Remerciements
Nous tenons à remercier Mme Castel, et Mr Bret, nos professeurs, respectivement de physique et de biologie, au lycée Louis de Broglie à Marly le roi qui nous ont conseillé, et expliqué la différence entre exposé et TPE.
Nous tenons aussi à remercier Bernard Gauthier du Service d'orientation des lecteurs de la Bibliothèque Nationale pour son aide quant au choix des livres, sans lequel nous aurions perdu de précieuses heures à chercher nos revues.
Enfin nous remercions l’assistant de laboratoire de biologie qui nous a aidé pour notre expérimentation.
INTRODUCTION :
Nous sommes en classe de première S et pour notre TPE, nous avons choisi d’approfondir nos connaissances dans la technologie fromagère, cet aliment faisant parti intégrante de notre culture. Cette problématique nous a semblé englober une grande partie du sujet et poser une question que nous trouvions intéressante.
I LA STANDARDISATION
L'industrie laitière (et notamment celle du fromage), confrontée depuis son origine à la variabilité de la matière première lait, a toujours chercher à la régulariser. Objectif : obtenir des produits de qualité constante.
Les procédés de standardisation visent à maîtriser la composition du lait, en séparant les différents éléments qui le constituent, puis en les réunissant dans les proportions souhaitées. A partir de laits dont la teneur en matière grasse est variable, une écrémeuse-standardisatrice permet d'obtenir des laits obéissant aux exigences de la législation.
Les « standards » définis par les technologues concernent la composition et les caractéristiques physico-chimiques du lait à mettre en œuvre :
· Matière azotées protéiques*(azote entrant dans la composition des protéines)
· Matières grasses
· Équilibre minéral (matières minérales : 7à8 g/L dans les laits de vaches)
· pH, soit l’acidité du lait
· Le lactose
Les matières azotées sont en grande quantité dans le lait (environ 34 g par litre). Il existe plusieurs principes de dosage des matières azotées du lait :
· Méthode indirecte par dosage de l’azote et multiplication par un coefficient correctif (6.58)
· D’autres méthodes rapides ou physiques assez complexes peuvent aussi être utilisées
Selon les espèces, le type d'alimentation et les saisons, la composition du lait est variable. Le taux de matière grasse peut s'élever de 35 à 40 g par litre
L'écrémeuse-standardisatrice permet d'harmoniser la composition de laits provenant de différentes exploitations. En particulier pour faire correspondre le taux de matière grasse à celui exigé par la législation dans les laits de consommation et les produits laitiers.
La teneur en crème (matière grasse) du lait de vache n'est pas toujours la même : rappelons le les laits peuvent contenir de 35 à 40 g de matière grasse par litre. Devant de telles variations, il était nécessaire de standardiser ces taux. Des normes ont été établies. Elles prévoient que :
Le lait entier doit comprendre 36 g de matière grasse par litre
(soit 3,6 %). Sa valeur énergétique est de 65 Kcal par 100 g. Le temps très court du traitement auquel ce type de lait est soumis n'entraîne pas une dénaturation du goût et des nutriments.
Le lait demi écrémé doit comprendre 15 à 18 g de matière grasse par litre (soit 1,5 %). Sa valeur énergétique est de plus ou moins 48 Kcal par 100 g.
Le lait écrémé doit comprendre au maximum 3g par litre (soit au maximum 0,3 % de matière grasse). Sa valeur énergétique est de 30 Kcal par 100 g.
Le lait n'est donc pas un aliment gras. La consommation d'un bol de lait demi écrémé n'apporte que 4 g de lipides soit de 5 à 6 % de la consommation quotidienne requise.
Pour standardiser le lait, il faut d'abord l'écrémer. On ajuste ensuite la teneur en matière grasse en rajoutant de la crème en fonction du type de lait que l'on désire obtenir.
II LE CAILLAGE :
La coagulation est la formation d’un gel résultant des modifications physicochimiques intervenant au niveau des micelles de caséine et de la séparation des liquides (le petit-lait) des solides (le caillé) du lait grâce à un agent de fermentation. Elle peut être ainsi divisé en deux parties bien distinctes. Les micelles sont déstabilisées soient par l’acidification du milieu par ferments lactiques, soient par l’action d’enzyme coagulante, et c’est le type de fromage que l’on désire fabriquer qui détermine la méthode utilisée. Cependant, certains fromages sont fabriqués à partir d’un mélange des deux caillés, comme les fromages à pâte persillée ou à pâte demi-ferme.
