Les biotechnologies alimentaires appliquées au cacao cherchent à mieux comprendre et maîtriser les transformations biologiques qui interviennent entre la fève fraîche et le chocolat.
La fermentation constitue l’exemple le plus important.
Après l’ouverture des cabosses, les fèves entourées de pulpe sont regroupées pendant plusieurs jours. Une succession complexe de levures, bactéries lactiques et bactéries acétiques transforme alors la pulpe et modifie profondément l’intérieur de la fève.
Ces réactions sont essentielles : elles participent à la formation des précurseurs qui permettront ensuite le développement des arômes pendant la torréfaction.
Les biotechnologies alimentaires permettent aujourd’hui d’étudier cette fermentation avec des outils de microbiologie, de génomique, de métabolomique ou encore avec des cultures microbiennes sélectionnées, souvent appelées starter cultures.
L’objectif n’est pas de remplacer le savoir-faire des producteurs, mais de mieux comprendre un processus naturellement variable afin d’améliorer sa régularité et sa qualité.
Pourquoi faut-il fermenter les fèves de cacao ?
Une fève fraîche possède un profil très différent de celui que nous associons au chocolat.
Après extraction de la cabosse, elle est entourée d’une pulpe riche en sucres.
Pendant la fermentation, les microorganismes utilisent ces sucres et produisent différents métabolites.
La température du tas de cacao augmente.
L’acidité évolue.
Les tissus de la graine sont progressivement modifiés.
Des réactions biochimiques se produisent à l’intérieur des cotylédons.
Elles contribuent à réduire certaines caractéristiques indésirables et à former des précurseurs aromatiques qui seront ensuite transformés pendant la torréfaction.
Sans fermentation correcte, un cacao peut présenter un profil plus amer, astringent ou végétal et développer moins efficacement les arômes recherchés au moment de la fabrication du chocolat.
Quels microorganismes fermentent le cacao ?
La fermentation du cacao n’est pas réalisée par une seule espèce.
Elle implique une succession microbienne.
Parmi les groupes les plus étudiés figurent :
- les levures ;
- les bactéries lactiques ;
- les bactéries acétiques.
D’autres microorganismes peuvent également être présents selon l’origine, la méthode de fermentation et l’environnement.
Au début du processus, les levures utilisent notamment les sucres présents dans la pulpe.
Les bactéries lactiques interviennent parallèlement dans diverses transformations.
Puis, lorsque davantage d’oxygène devient disponible, les bactéries acétiques peuvent oxyder l’éthanol produit précédemment et générer de l’acide acétique.
La fermentation n’est donc pas un événement unique mais une succession d’écosystèmes microbiens.
Quel est le rôle des levures ?
Les levures interviennent dès les premières phases.
Elles participent notamment à la transformation des sucres présents dans la pulpe.
Certaines produisent :
- éthanol ;
- composés aromatiques ;
- enzymes capables de dégrader une partie de la pulpe.
La disparition progressive de cette pulpe facilite ensuite l’aération de la masse.
Il faut toutefois éviter l’idée qu’une seule levure serait « la levure du cacao ».
Les communautés présentes peuvent varier considérablement entre régions et fermentations.
C’est précisément cette diversité qui intéresse les chercheurs souhaitant sélectionner des microorganismes aux propriétés technologiques particulières.
Les bactéries lactiques
Les bactéries lactiques constituent un autre groupe majeur.
Elles utilisent différents substrats présents dans la pulpe et participent à la production de métabolites, notamment des acides organiques.
Leur rôle exact dépend :
- des espèces présentes ;
- de la température ;
- du pH ;
- de la disponibilité en oxygène ;
- du stade de fermentation.
Comme pour les levures, il existe une importante diversité microbienne.
L’intérêt des biotechnologies consiste donc moins à identifier une bactérie universellement « idéale » qu’à comprendre quelles communautés produisent les meilleurs résultats dans un environnement donné.
Les bactéries acétiques et la montée en température
Lorsque la pulpe diminue et que l’air pénètre davantage dans la masse fermentée, les bactéries acétiques prennent une importance particulière.
Elles peuvent transformer l’éthanol en acide acétique.
Cette réaction produit également de la chaleur.
La température du cacao fermenté peut ainsi fortement augmenter.
L’acide et la chaleur pénètrent progressivement dans les fèves.
Ces phénomènes contribuent à la mort de l’embryon et déclenchent des transformations biochimiques essentielles.
La fermentation extérieure et les réactions internes de la fève sont donc étroitement liées.
Qu’est-ce qu’une fermentation contrôlée ?
Une fermentation contrôlée du cacao consiste à mieux maîtriser les paramètres responsables de la transformation.
