Le levain naturel (ou levain sauvage ou indigène) est une flore microbienne destinée à produire une fermentation dans laquelle interagissent principalement des bactéries lactiques, majoritaires, ainsi que des levures et moisissuresPrakash Tamang J., Kailasapathy K. Fermented foods and beverages of the world. CRC Press. United States of America: Taylor & Francis Group, 2010, 445 p. Gerber P., Demarigny Y. Usefulness of natural starters in food technology. Food and Nutrition Sciences. 2014, 18 p.. La sélection de ces ensembles de microorganismes, adaptés à diverses fermentations, fait appel à des processus de fabrication.
Les aliments fermentés sont produits à partir de flores fermentaires sauvages ou de cultures de levains. Ce sont donc des structures vivantes, dynamiques, en perpétuelle évolution.
Définition Un levain naturel est un écosystème microbien, essentiellement lactique, sélectionné par repiquage et permettant la fermentation de la matière première à laquelle il est ajouté.
Selon Leroy et De Vuyst (2004), tout levain est « un ensemble microbien formé de nombreuses cellules appartenant au moins à une espèce ou à un genre, qui, ajouté à une matière première alimentaire, doit permettre l’obtention d’un produit fermenté en orientant et en accélérant son processus de fermentation Dalmasso M. Étude de l’influence du repiquage sur la complexité des lactosérums levains. Application aux modèles fromagers de type pâte pressée non cuite et de type mixte à dominante lactique. Thèse en biologie appliquée. Lyon : Université de Savoie, 2009,294 p .» Un levain naturel répond donc bien à cette définition.
Origine La flore microbienne constitutive des levains naturels dépend de quatre sources ou facteurs principaux : Les matières premières entrant dans la composition du produit. Un écosystème microbien sauvage est naturellement présent sur et dans les matières premières utilisées pour la fabrication du produit fermenté. Celui-ci va évoluer du fait des fabrications successives, et la sélection des microorganismes les plus adaptés au milieu de culture va s’opérer, L’environnement de travail dans lequel s’organise la production (air, hygiène des opérateurs, matériels), Le processus de fabrication utilisé (technologie, conditions : température, mais aussi savoir-faire), Les apports exogènes (levains commerciaux par exemple).
La flore microbienne à l’origine de fermentations est donc pour partie naturellement présente dans l’environnement. Les levains sauvages peuvent être présents dans l'air, le sol, l'eau, les produits d'origine animale ou végétale (plantes, peaux animales) et le tractus digestif animalJay J.M., Loessner M.J., Golden D.A. Modern food microbiology. Seventh edition. United States of America: Springer Science, 2005, 782 p. Scott R. Fermentation ecosystems. In: Handbook of Animal-Based Fermented Food and Beverage Technology. Second Edition. CRC Press, 2012, 153-162 p. . De manière positive, le terme de contamination peut ici être utilisé afin de qualifier l'enrichissement et la diversification de la flore microbienne en question.
Principe Selon Boddy et Wimpenny, une population microbienne se compose uniquement de microorganismes de mêmes espèces. Si plusieurs espèces de microorganismes sont en présence, l'ensemble sera désigné sous le terme de communauté Boddy L, Wimpenny JWT. Ecological concepts in food microbiology. Journal of Applied Bacteriology Symposium Supplement, 1992, 73: 23S-38S .
La communauté microbienne constitutive des levains naturels va se développer dans un environnement physico-chimique spécifique caractéristique d’un produit (température, pH, etc.). La croissance de microorganismes induit une variation des caractéristiques du milieu en présence. Ainsi, ce dernier va évoluer et entraîner un développement successif de différentes populations microbiennes, elles-mêmes capables de s’adapter et d’évoluer selon les modifications de l’environnement et ce, jusqu’à l’obtention d’un climax.
Une forte compétition pour la survie de chaque microorganisme s’instaure au fil du temps. Mais l’action de la communauté des levains naturels est bien plus efficace que l’acte individuel d’un microbe seul, qu’il soit indésirable ou non. Ce sont les nombreuses interactions entre les différentes populations en présence et le milieu d'accueil qui vont permettre la prolongation et l’adaptation du levain naturel Demarigny Y. Les écosystèmes microbiens fromagers. PhD dissertation, 2013, UCBL1, Lyon.
Ainsi, en plus d’assurer la conservation du produit dans le temps, les levains naturels exercent également une bioprotection contre les microorganismes indésirables (pathogènes ou flores d’altération) pour l’homme via la compétition pour l'accès aux ressources présentes dans le milieu (effet barrière), et/ou la production de composés antimicrobiens ou inhibiteurs tels que des bactériocines et des acides organiques Demarigny Y. Fermented food products made with vegetable materials from tropical and warm countries: microbial and technological considerations. International journal of food science and technology, 2012, 47, 2469-2476, 8p . La population constitutive des levains naturels va pouvoir survivre à des conditions de milieu difficile et à des attaques de phages.
