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A-Premières études : La cristallographie, point de départ de l'étude sur la fermentation

La cristallographie

Les études de Pasteur sur les cristaux lui permettent d'établir le principe de dissymétrie moléculaire. Pasteur travaille sur les formes extérieures des cristaux, leurs compositions moléculaires et l'action des cristaux sur la lumière polarisée (voir polarisation). D'après ses travaux, il établit des relations entre ces différents éléments pour différencier les cristaux. Il observe que les cristaux dissymétriques font dévier la lumière polarisée, les cristaux qui ont un plan de symétrie ne la dévient pas. De plus, il remarque selon sa formule : " que seuls les produits nés sous l'influence de la vie sont dissymétriques ".
La dissymétrie est dès lors la grande ligne de démarcation entre le monde organique et le monde minéral. Ce sont ces travaux de Pasteur qui furent à l'origine d'une nouvelle science, la stéréochimie (ou chimie de l'espace), il provoque également l'essor de la chimie de synthèse.

Aujourd'hui, on sait plus précisément ce qu'est la dissymétrie moléculaire. En effet, cette différence de déviation de la lumière par les cristaux appartenant à la famille des cristaux organiques s'explique désormais grâce au développement de l'étude des molécules à l'aide de la stéréochimie. Certaines molécules qui dévient la lumière possèdent deux formes isométriques, l'une est l'image de l’autre dans un miroir. Elles possèdent une symétrie de construction par rapport à un axe et sont composées des mêmes atomes, ce qui explique que la famille des cristaux organiques dévient la lumière puisqu'ils sont composés principalement des mêmes atomes (le carbone, l'hydrogène et l'oxygène). Ces molécules isométriques sont donc en apparence identiques mais lorsque l'on veut les superposer on n'obtient pas la même molécule. En effet, elles ne dévient pas la lumière de la même façon: la forme dextrogyre dévient la lumière vers la droite en faisant tourner le plan de polarisation dans le sens des aiguilles d'une montre (noté +); la forme lévogyre a les mêmes propriétés dans le sens inverse (noté -) et donc vers la gauche.

Cette étude sur la dissymétrie moléculaire apporte à Pasteur des connaissances qui lui permettent de différencier le monde organique (monde du vivant) et le monde minéral. Ceci va lui être très utile, car ayant déjà observé des différences entre ces deux mondes, il s'attend à en découvrir d'autres et s'interroge donc sur une véritable différenciation du vivant et du minéral alors même qu'à l'époque certains scientifiques pensent que la matière non organique peut donner naissance à un être vivant microscopique. Ainsi, cette étude lui permet de s'interroger sur le phénomène de la fermentation dès 1855.

 

La fermentation :

Les études de Pasteur sur la fermentation, et notamment sur la transformation du jus de raisin en vin appelée la vinification, qui est une fermentation alcoolique, lui ont permis de mettre en évidence l'intervention de micro-organismes dans ce phénomène. Pasteur travailla ensuite sur différentes fermentations "indésirables" en étudiant l'influence de l'air sur ces fermentations, comme la fermentation butyrique, qui fait devenir rance le beurre, la fermentation lactique (le lait qui tourne) et la transformation du vin en vinaigre (l'acidification du vin); et pour chaque fermentation indésirable étudiée, il trouva la bactérie responsable

La fermentation est une réaction biochimique qui consiste à libérer de l'énergie (provoquée par le dégagement de gaz carbonique) à partir de sucre (du glucose la plupart du temps). C'est le résultat de la digestion de micro-organismes appelés ferments, qui sont des bactéries. Dans les fermentations, différents produits sont présents et souvent un acide est en cause dans les "fermentations indésirables ". La fermentation a deux origines: les levures qui sont des êtres unicellulaires et qui se développent dans un milieu aérobie (ils ont besoin d'oxygène); et les autres bactéries qui produisent également une fermentation mais dans un milieu anaérobie. Dans les fermentations prises en exemple, nous étudierons le rôle des bactéries bien que la majorité du milieu soit transformé par les levures (transformation des sucres en acides). En tout cas, que se soit l'une ou l'autre des origines, pour que la fermentation s'effectue il faut que la température soit idéale pour le microbe concerné.


Mais Pasteur ne le sait pas encore lorsqu'il commence ses recherches, il étudiera donc les deux phénomènes. Pasteur a compris et apporté la preuve que cette transformation est due aux ferments. En effet, avant 1855, les scientifiques ne connaissaient pas la cause de la fermentation et affirmaient que le jus de raisin se transformait tout seul en vin, bien que Théodor Schwann, qui a inspiré Pasteur, ait déjà étudié la fermentation et tiré des conclusions semblables en observant les levures. Schwann avait par ailleurs déjà mis en relation la fermentation alcoolique et la putréfaction causées toutes deux par des micro-organismes.

 

Les travaux de Pasteur :

 

La supposition de Pasteur sur la présence d'organismes vivants provient de ses observations au microscope, en effet, il avait observé de petits corps sphériques qui semblaient être en mouvement. De plus, il a observé, grâce à son développement des techniques de cultures, que la fermentation se développait dans un milieu dépourvu d'oxygène. C'est que qu'on appelle un milieu anaérobie. Il a alors douté de sa théorie comme quoi la fermentation est due à des micro-organismes puisque, jusque là, les scientifiques pensaient que tous les êtres vivants ne pouvaient vivre qu'en présence d'oxygène, ce que l'on appelle l'aérobie.


Milieu anaérobie: milieu de vie des bactéries de la fermentation, de la putréfaction des corps organiques, des virus ...

aerobie.pngSource: Livre de la bibliographie: Pasteur, bataille contre les microbe.