Le lait est placé dans de grandes cuves en cuivre où il caille sous l’effet de l’adjonction d’une dose de présure* ou de ferments lactiques*.
La micelle de caséine est une particule sphérique formée par l’association de caséines. Son diamètre moyen est de l’ordre de 150 nm. Elle a la caractéristique de posséder une grande stabilité en milieu aqueux.
A/ Le caillage avec présure
Ici, cet agent de fermentation est la présure ; c’est une coagulation chimique. La présure est la substance permettant de faire cailler le lait pour la fabrication des fromages. En effet, le lait est formé d’un réseau de protéines dans lequel sont enfermées les matières grasses. La présure, en coagulant les protéines, casse ce réseau. Les protéines se contractent sur elles-mêmes, c’est ce qu’on appelle la synérèse. On obtient d’un côté le coagulum (caillé), et, de l’autre, le lactosérum (petit lait).
Cependant, deux agents de coagulation sont couramment utilisés dans l'industrie laitière : la présure d’origine animale et la présure d’origine végétale. La présure d’origine animal est composé de deux principale enzyme : la chymosine (à 85%) et la pepsine (à 15%). La présure d’origine végétale est un extrait coagulant très peu utilisé en technologie fromagère.
La chymosine est une hydrolase contenue dans le suc gastrique des veaux, abattus avant le sevrage. Elle attaque une fraction spécifique des protéines du lait, appelé caséine Kappa et les détruit. Cela entraîne une déstabilisation micellaire, qui détruit la structure du lait en provoquant ainsi la coagulation. On sait que cette enzyme fonctionne de façon optimum à un pH de 5,5 et pour une température de 42°C. On sait aussi que cette enzyme cesse de fonctionner à partir de 65° et en dessous de 0°C.
Cette présure est considéré comme le meilleur coagulant du lait pour faire du fromage mais depuis un certain nombre d´années, la présure a été complétée par divers coagulants d´origine microbienne et de plantes car la production de cette enzyme seule n´était plus capable de répondre à la demande mondiale du fait notamment de l´augmentation de la production fromagère : c’est la présure d’origine microbienne. En effet, la présure étant extraite d’un veau mort, elle dépend directement du marché des abattoirs donc de facteurs sans rapport avec l’industrie fromagère.
La chymosine est cependant toujours considérée comme étant la meilleure enzyme pour coaguler le lait dans l´industrie fromagère, même si elle n’est utilisée dans le fromage qu'en quantité infime : environ 0,02 % du lait.
B/ Le caillage avec ferments lactiques
1. L’acidification du lait.
La fermentation du lait est l’action de bactéries lactiques. Ces bactéries sont responsables de la création d’acide lactique. En effet, le lactose, dégradé, par ces bactéries devient alors l’acide lactique.
Le lactose est composé de deux molécules : le glucose et le galactose. L’enzyme lactase, souvent produite par des bactéries, aide à digérer le lactose. Dans les cas d’indigestion au lait, c’est par exemple, cette enzyme qui fait défaut aux personnes atteintes. Plus un lait est frais et moins il contient d’acide lactique.
La fabrication du fromage fait essentiellement intervenir des bactéries lactiques dont les principales appartiennent aux genres Lactococcus, Streptococcus et Lactobacillus.
La fermentation lactique est favorisée lors de l’ensilage des produits agricoles, car l’acidité produite empêche le développement d’autres micro-organismes pouvant provoquer la putréfaction des produits ensilés.
2. Comment la caséine permet la coagulation.
C’est la dénaturation de la caséine, élément spécifique du lait, qui est à la base de la coagulation lactique. Les différentes caséines sont organisées en micelles (agrégats de plusieurs molécules de caséine) qui comme les globules gras sont chargés négativement, d’où une répulsion qui permet la stabilité du lait. L'acide lactique issue de la dégradation du lactose par les bactéries lactiques, porte des charges positives qui vont neutraliser les charges négatives. Mais, l'acide va aussi déshydrater les micelles qui pourront ainsi se rapprocher. En effet ces dernières se lient alors par des interactions hydrophobes (liaison faible, réversible) en retenant dans leur réseau les globules gras, les micro-organismes, les vitamines, toutes les particules qui peuvent être retenue dans les mailles du réseau caséique. On obtient ainsi un gel: c'est la coagulation lactique du lait.
