Levure en vinification

En l'absence d'oxygène, les cellules de levure absorbent le pyruvate produit par la glycolyse et le réduisent en acétaldéhyde, lequel est ensuite réduit en « recharge » d'éthanol par les co-enzymes NAD + nécessaires aux divers processus métaboliques des levures.

Le rôle principal des levures est de convertir les sucres présents (à savoir le glucose) dans le moût de raisin en alcool. La levure accomplit cela en utilisant le glucose à travers une série de voies métaboliques qui, en présence d'oxygène, produisent non seulement de grandes quantités d'énergie pour la cellule, mais également de nombreux intermédiaires différents dont la cellule a besoin pour fonctionner. En l'absence d'oxygène (et parfois même en présence d'oxygène[4]), la cellule poursuivra certaines fonctions métaboliques (comme la glycolyse) mais s'appuiera sur d'autres voies telles que la réduction de l'acétaldéhyde en éthanol (fermentation) pour « recharger » les coenzymes nécessaire pour maintenir le métabolisme. C'est grâce à ce processus de fermentation que l'éthanol est libéré par les cellules de levure en tant que déchet. En fin de compte, si les cellules de levure sont en bonne santé et que la fermentation est apte à se terminer, tous les sucres fermentables seront utilisés par la levure, seule le pentose non fermentable laissant derrière lui une quantité négligeable de sucre résiduel[5].

Plus il y a de sucres dans les raisins, plus le taux d'alcool potentiel du vin est élevé[6]. Le processus complet produit un vin sec, sans sucres résiduels. On arrête parfois la fermentation plus tôt afin de laisser du sucre, et de la douceur dans le vin comme avec les vins liquoreux. Cela peut être réalisé en abaissant les températures de fermentation au point où la levure est inactive, en filtrant stérilement le vin pour éliminer la levure ou en la fortifiant avec de l'eau-de-vie ou des alcools neutres pour tuer les levures. Si la fermentation est involontairement bloquée, par exemple lorsque les levures ont épuisé les nutriments disponibles et que le vin n'a pas encore fini sa fermentation, c'est un arrêt de fermentation[3].

Si un Chardonnay a trop de notes « beurré » de diacétyle, les viticulteurs peuvent ajouter des levures fraîches au vin pour consommer le diacétyle et le réduire en 2,3-Butanediol ayant une odeur plus neutre.

Alors que la production d'alcool est le sous-produit le plus remarquable du métabolisme de la levure du point de vue de la vinification, il existe un certain nombre d'autres produits que les levures peuvent également influencer le vin résultant. Cela comprend le glycérol qui est produit lorsqu'un intermédiaire du cycle de glycolyse (dihydroxyacétone) est réduit pour « recharger » l'enzyme NADH nécessaire pour poursuivre d'autres activités métaboliques[5]. Ceci est généralement produit tôt dans le processus de fermentation avant que les mécanismes de réduction de l'acétaldéhyde en éthanol pour recharger le NADH deviennent le principal moyen de la cellule pour maintenir l'équilibre oxydoréducteur. Comme le glycérol contribue à augmenter le corps du vin et un goût légèrement sucré sans augmenter la teneur en alcool, certains viticulteurs tentent de favoriser intentionnellement les conditions favorisant la production de glycérol dans le vin. Cela comprend la sélection de souches de levure qui favorisent la production de glycérol (ou la fermentation de certaines levures indigènes comme Kloeckera et Metschnikowia), une exposition accrue à l'oxygène et l'aération ainsi qu'une fermentation à des températures plus élevées[4]. La production de glycérol est également encouragée si la plus grande partie de l'acétaldéhyde disponible n'est pas disponible en se liant aux molécules de bisulfite présentes dans le vin, mais nécessite une quantité importante de dioxyde de soufre (bien au-delà des limites légales) pour prolonger la production de glycérol au-delà de ces étapes de fermentation très naissantes[7].

