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Comment transformer du raisin en vin ?

Dossier - La chimie du vin
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Le raisin est le fruit de la vigne, arbrisseau grimpant dont une variété seulement est cultivée. Découvrez tout de la chimie du vin dans ce dossier.

  
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Voici les différentes étapes pour transformer du raisin en vin pas à pas.

Comment transformer du raisin en vin ? © Yuliia Mazurkevych, Shutterstock

Limpidité du vin

La limpidité est un facteur de qualité très important. En effet, un vin troublé ou présentant des dépôts fait mauvais effet, visuellement en tout cas. Pendant longtemps, les questions de limpidité du vin n'étaient pas maîtrisées et le trouble de certains vins était considéré comme une fatalité. Aujourd'hui, les recherches scientifiques effectuées sur le vin ont permis de trouver des méthodes afin d'assurer une limpidité stable au vin.

(Les problèmes de troubles du vin et leurs résolutions sont liés aux colloïdes, c'est à dire aux petits agrégats de molécules de molécules en suspension dans le vin).

Les mécanismes de trouble des vins débutent par des mécanismes chimiques comme l'oxydation du fer, la réduction du cuivre ou encore la modification des protéines par le tanin ou une température élevée. Les corps alors formés restent d'abord en suspension dans le vin. Ils floculent par la suite à cause de divers facteurs. Ainsi, les troubles du vin proviennent de la floculation de colloïdes. L'élimination des précipités du vin demande beaucoup de précision et d'habilité car il ne fait pas faire d'actions trop brutales qui affecteraient la qualité du vin.

L’alcool est une classe de produits chimiques, il en existe donc plusieurs types. Qu'il soit destiné à être consommé comme boisson ou utilisé comme produit industriel, sa fabrication est différente. Unisciel et l’université de Lille 1 nous expliquent, avec le programme Kézako, les différents procédés. © Unisciel

Le soutirage pour clarifier le vin

Le soutirage est utilisé fréquemment. Il s'agit de séparer le vin clair de ses dépôts et lies. Pour ce faire, on transvase le vin d'un fût à un autre en évitant de prendre les dépôts avec. Ce procédé est en fait une sorte de décantation.

Pour favoriser la précipitation des particules indésirables, on utilise un procédé appelé « collage ». Il s'agit d'ajouter des « colles » diverses, chargées positivement qui floculent avec le tanin, de charge négative. On peut utiliser comme colles du sang de bœuf défibriné, de la caséine, de la gélatine, de la colle de poisson (pour les vins blancs) ou du blanc d'œuf frais (utilisé pour les vins fins). En ce qui concerne le fer et le cuivre qui peuvent se trouver accidentellement dans le vin, il est possible de les éliminer en introduisant du ferrocyanure de potassium qui forme alors les composés insolubles suivants :

La dernière étape pour clarifier le vin est la filtration. Il s'agit de faire passer le vin à travers des filtres. Les dépôts et les ferments indésirables se déposent alors et sont éliminés du vin.

Sulfitage

Le gaz sulfureux ou anhydride sulfureux (SO2) est employé depuis longtemps dans la vinification. C'est un antiseptique très efficace. Il tue les bactéries, les divers champignons et les germes de maladies du vin. Il a également une action bénéfique sur le moût. En effet, un moût traité est plus riche en alcool, en saveur et en couleur. Ainsi, l'anhydride sulfureux est très utile car en éliminant les levures, il évite une fermentation secondaire en bouteille et permet d'arrêter la fermentation quand le vigneron le désire. Toutefois un excès d'anhydride sulfureux provenant de la main trop lourde d'un vigneron se perçoit désagréablement au nez et au palais, provoque des maux de tête et donne même parfois naissance à un goût d'œuf pourri provoqué par l'hydrogène sulfuré (H2S).

Le souffre peut également être ajouté sous forme d'acide sulfureux (H2SO3), de bisulfite de potassium (KHSO3) ou encore de métabisulfite (K2S2O5).

