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

Evolution of the pH during the alcoholic fermentation of grapes musts : modelisation and metabolic interpretation

• Auteur / Autrice : Huberson Akin
• Direction : Xuân-Mi Meyer, Pierre Strehaiano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

pH

Fermentation

Vinification

Résumé

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

This work presents an analysis and a metabolic interpretation of the evolution of the pH during grape must alcoholic fermentation by Saccharomyces cerevisiae. The changes in the composition of the medium during fermentation are not enough to explain the variations of the pH observed in experiments. If the influence of the metabolism of ammoniac on the pH is well developed in the literature, the results are more dubious concerning the assimilation of the amino acids. In order to discriminate various assumptions, a model of pH calculation was developed. The pH is calculated by the resolution of a system of nonlinear algebraic equations consisted of the mass balances, chemical equilibriums and electro neutrality equation. The constant of dissociation of the organic acids is a function of alcohol and the temperature. The average activity coefficients are determined by the Debye-Hückel law. An original formulation based on the concept of invariants of reaction made it possible to facilitate the initialization of the system. The model was validated on perfectly controlled synthetic mediums. The application of the model to fermentation media whose the nitrogen source is made up only of ammoniac gave very satisfactory results. It made it possible to explain the pH decrease observed by the assimilation of the nitrogen source. Once the exhausted nitrogen source, the increase in pH is directly related to the production of alcohol. The organic acids produced during fermentation exert only a very weak influence on the evolution of the pH. The use of the model made it possible to invalidate two assumptions concerning the impact of the assimilation of the amino acids on the pH. The most probable assumption is that the assimilation of the molecules of acids amino charged positively led to the emission of protons in the cellular extra medium