Levure : Saveurs & Arômes

Le rôle de la levure dans la formation des composés aromatiques et aromatiques des produits de brasserie.

Introduction : effets des paramètres de fermentation

La manipulation des acides aminés du malt par la levure fournit les voies de conversion des sucres du moût qui provoquent certaines des altérations les plus importantes de la saveur et de l'arôme généraux de la bière. En contrôlant plusieurs zones vitales, le profil olfactif final peut être modifié. L'inclusion de domaines tels que la température de fermentation, la pression hydrostatique, la gravité initiale, les niveaux d'azote aminé libre et l'aération du moût peut soit favoriser des fermentations saines et équilibrer les niveaux de dicétones vicinales, d'aldéhydes, d'alcools de fusel et d'esters, soit augmenter ces saveurs et arômes pour niveaux indésirables et favorisent des niveaux élevés de soufre.

Température

En raison de la lenteur de la cinétique de fermentation, une température de moût de tangage significativement basse peut entraver la fermentation et produire des composants indésirables tels que l'acétaldéhyde et les dicétones vicinales. Une activité accrue, une détérioration de la stabilité de la mousse et de la couleur de la bière, une baisse du pH et une perte de produits chimiques amers peuvent toutes être causées par une augmentation de la température. Des températures de fermentation plus élevées peuvent également augmenter les niveaux d'alcools de fusel et les profils d'esters (Kucharczyk & Tuszyński, 2018).

Pression hydrostatique

Les hauts fermenteurs produisent beaucoup de pression hydrostatique, ce qui augmente la quantité de dioxyde de carbone dissous dans la bière. L'excès de dioxyde de carbone limite la croissance des levures en perturbant les processus de décarboxylation, cruciaux dans la production d'alcools supérieurs ou d'acétyl-CoA. De plus, la pression ts déséquilibre la saveur de la bière en réduisant le substrat disponible pour la formation d'esters, car l'acétyl-CoA est le principal précurseur des esters d'acétate (Pires, et al., 2014).

Gravité du moût

Le brassage à haute gravité utilise des moûts avec des concentrations de sucre plus élevées que la moyenne, généralement entre 16 et 18 ° P. Cela permet à la brasserie d'augmenter la production volumétrique tout en réduisant les dépenses de main-d'œuvre et d'énergie sans faire d'investissements supplémentaires. Cependant, l'augmentation de la gravité du moût de départ peut modifier la composition finale des composants de la saveur et de l'arôme, ce qui rend difficile la comparaison avec les bières fabriquées avec des gravités inférieures. De plus, la gravité initiale peut contribuer à des niveaux plus élevés de dicétones vicinales, d'aldéhydes, d'alcools de fusel et de profils d'esters (He, et al., 2014).

Azote aminé libre (FAN)

La quantité d'acides aminés fermentescibles dans le moût a un impact significatif sur la saveur et l'arôme généraux de la bière. Les mécanismes nécessaires à la conversion des sucres du moût en alcool sont fournis par le FAN, qui est une combinaison complexe d'acides aminés. Le FAN affecte les aldéhydes, les esters, le diacétyle, les composés soufrés et les alcools supérieurs. Des niveaux de FAN trop élevés ou trop bas ont été associés à des saveurs désagréables telles que l'alcool isoamylique, le propanol et l'isobutanol. (Hill & Stewart, 2019).

Oxygène et acides gras insaturés

Les acides gras insaturés et les stérols, tous deux nécessaires au développement anaérobie et à la division cellulaire, sont produits par les levures de manière aérobie. Par conséquent, le manque d'oxygène dans le moût peut retarder ou entraver la fermentation primaire et produire des composants indésirables plus élevés dans le nouvel arôme de la bière, tels que l'acétaldéhyde et les dicétones vicinales (Kucharczyk & Tuszyński, 2017).

Soufre

Les composés soufrés essentiels à la saveur de la bière se développent en partie à partir de la synthèse d'acides aminés et de la réduction du soufre inorganique. En général, la concentration de ces composés produits par la levure augmente avec des conditions de fermentation de plus en plus défavorables. Parmi ces composés figurent le dioxyde de soufre et le sulfure d'hydrogène offensif ressemblant à l'arôme des œufs pourris (Holle, 2019).