Actions des micro-organismes : la fermentation

Les différentes fermentations subies par le vin sont le résultat de micro-organismes. Ce sont soit des bactéries soit des levures ou encore des champignons. Certains de ces microorganismes sont déjà présents dans le raisin. Toutefois, la plupart sont rajoutés lors de la vinification. Ceci permet de sélectionner les organismes les plus efficaces. Les champignons agissent lors de la maturation du raisin principalement. Ils sont toutefois également effectifs pendant la vinification et lors du vieillissement.

Les levures sont utilisées pour la fermentation alcoolique et les bactéries pour la fermentation malolactique. Toutefois, ces organismes, utilisent certains éléments pour vivre et croître, les transformant ainsi en d'autres éléments. Les réactions transformant les composés chimiques ont lieu par l'intermédiaire d'enzymes sécrétées par les organismes microscopiques. Il y a donc beaucoup de processus dont les organismes sont la cause. Nous allons essayer de décrire les principaux.

Les transformations chimiques du raisin se font par Botrytis cinerea, une moisissure. Il agit sur les grains de raisin pendant leur maturation.

Formation d'acide citrique

Botytris cinerea forme de l'acide citrique par oxydation des sucres. C'est d'ailleurs une des formes les plus courantes du catabolisme des champignons, liée aux phénomènes respiratoires, conséquence de l'universalité du cycle tricarboxylique.

L'équation globale de la formation de l'acide citrique par oxydation des sucres est la suivante :

2 C6H12O6 + 3 O2 => 2 C6H8O+ 4 H2O

Comme dans la fermentation alcoolique, le premier stade de cette oxydation aboutit, à partir des triosephosphates, à l'acide pyruvique. D'après le cycle de Krebs, l'acide citrique provient de la condensation de l'acide pyruvique et de l'acide oxaloacétique :

2 COOH-CO-CH2-COOH + 2 CH3-CO-COOH + O2 => 2 COOH-CH2-COH(COOH)-CH2-COOH + CO2

L'acide oxaloacétique proviendrait lui-même de la carboxylation directe de l'acide pyruvique :

CH3-CO-COOH + CO2 => COOH-CH2-CO-COOH

Formation d'acide gluconique

Botrytis cinerea est capable, par l'intermédiaire d'une enzyme, la glucose-oxydase, de former de l'acide gluconique à partir de glucose. Cet acide provient de la fonction aldéhyde du glucose :

2 CH2OH-(CHOH)4-CHO + O2 => 2 CH2OH-(CHOH)4-COOH

Glycolyse

Il s'agit de la dégradation du glucose (ou éventuellement de fructose) en acide pyruvique dans les cellules. Ces réactions ont lieu en anaérobiose lors de vinifications ; réalisées en aérobiose, il s'agit de la respiration cellulaire.

Le premier acte de cet réaction est la formation d'esters phosphoriques des sucres, phénomène général dans les mécanismes biochimiques, qui s'interprète par des raisons énergétiques ; en effet, les molécules de phosphate peuvent donner avec certains radicaux organiques des liaisons riches en énergie et leur transfert d'une molécule sur une autre s'accompagne alors de transfert d'énergie.

Il y a ensuite rupture du fructose-1,6 diphosphate, qui possède un cycle furanique à 5 chaînons peu stable. Cette rupture conduit à deux trioses isomères, en équilibre l'un par rapport à l'autre avec 96,5 % de dihydroxyacétone et 3,5 % de glycéraldéhyde-3 phosphate. Mais seul le second intervient dans les réactions ultérieurs et l'équilibre est continuellement déplacé en sa faveur.

Après cela, le glycéraldéhyde-3 phosphate est transformé en acide pyruvique. Cette réaction comprend l'oxydation en acide après hydratation, l'isomérisation par transfert du groupement phosphate, la déshydratation d'une fonction alcool en alcène qui est lui-même la forme de l'acide pyruvique.

Ainsi, à partir de glucose (ou fructose), on obtient de l'acide pyruvique qui intervient dans la fermentation alcoolique et la fermentation malolactique.