De plus, la coagulation est un état irréversible.
III L’EGOUTTAGE :
L’égouttage comprend plusieurs phases comme le tranchage, le brassage, le chauffage et le pressage.
A/ Différentes méthodes
1. L’égouttage sous lactosérum : (utilisé pour quelques fromages)
On tranche le coagulum ainsi obtenu. Puis soit on le laisse au repos (pâtes fraîches, pâtes molles) soit soumis a un brassage (pâtes pressés, pâtes dures). Une loi a ainsi pu être établi. Par exemple, des cubes de 2cm de coté et d’un poids de 8,25g maintenus sous sérum après tranchage, perdent 85% de leur masse.
2. L’égouttage en moule : (utilisé pour la majorité des fromages.)
Le coagulum est transféré dans des supports spécifiques : moule ou toile, où se poursuit l’égouttage commencé en cuve. En général l’élimination est bonne dans les premières minutes, puis on assiste à un colmatage des surfaces.
3. L’égouttage spontané : (très peu utilisé)
Il se déroule généralement sur plusieurs jours car très lent. Il n’est pas hétérogène et est plus prononcé sur la périphérie qu’au centre.
Nous allons maintenant approfondir les différentes étapes de l’égouttage :
B/ Différentes étapes
1. Le tranchage :
Le tranchage consiste à couper le gel en portions égales afin d’accroître la surface d’exsudation du lactosérum. Pour parvenir à un degré d’égouttage défini et reproductible, il convient de trancher à la dimension requise et de manière régulière.
Remarque : une action trop brutale conduit a la libération de petite particules de caillés qui seront ensuite perdues par entraînement avec le lactosérum durant l’égouttage et donc a une perte de fromage au final, permettant un meilleur rendement pour les fromagers. Le transfert du coagulum doit être doux pour ne pas rompre le gel obtenu.
2. Le brassage :
Le brassage consiste à agiter modérément dans le lactosérum les grains de caillé obtenus après le tranchage, permettant de maintenir libre les surfaces d’exsudation formées. En effet, laissés au repos les morceaux de gel ont tendance à se ressouder spontanément.
Cependant, les gels obtenus par coagulation acide ou mixte le font rarement. Donc, le brassage est facultatif pour eux. Mais pour les gels fruit d’une action enzymatique, le brassage doit être réalisé de manière continue.
3. Chauffage :
Il a été testé et nous avons pu le constater, la température accroît fortement l’égouttage alors que le froid le réduit. En effet, la température, lorsqu’elle est haute, active l’ensemble des réactions responsable de la réticulation et de la déstructuration du gel.
En général, la température est entre 20 et 55 °C.
Ainsi, pour les pâtes fraîches, pâtes molles, et les pâtes pressées non cuites on ajuste la température utilisée pour la coagulation entre 22 et 35°C. Pendant l’égouttage en moule, on fait chauffer quelque peu le caillé, entre 20 et 27°C car cela prévient le risque de prolifération de microorganismes indésirables.
Les fromages à pâtes pressées cuites et pâtes dures subissent un chauffage plus important, en effet, ils sont mis à une température pouvant aller de 32 a 57 degrés.
On a pu lire a plusieurs reprises, qu’une attention particulière devait exister quant a l’homogénéité de la température durant l’égouttage. De plus, il est important de faire monter la température progressivement.
4. Pressage :
Le but du pressage est d’évacuer les dernières portions de lactosérum subsistant dans la masse de grains et surtout de donner au fromage sa forme définitive. Il s’effectue en appliquant une pression après que les grains aient été transférés dans un contenant adapté : toile, moule ou cuve.
Il peut être divisé en deux phases : la phase de filtration et la phase de tassement.
La phase de filtration se déroule avec l’aide d’un pré pressage, et grâce a un mécanisme d’écoulement, le reste de sérum et l’air encore inclus dans la masse de grains sont éliminés rapidement.