Les autres sous-produits de la levure comprennent[3]^,[7]:

• Dioxyde de soufre - toutes les levures œnologiques produisent des sulfites à des concentrations variées (de quelques mg/L à plusieurs dizaines de mg/L)[8]^,[9].
• Méthanol - Causé par la déméthylation des pectines dans le moût par les enzymes de la levure. Plus communément trouvé dans les vins rouges que le blanc mais seulement en très petites quantités entre 20 et 200 mg/L.
• Huiles de Fusel - Formées par la décomposition d'acides aminés par la levure. Ceci inclut le 2,3-Butanediol qui est formé par le diacétyle consommant de la levure, le composé qui donne au Chardonnay et aux autres vins un arôme de beurre, le réduisant d'abord à l'acétoïne, puis au 2,3-Butanediol à odeur neutre. Beaucoup de vignerons avec un vin trop « beurré » vont souvent lancer des cultures de levure fraîche dans la cuve qui ne fermente plus, afin que les levures consomment le diacétyle et réduise l'arôme[10].
• Acide succinique - Comme le glycérol, il se forme souvent au début de la fermentation. Généralement trouvé dans des concentrations de 500–1200 mg/L, il s'agit d'un acide mineur dans l'acidité globale du vin.
• Acide acétique - Considéré comme un composant principal de l'acidité volatile qui peut rendre un vin déséquilibré et trop acide. Bien que l'acide acétique soit le principal acide volatil produit par les levures, des traces d'acide butyrique, d'acide formique et d'acide propionique peuvent également se former en fonction de la souche de levure. La plupart des pays ont des lois sur le vin fixant la limite légale de l'acidité volatile, généralement exprimée en acide acétique, à 1200-2000 mg/L. L'acide acétique peut également conduire au développement de l'acétate d'éthyle, qui se caractérise par une odeur de « dissolvant de vernis à ongles ». Cependant, de petites quantités d'acide acétique sont réellement bénéfiques pour la levure car elles les utilisent pour synthétiser des lipides dans la membrane cellulaire[3].

Les notes distinctives « aldéhydiques » des vins de Xérès sont dues à une levure spéciale originaire de la région viticole de Jerez.

• Acétaldéhyde - Bien que la plupart des produits à base d'acétaldéhyde soient réduits en éthanol ou liés à du dioxyde de soufre, des concentrations de 50 à 100 mg/L peuvent rester dans le vin. Les souches du voile de levure qui produisent le vin espagnol Xérès produiront des quantités plus élevées qui contribuent aux arômes « aldéhydiques » des Xérès. En présence d'oxygène, la levure peut reconvertir une partie de l'éthanol présent dans le vin en acétaldéhyde, créant ainsi des arômes oxydés[3].
• Sulfure d'hydrogène - Souvent produit par la levure pendant la fermentation en raison d'une carence en azote dans le moût. Cela peut être fait par une réduction des sulfates ou des sulfites disponibles dans le moût ou par la décomposition des cellules de levure mortes par d'autres levures qui libèrent des acides aminés contenant du soufre qui sont en outre décomposés par la levure. Ce dernier se produit souvent avec des vins qui sont en contact avec leurs lies pendant de longues périodes entre les soutirages. En présence d'alcool, le sulfure d'hydrogène peut réagir avec l'éthanol pour former des mercaptans éthyliques et des disulfures qui contribuent à éliminer les arômes et les défauts du vin. Certaines souches de levure commerciales, telles que Montrachet 522 sont connus pour produire des niveaux plus élevés de sulfures d’hydrogène que d’autres souches, en particulier si le moût présente des carences en nutriments[1].
• Acide pyruvique - Avec l’acétaldéhyde, ce composé peut réagir avec les anthocyanes extraites au contact des peaux de raisin pour créer un pigment coloré plus stable (pyranoanthocyanine) qui peut améliorer la couleur de certains vins rouges[3].
• Divers esters, cétones, lactones, phénols et acétals[6].

Les lies issues de la fermentation secondaire du vin mousseux sont visibles sur la face inférieure de la bouteille inspectée. Finalement, ce vin passera par le remuage afin de recueillir les lies dans le col, d'où elles seront enlevées avant le bouchage.

Lorsque les cellules de levure meurent, elles tombent au fond de la cuve de fermentation où elles se combinent avec des tartrates insolubles, des pépins de raisin, des fragments de peau et de pulpe pour former les lies. Pendant la fermentation, le premier soutirage important qui élimine la majeure partie des cellules de levure mortes est souvent désigné sous le nom de bourbes, par opposition aux moins grossières lies fines qui viennent que le vin continue à régler et à l'âge. Pendant le temps que le vin passe en contact avec les lies, un certain nombre de changements peuvent influer sur le vin en raison à la fois de l'autolyse (ou autodestruction) des cellules de levure mortes et par les conditions réductrices qui peuvent se développer si les lies ne sont pas aérées ou agitées (bâtonnage). La durée pendant laquelle le vin passe sur ses lies dépendra du style de vinification et du type de vin[11].