Fermentation alcoolique

La fermentation est le processus qui permet au raisin de devenir du vin. Cette transformation se fait à l'aide de levures, Saccharomyces cerevisiae ellipsoidus ou " levures de bière de forme ellipsoïde ", qui transforment en alcool et en gaz carbonique le sucre contenu dans le moût. Ceci se fait selon l'équation de Gay-Lussac, ci-dessous :

C6H12O=> 2 C2H5OH + 2 CO2
glucose => alcool éthylique + gaz carbonique

Toutefois, il y a également d'autres éléments qui apparaissent au cours de la fermentation alcoolique comme le glycérol, des acides succiniques ou encore des acides volatiles pour ne citer que les principaux. En fait, en analysant plus profondément, la fermentation alcoolique est très complexe. La fermentation a lieu, dans tous les cas, en anaérobiose. En effet, en présence d'oxygène, ce serait la respiration cellulaire normale qui se produirait. Il y a tout d'abord un phénomène appelé glycolyse qui a lieu. C'est le premier acte de la fermentation alcoolique.

L'acide pyruvique qui est alors apparu est décarboxylé sous forme d'aldéhyde acétique (ou acétaldéhyde ou éthanal), lui-même réduit en alcool éthylique. Cette réaction est réalisée par la forme réduite du NAD qui apparaît au cours de l'oxydation du glycéraldéhyde-3 phosphate. Les deux réactions correspondantes sont donc couplées ; elles constituent une oxydoréduction. On comprend alors la nécessité de la rédooxydation de NADH; s'il n'en était pas ainsi, la glycolyse dès que tout le NAD présent dans la cellule aurait été réduit.

Le bilan énergétique de la fermentation alcoolique est identique à celui de la glycolyse, soit 2 ATP formés pour une molécule de sucre dégradée. Le bilan de la fermentation de la levure s'écrit :

C6H12O6+ 2 ADP + 2 H3PO4 => 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

Sur le plan énergétique, la variation d'énergie libre de la transformation chimique d'une molécule de glucose en CO2 et éthanol est de -40 kcal ; l'énergie de formation d'une liaison ATP étant de 7,3 kcal, sur les 40 kcal libérés 14,6 sont utilisés par les cellules de levure pour assurer leurs fonctions vitales, en particulier leur multiplication. La différence, soit 25,4 kcal, est libérée sous forme de chaleur et provoque l'échauffement des cuves de vinification. C'est pour cela que les vignerons doivent utiliser des dispositifs de refroidissement lors de la fermentation alcoolique. En effet, une température excessive peut provoquer une perte des arômes du vin ou encore, plus simplement, l'arrêt de la fermentation car les levures sécrètent, au-dessus de 32°, des toxiques qu'elles ne supportent pas.

Comme décrit plus haut, de nombreux éléments secondaires sont issus de l'intervention des levures. Ainsi, la fermentation de 180 g de sucres de raisin donne les produits suivants :

  • gaz carbonique CO2 83,6 g
  • alcool éthylique CH3-CH2OH 87,4 g
  • alcools supérieurs 0,4 g
  • glycérol CH2OH-CHOH-CH2OH 6 g
  • 2,3-butanediol CH3-CHOH-CHOH-CH3 0,5 g
  • acide succinique COOH-CH2-CH2-COOH 0,8 g
  • acide lactique CH3CHOH-COOH 0,3 g
  • acétaldéhyde CH3-CHO 0,1 g
  • cellules de levures 1 g

Le moût de raisin contient entre 150 et 250 g/l de sucres fermentescibles. Le degré d'alcool se détermine comme cela ; 1° d'alcool pour 17 g/l de sucres pour les vins blancs et 1° pour 18 g/l pour les vins rouges. Ainsi, un moût contenant 150 g/l de sucres donnera un vin ayant un taux d'alcool d'environ 8°. A l'opposé, d'un moût contenant 250 g/l de sucres résultera un vin titrant à environ 14°. Pour cette raison, un vin ne dépassera naturellement jamais les 14° voire les 15° au maximum. Les vins dépassant ce degré d'alcool sont donc obtenus par ajout d'alcool.