La phase de tassement est la période durant laquelle une déformation des grains est effectuée, ce qui conduit à une consolidation permettant la formation d’une masse cohérente. On obtient donc un fromage formé et égoutté.
On peut remarquer plusieurs techniques différentes propres à chaque catégorie de fromage.
Lorsque la force et la durée du pressage augmente, la teneur en matière sèche, donc la quantité de fromage final, augmente. Ainsi, cela peut aller de quelques minutes à plusieurs heures (jusqu'à 48 heures) pour les pâtes cuites ou dures.
De plus, en théorie l’hygrométrie des salles de pressage doit être maîtrisée et maintenue à un niveau élevé pour empêcher le dessèchement et le collage de la pâte au moule.
Ainsi, voici un tableau récapitulatif des différentes techniques et méthodes utilisées :
+ : faible ++ : modéré +++: énergique ++++: intense +++++ : très intense
| Traitements | Tranchage | Brassage | Chauffage | Pressage |
| Pâtes fraîches | + |
|
| + |
| Pâtes molles | ++ |
|
| ++ |
| Pâtes pressées non cuites | ++++ | ++ |
| ++ |
| Pâtes pressées cuites | ++++ | +++ | +++ | +++ |
| Pâtes dures | +++++ | +++ | +++++ | ++++ |
Enfin, la composition chimique du lait influence de manière importante l’aptitude à l’égouttage. Ainsi, pour qu’un lait puisse devenir un fromage il doit avoir une tenue suffisante en caséine, indispensable à la formation d’un gel. Les laits pauvres en caséine ne sont pas aptes comme les laits des équidés. Les meilleurs laits sont ceux des ovidés, vient ensuite les bovidés, puis les capridés.
Enfin, le lait n’a pas une composition constante dans le temps. Des variations ont ainsi pu être observées selon les saisons dans la taille et la composition en caséine, des micelles. Par exemple, dans le lait de vache, des scientifiques ont pu observé une augmentation significative du diamètre des micelles en été et donc une moindre aptitude à l’égouttage.
La matière grasse ne participe pas directement à la formation d’un gel, elle est emprisonnée et reste inerte durant les différentes phases de la coagulation.
C. Le salage
1/ Effets recherchés
Le fait d’incorporer du chlorure de sodium (ou du sel) dans le fromage a 3 rôles :
- compléter l’égouttage du fromage en favorisant le drainage de la phase aqueuse libre de la pâte. Il modifie aussi l’hydratation des protéines, il intervient donc dans la formation de la croûte également.
- apporter le goût caractéristique du fromage. Il a la propriété d’exalter ou de masquer le goût de certaines substances apparaissant durant la formation du fromage.
- empêcher plus ou moins le développement de microorganisme.
Remarque : Les organismes de santé conseillent de limiter les consommations de sel. Les industries fromagères pourraient réduire la teneur en sel de ses fromages mais la suppression totale est impossible.
2/ Deux techniques pour saler un fromage
Deux techniques peuvent être différenciées dans le salage :
a. Le salage à sec :
Celui-ci s’effectue par saupoudrage superficiel, par frottage, ou par incorporation dans la masse du caillé.
b. Le salage en saumure :
En général c’est l’utilisation de saumure pour la phase de salage du fromage qui est préconisée dans les grandes fabriques.
On peut rappeler que la saumure est un bain de sel (NaCl) destiné au salage des fromages.
Une différence de concentration entre la phase aqueuse du fromage et la saumure, provoque une diffusion du sel dans la pâte et une migration inverse de la phase aqueuse vers la saumure. Après la sortie du saumure, le sel continue de migrer vers la base car il existe toujours une différence de concentration entre la périphérie et le cœur du fromage. Nous avons cependant pu lire à plusieurs reprises que le sel n’est jamais, même après un temps très long, réparti également dans le fromage, et ce car l’évaporation de l’eau empêche les molécule de sodium de changer d’endroit et de se diriger vers les zones en plus faibles concentrations.
c. Perte d’eau provoquée par le salage :
Le fromage absorbe du sel de la saumure mais celle-ci prend de l’eau et divers compléments au caillé. Ainsi, un fromage peut, après salage, peser entre 98 et 96% de son poids non salé.
