Les congénères (en latin pour « nés ensemble ») sont à la hauteur de leur nom. Ce sont les frères et sœurs inévitables mais souvent négligés d’une fermentation alcoolique. Comme les levures fermentent les sucres du moût ou de toute autre source en éthanol et en dioxyde de carbone, elles fournissent également une gamme d’autres composés, appelés convenablement congénères. Ils sont le complément de la levure à la complexité aromatique du vin qui complète les apports des raisins eux-mêmes.
Les congénères exercent leur plus grand impact sur certains spiritueux car, par distillation, ils s’y concentrent. Mais les bières et les vins sont également touchés, si ce n’est dans une moindre mesure. Cependant, un congénère, l’alcool amylique actif (voir ci-dessous) et les esters qui en sont dérivés, sont considérés comme des composants aromatiques importants et souhaitables de la bière.
Que sont les congénères?
La liste des congénères, qui comprend l’acétaldéhyde et une variété d’esters (en particulier les esters éthyliques des acides gras en C8 à C12), est longue. Mais le groupe collectivement appelé huile de fusel est le plus abondant et pourrait être le plus intrigant. C’est certainement le congénère à la réputation la plus ambiguë. L’huile de fusel, longtemps accusée de gueule de bois, est reconnue pour ajouter de la complexité gustative. Les eaux-de-vie traditionnelles fines, par exemple, seraient ternes sans huile de fusel.
Les huiles de fusel sont un mélange d’alcools plus élevés (de poids moléculaire supérieur à celui de l’éthanol). Le nom étrange, fusel, vient d’un vieux mot allemand, qui se traduit grossièrement par « mauvais esprits », choisi, sans doute pour l’odeur quelque peu désagréable d’un mélange concentré d’entre eux.
L’huile de fusel est appelée « huile » car dans le processus de distillation des boissons alcoolisées, le mélange se sépare en couche huileuse supérieure sur les plaques d’un alambic continu contenant une épreuve de 100 ° à 135°. L’huile de fusel a quatre composants principaux : un alcool en C3 (alcool propylique normal), un alcool en C4 (alcool isobutylique) et deux alcools en C5 (alcools isoamyliques et amyliques actifs).
Les levures fermentantes fabriquent toujours ces quatre principaux composants de l’huile de fusel, ainsi que de plus petites quantités d’autres alcools supérieurs. La question qui n’a pas complètement répondu est la suivante: pourquoi? Leur formation ne fait pas partie de la fermentation alcoolique par laquelle la levure tire son énergie métabolique. La levure ne profite pas énergiquement de la fabrication d’huile de fusel, ni pour la plupart d’une autre manière.
Comment l’huile de fusel est-elle fabriquée?
Il y a plus de 100 ans (en 1907), l’origine et la raison de l’huile de fusel semblaient très claires. Cette année-là, F. Ehrlich a publié un article (confirmé plus tard par d’autres) montrant que les composants de l’huile de fusel sont des détritus métaboliques. Ils sont la forme légèrement altérée des squelettes carbonés de certains acides aminés, jetés après que la levure a retiré les atomes d’azote dont elle a besoin pour sa croissance. De petites quantités de ces matières premières d’acides aminés sont présentes dans le jus de raisin.
À l’exception de l’alcool propylique normal, tous les principaux composants de l’huile de fusel — alcools isobutyle, isoamyle et amyle actif — contiennent les squelettes carbonés d’un groupe d’acides aminés biosynthétiquement apparentés (parfois appelés acides aminés à chaîne ramifiée): la valine, la leucine et l’isoleucine, respectivement. Cette explication de la raison pour laquelle la levure fabrique de l’huile de fusel est encore largement répandue. Curieusement, seules les levures — une grande variété d’entre elles – sont connues pour fabriquer de l’huile de fusel.
Mais l’explication d’Ehrlich était incomplète, et des questions fondamentales subsistaient : Pourquoi ces quelques acides aminés sont-ils préférentiellement attaqués? Et le plus grand casse-tête est: Comment et pourquoi la levure fabrique-t-elle de l’huile de fusel, même lorsque les acides aminés ne sont pas disponibles comme source d’azote?
Ce dilemme a été mis en évidence par une expérience détaillée réalisée par John Castor et Jim Guymon il y a plus de 50 ans à l’Université de Californie à Davis, Département de Viticulture et d’œnologie. Ils ont suivi la disparition des acides aminés à chaîne ramifiée et la formation d’huile de fusel (mesures difficiles et chronophages à faire à l’époque) lors de la fermentation d’un moût Colombard français par la souche de levure Montrachet.
Les résultats de Castor et Guymon ont brisé le lien un à un implicite d’Ehrlich entre l’utilisation des acides aminés et la formation d’huile de fusel. Ils ont constaté que la formation d’huile de fusel se poursuivait — en fait elle s’accélérait — après que tous les acides aminés à chaîne ramifiée du moût avaient été épuisés. Et la formation d’huile de fusel (avec la fermentation) s’est poursuivie même après l’arrêt de la croissance de la levure (et de son besoin en acides aminés). Plus tard, il a été montré que les cellules de levure en suspension dans une solution de glucose seul en l’absence totale d’acides aminés produisent de l’huile de fusel lorsqu’elles fermentent.