Le processus consistant à laisser le vin passer un certain temps au contact des lies a une longue histoire, car il est connu des Romains et décrit par Caton l'Ancien au II^e siècle av. J.-C. Aujourd'hui, cette pratique est largement associée à tous les vins rouges fermentés en fût, comme le Muscadet, le Champagne et le Chardonnay produits dans de nombreuses régions viticoles du monde entier. Typiquement, lorsque les vins sont mis en contact avec leurs lies, ils sont régulièrement brassés afin de libérer les mannoprotéines, les polysaccharides.et d'autres composés présents dans les parois et les membranes des cellules de levure. Cette agitation permet également d'éviter le développement de composés soufrés réducteurs tels que les mercaptans et le sulfure d'hydrogène qui peuvent apparaître si la couche de lies a plus de 10 cm d'épaisseur et reste inchangée pendant plus d'une semaine[11].

La plupart des bénéfices associés au contact entre les lies concernent l'influence sur le vin des mannoprotéines libérées lors de l'autolyse des cellules de levure. Composés principalement de mannose et de protéines, avec un peu de glucose, les mannoprotéines sont souvent liées à la paroi cellulaire de la levure par des composés aromatiques hydrophobes qui se volatilisent au fur et à mesure que la paroi cellulaire se décompose. Non seulement la libération de mannoprotéines apporte des modifications sensorielles au vin, mais elles peuvent contribuer à la stabilité des tartrates et des protéines, aider à améliorer le corps du vin et la sensation en bouche et diminuer la perception d'amertume et d'astringence des tanins[5].

La production de champagne et de nombreux vins mousseux nécessite une seconde fermentation dans la bouteille afin de produire la carbonatation nécessaire au style souhaité. Une petite quantité de liquide sucré est ajoutée aux bouteilles individuelles, et la levure peut convertir celle-ci en davantage d'alcool et de dioxyde de carbone. Les lies sont ensuite concentrées dans le goulot de la bouteille, congelées puis expulsées sous la pression du vin carbonaté.

Saccharomyces cerevisiae, vu sous un microscope DIC (Differential Interference Contrast).

Le genre de levure Saccharomyces (moule en sucre) est privilégié pour la vinification (tant pour les raisins que pour les autres vins de fruits, en plus d'être utilisé en brasserie et en panification) en raison des attributs généralement fiables et positifs qu'il peut apporter au vin. Ces levures fermentent généralement facilement le glucose, le sucrose et le raffinose et métabolisent le glucose, le saccharose, le raffinose, le maltose et l'éthanol. Cependant, Saccharomyces ne peut pas fermenter ou utiliser des pentoses (tels que l'arabinose) qui sont généralement présents en petite quantité dans les vins en tant que sucres résiduels[5].

Outre Saccharomyces cerevisiae, d'autres espèces du genre Saccharomyces impliquées dans la vinification comprennent[1]^,[3]^,[5]:

• Saccharomyces bayanus
• Saccharomyces beticus
• Saccharomyces fermentati
• Saccharomyces paradoxus
• Saccharomyces pastorianus
• Saccharomyces uvarum

Alors que certaines souches de levure peuvent influencer les caractéristiques sensorielles et les arômes du vin jeune, ces différences semblent disparaître avec le vieillissement du vin.

En 1996, Saccharomyces cerevisiae a été le premier organisme eucaryote unicellulaire dont la totalité du génome a été séquencé. Ce séquençage a permis de confirmer le travail de près d'un siècle réalisé par les mycologues et les œnologues pour identifier différentes souches de Saccharomyces cerevisiae utilisées dans la bière, le pain et la vinification. Aujourd'hui, plusieurs centaines de souches différentes de S. cerevisiae ont été identifiées[3].Toutes les souches ne conviennent pas à la vinification et même parmi les souches, les vignerons et les scientifiques s'interrogent sur l'ampleur réelle des variations entre les différentes souches et leur impact potentiel sur le vin[12]. Même parmi les variétés avec lesquelles on observe des différences sur les vins jeunes, celles-ci semblent disparaître et devenir moins distinctives à mesure que les vins vieillissent[6].

