LEVURES

Utilisations

Agro-industrie

Les Levures représentent certainement le groupe le plus important de micro-organismes exploités par l'homme. Depuis la plus haute antiquité, elles ont joué un rôle de premier ordre dans l'alimentation humaine : vinification, panification, brasserie, fromagerie. La plus ancienne utilisation est la fabrication de boissons alcoolisées : à partir de fruits mûrs aux sucres solubles, la fermentation peut se produire spontanément, dès le pressurage, grâce à la présence de levures sauvages. Lorsque la matière première est de l'amidon (d'orge pour la bière, de riz pour le saké), une hydrolyse préalable est nécessaire ; elle est réalisée par des amylases tirées du grain d'orge mis à germer (maltage) ou apportées par des moisissures, le jus fermentescible est ensuite ensemencé par des levures sélectionnées.

Si certaines Levures osmophiles supportent de fortes doses de sucre (de 65 à 70 p. 100), la fermentation est freinée par la toxicité de l'alcool dès que ce produit atteint le taux de 13 ou 14 p. 100 ; dans les meilleurs cas, le taux ne peut dépasser 18 ou 19 p. 100.

Les Levures ayant une grande valeur nutritrive peuvent entrer dans la ration alimentaire animale ou humaine. Dans ce but, la production de « levure-aliment » – ou P.O.U. (protéines d'organismes unicellulaires) – s'effectue sur des substrats très variés :

– le lactosérum par exemple, produit résiduaire des fromageries, est un excellent milieu de culture permettant le développement de Levures utilisant le lactose comme source de carbone ; ce sont des souches de Kluyveromyces lactis qui ont le meilleur rendement ;

– les mélasses de betteraves et de cannes à sucre, riches en saccharose, permettent d'obtenir des biomasses protéiques ou des levures pour la panification, les deux espèces les plus couramment cultivées sur ces substrats étant Saccharomyces cerevisiae et Candida utilis ;

– les liqueurs sulfitiques, résidus de la fabrication de la pâte à papier, riches en pentoses, ainsi que les hydrolysats cellulosiques provenant de déchets forestiers, pailles de blé ou autres céréales, fournissent des milieux de culture pour Candida utilis ;

– enfin les hydrocarbures, essentiellement les paraffines normales, les gasoils paraffiniques, le méthane et le méthanol (produit d'oxydation du méthane) peuvent servir de substrats pour la croissance de nombreuses espèces du genre Candida. On peut signaler que des analyses biologiques de ces « levures du pétrole » ont démontré l'absence de toute toxicité ou effet nuisible important imputable à ces protéines microbiennes introduites dans l'alimentation animale ou humaine.

Après avoir été utilisées comme facteurs de fermentation à des fins alimentaires, puis comme agent de production de protéines, la dernière utilisation des Levures tend à faire jouer à ces micro-organismes un rôle d'agent de production d'alcool industriel (source d'énergie) pouvant servir de substitut ou d'additif à des carburants d'origine fossile. Les Levures, essentiellement des souches du genre Saccharomyces, grâce à leurs hautes capacités fermentaires peuvent assurer la bioconversion de nombreux produits végétaux en éthanol.

Les matières premières disponibles pouvant conduire à la fabrication d'alcool-carburant sont réparties en trois groupes :

– Les produits sucrés, contenant des composés hydrocarbonés sous forme de mono ou disaccharides donc directement fermentescibles, c'est le cas des mélasses déjà citées ; on évalue actuellement à 3,3 t la quantité moyenne de mélasse nécessaire à l'obtention de 1 t d'alcool. Dans ce groupe une place particulière doit être faite à l'inuline, polyoside de réserve plus complexe présent dans les artichauts et les topinambours mais directement hydrolysé et fermenté en alcool avec un bon rendement par certaines espèces de levures telles que Kluyveromyces fragilis, Candida macedoniensis, Torulopsis colliculosa, etc.

– Les produits amylacés, présents dans les tubercules, racines ou graines ; les réserves glucidiques sont dans ce cas sous forme d'amidon non directement fermenté par les Levures. La préparation du moût de fermentation nécessite alors une hydrolyse par voie chimique ou par voie enzymatique, ce qui augmente les prix de production de l'éthanol. En climat tropical (Brésil, Indonésie...), les racines de manioc sont une source prometteuse : 10 t de manioc permettent de préparer 1 t d'alcool. Parmi les graines amylacées, le riz en Asie, le maïs aux États-Unis, l'avoine et le seigle en Europe de l'Est sont utilisés depuis longtemps comme source d'éthanol.

– Les produits cellulosiques qui nécessitent, comme dans le cas de l'amidon, un prétraitement hydrolytique destiné à libérer les monomères glucidiques de la cellulose. Cela implique l'intervention de cellulases produites essentiellement par des moisissures du genre Aspergillus ou Trichoderma ou la réalisation de cultures mixtes levures-bactéries, ces dernières assurant la dégradation de la cellulose en glucides qui seront alors fermentés par les Levures. Cette technologie étant difficile à mettre en œuvre, il vaut mieux envisager l'utilisation de souches de Levures auxquelles on aura conféré par manipulation génétique des propriétés cellulasiques.

Biologie moléculaire

Bien qu'elles appartiennent au règne végétal, les Levures, comme tous les Champignons, ont un métabolisme voisin de celui des Animaux. Par conséquent, la cellule de Levure, qui est facile à cultiver, est de plus en plus utilisée en biologie moléculaire afin de définir les mécanismes fonctionnels intracellulaires. L'analyse du génome a été entreprise à partir des années 1975, permettant, notamment, le séquençage du gène du cytochrome C par Michel Smith (prix Nobel de chimie 1993).

En 1989, la C.E.E. a initié un programme de séquençage systématique qui concerne près de soixante-dix laboratoires œuvrant dans onze pays de la Communauté. L'investissement (20 millions d'écus en huit ans) concerne trois programmes consécutifs (BAP, BRIDGE et BIOTECH). D'autres centres de recherche s'intéressent, chez Saccharomyces cerevisiae et Saccharomyces pombe, au cycle cellulaire, afin d'élucider le rôle du MPF (mitotic promoting factor) incorporant la protéine p 34 (cycline) qui déclenche la division. Les mécanismes de la translocation intracellulaire des protéines et de la régulation de la transcription des gènes sont en cours d [...]

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