Modélisation de la fermentation de la pulpe du cacao

par Christelle Kouamé

Thèse de doctorat en Biotechnologie et Microbiologie

Sous la direction de Gérard Loiseau.

Le président du jury était Louis Coroller.

Le jury était composé de Gérard Loiseau, Louis Coroller, Tagro Simplice Guehi, Sabine Galindo.

Les rapporteurs étaient Tagro Simplice Guehi.


  • Résumé

    La fermentation du cacao qui conditionne la qualité aromatique du chocolat, commence par une étape de fermentation alcoolique suivie d’une fermentation acétique, conduites par des souches sauvages de levures et de bactéries acétiques. Réalisée localement à petite échelle, en absence de tout contrôle, elle conduit à des produits finaux de qualité variable, allant du meilleur au pire. Le travail présenté ici fait partie d’un projet qui vise à maitriser la qualité aromatique du chocolat par l’utilisation d’un starter microbien associée à un mode de conduite de la fermentation. Un objectif spécifique est le développement d’un modèle de la fermentation du cacao pour disposer d’un outil permettant le choix d‘un starter et des conditions de sa mise en œuvre. La stratégie de modélisation utilisée est modulaire, pas à pas, avec le souci de construire un modèle simple capable de décrire l’essentiel des processus et des réactions qui occurrent lors de la fermentation. La première étape a été la sélection de deux souches de levures L35 (S. cerevisiae) et L36 (P. kudriavzevii) et d’une souche de bactérie acétique B17 (A. ghanensis) lors de fermentations industrielles ayant conduit à du chocolat de bonne qualité aromatique. Le modèle de la fermentation alcoolique a été développé en utilisant une souche sélectionnée LM (S. cerevisiae) puis a été adapté pour les souches L35 et L36. Le modèle de la fermentation acétique a été développé en utilisant la souche B17. Le modèle global résulte de l’intégration de ces deux sous modèles et d’un modèle permettant de décrire l’élévation de la température des fèves du fait de la production de chaleur lors de la fermentation. Le modèle global permet de décrire assez bien l’ensemble des phénomènes ayant lieu lors de fermentation du cacao : évolution des populations microbiennes, de la consommation/production de glucose, éthanol et acide acétique, et l’évolution de la température, en fonction des conditions initiales (température, concentration en sucres de la pulpe de cacao et niveau d’inoculation du starter). Les résultats de simulations ont permis d’identifier les phénomènes et paramètres clé pour le bon déroulement de la fermentation du cacao. Concernant la fermentation alcoolique, le modèle montre qu’elle est rapide, soit une journée, qu’elle s’achève généralement par l’épuisement des sucres et que la réussite de l’inoculation nécessitera de maitriser la qualité microbiologique de la pulpe de cacao qui dépend du délai entre l’écabossage et l’inoculation. La fermentation acétique avec la souche B17 est conditionnée par la température initiale et l’évolution de la concentration en éthanol qui peut paradoxalement ralentir le démarrage de cette fermentation.

  • Titre traduit

    Modeling the fermentation of the pulp of the cocoa bean


  • Résumé

    The fermentation of cocoa, which drives the aromatic quality of chocolate, begins with an alcoholic fermentation stage followed by an acetic fermentation, conducted by wild strains of yeasts and acetic bacteria. Realized locally on a small scale, in the absence of any control, it leads to products of variable quality, ranging from the best to the worst. The work presented here is part of a project aimed to control the aromatic quality of chocolate using a microbial starter in controlled conditions of fermentation. A specific objective is the development of a model of cocoa fermentation to have a tool allowing the choice of a starter and the conditions of its implementation. The used modeling strategy is modular, step by step, with the aim of building a simple model able of describing the major processes and reactions that occur during fermentation. The first step was the selection of two strains of yeasts, L35 (S. cerevisiae) and L36 (P. kudriavzevii), and a strain of acetic bacteria, B17 (A. ghanensis), during industrial fermentations that led to chocolate of good aromatic quality. The model of alcoholic fermentation was developed using a selected strain LM (S. cerevisiae) and was adapted for strains L35 and L36. The model of acetic fermentation was developed using the B17 strain. The overall model results from the integration of these two sub-models and a model that describes the rise in temperature of the beans due to the production of heat during fermentation. The global model makes it possible to describe quite well all the phenomena that occur during cocoa fermentation: evolution of microbial populations, consumption / production of glucose, ethanol and acetic acid, and the evolution of temperature, depending on initial conditions (temperature, sugar concentration of the cocoa pulp and level of inoculation of the starter). The results of simulations made it possible to identify the key phenomena and parameters for the smooth running of cocoa fermentation. Regarding the yeast fermentation, the model shows that it is fast, one day is sufficient, and usually ends with the exhaustion of sugars and that the success of the inoculation will require control the microbiological quality of cocoa pulp conditioned by the delay between pods opening and the inoculation. The acetic fermentation with B17 strain is conditioned by the initial temperature and the evolution of the ethanol concentration, which can paradoxically slow down the start of this fermentation.

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