Parmi les différences notables entre les différentes souches, on peut citer la production de certaines faux-gouts et certains arômes qui peuvent être temporaires (mais qui produisent une « fermentation puante ») ou qui peuvent rester avec le vin et doivent être traités par d'autres moyens de vinification (tels que comme la présence de composés soufrés volatils comme l'hydrogène sulfuré) ou rendre un vin défectueux. Une autre différence rencontrée est la « vigueur » ou la vitesse de la fermentation (pouvant également être influencée par d’autres facteurs que la sélection des levures) avec certaines souches de levure ayant tendance à faire des « ferments rapides » tandis que d’autres peuvent prendre plus de temps[3].

Une autre différence moins mesurable qui fait l'objet de plus de débats et de questions sur la préférence des vignerons est l'influence de la sélection des souches sur les arômes variétaux des cépages tels que le Sauvignon blanc et le Sémillon. On pense que ces thiols peuvent être influencés par l'hydrolyse de certains composés liés à la cystéine par des enzymes plus répandues dans certaines souches. D'autres variétés aromatiques telles que le Gewürztraminer, le Riesling et le Muscat peuvent également être influencées par des souches de levure contenant des taux élevés des enzymes glycosidases capables de modifier les monoterpènes. De même, bien que potentiellement dans une moindre mesure, d'autres enzymes pourraient être influencées par les enzymes hydrolytiques agissant sur les composés aliphatiques, les norisoprénoïdes et le benzène tels que les polyphénols présents dans le moût[3].

Dans la production de vin mousseux certains vinificateurs sélectionnent des souches (comme les souches Épernay, du nom de la ville de la région Champenoise en France, et de Californie Champagne, également connu sous le nom UC-Davis souche 505) qui sont réputées pour bien floculer, ce qui permet d'enlever facilement les levures mortes par remuage et dégorgement. Dans la production des Xérès, le voile de levure à la surface du vin, appelé « flor », est utilisé pour créer le style distinctif des Xérès fino et Manzanilla et provient de différentes souches de Saccharomyces Cerevisiae[3], bien que la levure commerciale disponible pour l'inoculation soit souvent issue de différentes espèces de Saccharomyces, comme Saccharomyces beticus, Saccharomyces fermentati et Saccharomyces bayanus[1]^,[6]^,[12].

Préparer une culture de levure et refroidir progressivement la culture à la température du moût en ajoutant du vin.

Les levures cultivées en laboratoire sont souvent lyophilisées et conditionnées pour un usage commercial. Avant leur ajout au moût, ces levures doivent être réhydratées dans des « cultures de départ » qui doivent être surveillées avec soin (en particulier en ce qui concerne la température) pour s'assurer que les cellules de levure ne sont pas éliminées par hydrocution. Idéalement, les viticulteurs souhaitent ajouter suffisamment d'inoculum pour avoir une densité de population de cellules viables de 5 millions de cellules par millilitre. La quantité exacte de culture lyophilisée varie selon le fabricant et la souche de levure, mais elle est souvent d'environ 25 grammes pour 100 litres. Les vins qui pourraient présenter une fermentation potentiellement problématique (comme les vendanges tardives ou les vins botrytisés à teneur élevée en sucre) peuvent contenir davantage de levure[12].

De même, les procédures de réhydratation varieront également en fonction du fabricant et de la cave. La levure est souvent inoculée dans un volume d'eau ou de moût de raisin qui représente 5 à 10 fois le poids des levures sèches. Ce liquide est souvent amené à la température de 40 °C avant l'introduction des levures (bien que certaines souches de levures puissent avoir besoin d'une température inférieure à 38 °C[1]) pour permettre aux cellules de se disperser facilement plutôt que de s'agglomérer et de couler au fond du conteneur. L'activation thermique permet également aux cellules de rétablir rapidement leur barrière membranaire avant que les composants cytoplasmiques solubles ne s'échappent de la cellule. La réhydratation à des températures plus basses peut grandement réduire la viabilité des levures avec jusqu'à 60 % de mort cellulaire si la levure est réhydratée à 15 °C. La culture est ensuite agitée et aérée pour incorporer de l'oxygène dans la culture que la levure utilise dans la synthèse des « facteurs de survie » nécessaires[12].

La température de la culture de départ est alors lentement réduite, souvent par l'ajout graduel de moût pour se situer entre 5 et 10 °C du moût auquel la culture sera ajoutée. Ceci est fait pour éviter l'hydrocution soudaine que les cellules de levure peuvent éprouver si la culture de départ était ajoutée directement au moût lui-même et qui peut tuer jusqu'à 60 % de la culture. De plus, les cellules survivantes exposées au choc thermique ont tendance à subir une augmentation de la production de sulfure d'hydrogène[12].

