Evolution du pH pendant la fermentation alcoolique de moûts de raisins : modélisation et interprétation métabolique

Abstract

Ce travail présente une analyse et une interprétation métabolique de l'évolution du pH au cours de la fermentation alcoolique de moûts de raisins par Saccharomyces cerevisiae. La variation de la composition du milieu au cours de la fermentation ne suffit pas à expliquer les variations du pH observées expérimentalement. Si l'influence du métabolisme de l'azote ammoniacal sur le pH est bien développée dans la littérature, les résultats sont plus incertains concernant l'assimilation des acides aminés. Afin de discriminer différentes hypothèses, un modèle de calcul du pH a été développé. Le pH est calculé par la résolution d'un système d'équations algébriques non linéaires constitué des équations de conservation de matière, des équilibres chimiques et du principe de l'électroneutralité de la solution. La constante de dissociation des acides organiques est fonction de l'alcool et de la température. Les coefficients d'activité moyens et ionique sont déterminés par la loi de Debye-Hückel. Une formulation originale basée sur la notion d'invariants de réaction a permis de faciliter l'étape d'initialisation du système. Le modèle a été validé sur des milieux synthétiques parfaitement maîtrisés. L'application du modèle au cas de la fermentation sur milieux dont la source azotée est constituée uniquement d'azote ammoniacal a donné des résultats très satisfaisants. Il a permis d'expliquer la chute de pH observée dans une première phase par l'assimilation de la source azotée. Une fois le substrat azoté épuisé, l'augmentation de pH est directement liée à la production d'alcool. Les acides organiques produits pendant la fermentation n'exercent qu'une très faible influence sur l'évolution du pH. L'utilisation du modèle a permis d'invalider deux hypothèses concernant l'impact de l'assimilation des acides aminés sur le pH. L'hypothèse la plus probable est que l'assimilation des molécules d'acides aminées chargées positivement conduit à l'émission de protons dans le milieu extra cellulaire.