Figure 1 - Voies des arômes et des saveurs dérivés de la levure (Briggs, 2004)

Discussion

Dicétones vicinales

Deux composés de la famille des dicétones vicinales (VDK) sont les plus importants pour la bière. Les tests olfactifs décrivent le diacétyle comme de la margarine de maïs soufflé ou des bonbons au caramel écossais, et la pentanedione est généralement sucrée et a des notes de miel, de beurre, de caramel. Les VDK sont généralement considérés comme des saveurs indésirables ; de faibles niveaux sont autorisés dans certaines bières de style britannique et bières blondes de style tchèque. Les profils doux des lagers et des bières plus légères facilitent l'identification des VDK (Bamforth, 2014).

La valine et l'isoleucine sont synthétisées et forment le diacétyle et la pentanedione comme sous-produits. Au fur et à mesure que la fermentation progresse, la levure convertit le diacétyle en acétoïne et en 2,3-butanediol; et la pentanedione en 2,.3-pentanediol, qui ont des seuils olfactifs plus bas (Briggs et al., 2004).

Composés précurseurs de VDK

Les composés précurseurs de VDK sont fabriqués à partir de maltage, d'ébullition de moût et de brassage de type décoction ; les teneurs les plus élevées sont les malts crystal et caramel. Une autre source de précurseurs de VDK provient des réactions de Maillard qui se produisent lors du maltage et de l'ébullition du moût (Cha, et al., 2019). La stabilisation de la consommation d'azote aminé libre pendant la fermentation primaire et l'augmentation du taux de réduction pendant la fermentation secondaire sont des méthodes pour réduire le niveau final de VDK dans la bière. De plus, la contamination par Lactobacillus et Pediococcus doit être évaluée car ils peuvent créer du diacétyle (Boulton & Quain, 2004). Enfin, le temps de réabsorption de VDK contribue à l'une des raisons pour lesquelles les fermentations de brasserie sont des réactions de type batch au lieu de cycles continus (Dennis, 2010).

Gestion des niveaux VDK

La gravité initiale du moût peut affecter le taux de fermentation. L'oxygène dissous et le nombre de cellules appropriés peuvent aider lorsqu'ils sont ajoutés avant la fermentation. L'ajout d'oxygène 12 à 18 heures après le début de la fermentation peut réduire la durée de la fermentation. Les souches de levure floculantes modérées ont tendance à créer des bières avec moins de sous-produits car les cellules sont suspendues plus longtemps (White & Zainasheff, 2010).

Au fur et à mesure que les sucres consommables diminuent, les VDK sont réabsorbés par la levure. Au fur et à mesure que la fermentation secondaire commence à des températures plus froides, la levure entrera en dormance, coagulera et tombera au fond du fermenteur. Des températures de refroidissement appliquées trop tôt réduisent la capacité de la levure à convertir les VDK. Même si la gravité terminale a été atteinte, il est essentiel de permettre à la levure d'absorber les mauvais goûts en temps voulu (White & Zainasheff, 2010). La quantité totale maximale de diacétyle dans un produit fini ne doit jamais dépasser 0,1 mg/L (Kunze, 2014).

Figure 2 - Voies de formation des dicétones vicinales (Briggs, 2004)

Aldéhydes & Acides Organiques

Acétaldéhyde

L'aldéhyde le plus crucial dans le brassage est l'acétaldéhyde, qui se présente comme un produit intermédiaire dans les fermentations de brasserie. Il est produit au cours des 72 premières heures de fermentation et est responsable des saveurs de cave et de moisi familières à la bière jeune (Liu, et al., 2018). À ce stade de la fermentation, la plage d'acétaldéhyde est d'environ 20 à 40 mg/L, et elle diminuera à 8 à 10 mg/L tout au long du vieillissement (Kunze, 2014).

Les niveaux d'acétaldéhyde sont généralement plus élevés dans les situations de fermentations rapides, de températures plus élevées pendant la fermentation initiale, de taux de tangage de levure inappropriés, de pression osmotique plus élevée, de faibles niveaux d'oxygène dissous et de contamination par le moût. Ceux-ci peuvent être résolus en assurant une période de maturation appropriée à une température plus chaude, avec beaucoup d'oxygène dissous dans le moût et une levure saine pendant la période de stabilisation à froid (Kunze, 2014).