 

Pour confirmer son hypothèse, il a réalisé une expérience, en supposant que la plupart des êtres vivants, même ceux observés, meurent lorsque la température excède les 100°C. Il a alors chauffé du vin à une température assez élevée pour tuer la plupart des supposés agents de la fermentation. Pour respecter les conditions de vie normale de ces agents (bactéries), il a réalisé son expérérience dans un milieu isolé de l'extérieur et donc moins oxygéné. Il a ensuite observé que le liquide ne fermente pas et  en a conclu que la fermentation est due à la vie des ferments et des bactéries puisque lorsqu'ils sont morts cette transformation ne s'effectue pas.

A partir de cette expérience, Pasteur a observé différents ferments et bactéries au microscope et il a attribué une fermentation à chacun des organismes observés.

 

La fermentation lactique:  elle est causée par le ferment lactique (lacto bacillius bulgaricus) qui produit de l'acide lactique. Cette acide fait tourner le lait, ce qui transforme le lait en fromage. Ce ferment est souvent ajouté dans la production et il est même vendu aux particuliers.

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 Source: http://ww3.ac-poitiers.fr/svt/activite/alimhum/Nets+Ie3/yog/yphotos/Y022.jpg

 La fermentation alcoolique, comme l'acidification du vinaigre, est due à des bactéries ou des ferments qui produisent de l'acide qui se transforme ensuite en alcool. Cette fermentation est utilisée dans la plupart des procédés d'alcoolisation (sauf ceux par distillation).

 

La fermentation butyrique (le beurre qui devient rance) fut observé par Pasteur en 1861, il désigna l'agent responsable comme des petits corps en forme de filaments plus petits que les levures. Davaine fit alors le lien avec ce qu'il avait observé dans le sang des animaux atteints de la maladie du charbon. A l'époque, tous ces organismes filiformes observables au microscope qui n'étaient pas des bactéries (avec une forme arrondie) étaient appelés des vibrions. Mais nous reverrons cela plus tard dans la partie consacrée aux maladies contagieuses.

 

Pasteur découvre grâce à ses travaux que ces micro-organismes sont présents sur la peau du raisin ou ajoutés dans d'autres fermentations comme la levure dans le pain. De plus, la température ambiante lors de la fermentation a son importance puisqu'elle permet le bon développement des micro-organismes lorsqu'elle est idéale (autour de 25°C pour la transformation du vin en vinaigre). En effet, les organismes, mêmes ceux qui vivent en milieu anaérobie, ont besoin d'une température adaptée à leur organisme pour pouvoir vivre. Ainsi, nous vous montrons un graphique représentant différentes bactéries avec les températures qui leurs permettent de se développer. Si on veut les rendre inoffensives, il suffit de modifier la température du milieu.graph-1.jpg

Source: http://raymond.rodriguez1.free.fr/Textes/es12.html

Un moyen de conservation:

La pasteurisation: 

Pasteur a trouvé la cause de la fermentation : les micro-organismes (appelés germes à l'époque), ce qui lui permet de proposer un moyen de la contrôler et ainsi d'éviter les fermentations « indésirables ». Pasteur propose de chauffer le liquide à une température comprise entre 55 et 65°C afin de tuer les microbes sans trop dégrader le produit par une température trop importante, c'est ce qu'on appelle la pasteurisation. Pasteur a également proposé d'appliquer cette méthode à l'acidification de la bière en 1876, il propose de stériliser le moût de la bière. La stérilisation est différente de la pasteurisation car elle utilise des températures plus élevées, elle est donc plus sûre mais elle n'est pas applicable à des liquides, qui s'évaporeraient. Il proposa aussi une meilleure conservation du lait en ajoutant la pressurisation à la pasteurisation, qui consiste à maintenir à un pression atmosphérique normale et constante. C'est à Pasteur que l'on doit également le principe du réfrigérateur qui permet de ralentir par le froid le développement de ces organismes pathogènes qui auraient survécu à la pasteurisation. D'ailleurs de nos jours, il est possible de connaître l'état "d'activité" des différentes bactéries en fonction de la température de leur milieu.


Conséquences:


Le transport et la conservation du vin seront extrêmement facilités par la pasteurisation à la suite du dépôt du brevet en 1865 par Pasteur. A une certaine échelle, Pasteur a contribué au développement de la production du XIX ème avec la publication de ses travaux sur la fermentation. Ses origines familiales, fils de tanneur, ont peut être orientées ses recherches vers des applications utiles au développement de l'industrie. De plus, cette publication est considérée comme l'acte de naissance de la microbiologie (l'étude des micro-organismes) avec pour titre : Mémoire sur la fermentation lactique. L'utilité de ses travaux sur le plan économique comme sur le plan scientifique lui valent une certaine célébrité. Et ainsi, il s'installa dans un laboratoire de l'Ecole Normale Supérieur de Paris dont il est devenu le directeur de recherches en 1857.

Commentaires (1)

1. JACQUES MOULIN 29/11/2013

bonjour
site trés intéressant
je voudrai juste corriger une grosse erreur en- A premieres etudes
photo sur la fermentation du lait
le streptococcus thermophilus est aussi un trés bon microbe et pas pathogéne du tout il fait partie des 2 microbes avec lactobacillus bulgaricus présents dans tous les bons yaourts
Un yaourt qui ne contiendrait pas le streptococcus thermophilus et seulement le bulagaricus n'aurait pas le droit réglementairement (en France) de s'appeller Yaourt
meilleures salutations

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