La fermentation est un phénomène utilisé depuis très longtemps. Il a toutefois fallu attendre 1857 pour que Pasteur démontre que la fermentation était due à des organismes vivants (les levures) et non simplement à la volonté de Dieu.

Formations d'alcools supérieurs

Le jus de raisin contient environ 2 g/l de substances azotées constituées principalement par des acides aminés et des protéines. Elles sont utilisées en partie pour la croissance des levures. Pendant leur croissance, ces dernières produisent un remaniement profond des acides aminés qui se produit par la production d'alcools supérieurs. Nous allons donner comme exemple de biosynthèse des alcools supérieurs à partir d'acides aminés, la formation de tyrosol à partir de tyrosine :

La biosynthèse de certains alcools supérieurs se fait toutefois sans l'intervention d'acides aminés. Voici comme exemple le processus de formation d'alcool n-propylique ou propanol-1 :

Il résulte donc de l'intervention des organismes la présence d'alcools supérieurs dans le vin. Certains de ces alcools sont perceptibles et peuvent donc influencer le goût du vin. La production d'alcools supérieurs dépend de la souche de levure et des conditions de milieux et d'aération.

Formation de glycérol

Il se produit ce qu'on appelle la fermentation glycéropyruvique. Il s'agit de la dégradation de sucres en acide pyruvique et en glycérol. L'équation s'écrit alors :

C6H12O6 => CH2OH-CHOH-CH2OH + CH3-CO-COOH

Le sucre se décompose tout d'abord en glycéraldéhyde-3 phosphate et en dihydroxyacétone phosphate. La glycéraldéhyde-3 phosphate se transforme ensuite en acide phospho-3 glycérique puis, par glycolyse, en acide pyruvique. Le dihydroxyacétone phosphate, quant à lui, se transforme en glycéro-3 phosphate puis en glycérol selon l'équation suivante (lors de cette transformation, des molécules de H2O se transforment en H3PO4).

Formation de corps secondaires

Comme décrit auparavant, il y a de nombreux corps secondaires qui se forment lors de la fermentation. Nous allons ici présenter de façon simplifiée la formation de certains de ces corps, soit de l'acide succinique et du butanediol-2,3

Formation d'acide succinique :

5 CH3-CHO + 2 H2O => COOH-CH2-CH2-COOH + 3 CH3-CH2OH

Formation de butanediol-2,3 :

CH3-CHO + CH3CH2OH => CH3-CHOH-CHOH-CH3

Ces deux corps sont donc formés à partir d'éthanal ou acétaldéhyde. Ces équations décrivent globalement la formation des produits secondaires mais ne tiennent toutefois pas compte des produits intermédiaires.

Fermentation malolactique

Il s'agit de la dégradation de l'acide malique en acide lactique et en gaz carbonique sous l'action de bactéries spéciales. Cette fermentation a donc pour résultat la désacidification biologique du vin, puisque le taux d'acide malique se trouve réduit. Ainsi, ce processus, s'il est bien contrôlé, est utile pour les vins verts, c'est à dire les vins provenant de vendanges pas suffisamment mûres qui contiennent donc un taux d'acide trop élevé, comme en Suisse ou en Alsace. On en profite même pour mettre certains vins en bouteille juste après le phénomène afin qu'ils gardent conservent un très léger pétillement dû au gaz carbonique (Gaillac perlé, Crépy, vins du Valais, vins verts du Portugal). Cette fermentation malolactique sert également à stabiliser le vin. Après la fermentation principale, lorsque les sucres ont disparu, l'acide malique restant est le principal facteur d'instabilité car il peut être fermenté par les bactéries. C'est pour cette raison qu'on cherche à provoquer cette fermentation avant la commercialisation du vin. Cette opération n'est toutefois pas utilisée partout de façon volontaire. En effet, effectuée sur un vin ayant une acidité normale, elle serait nuisible au bouquet. D'autre part, le vigneron doit faire attention à ce que cette fermentation ne fasse pas naître dans le vin une saveur d'acide lactique qui serait perceptible lors de la dégustation.