Autres aldéhydes communs

Les seuils de flaveur des aldéhydes saturés à chaîne droite diminuent régulièrement vers un minimum au niveau des aldéhydes à onze carbones. Lorsque ces composés augmentent au-dessus de sept carbones, il y a une forte baisse du seuil; Le 2-hepténal, le 2-octénal et le 2-nonénal ont des seuils bas et des saveurs désagréables de carton. Une chaîne ramifiée semble provoquer une augmentation du seuil au-dessus de 0,1 ppm pour les aldéhydes à longue chaîne. La présence de groupes hydroxy et carboxy provoque des augmentations significatives des seuils de tous les composés, comme déjà mentionné (Meilgaard, 1975).

Aldéhydes rassisants

Dans la bière, la formation d'arômes rassis s'accompagne d'une augmentation des carbonyles volatils, ou aldéhydes, qui peuvent être éliminés avec de l'hydroxylamine. Le (E)-2-nonénal a été cité comme un composé essentiel du rassissement, mais ce n'est qu'une partie de l'image globale. La saveur générale du renfermé est causée par de nombreux composés, dont la 2,4-dinitrophénylhydrazine et le 3,5-méthylcyclohexane (Baert, et al., 2012).

Cependant, la plupart des composés précurseurs d'aldéhydes rassisants se forment lors du maltage et de l'ébullition; ils sont éventuellement convertis en aldéhydes à seuils olfactifs plus bas par l'oxydation des acides gras insaturés et la dégradation de Strecker, et non par la respiration cellulaire (Baert, et al., 2012).

Figure 3 - Acétaldéhyde en fermentation, synthèse d'alcools et d'esters de fusel (Holt, et al., 2019)

Acides organiques

Le pH de la bière est déterminé par la vitesse à laquelle les acides aminés sont décomposés en acides organiques volatils et non volatils, tels que les acides pyruvique, malique, citrique et lactique. Les fermentations au-dessus de la pression atmosphérique peuvent s'attendre à des niveaux accrus de ces composés. Ces composés provoquent une odeur de levure et altèrent la rétention de la tête. Cependant, les quantités peuvent être contrôlées par les conditions générales de fermentation par la composition du moût, l'aération et la sélection d'une souche de levure appropriée (Eßlinger, 2009).

Au cours de la fermentation, la levure consomme de l'azote à travers plusieurs sources, les composés essentiels à base d'ammonium étant le principal contributeur. Au fur et à mesure que la conversion de l'éthanol progresse, ceux-ci sont métabolisés en acides organiques entraînant une diminution de l'acidité. En conséquence, les souches de ferme peuvent réduire davantage le pH que les souches de levures English Ale ou Lager, ce qui peut altérer la saveur du produit car un pH de bière plus bas est associé à un corps plus fin et à une astringence de houblon plus élevée (Escarpment Labs, 2019).

Les acides aliphatiques non aromatiques peuvent conférer des saveurs uniques rappelant le rancissement et le moisi. Contrairement à d'autres composés, les acides organiques présentent les seuils les plus bas lorsqu'ils ont des structures à quatre et cinq carbones. Les acides oxygénés tels que les acides lactique, pyruvique, fumarique et tartrique présentent des seuils olfactifs proches de 400 ppm ; à des niveaux plus élevés, le changement de pH est suffisamment important pour être goûté (Meilgaard, 1975).

Les principaux facteurs de l'acidité finale de la bière seront le pH du moût de départ et la sélection des levures et des bactéries. Certaines variétés de levure peuvent augmenter les acides organiques, de sorte que le pH du moût doit être surveillé et modifié pour atteindre des objectifs finaux spécifiques (Escarpment Labs, 2019).

Alcools de Fusil

Jusqu'à quarante-cinq alcools supérieurs se trouvent dans la bière, contenant deux atomes de carbone ou plus, ce qui entraîne un point d'ébullition plus élevé que l'éthanol. Ils contribuent à une part importante des composés volatils et non volatils dans les produits de brasserie. Ils ne doivent pas être détectés dans les lagers mais peuvent augmenter la complexité des ales. De plus, ces types d'aromatiques contribuent à la chaleur trouvée dans l'arôme et la saveur, ce qui crée une sensation sur la palette (Spedding, 2012).