Les levures sont des anaérobies facultatifs, ce qui signifie qu'elles peuvent exister à la fois en présence et en l'absence d'oxygène. Alors que la fermentation est traditionnellement considérée comme un processus anaérobie effectué en l'absence d'oxygène, l'exposition précoce de la levure à l'oxygène peut être un élément essentiel à la réussite de cette fermentation. En effet, l'oxygène joue un rôle important dans la synthèse des « facteurs de survie » cellulaires tels que l'ergostérol et le lanostérol. Ces stérols jouent un rôle important dans le maintien de la perméabilité sélective de la membrane cellulaire de la levure, qui devient critique lorsque la levure est exposée à une pression osmotique croissante et aux niveaux d'alcool dans le vin. En tant que déchet de son propre métabolisme, l'alcool est en fait très toxique pour les cellules de levure. Les levures présentant de faibles facteurs de survie et dépourvues de stérols peuvent succomber à ces conditions avant de faire fermenter le vin et laissant la fermentation bloquée[5].

Les levures de culture lyophilisées et disponibles pour l'inoculation du moût de vin sont délibérément cultivées dans des laboratoires commerciaux dans des conditions de forte teneur en oxygène / faible teneur en sucre qui favorisent le développement des facteurs de survie. Une des raisons pour lesquelles certains viticulteurs préfèrent utiliser des levures inoculées est la prévisibilité de la fermentation en raison du niveau élevé de facteurs de survie que les levures cultivées sont assurées d’avoir sans nécessairement exposer le vin à des niveaux supplémentaires d’oxygène. Les viticulteurs utilisant des levures « ambiantes » résidant dans leur établissement vinicole peuvent ne pas avoir la même assurance quant aux facteurs de survie et peuvent devoir compenser avec d'autres techniques de vinification[5].

Les levures indigènes non-Saccharomyces ont souvent besoin d'une exposition beaucoup plus importante à l'oxygène pour développer des facteurs de survie. C'est pourquoi beaucoup de ces levures vivent souvent en oxydation sous forme de voile à la surface des cuves[5].

Alors que certaines régions viticoles voient l'influence de Brettanomyces sur le vin, en quantité limitée, comme une complexité supplémentaire, de nombreux viticulteurs considèrent la présence d'espèces de Brettanomyces telles que Brettanomyces bruxellensis (photo) comme un aspect négatif à contrôler.

La levure de vin Brettanomyces (ou « Brett ») produit des composés aromatiques très distinctifs, le 4-Ethylphenol (4-EP) et le 4-Ethylguaiacol (4-EG), qui peuvent donner au vin des odeurs de « basse-cour », de « selle mouillée » ou de « pansement ». Pour certains viticulteurs et avec certains styles de vin (comme le pinot noir de Bourgogne), une quantité limitée de ces composés peut être considérée comme un aspect positif ajoutant de la complexité au vin[5]. Pour les autres vignerons et les autres styles de vin (comme le riesling de la Moselle), la présence de tout Brett sera considérée comme une faute[15]. Les mouches des fruits sont un vecteur commun dans le transfert de Brettanomyces entre les fûts et même avec les vignobles à proximité[12].

En tant que levure de fermentation, les Brettanomyces peuvent généralement faire fermenter un vin jusqu'à 10-11 % d'alcool avant leur disparition. Parfois, les Brettanomyces déjà présents dans un vin inoculé avec Saccharomyces cerevisiae rivalisent avec la souche Saccharomyces et même l'inhibent en raison des niveaux élevés d'acide acétique, d'acide décanoïque et d'acide octanoïque que de nombreuses souches de Brettanomyces peuvent produire[12].

Une fois que les Brettanomyces sont dans un établissement vinicole, il est très difficile de le contrôler même avec une hygiène stricte et la mise au rebut des fûts et des équipements qui étaient auparavant en contact avec le vin. En effet, de nombreuses espèces de Brettanomyces peuvent utiliser une grande variété de sources de carbone dans le vin et le moût de raisin, y compris l’éthanol, pour le métabolisme. De plus, les Brettanomyces peuvent produire une large gamme de sous-produits qui peuvent influencer le vin au-delà des seuls composés 4-EP et 4-EG mentionnés précédemment[5]. Beaucoup de ces composés, tels que les « empreintes » des 4-EP et 4-EG, resteront dans le vin même après la mort des cellules de levure et seront éliminés par soutirage et filtration stérile[12].