IV AFFINAGE
Introduction
L’affinage est la migration du dans la pâte et la croûte formation de la croûte. La caséine (protéine du lait et principal élément du fromage, comme dit plus haut) va subir des fermentations successives qui vont engendrer une saveur et une texture agréables au palais. C’est la présure ayant servi à cailler le lait qui déclenche le processus. Le relais est ensuite pris par les ferments naturels du lait qui jouent un rôle prédominant dans l’éclosion de saveurs typiques de chaque terroir. Enfin, ce sont les ferments de la croûte, autrement dit les bactéries et champignons, qui complètent et achèvent ce processus de maturation appelé « protéolyse ».
Affiner un fromage c’est laisser s’opérer naturellement ces transformations sous la double action d’une enzyme (la diastase) et des micro-organismes logeant à la surface et à l’intérieur du fromage.
Mais c’est aussi une affaire de spécialistes : il s’agit de porter le fromage à sa maturation afin qu’il exprime bien tous ses arômes.
Cette étape exige un soin particulier et une très bonne connaissance des fromages. Nécessitant beaucoup de patience, affiner nécessite une surveillance constante, et un environnement adapté. Car ce sont l’humidité (ou hygrométrie), la ventilation et la température ambiantes qui vont déterminer son évolution. Par ailleurs, chaque fromage a besoin d’un affinage spécifique en fonction de son type de pâte ou de sa famille : sa durée d’affinage peut varier (de quelques semaines à plusieurs mois), tout comme le type de caves ou de “hâloirs” utilisés: les pâtes pressées ne s’affinent que de l’intérieur, les pâtes persillées de l’intérieur vers l’extérieur et les pâtes molles de l’extérieur vers l’intérieur.
Bien sûr, le degré d’affinage est aussi une question de goût : vous pouvez préférer un fromage plus ou moins affiné. Mais, pour le spécialiste, il existe un moment où le fromage est « à point » : c’est celui où le fromage exprime le mieux et le plus pleinement sa saveur et la spécificité de son terroir.
A/Fermentation
L’affinage correspond à une phase de digestion enzymatique des constituants du caillé. C’est un processus biochimique complexe pour plusieurs raisons:
Ÿ D’une part le « fromage » issu de la coagulation et de l’égouttage du lait présente une grande hétérogénéité physicochimique.
Ÿ D’autre part les enzymes présentes à l’origine intervenant dans l’affinage ont plusieurs origines. - dans le lait (plasmine, lipase etc.)
- ajoutées au lait (enzyme coagulant, microorganisme)
- ou produites au cours de l’affinage par synthèse microbienne (bactéries, levure, moisissure)
Lors de l’affinage, les transformations modifient la pâte fromagère dans son aspect, dans sa composition, et dans sa consistance.
Simultanément se développent la saveur, l’arôme et la texture, entraînant la formation de multiples pâtes et croûtes.
B) Différentes pâtes à différentes croûtes
1/Pâtes molles
Les fromages à pâte molle sont des fromages de petits formats dont le caillé à dominance lactique est très peu divisé. L’affinage est rapide (quelques semaines). Dans les fabrications traditionnelles, le caillage était lent. Actuellement on tend de plus en plus à leur substituer une coagulation rapide du type présure s’adaptant bien à la mécanisation. On distingue les fromages :
· A croûte fleurie, ou à égouttage spontané développant des moisissures blanches à la surface. Suite aux études des scientifiques Mazé et Sansonetti, on a pris connaissance du fait qu’il se développe des microflores superficielle sur les fromages, très rapidement après égouttage, alors que le caillé acide est essentiellement peuplé de bactéries lactiques, la surface du fromage se couvre d’une flore acidophile formé de levures et de champignons. Au bout de dix jours le feutrage forme la couverture blanche uniforme, caractéristique des fromages à croûte fleurie. La flore de surface ne doit pas avoir trop d’oxygène, sinon elle se développe trop vite (jaunissement, goût de moisi, croûte trop épaisse etc.…)
Caractéristiques des croûtes fleuries :
Apparence et texture: croûte de couleur blanche et duveteuse; pâte d'un jaune clair; texture onctueuse et fondante.
Arôme: parfum léger de champignon.
Saveur: goût crémeux, sans amertume.
