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Le YAOURT

samedi 15 septembre 2012, par AMROUCHE

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LE YAOURT

Le lait fermenté le plus consommé dans les pays occidentaux est le yaourt.

Selon la réglementation française, il est issu de la seule action des deux bactéries lactiques thermophiles Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus et Streptococcus thermophilus.

|la figure suivante montre la répartition de la consommation des yaourts et laits fermentés en France en 2000. Source CNIEL.|

2- Définitions

Les yaourts font partie des laits fermentés

1- Laits fermentés :

Selon la réglementation française, un lait fermenté est un
produit laitier composé exclusivement de matières premières
d’origine laitière (lait et constituants du lait), ayant subi une pasteurisation et une fermentation par des micro-organismes spécifiques et caractérisé par une teneur en acide lactique minimale
(0,6 %). Il peut être additionné de certains ingrédients lui conférant une saveur spécifique (sucre, arômes, préparations de fruits), à condition que cette addition n’excède pas 30 % du poids du produit fini.

2- Yaourt :

  • En France, l’appellation yaourt est réservée aux produits fermentés avec les deux seules bactéries lactiques thermophiles
    Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus et Streptococcus
    thermophilus
    , présentant une teneur en acide lactique minimale
    de 0,7 %
    et contenant au moins 10 millions de bactéries vivantes
    par gramme
    de produit au moment de la vente au consommateur.
  • Au niveau européen, la réglementation s’appuie sur la directive
    79/112/CEE du 18 décembre 1978. Ainsi, la dénomination « yaourt »
    peut être refusée si « la présence de bactéries lactiques vivantes en
    quantité abondante » n’est pas vérifiée. En outre, les additifs autorisés
    (arômes et colorants) sont précisés par la FAO (1990).

3- Process de fabrication général

Les procédés de fabrication des yaourts et des laits fermentés se
caractérisent par trois grandes étapes : la préparation du lait,
la fermentation et les traitements post-fermentaires du produit.
Le diagramme de production diffère selon le type de produit
(yaourt ferme ou brassé aromatisé ou avec des fruits) et présente des variantes selon sa teneur
en matières grasses et son arôme. Le diagramme général de production
est présenté ci dessous et les étapes de la fabrication sont
détaillées aux paragraphes suivants.

4- Prétraitements du lait

1- Réception et stockage

Le lait frais, collecté au plus tard 72 h après la traite, arrive en
camions-citernes réfrigérés à l’unité de production. Il est contrôlé
lors de la réception , pompé et filtré pour éliminer
les résidus solides (paille, feuilles, terre), puis stocké à froid
(< 5 C) dans des tanks stériles. Il s’agit de cuves en inox de grand
volume (jusqu’à 100 000 L), avec une double enveloppe permettant
de maintenir le lait au froid. La circulation d’eau froide dans la
double enveloppe n’est cependant pas nécessaire pour maintenir
une basse température sur des durées de stockage courtes (3 jours
maximum).

Une légère thermisation à 60-65C, au moyen d’un
échangeur à plaques, peut être pratiquée si le lait est stocké plus
d’une journée à l’usine.

2- Standardisation

La composition moyenne du lait peut varier selon la race,la saison, l’alimentation, et le stade de lactation de l’animal.

En fabrication de yaourt, le lait doit être standardisé en matières grasses, enrichi en protéines, et éventuellement sucré, pour répondre au cahier des charges.

  • Standardisation en Matière Grasse (MG)

La teneur en matières grasses du lait cru varie entre 3,8 et 4,2 %.
Les teneurs en matières grasses des yaourts du commerce sont
comprises entre moins de 1 % pour les yaourts maigres, à 3,5 %
pour les yaourts au lait entier, voire plus pour certaines références,
comme le « yaourt à la grecque ». Il est donc nécessaire de standardiser le lait de fabrication à la teneur en matières grasses souhaitée pour le produit fini. Pour cela, le lait est tout d’abord écrémé,
puis mélangé avec la crème   dans les proportions souhaitées.

Les équipements requis pour la standardisation en matières
grasses font intervenir une écrémeuse et des lignes de mélange. Le
lait, chauffé à 50°C- 60°C pour le fluidifier, circule dans une écrémeuse (centrifugeuse à assiettes), afin de séparer la crème   par centrifugation. Cette opération contribue, en outre, à éliminer les impuretés résiduelles (bourbes). L’efficacité de l’écrémage peut permettre d’atteindre moins de 0,07 g de matières grasses pour 100 g de lait en sortie d’écrémeuse.

