Spécialité
Énergie et cellule vivante
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svtT_1706_09_00C
Liban • Juin 2017
pratique du raisonnement scientifique
Exercice 2 • 5 points
La fabrication du vinaigre de cidre
Le vinaigre de cidre est obtenu à partir de jus de pomme, transformé grâce à l'activité métabolique de micro-organismes.
▶ En utilisant les informations des documents et vos connaissances, expliquez les mécanismes métaboliques permettant la fabrication du vinaigre de cidre.
document 1 Composition du jus de pomme, du cidre et du vinaigre pour 100 g de produit
| Jus de pomme | Cidre | Vinaigre de cidre | |
|---|---|---|---|
| Eau | 87 g | 87 g | 87 g |
| Glucides (dont glucose et fructose) | 11 g | 2,3 g | 0,7 g |
| Protéines | 0,1 g | 0,1 g | 0,1 g |
| Lipides | 0,1 g | 0,1 g | 0,1 g |
| Éthanol | 0 | 3,2 g | 0,06 g |
| Acide acétique (ou éthanoïque) | 0 | 0 | 5 g |
| Sodium | 0,002 g | 0,002 g | 0,002 g |
D'après informationsnutritionnelles.fr
document 2 Étude expérimentale de la transformation du jus de pomme
À l'aide d'un montage ExAO, on mesure les variations de différents paramètres dans un mélange de jus de pomme en présence de levures du genre Saccharomyces cerevisiae.
D'après SVT – Tle S, coll. C. Lizeaux & D. Baude, Bordas, 2012
document 3 Le métabolisme des levures
Levures Saccharomyces cerevisiae observées au microscope électronique, en anaérobiose (A) et en aérobiose (B).
D'après mtkfr.accesmad.org
document 4 La fabrication du vinaigre de cidre
Ce vinaigre est obtenu à partir de cidre laissé au contact de l'air et sur lequel se développe un voile à consistance gélatineuse appelé « mère de vinaigre ».
a. Observation microscopique de la mère de vinaigre
ph © De Agostini Picture Library – www.agefotostock.com
D'après www.jeulin.fr
b. La fermentation acétique, une voie métabolique de la bactérie Acetobacter aceti
Les clés du sujet
Comprendre le sujet
Le premier document indique que la transformation du jus de pomme en vinaigre de cidre s'effectue en deux grandes étapes et permet de les caractériser globalement :
transformation des glucides en alcool lors de la première étape
transformation de l'alcool en acide acétique lors de la seconde étape.
Les autres documents permettent de préciser comment ces transformations résultent du métabolisme fermentaire de levures pour la première étape, de bactéries pour la seconde.
En conclusion, mettez l'accent sur la notion de fermentation et insistez sur la différence entre les deux types de fermentation.
Mobiliser ses connaissances
Certaines cellules eucaryotes réalisent une fermentation.
Corrigé
Introduction
Le vinaigre de cidre a pour origine le jus de pomme. Sa fabrication fait intervenir deux types de micro-organismes :
une levure, Saccharomyces cerevisiae
une bactérie, Acetobacter aceti.
Nous allons envisager les caractéristiques du métabolisme de ces deux micro-organismes qui permettent la fabrication du vinaigre.
I. Du jus de pomme au vinaigre de cidre : les changements de composition
Le document 4 montre que le vinaigre est obtenu à partir du cidre, et le document 1 indique que la fabrication du vinaigre à partir du jus de pomme s'effectue en deux grandes étapes : la transformation du jus de pomme en cidre, puis la transformation de celui-ci en vinaigre.
Le document 1 permet d'observer que le cidre est nettement plus pauvre en glucides simples (oses) que le jus de pomme (2,3 g de glucose contre 11 g), et beaucoup plus riche en éthanol (3,2 g contre 0).
Cela peut s'interpréter par une réaction métabolique dont le glucide est un réactif (substrat) et l'alcool un produit.
