Dans ta pâte, la levure mange des sucres et rejette du dioxyde de carbone, le gaz qui la fait lever, et de l'éthanol, un alcool qui s'évapore en grande partie au four. C'est la fermentation alcoolique : $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \longrightarrow 2\,\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\,\text{CO}_2$. Par exemple, 180 g de glucose donnent 92 g d'éthanol et 88 g de $\text{CO}_2$. En sciences appliquées, toute fermentation se décrit ainsi : produit initial, agent, produits formés.
La fermentation alcoolique de la levure
La levure de boulanger, Saccharomyces cerevisiae, est un champignon microscopique formé d'une seule cellule (on dit unicellulaire). Elle se multiplie par bourgeonnement : une petite cellule pousse sur la grande, puis s'en détache.
Le référentiel du bac pro boulanger-pâtissier te demande de « définir la fermentation (produit initial, agents de fermentation, produits formés) ».
Définition : une fermentation est la transformation d'une matière, souvent un sucre, par des micro-organismes. Pour la fermentation alcoolique : produit initial, les sucres ; agent, la levure ; produits formés, l'éthanol et le dioxyde de carbone.
Formule : fermentation alcoolique du glucose
$$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \longrightarrow 2\,\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\,\text{CO}_2$$
glucose $\longrightarrow$ éthanol + dioxyde de carbone
En additionnant les masses des atomes (12 pour le carbone, 1 pour l'hydrogène, 16 pour l'oxygène), on trouve 180 pour le glucose ($6 \times 12 + 12 \times 1 + 6 \times 16$), 46 pour l'éthanol et 44 pour le $\text{CO}_2$. Comme une molécule de glucose fournit deux molécules de chaque produit, 180 g de glucose donnent $2 \times 46 = 92$ g d'éthanol et $2 \times 44 = 88$ g de $\text{CO}_2$. Et $92 + 88 = 180$ : la masse se conserve.
Piège classique : le 2 devant $\text{CO}_2$ compte. L'oublier donne 44 g de gaz au lieu de 88 g, et la masse ne se conserve plus.
La levure sait aussi respirer : avec de l'oxygène, elle décompose le sucre en $\text{CO}_2$ et en eau, et se multiplie. Dans la pâte, l'oxygène apporté par le pétrissage est vite consommé, et la fermentation prend le relais.
D'où vient le sucre que mange la levure
La farine contient un peu de sucres simples (glucose, fructose, saccharose, maltose), que la levure utilise en premier. La vraie réserve, c'est l'amidon, un glucide fait de longues chaînes de glucose, trop grosses pour la levure.
Des enzymes de la farine, les amylases, le découpent. Une enzyme est une protéine qui accélère une réaction sans être consommée. Les amylases coupent l'amidon surtout en maltose (deux glucoses liés), que la levure coupe ensuite en glucose. Chaque coupure est une hydrolyse : l'eau sert à casser une grosse molécule en plus petites.
Ce qui accélère ou freine la fermentation
Levures et bactéries sont vivantes : leur vitesse dépend de leur milieu. Le pH, utilisé dans le tableau, mesure l'acidité : sous 7, le milieu est acide, et plus le pH est bas, plus il est acide.
| Facteur | Effet | Au fournil |
|---|---|---|
| Température | Une chaleur douce accélère, le froid ralentit sans tuer, une forte chaleur tue. | Le froid sert aux pousses lentes, le four arrête tout. |
| Eau | Sans eau, aucune activité. | Une pâte souple fermente mieux qu'une pâte ferme. |
| Sel | Ralentit la multiplication des levures et des bactéries. | Un levain salé tient plus longtemps entre deux rafraîchis (ajouts de farine et d'eau). |
| Acidité | Sous pH 4, levures et bactéries ralentissent. | Un levain qui a trop attendu devient trop acide. |
| Oxygène | Les levures respirent et se multiplient. | Pétrir davantage un levain au rafraîchi le relance. |
L'INBP, l'institut national de la boulangerie-pâtisserie, donne pour un pain au levain un apprêt (la pousse des pâtons façonnés) d'environ 3 heures à température ambiante, ou d'environ 12 heures à 10 °C : quatre fois plus long au frais.
Le levain : fermentations lactique et acétique
Le décret du 13 septembre 1993 définit le levain comme une pâte de farine (blé, seigle ou les deux) et d'eau, parfois salée, soumise à une « fermentation naturelle acidifiante ». Sa micro-flore est « constituée essentiellement de bactéries lactiques et de levures ». Les levures sauvages, venues de la farine, de l'eau et de l'air, y font la fermentation alcoolique.
Formule : les deux autres fermentations à connaître
Lactique, par les bactéries lactiques, sans besoin d'oxygène :
$$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \longrightarrow 2\,\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$$
glucose $\longrightarrow$ acide lactique
Acétique, par les bactéries acétiques, avec de l'oxygène :
$$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CH}_3\text{COOH} + \text{H}_2\text{O}$$
éthanol + dioxygène $\longrightarrow$ acide acétique + eau
La fermentation acétique est celle qui change le vin en vinaigre. Dans le levain, certaines bactéries lactiques, dites hétérofermentaires, produisent à la fois de l'acide lactique, de l'acide acétique et du $\text{CO}_2$ ; les homofermentaires font surtout de l'acide lactique. D'après l'INBP, un levain tout point (le levain final, prêt à ensemencer la pâte) compte 50 à 100 fois plus de bactéries que de levures.