Le lait écrémé et la crème   sont ensuite mélangés pour atteindre la teneur en matières grasses souhaitée dans le produit fini. Cette
opération peut être réalisée en ligne par des systèmes d’ajustement
automatique de la teneur en matières grasses. Différents capteurs (débitmètres, densimètres, sondes de température) permettent
de calculer la teneur en matières grasses de la crème   en ligne, afin d’ajuster de façon automatique son taux d’incorporation dans le lait écrémé. Ces systèmes peuvent fonctionner à des débits compris entre 7 000 et 45 000 L · h–1. La précision du taux de matières grasses du mix de fabrication, calculée en se basant sur l’écart type de répétabilité, peut être meilleure que 0,03 %.

  • Standardisation en protéines

La teneur en matières azotées totales du lait de vache, exprimée
en équivalent protéines, fluctue pendant l’année entre 2,9 et 3,7 %.
En conséquence, le lait standardisé en matières grasses doit être
enrichi en protéines laitières pour former un yaourt consistant et
exempt de synérèse. Les quantités de protéines ajoutées sont
variables et dépendent de la texture recherchée (yaourt à boire,
yaourt ferme, yaourt brassé…). Les taux protéiques finaux sont compris entre 3,2 et 5 %.

L’enrichissement du lait en protéine par de la poudre de lait écrémé ou du lait concentré est la technique la plus largement répandue dans l’industrie.
L’utilisation de protéines laitières, de poudre de rétentat ou encore de poudre de lactosérum reste possible mais donne des résultats moins bons !

5- Homogénéisation haute Pression

Le lait standardisé en matières grasses et enrichi en protéines,
éventuellement sucré, constitue le mix de fabrication.

Il est homogénéisé afin de réduire la taille des globules gras. Cette opération est indispensable pour éviter la remontée des matières grasses pendant la fermentation. Elle permet aussi d’augmenter la viscosité du yaourt et de réduire le phénomène d’exsudation de sérum
(ou synérèse) pendant le stockage du yaourt ferme. Enfin, elle
confère un aspect plus blanc au lait et, par conséquent, au yaourt.

Pour des raisons hygiéniques et pour éviter une recontamination
du lait, l’étape d’homogénéisation est généralement positionnée
avant le traitement thermique du mix ou au cours de sa montée
en température, vers 65-70 °C (ce qui ramollit les globules gras).

Les homogénéisateurs rencontrés en fabrication de yaourts sont
composés d’un ou de deux étages. Pour des produits riches en
matières grasses, le dispositif à deux étages est nécessaire.
Le 1er étage fragmente le globule gras (Pression autour de 180 bars) et le 2e étage( P= 50 bars environ) disperse les agrégats de globules gras qui ont tendance à se regrouper.
Le principe de l’homogénéisation haute Pression consiste à forcer la circulation du mix à travers un petit orifice de 0,1 mm de diamètre pour éclater mécaniquement les globules gras. La vitesse de circulation
du liquide est généralement de 100 à 400 m · s–1 dans l’entrefer, ce qui aboutit aussi à un mélange.

Le débit d’homogénéisation se situe entre 4 000 et 20 000 L · h–1. Il est égal au débit appliqué pour le traitement thermique, ces deux opérations étant réalisées en continu, à la suite l’une de l’autre.

Les pressions appliquées sont comprises entre 170 et 180 bars en moyenne, et la température est de l’ordre de 65 à 70 °C. Le diamètre moyen des globules gras natifs, qui est initialement de 3,5 micromètres avec une dispersion de 1 à 10 micromètre, devient inférieur à 2 microns.

6- Pasteurisation

Le traitement thermique appliqué au mix est toujours sévère (95°C pendant 5 minutes par exemple) et ne se justifie pas seulement par l’aspect sanitaire (destruction des germes pathogènes) quand on sait que pour pasteuriser un lait (destiné par exemple à la fabrication de fromage frais) il suffit d’un barème de 75°C pendant une minute !

Il vise à réduire la charge microbienne et surtout à améliorer la texture du yaourt (viscosité, capacité de rétention d’eau).

