos vins. Pour économiser de l'énergie, les levures s'appuient donc sur la thiamine déjà présente dans le moût de raisin, qu'elles peuvent facilement assimiler pour leur activité cellulaire. En effet, les levures préfèrent cette méthode à tel point que lors d'un test expérimental, les levures ont assimilé toute la thiamine présente dans le jus de raisin au cours des six premières heures suivant l'inoculation.

Le niveau de thiamine présent dans le moût de raisin varie entre 0,2 et 1,2 mg/L, des niveaux plus élevés étant observés dans le jus de raisin rouge en raison d'un contact plus important avec les pellicules et les pépins. D'autres études ont révélé que les levures peuvent utiliser encore plus de thiamine que celle naturellement présente dans le moût de raisin - jusqu'à 10 000 fois plus.

Causes de la carence en thiamine

La carence en thiamine est l'une des causes du ralentissement de la croissance des levures, de la mort prématurée des cellules et de la lenteur des fermentations. Une leçon difficile pour tout vinificateur est que lorsque les niveaux sont trop bas dans le jus de raisin, la levure peut avoir du mal à utiliser tous les sucres disponibles. Cela peut aboutir au redouté arrêt de  fermentation.

Une carence en thiamine peut facilement survenir au cours de la vinification. Les levures indigènes présentes dans le jus de raisin juste après le foulage peuvent épuiser les niveaux de thiamine, ce qui rend la situation problématique pour la levure inoculée ultérieurement. Pour contourner ce problème, l'ajout de dioxyde de soufre au moment de l’égrappage est généralement une mesure antimicrobienne visant à inhiber le développement des levures indigènes.

Un autre coupable est la croissance de champignons filamenteux tels que Botrytis cinerea sur les baies de raisin, qui peut épuiser la thiamine avant même que les raisins ne soient récoltés. Pour ne rien arranger, des doses très élevées de dioxyde de soufre sont également connues pour diminuer les niveaux de thiamine disponible dans le jus. Il est donc conseillé aux vignerons d'ajouter de la thiamine aux moûts de raisin obtenus à partir de raisins infectés par Botrytis cinerea ou tout autre champignon pathogène.

Avantages de l'ajout de thiamine

Il a été prouvé qu'une augmentation des niveaux de thiamine pendant la fermentation améliore la croissance des cellules de levure et la vitesse de fermentation. Comme mentionné ci-dessus, l'ajout de thiamine peut même limiter l'accumulation de composés combinant le dioxyde de soufre au cours de la fermentation alcoolique. Cela peut permettre de limiter les ajouts de SO2 dans le moût de raisin.

Les régimes d'inoculation séquentielle et de co-inoculation peuvent poser un problème initial : les levures non-Saccharomyces inoculées assimilent toute la thiamine disponible, ce qui peut empêcher les S. cerevisiae inoculées ultérieurement d'achever la fermentation. Cependant, après l’inoculation de S. cerevisiae, les premières levures meurent et leur thiamine est libérée dans le moût, que S. cerevisiae peut alors assimiler. Il est important de garder à l'esprit que de nombreuses levures non-Saccharomyces utilisées dans les stratégies de co-inoculation sont plus sensibles à la carence en thiamine et peuvent ne pas produire le résultat souhaité dans le vin si la thiamine est limitée.

Environ 75% de la thiamine disponible dans les raisins se trouve dans le jus de raisin, tandis que 25% se trouve dans la pellicule et la pulpe insoluble. Pour cette raison, toute la thiamine est disponible dans les moûts de raisin rouge (contact prolongé avec les pellicules), alors qu'elle ne l'est qu'à 80% dans le jus de raisin blanc. Les levures aiment la thiamine, c'est pourquoi la supplémentation est une pratique courante dans la plupart des pays viticoles.

Les levures inactivées et autres nutriments de levure complexes sont couramment utilisés dans les caves pour compléter les niveaux de thiamine disponibles dans le jus. Malheureusement, alors que la thiamine peut être quantifiée avec précision dans un laboratoire bien équipé, les caves ne disposent d'aucune méthode "rapide et pratique" pour les aider à estimer les niveaux de thiamine dans le jus de raisin.

Supplémentation en thiamine

Pour s'assurer que la fermentation du vin est terminée, la réglementation en vigueur permet d'ajouter au moût de raisin jusqu'à 60 mg/hL de chlorhydrate de thiamine (résolution OIV OENO 50/2000). De même, le chlorhydrate de thiamine peut être ajouté aux vins de base avant la prise de mousse dans la production des vins effervescents. Les conditions optimales pour l'assimilation de la thiamine se situent autour d'un pH de 4,5 et entre 27 et 37°C.