Jim Guymon, Ed Crowell et moi-même, également à l’UC Davis, avons répondu à cette question au début des années 1960. Dans une série d’articles, nous avons montré que les principaux composants de l’huile de fusel sont synthétisés selon la même voie métabolique que leurs acides aminés correspondants. Mais plutôt que de continuer jusqu’aux acides aminés, la route bifurque pour fabriquer de l’huile de fusel. Nous avons montré cela en utilisant des souches de levure qui, à la suite d’une mutation, avaient perdu la capacité de synthétiser un acide aminé particulier. De telles souches ne constituent pas le composant d’huile de fusel correspondant. Par exemple, les souches mutantes incapables de synthétiser la leucine ne fabriquent pas d’alcool isoamylique, et les souches incapables de synthétiser l’isoleucine ne fabriquent pas d’alcool amylique actif.
(Jim Guymon, professeur d’œnologie, spécialiste des eaux-de-vie et connaisseur, avait un nez remarquable pour l’huile de fusel. Je l’ai vu — en dégustant – classer correctement trois vins de Zinfandel en fonction de leur teneur en huile de fusel.)
Dans ces mêmes études, nous avons découvert la voie métabolique de formation de l’alcool propylique normal, le composant de l’huile de fusel qui ne correspond directement à aucun acide aminé. Sa voie de synthèse, elle aussi, fait partie intégrante de celle des acides aminés à chaîne ramifiée, mais de manière curieuse et inattendue. Un intermédiaire (alpha-oxoglutarate) de la série de réactions métaboliques conduisant à la synthèse de l’isoleucine est transformé en alcool propylique normal par la même voie par laquelle les squelettes des chaînes ramifiées sont éliminés. Pourquoi? Quel bénéfice possible sa formation ou sa présence offre-t-elle à la levure? C’est un mystère, mais l’alcool propylique normal semble toujours être un composant de l’huile de fusel.
Contrôle de la formation d’huile de fusel
Ces résultats suggèrent qu’il pourrait être possible de construire une souche de levure qui produirait peu ou peut-être pas du tout d’huile de fusel: Il suffit d’introduire dans la souche suffisamment de blocs génétiques pour la rendre incapable de fabriquer un acide aminé à chaîne ramifiée. Nous l’avons fait, et les résultats ont été assez surprenants. La souche, comme prévu, n’a produit aucun des composants habituels de l’huile de fusel, mais, de manière inattendue, elle a produit un nouvel alcool plus élevé qui n’est normalement pas présent dans l’huile de fusel: l’alcool butylique normal.
Nous avons constaté que la souche avait assemblé les morceaux restants de la série réactionnelle qui fabriquent normalement des acides aminés à chaîne ramifiée et leurs composants d’huile de fusel correspondants pour fabriquer ce nouvel alcool supérieur semblable à l’huile de fusel, l’alcool butylique normal. Il a fait de l’alpha-oxobutyrate par un fragment restant de la voie de l’isoleucine, et l’a converti par des fragments de voies de la leucine et de l’Ehrlich en alcool butylique normal. Il semble que la levure ait une contrainte pour fabriquer de l’huile de fusel. Même les souches mutantes le font d’une manière ou d’une autre grâce à leurs outils métaboliques restants.
Plus tard, Richard Snow et Ralph Kunkee ont adapté cette approche en utilisant la variété Montrachet de Saccharomyces cereviseae pour obtenir une souche commercialement utile qui ne produit que des quantités minimes d’alcool isoamylique, le composant de l’huile de fusel que certains considèrent comme le plus indésirable pour la saveur du vin. Et nous avions trouvé un autre moyen de limiter l’huile de fusel. L’aération stimule la formation de tous les composants de l’huile de fusel; l’exclusion stricte de l’air d’une fermentation en réduit la quantité.
Au-delà du vin
C’est un fait intrigant, comme l’a d’abord montré de manière si spectaculaire Louis Pasteur, le fondateur de la microbiologie moderne, dans Études sur le Vin, que les conséquences de la recherche sur le vin dépassent parfois le vin lui-même. La recherche sur la formation de l’huile de fusel dans le vin en est un exemple significatif.
L’industrie de la biotechnologie, qui utilise des microorganismes pour fabriquer des protéines thérapeutiquement utiles telles que l’insuline et l’hormone de croissance humaine, a été angoissée de découvrir que ces protéines contenaient parfois un acide aminé anormal, la norvaline (ce n’est pas dans notre code génétique ni normalement présent dans les protéines), et ils voulaient l’éliminer. Ils ont découvert que la norvaline était synthétisée par la voie par laquelle nous avons découvert que des souches mutantes de levures fabriquaient le composant anormal de l’huile de fusel, l’alcool butylique normal. Ces informations ont conduit à des moyens d’éliminer la norvaline de leurs produits.
Les connaissances sur la fabrication de l’huile de fusel sont maintenant appliquées à la fabrication de carburants synthétiques. Des gènes d’huile de fusel provenant de levures ont été transférés par Shota Atsumi à d’autres microbes (notamment Escherichia coli) pour produire de l’alcool butylique normal, qui est un excellent carburant pour les moteurs à combustion interne.
Que faire ?
Nous savons maintenant comment l’huile de fusel, le principal congénère, est fabriquée. Nous ne savons toujours pas pourquoi les levures, presque toutes, le font. Nous savons que cela affecte le goût du vin, et nous avons des connaissances sur la façon de gérer sa formation. Mais nous ne sommes pas sûrs de le vouloir.
À sa retraite de l’Université de Californie à Davis, en tant que professeur de microbiologie, John L. Ingraham a commencé à consulter en biotechnologie et à écrire. Son dernier livre, March of the Microbes, Sighting the Unseen, qui adopte l’approche d’un ornithologue de la microbiologie, a été publié par Harvard University Press en février 2010. Pour commenter cet article, envoyez un e-mail [email protected] .