Son objectif est de dénaturer 80 % de la fraction protéique sérique, soit totalement la lactalbumine et la lactoglobuline, pour assurer une
bonne texture du produit fini. En effet, l’état physique des protéines
sériques a des répercussions majeures sur la consistance des gels lactiques. Quand elles sont dénaturées, les deux principales
protéines du sérum, la lactalbumine et la lactoglobuline, se fixent à la surface des micelles de caséines par l’intermédiaire de ponts disulfure. Ce faisant, elles empêchent la fusion des micelles au moment de l’acidification  , évitant la formation d’agrégats de grande taille et de larges pores dans le caillé   lactique. Les risques de synérèse sont alors réduits.

À l’état natif, la lactalbumine et la lactoglobuline sont des protéines globulaires. Elles se déploient pendant leur dénaturation, démasquant ainsi certains sites hydrophobes.
Lorsqu’elles se trouvent sous cette forme déployée, au moment de la gélification, elles peuvent établir entre elles des pontages par l’intermédiaire de liaisons hydrophobes. Elles contribuent ainsi, par la densification du maillage protéique qu’elles occasionnent, à l’amélioration de la viscosité et de la fermeté du yaourt.

Le traitement le plus courant est un chauffage à 92 °C pendant 5 à 7 min, avec un débit de circulation compris entre 4 000 et 20 000 L · h–1. Le maintien du lait à 92 °C pendant 5 à 7 min est réalisé dans une section de chambrage située à l’extérieur de l’échangeur. Il s’agit de tubes en acier inoxydable, compactés à l’intérieur d’une cuve thermostatée.

À l’issue du traitement thermique, le lait est refroidi à la température de fermentation.

Dans certains cas, en production de yaourt ferme, le lait est
refroidi à 4 °C, soit avant, soit après inoculation. Il peut être alors
conservé quelques heures dans des cuves en surpression et à
basse température. Il est ensuite porté à la température de fermentation au moment du conditionnement, par des systèmes de chauffage spécifique, étalonnés par rapport à la conditionneuse. Cette
méthode permet plus de souplesse et limite les pertes en cas de
panne de la conditionneuse.

7- Etuvage

Selon le type de yaourt produit, ferme ou brassé, la fermentation lactique se déroule dans des pots ou dans des tanks de fermentation dont la forme, la taille et l’instrumentation varient.

  • Dans le cas du yaourt ferme, la coagulation   se tient directement
    dans le pot, après conditionnement aseptique. L’inoculation et,
    éventuellement, l’ajout d’arômes ou de colorants sont réalisés
    dans le lait. Si nécessaire, des préparations de fruits sont apportées
    directement dans le pot. Puis, le lait ensemencé est distribué dans les pots qui sont ensuite rapidement scellés, incubés et refroidis. L’incubation est conduite soit en chambres chaudes appelée étuves, avec une circulation forcée d’air chaud, puis d’air froid pour le refroidissement, soit en tunnels, dont la longueur et la vitesse de déplacement des palettes contenant les pots de yaourts dépendent de l’acidité du produit recherchée.
  • Dans le cas des yaourts brassés, la fermentation est effectuée
    dans la cuve de fabrication. En fin de fermentation, le gel est éventuellement brassé dans la cuve, puis pompé pour être refroidi et
    conditionné. La cuve peut être soit multifonctions (traitement thermique
    du lait, fermentation, refroidissement), soit uniquement dédiée à la fermentation, soit prévue pour la fermentation et le refroidissement.
    Le volume des cuves disponibles dans le commerce varie de quelques dizaines de litres à plusieurs dizaines de milliers de litres. Elles sont généralement munies d’une double enveloppe afin d’assurer les transferts thermiques et d’un système d’agitation afin d’homogénéiser le lait et de réhydrater les ferments lors de l’ensemencement  . Elles sont aussi équipées d’un système de nettoyage en place.

La fermentation lactique du yaourt :

Les ferments du yaourt :

Pour bénéficier de l’appellation yaourt, la réglementation en France impose la seule présence des deux bactéries lactiques thermophiles :
Streptococcus ou Lactococcus salivarius subs thermophilus et
Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus.