Cependant, la stabilité de la thiamine diminue à mesure que les températures augmentent au-delà de 25°C. Bien que l'environnement de la fermentation du vin ne réponde pas tout à fait à ces conditions, il est possible d'obtenir une bonne efficacité. Pour ce faire, il est préférable d'ajouter la thiamine au début de la croissance de la levure.

Il peut s'agir du début de la fermentation, de l'inoculation ou d'un moment intermédiaire, afin d'éviter un éventuel blocage de la fermentation. Par ailleurs, la thiamine est également présente dans divers nutriments complexes pour levures commercialisés par plusieurs fabricants de produits œnologiques, de sorte que leur ajout sera également utile en cas de carence.

Autres recherches sur les vitamines

Pour plus d'informations sur la thiamine et son rôle dans la vinification, le lecteur est invité à lire l’article de synthèse publié en 2021 par Labuschagne et Divol. Si la thiamine est l'une des vitamines les mieux étudiées, les autres vitamines, telles que la biotine et la niacine, jouent également un rôle essentiel au cours de la fermentation. La recherche sur les vitamines dans la vinification est un domaine en constante évolution. De nouvelles informations sur les autres vitamines et leur impact sur nos vins sont découvertes chaque jour. Il reste encore beaucoup à apprendre sur ce qui permet précisément à nos levures et à nos vins de faire des bulles.

Résumé

La thiamine (vitamine B1) est un nutriment vital pour la croissance et le métabolisme des levures. Les levures favorisent l'assimilation de la thiamine du moût de raisin avant de commencer à produire leur propre thiamine. Les levures peuvent stocker jusqu'à 10 000 fois plus de thiamine que celle disponible dans le moût de raisin.

Ce processus de stockage permet de conserver de l'énergie, que la levure peut utiliser pour produire de précieux composés métaboliques, tels que l'éthanol et des arômes. La carence en thiamine est un réel problème au cours de la vinification, car elle peut facilement se produire si des organismes indigènes ou d’altération consomment toute la thiamine disponible avant l'inoculation. La carence peut entraîner un arrêt de la fermentation et la production de composés aromatiques indésirables.

Il a été démontré qu'une supplémentation en thiamine au début de la croissance de la levure améliore la vitesse de fermentation et permet d'obtenir des levures plus robustes. Parmi les avantages supplémentaires, on peut citer une réduction des besoins en SO2 et un effet antioxydant sur le vin.

Points clés

- La thiamine est une vitamine essentielle à la croissance des levures pendant la fermentation.

- Les levures peuvent synthétiser la thiamine, mais préfèrent l’assimiler dans le moût.

- L'infection par Botrytis et la croissance de levures non-Saccharomyces peuvent entraîner des carences en thiamine dans le moût de raisin.

- Les carences en thiamine peuvent entraîner l'accumulation de composés combinant le SO2, la formation d'arômes indésirables tels que l'acidité volatile, et des arrêts de fermentation.

- La thiamine devrait idéalement être ajoutée lors de l'inoculation de la levure ou dès que possible après le début de la fermentation.

- La limite légale pour l'ajout de thiamine dans les moûts de raisin est de 60 mg/hL.

Références

Burdock, G.A., 2010. Flavor Ingredients, 6th Edn Boca Raton. FL: Fenaroli’s Handbook CRC Press.

Hall, A.P., Brinner, L., Amerine, M.A. & Morgan, A.F., 1956. The B vitamin content of grapes, musts and wines. Journal of Food Science 21, pp. 362 – 371.

Jackson, R.S., 2008. Wine science: principles and applications. Academic Press.

Labuschagne, P.W.J. & Divol, B., 2021. Thiamine: a key nutrient for yeasts during wine alcoholic fermentation. Applied Microbiology and Biotechnology 105(3), pp. 953 – 973.

Nakamura, I., Ohmura, Y., Nagami, Y., Kamihara, T. & Fukui, S., 1982. Thiamin accumulation and growth inhibition in yeasts. Microbiology 128(11), pp. 2601 – 2609.

OIV, 2020. International code of oenological practices. International Organisation of Vine and Wine, Paris. Available at: https://www.oiv.int/en/technical-standards-and-documents/oenological-products/oenological-codex-products-used-in-oenology-per-code-sheet [Accessed 23 July 2022].

Wolak, N., Kowalska, E., Kozik, A. & Rapala-Kozik, M., 2014. Thiamine increases the resistance of baker’s yeast Saccharomyces cerevisiae against oxidative, osmotic and thermal stress, through mechanisms partly independent of thiamine diphosphate-bound enzymes. FEMS Yeast Research 14(8), pp. 1249 – 1262.

Souce : Cet article a été publié en langue anglaise dans WineLand Technical

Publié le 11/09/2023
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