La saveur de fusel la plus couramment identifiée comprend des variantes de propanol et de butanol , qui véhiculent des notes alcoolisées, parfois solvantes et vineuses - de plus, l'alcool amylique présente la note piquante caractéristique "fusely" ou alcoolisée. Au fur et à mesure que la force de la bière augmente avec des styles tels que les Double IPA, les Imperial Stouts et les Barleywines, les niveaux d'alcool Fusel seront plus élevés. Cependant, les alcools de fusel sont considérés comme un défaut dans la majorité des styles (Spedding, 2012).

La levure lager produit généralement 60 à 90 mg d'alcool de fusel et de bière, souvent plus de 100 mg/L, mais les bières sont connues pour leur caractère épicé par rapport aux bières blondes (Holle, 2019).

Sentier Ehrlich

Les alcools de fusel proviennent du catabolisme des acides aminés à partir d'un mécanisme appelé la voie d'Ehrlich. L'huile de fusel a été découverte lors de la distillation des spiritueux, et son nom vient de l'allemand pour "mauvaise liqueur". Ces composés et leurs esters respectifs apportent une contribution essentielle aux saveurs et arômes des aliments et boissons fermentés (Hazelwood, et al., 2008).

Figure 4 - Catalyseur enzymatique principal et gènes respectifs dans la voie Ehrlich (Pires, et al., 2014)

Réaction initiale de transamination

L'étape préliminaire de la voie d'Ehrlich implique quatre enzymes qui transfèrent les amines entre les acides α-céto et leurs acides aminés correspondants, en utilisant le glutamate et l'α-cétoglutarate comme donneur et accepteur. Alors que les enzymes cryptées Bat1 et Bat2 sont impliquées dans la transamination des acides aminés, Aro8p et Aro9p ont d'abord été décrites comme des transférases d'acides aminés et non comme des gènes. Cependant, tous les acides aminés phénylalanine, méthionine et leucine sont activés par la transcription des gènes Aro9 et Bat2. (Pires, et al., 2014).

Décarboxylation

Cinq gènes appartiennent à la levure qui est similaire aux gènes de la thiamine diphosphate décarboxylase. Les trois premiers gènes (PDC1, PDC5 et PDC6) fournissent des pyruvate décarboxylases, tandis que les deux autres (ARO10 et THI3) sont des gènes alternatifs des voies d'Ehrlich (Hazelwood, et al., 2008).

Réduction des alcools supérieurs

La dernière étape de la voie Ehrlich est une réduction en huiles de fusel par des alcools déshydrogénases. Il existe cinq alcool déshydrogénases codées par les gènes Adh1, Adh2, Adh3, Adh4 et Adh5, et une formaldéhyde déshydrogénase appartenant à Sfa1, qui peut catalyser la conversion des aldéhydes fusel en alcools supérieurs. L'acétaldéhyde est réduit en éthanol pendant la fermentation par la forme constitutive et cytoplasmique d'une enzyme codée par Adh1. Contrairement à ses homologues cytosoliques, l'enzyme Adh3p réduit l'acétaldéhyde à l'intérieur des mitochondries et équilibre les réactions de réduction-oxydation pendant la croissance anaérobie (Pires, et al., 2014).

Règlement sur l'alcool de fusion

La production d'alcool de fusel peut être contrôlée et maintenue au niveau souhaité sous certaines conditions. Le moût industriel traité aux ultrasons avant la fermentation produit moins d'alcools de fusel mais plus d'esters. Une sélection judicieuse de la souche de levure, une température de fermentation basse, un taux de tangage approprié, une aération adéquate du moût, une composition équilibrée du moût et un faible pH initial du moût peuvent tous contribuer à la production d'une bière avec la quantité souhaitée d'alcools de fusel (Van Gheluwe, et al. , 1975).