Caractères généraux des bactéries lactiques du yaourt :
Le groupe des bactéries lactiques se caractérise par la capacité de ces micro-organismes à produire de grandes quantités d’acide lactique à partir de sucres fermentescibles, essentiellement le lactose dans le cas du lait.
Elles se développent à 37-45 °C (bactéries thermophiles) . L’acide lactique est le principal produit de la fermentation, le métabolisme est homofermentaire.

La fermentation lactique du yaourt :

La fermentation lactique est un ensemble de réactions chimiques qui se fait à l’intérieur (cytoplasme) des bactéries qui consomme le lactose du lait.

Équation de la fermentation lactique :
Lactose —>Glucose + galactose

Glucose (C6H12O6) —> Acide lactique (2C3H6O3)

Rôles de la fermentation lactique :
* Modifier sa texture : liquide—>Solide ; Acidifier le lait pour le coaguler (le faire cailler= obtention du caillé  )
* Modifier son gout : en l’acidifiant   (acide lactique) ; de plus les bactéries du ferment peuvent créer des arômes supplémentaires
* Allonger la durée de vie du produit : grâce à l’abaissement du pH , les bactéries pathogènes ne pourront pas se multiplier (en dessous de pH 4.5 notamment)

La symbiose des bactéries du yaourt :

Lors de la production de yaourt, l’utilisation combinée de S.thermophilus et L. bulgaricus permet de valoriser l’interaction indirecte positive existant entre ces deux espèces.
Cette interaction, appelée protocoopération, (coopération non indispensable à leur survie) se traduit d’abord par :
* une augmentation des vitesses d’acidification   par rapport aux vitesses observées en cultures pures. (de + la quantité d’acide lactique produite par la culture mixte est supérieure à la somme des acidités produites par chacune des cultures pures)
* Un accroissement des concentrations bactériennes est observé en parallèle.
* Elle induit également une amélioration de la production des composés d’arômes (acétaldéhyde notamment)
* et de la stabilité physique du produit (plus grande viscosité : réduction des problèmes de synérèse).


En quoi consiste cette symbiose ?
Les 2 germes du yaourt sont particulièrement exigeants sur le plan nutritionnel. Ils se cultivent mal seuls sur du lait frais.
Les 2 bactéries, cultivées simultanément vont manifester une croissance plus rapide s’explique par un effet de symbiose ou proto-coopération :
*Le streptocoque (lactocoque) produit de l’acide formique (qui est aussi produit la le chauffage du lait) et du CO2 qui stimulent la croissance du partenaire (Lb).
* En échange, le Lactobacille (Lb) libère des Acides aminés et des petits peptides nécessaires au développement du streptocoque (qui est incapable d’hydrolyser les protéines du lait)
Les lactobacilles démarrent plus précocement leur fermentation
Les Streptocoques sont inhibés + tardivement par l’acidité.

Les molécules produites pendant la fermentation du yaourt :


Les conséquences des réactions du métabolisme carboné, qui se déroulent à l’intérieur de la cellule, sont nombreuses sur le produit final.
• Ainsi, l’acide lactique excrété va provoquer une diminution du pH du lait et donc son acidification   (surtout Lactobacilles). Cette acidification   va permettre la gélification des caséines du lait et modifier la texture du produit. Elle va également influer sur la saveur des laits fermentés, dont la principale caractéristique est l’acidité. En outre, le caractère acide du produit va autoriser un allongement significatif de sa durée de conservation au froid, qui passe de quelques jours pour un lait pasteurisé à 24 jours pour un yaourt.
• Les bactéries lactiques ( Streptococcus) sont également responsables de la production de composés aromatiques qui contribuent à l’arôme des produits. Ces molécules sont des acides non volatils (acides lactique, pyruvique) et volatils (acides formique, acétique, butyrique) ou des composés carbonylés (acétaldéhyde, acétoïne, diacétyle).Si la plupart des travaux s’accordent sur l’importance de l’acétaldéhyde dans l’arôme du yaourt, il semble toutefois que de nombreux autres composés interviennent dans l’arôme global du produit.

• Certaines souches de bactéries ( Streptococcus) sont capables d’utiliser les substrats carbonés pour produire des polysaccharides exocellulaires (mucus) (localisés à l’extérieur de la cellule). Ces polysaccharides sont généralement composés d’unités répétitives, linéaires ou branchées, de sucres de taille variable (di- à hepta-saccharides). Ils vont modifier la viscosité du lait fermenté et présentent donc un grand intérêt pour les qualités texturales du produit.
• Enfin, les bactéries lactiques peuvent produire des bactériocines, qui sont des agents antimicrobiens de nature protéique. Leur action est généralement de type bactéricide. Dans l’environnement acide créé par un lait fermenté, cette fonctionnalité est toutefois peu active.