Globalement, l'équation chimique pourrait s'écrire comme suit :

COOH-CH2-CHOH-COOH => CO+ CH3-CHOH-COOH

Acide malique acide lactique

Mais en réalité les mécanismes biochimiques qui interviennent dans cette transformation ne sont pas définitivement élucidés. On connaît depuis longtemps deux enzymes, la malicodéshydrogénase et l'enzyme malique, qui possèdent la propriété de dégrader l'acide malique.

Si l'intervention dans la fermentation malolactique , de la malicodéshydrogénase a toujours été exclue, on a supposé pendant longtemps que l'enzyme malique était impliquée dans cette fermentation, ce qui suppose le passage par l'acide pyruvique et l'intervention de la lacticodéshydrogénase puisque cette enzyme malique assure exclusivement la transformation de l'acide malique en acide pyruvique. Etudiant cette question, Peynaud et Lafon-Lafourcade (1970) ont fait remarquer que les bactéries lactiques du vin possèdent le plus généralement les deux lacticodéshydrogénases puisque, dans la fermentation des sucres, elles sont capables de réduire l'acide pyruvique simultanément en acides D (-) lactique et L (+) lactique. Or la fermentation malolactique conduit exclusivement à l'acide L (+) lactique ; ces faits indiquent que l'acide pyruvique n'est pas un intermédiaire ou tout au moins que les lacticodéshyrogénases ne sont pas impliquées dans la fermentation malolactique, ce n'est donc pas cette enzyme malique qui est responsable de la fermentation malolactique.

Plus récemment, il a été démontré l'existence d'une autre enzyme agissant dans cette réaction (Lonvaud 1975). Cette enzyme étant hélas moins bien connue, il ne nous a pas été possible de trouver une formule ni un autre nom que enzyme malolactique.

Cette enzyme est très active en milieu acide est n'est pas inhibée en présence d'une grande quantité de glucose. Elle transforme directement l'acide malique en acide lactique. Les étapes intermédiaires éventuelles ne sont actuellement pas connues. Il est possible qu'il s'agisse d'une simple décarboxylation, bien que ce soit une réaction peu fréquente en biochimie à partir d'un acide hydroxylé. Il a également été formulé comme hypothèse (Ribereau-Gayon, Peynaud et Sudraud 1975) que l'acide pyruvique est un intermédiaire mais qu'il reste fixé sur la surface protéinique de l'enzyme où il est réduit en acide lactique par l'enzyme malolactique elle-même. La non-intervention des lacticodéshydrogénases serait donc expliquée ainsi que la stéréospécificité de la réaction, donc la production exclusive d'acide L(+) lactique.

On sait que la réaction de transformation de l'acide malique en acide lactique ne libère pas d'énergie utilisable chimiquement. Elle ne sert donc aux cellules bactériennes ni à la croissance ni à la reproduction. Ce n'est donc pas une véritable fermentation. Cette réaction ne peut donc être expliquée qu'en admettant l'utilisation d'autres éléments du vin par les bactéries.

Dégradation de l'acide citrique

Les bactéries lactiques dégradent l'acide citrique en formant de l'acidité volatile. Cette dégradation se fait souvent en accompagnement de la fermentation malolactique.

Une molécule d'acide citrique donne 1,2 à 1,5 molécules d'acide acétique, une très petite quantité d'acide lactique et 0,2 à 0,3 molécule de corps acétoïniques (butanediol-2,3 et acétoïne). Le mécanisme commence par la rupture de l'acide citrique en acide oxaloacétique et acide acétique. Le premier est ensuite décarboxylé en acide pyruvique qui est lui-même à l'origine de l'acide lactique d'une part et des corps acétoïniques d'autre part. Cet acide pyruvique peut former également de l'acide acétique, par l'intermédiaire de l'acétylcoenzyme, avec production d'une molécule de CO2 ou éventuellement d'acide formique.