Esters & Phénols

Les esters contribuent à une grande partie des composés aromatiques des boissons alcoolisées, fournissant la majorité des arômes et saveurs « fruités ». Dans les produits de brasserie, les esters sont formés par la réaction d'acides organiques et d'alcools créés au cours de la fermentation, les bières ayant des niveaux plus élevés de formation d'esters que les bières blondes. Les composés les plus courants sont l'acétate d'isoamyle, l'acétate d'éthyle, le caprylate d'éthyle, le caproate d'éthyle et l'acétate de phénylméthyle.

En comparaison, les arômes phénoliques sont produits par la décarboxylation des acides gras. Les brasseurs gèrent leurs processus de brassage et sélectionnent des levures spécifiques pour produire ces phénols, mais les phénols sont principalement indésirables dans la plupart des styles. Dans certaines bières allemandes et belges, le 4-vinyl guaiacol est souhaité et formé par la décarboxylation de l'acide férulique. Le gaïacol 4-vinyle donne aux bières des arômes et des saveurs décrits comme étant de clou de girofle, épicés ou à base de plantes. Cependant, à mesure que ces bières vieillissent, ces phénols commencent à se décomposer, donnant un caractère de vanille et perdant la caractéristique caractéristique. D'autres levures, telles que Brettanomyces, produisent du 4-éthyl gaïacol, qui donne à la bière du smoked meat ou un clou de girofle, un caractère épicé (West, et al., 1965).

Figure 5 - Principaux gènes impliqués dans la formation d'esters (Pires, et al., 2014)

Esters d'acétate

Les alcool acétyltransférases I et II synthétisent des esters d'acétate à partir d'alcool et d'acétyl-CoA comme réactifs. Les enzymes ATF1 et ATF2 forment une large gamme d'esters moins volatils, tels que l'acétate d'éthyle, l'acétate de propyle, le pentyle et l'isobutyle. Différentes souches de levure produisent différents niveaux de ces enzymes, conduisant à des taux de production différents pour les esters individuels. Cela indique que les différences dans les profils aromatiques produits par les souches de levure peuvent être partiellement dues à des mutations spécifiques dans leurs gènes ATF (Saerens, et al., 2010).

Esters éthyliques

Les acides gras à chaîne moyenne sont les principaux précurseurs de la biosynthèse des esters éthyliques. Au cours de la fermentation alcoolique, des intermédiaires d'acides gras à chaîne courte et à chaîne moyenne sont prématurément libérés du complexe synthase d'acide gras cytoplasmique. L'enzyme clé dans la régulation de la biosynthèse des acides gras est l'acétyl-CoA carboxylase. Chez la levure, la surexpression des gènes synthétiques d'acides gras FAS1 et FAS2 a déclenché davantage de formation d'acides gras à chaîne moyenne (Saerens et al., 2008).

Esters avec Bière Vieillissante

Le profil d'ester d'une bière donnée peut changer radicalement pendant le stockage. Les composants dérivés du houblon sont oxydés pour former des esters éthyliques qui confèrent à la bière vieillie un arôme vineux. De plus, certains esters tels que l'acétate d'isoamyle sont connus pour être hydrolysés pendant le stockage de la bière. Pour toutes les raisons mentionnées ci-dessus, les bières vieillissantes ont tendance à perdre des arômes fruités frais, laissant la place à des arômes moins fruités et plus terreux (Pires, et al., 2014).

Figure 6 - Formation d'arômes et de saveurs au cours des cycles de fermentation et de vieillissement initial (MBAA, 2006)

Conclusion

Les éléments qui ont le plus d'impact sur la saveur et l'arôme global de la bière ont été discutés. Ceux-ci peuvent être influencés par des facteurs tels que la température de fermentation de la bière, la pression hydrostatique, la gravité de départ, les niveaux d'azote aminé libre et l'aération du moût. Les dicétones vicinales, les aldéhydes, les alcools de fusel et les profils d'esters peuvent tous être augmentés à partir d'une gravité de départ plus élevée. La quantité d'acides aminés fermentescibles dans le moût a un impact significatif sur la saveur et l'arôme de la bière. En plus des contraintes de fermentation sur la levure dues à des conditions de croissance difficiles, la suppression de ces barrières pour une conversion optimale des sucres du moût réduirait le risque de mauvais goûts à des niveaux favorables et augmenterait la qualité et la cohérence des produits de brasserie.

Les références

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