Propriétés: facile à tartiner; il a tendance à fondre rapidement; il se mélange bien à d'autres ingrédients.
Variétés: régulier; Double crème, certains sont Triple crème; d'autres sont aromatisés au poivre, aux fines herbes.
Exemples : Camembert, Brie, fleurmier, gorgonzola, la sauvagine, bleubry.
· A croûte lavée, à caillé divisé avant moulage, les croûtes généralement lavées favorisant le développement d’une flore bactérienne donnant une croûte gluante rougeâtre.
Exemples : Livarot, Maroilles, Epoisse.
Mis à part la Feta qui n’a pas de croûte, les fromages à pâte molle sont fabriqués selon un processus qui requiert doigté, patience et savoir-faire pour créer des fromages à pâte molle à croûte fleurie et des fromages à pâte molle à croûte lavée reconnus pour leurs grandes qualités et leur originalité. Par exemple, Le Saint Damase est le premier fromage à pâte molle à croûte mixte à être fabriqué au Canada. Sa croûte est fleurie et lavée.
Suite à la coagulation du lait, la pâte est égouttée, salée, découpée et moulée. La surface de la pâte est ensuite ensemencée de pénicillium candidum; c’est cette bactérie qui favorise le développement de la croûte blanche duveteuse que l'on nomme «fleur». D'ailleurs, la croûte est parfaitement comestible et fait autant partie de l'expérience gustative que la pâte. Elle ajoute à la saveur crémeuse des pâtes molles de précieuses nuances de goût. Il en va de même pour les fromages à pâte molle à croûte lavée.
Au cours de l'affinage, la pâte devient de plus en plus homogène, souple et molle. À maturité, toute la pâte est d'une couleur et d'une texture uniforme, sans avoir tendance à couler. Le fromage est alors à son meilleur.
· Autres types : caillé obtenu par coagulation présure et acquérant des caractères lactiques par la suite.
Exemple : Pont l’Evêque.
· Formes modernes ; caillé obtenu pas coagulation présure et développement de moisissures.
Exemple : Carré de l’Est.
· Pâtes solubilisées : lavage du caillé pour éviter une trop grande acidification.
2/Pâtes pressées
Le terme « à pâte pressée » se dit d'un fromage dont le caillé est pressé au moment du moulage afin d'éliminer le maximum de lactosérum (petit lait), puis laissé à l'affinage.
Demi cuite et non cuite :
Ce qui différencient ces deux sous-groupes de fromages, pâte demi-cuite et pâte non cuite, ce sont les quelques degrés de différences auxquels on soumet le caillé après découpage. Ce réchauffage a pour but de resserrer les grains de caillé, en définitive d’en extraire d’avantage de sérum, donc de lactose, ce qui aura un effet sur l’acidification de la pâte, l’extrait sec du produit fini en modifiera sa dureté d’affinage et , par la même, son goût.
Exemple : Cantal, Cheddar.
Cuite :
Les Fromages à pâte pressée cuite ou pâte dure, sont des fromages pour lesquels, après pressage, le caillé est chauffé à 65 °C puis laissé à l'affinage.
C’est durant l’affinage qu’aura lieu la fermentation propionique*, qui donne son goût caractéristique aux fromages a pâtes cuites.
Ce sont des fromages à pâte dure qui se subdivisent en :
1 fromages à râper : exemple : Grana, Parmesan.
2 Fromage à couteau : exemple : Emmental, Gruyère, Beaufort, Comté.
3/Pâtes persillées
Les fromages à pâte persillée sont des fromages dont les qualités organoleptiques particulières sont obtenues par le développement de moisissures « bleues » (Pencilum Glancum) dans toute la partie interne du fromage. On appelle également « Bleus » de tels fromages bien que la moisissure interne de ces fromages aille en générale, du gris verdâtre sombre au vert pâle.
Exemple : Bleu.
4/Pâtes fraîches
Ou fromage frais à caillé essentiellement lactique. Produit très humide ou périssable, n'est généralement pas ou très peu affiné.
Coagulation lente à partir du lait (24 à 30h) avec pas ou très peu de présure (2 à 5 mL par 100 Litre) à température basse. La pâte est généralement lissée et pour certaine spécialité on y incorpore des épices ou de la crème fraîche.