Le vinaigre de cidre contient très peu d'éthanol (0,06 g) par rapport au cidre (3,2 g) mais contient en revanche de l'acide acétique (5 g contre 0).
Cela peut s'interpréter en admettant que l'acide acétique provient d'une réaction métabolique où l'éthanol est un réactif et l'acide acétique un produit de cette réaction.
On constate une diminution de la quantité de glucides dans le vinaigre par rapport au cidre (0,7 g contre 2,3 g).
On peut penser que la fermentation alcoolique se poursuit lors de la transformation du cidre en vinaigre, au moins au début.
II. Les levures et la transformation du jus de pomme en cidre
Les documents 2 et 3 montrent que les levures, en particulier Saccharomyces cerevisiae, sont impliquées dans la transformation du jus de pomme en cidre.
Le document 2 illustre quelques-uns des changements de la composition du jus de pomme sous l'action des levures : de 0 à 3 minutes, la teneur en dioxygène du milieu (jus de pomme) diminue et finit par s'annuler.
On peut interpréter cette diminution comme la traduction de la respiration des levures.
info
Une expérience témoin aurait été nécessaire avec du jus de pomme dépourvu de levures. En outre, la respiration s'accompagne d'un rejet de dioxyde de carbone dont la teneur devrait donc augmenter durant ces 3 minutes, ce qui n'est pas très net sur le document.
La vie des levures (document 2) se déroule en aérobiose durant les trois premières minutes de l'expérience, puis en anaérobiose durant le reste de l'expérience car il n'y a plus de dioxygène dans le milieu.
Au cours de cette vie anaérobie, on constate que la concentration en éthanol, nulle au début de l'expérience, augmente constamment ceci traduit sa production par les levures.
De plus, durant cette même période, la concentration en dioxyde de carbone augmente considérablement, ce qui traduit une production de CO2 associée à celle d'éthanol.
Le métabolisme des levures, respiratoire durant les trois premières minutes, est devenu fermentaire par la suite.
Le document 3 montre que des levures en aérobiose sont riches en mitochondries, alors qu'elles en sont dépourvues en anaérobiose.
Les mitochondries étant le siège de la respiration, leur absence est caractéristique de la possibilité de survie des levures en l'absence de dioxygène.
En aérobiose, nous savons que le glucose est totalement dégradé par la respiration. L'analyse du document 2 nous indique que, en anaérobiose, la levure dégrade le glucose du jus de pomme en dioxyde de carbone et en alcool. C'est la fermentation alcoolique dont le bilan est :
C6H12O6 → 2 CH3-CH2-OH + 2 CO2
Les levures, par fermentation, ont donc libéré dans le milieu un déchet métabolique : l'éthanol.
III. Les bactéries et la transformation du cidre en vinaigre
Les bactéries Acetobacter aceti forment, au contact de l'air, le voile présent à la surface du cidre. Les bactéries utilisent alors l'éthanol du cidre comme source d'énergie et le dégradent en acide acétique.
Cet acide étant une substance organique, déchet métabolique des Acetobacter, on parle de fermentation. Puisque celle-ci exige du dioxygène, on la qualifie d'aérobie.
Bilan
La transformation du jus de pomme en vinaigre de cidre s'effectue en deux grandes étapes nécessitant les interventions successives de deux sortes de micro-organismes.
La première étape, transformation du jus de pomme en cidre, se déroule en milieu anaérobie, c'est-à-dire en l'absence de dioxygène, sous l'action de levures. Celles-ci réalisent une fermentation alcoolique à partir du glucose contenu dans le jus de pomme et menant à la production de dioxyde de carbone et d'éthanol.
Au cours de la seconde étape, l'alcool contenu dans le cidre est utilisé comme source d'énergie par les bactéries Acetobacter aceti. Il s'agit d'une fermentation permettant la transformation de l'éthanol en acide acétique et aboutissant ainsi à la production du vinaigre de cidre. Cette fermentation se déroulant en présence de dioxygène, elle est dite aérobie.