L'acide lactique est doux et aigrelet, comme le fromage blanc ; l'acide acétique est piquant, comme le vinaigre. Une eau tiède, vers 35 °C, favorise l'acide lactique ; une température proche de 15 °C favorise l'acide acétique ; un levain plus hydraté donne proportionnellement plus d'acide lactique.
Pour vendre un pain de tradition française ou un pain maison « au levain », le décret exige une mie de pH 4,3 au plus, avec au moins 900 parties par million (ppm) d'acide acétique, soit 900 mg par kilogramme. La levure de boulanger n'y est admise qu'à la dernière phase du pétrissage, à 0,2 % au plus du poids de farine.
Piège classique : l'acidité du levain vient des bactéries, pas des levures, qui font l'essentiel du gaz. Et plus le pH est petit, plus la mie est acide : une mie à pH 4,5 est moins acide qu'une mie à 4,3, et elle ne respecte pas le décret.
Le gluten retient le gaz, le four fixe la mie
Quand tu hydrates et pétris la farine, deux familles de protéines du blé, les gliadines et les gluténines, s'accrochent entre elles et forment le gluten, un réseau souple et élastique. Les bulles de $\text{CO}_2$ y restent prisonnières et grossissent : la pâte lève.
Au four, la chaleur dilate d'abord le gaz, puis tue la levure : la fermentation s'arrête et l'éthanol s'évapore en grande partie. Les protéines du gluten coagulent (elles durcissent à la chaleur) et l'amidon gonfle en absorbant l'eau : c'est la gélatinisation. La mie est fixée, avec ses alvéoles.
Exercices corrigés
Cherche chacun sur ta feuille avant d'ouvrir la correction.
Exercice 1 : Dans une pâte, la levure fait fermenter 9 g de glucose. On sait que 180 g de glucose donnent 92 g d'éthanol et 88 g de dioxyde de carbone. Calcule la masse de chaque produit formé, puis vérifie ton résultat.
Correction :
Les masses produites sont proportionnelles à la masse de glucose. Ici, $\dfrac{9}{180} = 0{,}05$ : on fait fermenter 0,05 fois la masse de l'exemple.
Éthanol : $92 \times 0{,}05 = 4{,}6$ g. Dioxyde de carbone : $88 \times 0{,}05 = 4{,}4$ g.
Vérification : $4{,}6 + 4{,}4 = 9$ g, autant que le glucose de départ. La masse se conserve.
Exercice 2 : Un levain contient des levures sauvages et des bactéries lactiques homofermentaires, dont la fermentation s'écrit $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 \longrightarrow 2\,\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$. a) Quel produit rend ce levain acide ? b) Cette fermentation peut-elle faire lever la pâte ? c) Qu'est-ce qui fait lever un pain au levain ?
Correction :
a) L'acide lactique, $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_3$, produit par les bactéries lactiques.
b) Non. L'équation ne produit aucun gaz : pas de $\text{CO}_2$, donc rien pour gonfler la pâte.
c) Les levures sauvages du levain : leur fermentation alcoolique produit le $\text{CO}_2$, que le gluten retient. Les bactéries hétérofermentaires, s'il y en a, en ajoutent un peu.
Exercice 3 : Un boulanger fait analyser la mie de deux fournées de pain de tradition française au levain. Fournée A : pH 4,5 et 950 ppm d'acide acétique. Fournée B : pH 4,1 et 1 000 ppm, avec 15 g de levure ajoutés à la dernière phase du pétrissage pour 10 kg de farine. Rappel du décret : pH de 4,3 au plus, au moins 900 ppm d'acide acétique, levure à 0,2 % au plus du poids de farine. Quelle fournée peut porter la mention « au levain » ?
Correction :
Fournée A : l'acide acétique suffit ($950 \geqslant 900$), mais pas le pH : $4{,}5 > 4{,}3$, la mie n'est pas assez acide. Pas de mention.
Fournée B : $4{,}1 \leqslant 4{,}3$ et $1\,000 \geqslant 900$. Pour la levure, avec 10 kg, soit 10 000 g de farine, le maximum est $\dfrac{0{,}2}{100} \times 10\,000 = 20$ g, et $15 \leqslant 20$. La fournée B peut être vendue « au levain ».
À retenir
À retenir :
- Une fermentation se décrit par son produit initial, son agent et ses produits formés.
- Alcoolique : la levure change les sucres en éthanol et en $\text{CO}_2$, le gaz qui fait lever.
- Les amylases de la farine découpent l'amidon en sucres utilisables par la levure.
- Température, eau, sel, pH et oxygène règlent la vitesse de fermentation.
- Lactique : sucres en acide lactique, par les bactéries lactiques. Acétique : éthanol en acide acétique, par les bactéries acétiques, avec de l'oxygène.
- Le gluten retient le gaz ; au four, la levure meurt, le gluten coagule, l'amidon gélatinise.
Sources
- Référentiel du baccalauréat professionnel boulanger-pâtissier (arrêté du 2 juillet 2009 modifié), savoirs associés S4, sciences appliquées : texte sur eduscol.
- Décret n° 93-1074 du 13 septembre 1993, dit « décret pain », articles 3 et 4 : texte sur Légifrance.
- INBP, encart technique « Spécial levain », Les Nouvelles de la boulangerie-pâtisserie n° 992, 15 décembre 2019 : document sur inbp.com.