Les paramètres influençant la fermentation lactique du yaourt :

La croissance et l’acidification   des bactéries lactiques sont fortement influencées par des facteurs physiques, chimiques et microbiologiques. En outre, les effets de ces facteurs peuvent interagir sur leur activité métabolique.

Facteurs physiques

• La température est le premier facteur environnemental à considérer pour le développement des bactéries lactiques. Elle agit sur les vitesses des réactions chimiques et biochimiques. Elle doit se trouver autour de 42 oC pour les espèces thermophiles et autour de 30 oC pour les bactéries mésophiles .
Pour une température d’incubation : de 40 à 42 °C : on favorise l’arôme Streptococcus).
Entre 45 et 46 °C, on favorise l’acidité (Lactobacillus)

• L’activité de l’eau (aw) est liée à la présence de sels ou de sucres. Lorsqu’elle diminue, la quantité d’eau libre décroît et la disponibilité des nutriments est affectée. Concernant les laits fermentés, seule la présence de saccharose (cas des yaourts sucrés) peut diminuer cette activité de l’eau. Ainsi, lorsque l’aw devient inférieure à 0,99, ce qui correspond à une concentration en saccharose de 10 %, l’activité métabolique des bactéries est affectée.

Facteurs chimiques

• La qualité du lait est un facteur d’influence prépondérante pour le développement des bactéries lactiques.Attention aux antibiotiques. Si les teneurs initiales en lactose et en sels minéraux sont suffisantes dans le lait, ce n’est pas le cas de la fraction azotée libre (acides aminés et oligopeptides). La limitation en certaines molécules peut constituer un frein à la croissance.
• Le traitement thermique subi par le lait avant l’étape de fermentation va agir favorablement sur le métabolisme des bactéries. En effet, outre son rôle principal de destruction des micro-organismes indésirables et pathogènes, il permet de détruire les principales substances antibactériennes naturellement présentes dans le lait (agglutinines, lactoperoxydases) ce qui favorisera les croissances bactériennes. De plus, il génère de faibles quantités d’acide formique à partir du lactose, ce qui stimulera la croissance des lactobacilles. Enfin, il contribue à l’augmentation de la teneur du lait en petits peptides et en acides aminés libres.
• Le pH est le troisième facteur chimique important pour la croissance des bactéries lactiques. Il intervient sur la disponibilité en nutriments du milieu, sur la perméabilité de la membrane cellulaire et sur les vitesses d’activité enzymatique. Lors de la production de yaourt, il n’est pas contrôlé et représente donc un facteur majeur de ralentissement du métabolisme bactérien.

Facteurs microbiologiques
• Le taux d’ensemencement   du lait avec les bactéries lactiques influence fortement sa transformation. Plus il est élevé, plus rapide est la fermentation. Généralement, ce taux se situe autour de 106 UFC/mL (UFC : unités formant colonie) pour, simultanément, obtenir des durées de fabrication courtes et limiter le coût d’achat des ferments. Pour un ensemencement   direct, cela correspond à un taux d’inoculation compris entre 2,5 g et 70 g pour 100 L de lait selon l’espèce bactérienne considérée.
• Les équilibres de population agissent également sur les cinétiques microbiennes. Ainsi, dans le cas de la fabrication du yaourt, la durée de la fermentation varie selon la valeur initiale du rapport entre streptocoques et lactobacilles, même si, en fin de culture, les streptocoques sont toujours majoritaires. Pour le yaourt, la proportion entre streptocoques et lactobacilles habituellement préconisée est de 1:1 mais elle dépend fortement des souches en présence.

8- Exemple d’entreprise

L’entreprise SOCALAIT située en Nouvelle Calédonie a une explication très pédagogique de son process.

P.-S.

Références bibliographiques :

  • Introduction à la biochimie et à la technologie des aliments , Volume 2- CHEFTEL
  • Fabrication des yaourts et des laits fermentés, Les techniques de l’ingénieur, vol. f6315.
  • http://vimeo.com/lewebpedagogique