Malgré leur utilisation fréquente dans de nombreuses technologies, les interactions métaboliques, génétiques et nutritionnelles au sein de cette flore microbienne très complexe et leurs impacts sur les produits soulèvent encore de nombreuses questions. Il est ainsi impossible de prévoir leur évolution et a fortiori de la contrôler et l’orienter. De plus, la complexité qualitative et quantitative (entre 8 et 9 log(ufc)/ml) des microorganismes en présence complique l'étude approfondie de cet écosystème microbien. Pour son analyse, il faudrait prendre en compte l'interrelation des microorganismes entre eux, les conditions du milieu qui influencent leur développement et donc l'évolution constante de cet écosystème.
Propriétés Depuis plusieurs siècles, les levains naturels sont utilisés dans l’élaboration de produits alimentaires fermentés. Selon Steinkraus, cinq propriétés liées à la fermentation permettent d’expliquer leur utilisation massive Steinkraus, K.H. Fermentation in world food processing. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2002, 1, 23-31 p. :
La conservation des produits au fil du temps : protection de la matière première grâce à l'acidification ou l’alcoolisation du milieu à la suite d'une diminution du pH entraînée par la production d’acide organique (acide lactique ou acétique)- beaucoup plus bactéricides que les acides forts - et à une diminution du potentiel Rédox. De plus, le nombre important de microorganismes en présence empêche l’installation de flores indésirables via la compétition pour les ressources et la production de composés antimicrobiens (eau oxygénée, bactériocine) : c’est l’effet barrière (« hurdle concept ») Montel M.C, Bouton Y., Parguel P. Ecosystèmes des laits et des fromages au lait cru – enjeux pour leur maîtrise. Rencontres Recherches Ruminants, 2012, 19, 8p.,
La détoxification de certains composés inconsommables sans fermentation, L’enrichissement de la qualité nutritionnelle : à partir d’une matière première peu différenciée, la fermentation va permettre l’obtention d’un produit aux caractéristiques propres, améliorées, L’amélioration et l’innovation par exemple des propriétés organoleptiques des produits, La réduction du temps de préparation des plats : la fermentation est un premier travail sur le produit. L’aliment est plus digeste et protégé.
De plus, selon Fournier, trois dimensions sont associées aux produits fermentésMontel M.C, Bonnemaire J., Beranger C. Les fermentations au service des produits du terroir. Édition 2006. INRA, 2006, 312p. (Un point sur…). :
Une dimension esthétique : changement d’état du produit (un liquide est transformé en solide par exemple), Une dimension magique (sic) : détoxification de l’aliment, Une dimension nutritionnelle : capacité d’un produit à être amélioré et enrichi afin de satisfaire les besoins d’une population.
Paramètres influençant le développement des levains Les paramètres intrinsèques qui affectent le développement des microorganismes sont les suivants : pH Potentiel d’oxydo-réduction Structure de la matière/aliment (liquide ou solide, homogène ou hétérogène) Présence éventuelle de composés antimicrobiens Nutriments disponibles (eau, énergie, azote, vitamines et minéraux) Disponibilité de l’eau (Aw)
Les paramètres extrinsèques influençant le développement des microorganismes sont : Température de conservation Humidité relative de l’environnement Présence et activités d’autres microorganismes Présence et concentration de gaz dissous (CO2, O2)
Parmi ces différents paramètres, certains vont plus ou moins influencer le développement des levains naturels. C’est le cas notamment de la température ou du pH.
Utilisations De nombreuses matières premières telles que le lait, les fruits, les légumes, la viande, le poisson ou encore les céréales sont fermentescibles. Ce procédé permet, entre autres, d’obtenir différentes sortes de pains, de fromages, de boissons et de pâtes.
La technique est ainsi adaptable à de nombreuses matières premières. Le lien fort établi entre la matière première, l'environnement et le processus de fermentation détermine la nature du produit final.
Classification En 1997, Steinkraus a proposé de classer les produits alimentaires en 8 catégories selon leur type de fermentation : La fermentation « texturante » c’est-à-dire conduisant à la production de composés végétaux ou carnés texturés Les sauces à viande et pâtes fermentés La fermentation lactique La fermentation alcoolique La fermentation acétique La fermentation alcaline Le levain panaire Les pains sans levain.
Une classification est également possible sur la base de leurs fonctionnalités : Les levains technologiques, responsables de l’acidification ou de l’alcoolisation du milieu, sont utilisés lors de la première phase de transformation/fermentation. Ils agissent donc très tôt. Les levains d’affinage contribuent au vieillissement du produit. On parle davantage de flores d’affinage ou de surface. Si l’on se réfère à l’étymologie du mot, les flores de surface par exemple ne sont pas des levains à proprement dits.
Ainsi, les levains naturels font exclusivement partie de la catégorie des levains technologiques.
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