Cela peut concerner :
- quantité de fèves ;
- durée ;
- température ;
- fréquence de brassage ;
- oxygénation ;
- pH ;
- type de caisse ;
- communauté microbienne.
L’objectif est notamment de réduire les variations excessives entre différents lots.
Une fermentation traditionnelle peut donner d’excellents résultats.
Mais elle dépend fortement des conditions météorologiques, de la quantité de cacao disponible, des microorganismes naturellement présents et des décisions prises par le producteur.
La mesure systématique des paramètres permet de mieux comprendre pourquoi deux fermentations donnent des résultats différents.
Les cultures starters appliquées au cacao
Les cultures starters constituent l’un des principaux domaines de recherche en biotechnologie du cacao.
Le principe est déjà largement utilisé dans d’autres aliments fermentés :
- fromage ;
- yaourt ;
- bière ;
- vin ;
- pain.
Il consiste à introduire des microorganismes sélectionnés afin d’orienter la fermentation.
Pour le cacao, les chercheurs étudient différentes combinaisons de :
- levures ;
- bactéries lactiques ;
- bactéries acétiques.
Une culture starter peut être sélectionnée pour sa capacité à :
- se développer dans les conditions de fermentation ;
- transformer certains substrats ;
- produire des métabolites intéressants ;
- contribuer à une fermentation plus régulière.
Mais elle ne garantit pas automatiquement un meilleur chocolat.
Le résultat dépend toujours du cacao, du climat, du protocole et de la transformation ultérieure.
Fermentation spontanée ou fermentation inoculée ?
Les deux approches ne doivent pas être opposées de manière simpliste.
Fermentation spontanée
Elle repose sur les microorganismes naturellement présents sur :
- cabosses ;
- fèves ;
- outils ;
- caisses ;
- environnement.
Elle peut produire des profils particulièrement intéressants et constitue la méthode traditionnelle dans la majorité des régions.
Fermentation inoculée
Elle ajoute une ou plusieurs souches sélectionnées.
L’objectif est généralement d’obtenir davantage de contrôle ou de reproductibilité.
Dans les deux cas, la réussite dépend de la conduite globale du processus.
Une culture starter ne compense pas automatiquement :
- des cabosses immatures ;
- un mélange de fèves de mauvaise qualité ;
- un séchage incorrect ;
- un mauvais stockage.
Peut-on créer des arômes grâce aux microorganismes ?
Les microorganismes produisent de nombreux métabolites susceptibles d’influencer directement ou indirectement le profil aromatique.
Mais il faut distinguer deux phénomènes.
Certains composés aromatiques sont produits pendant la fermentation elle-même.
D’autres apparaissent surtout plus tard, pendant la torréfaction, à partir de précurseurs formés ou modifiés pendant la fermentation.
Le goût final du chocolat est donc le résultat d’une chaîne :
génétique du cacao → environnement → fermentation → séchage → torréfaction → conchage → recette.
Il serait donc excessif de promettre qu’une souche microbienne donnée produit automatiquement une note de fraise, de fleur ou de caramel dans n’importe quel cacao.
Les enzymes dans la fermentation du cacao
Les enzymes jouent un rôle majeur dans les transformations biologiques.
Certaines proviennent des microorganismes.
D’autres sont naturellement présentes dans les tissus de la fève.
Elles interviennent notamment dans la transformation :
- des sucres ;
- des protéines ;
- des polysaccharides ;
- de certains composés phénoliques.
À l’intérieur de la fève, la dégradation des protéines contribue notamment à la formation de peptides et d’acides aminés.
Ces composés pourront ensuite participer aux réactions de Maillard pendant la torréfaction.
Les enzymes constituent donc un lien essentiel entre fermentation et développement futur des arômes.
Protéolyse et précurseurs aromatiques
La protéolyse désigne la dégradation des protéines.
Dans les fèves de cacao fermentées, elle participe à la formation de petites molécules qui pourront jouer le rôle de précurseurs aromatiques.
Lors de la torréfaction, certains acides aminés réagissent avec des sucres.
Ces réactions forment de nombreuses molécules volatiles associées aux notes :
- grillées ;
- chocolatées ;
- noisettées ;
- caramélisées.
Le goût du chocolat ne naît donc pas uniquement lors de la torréfaction.
La fermentation prépare une grande partie de son potentiel aromatique.
Métabolomique : observer les molécules produites
Les chercheurs disposent aujourd’hui de techniques permettant d’analyser simultanément de très nombreux composés.
La métabolomique consiste à étudier les petites molécules présentes ou produites dans un système biologique.
Appliquée au cacao, elle peut servir à suivre :
- acides organiques ;
- sucres ;
- acides aminés ;
- composés phénoliques ;
- précurseurs aromatiques ;
- autres métabolites.
En comparant plusieurs fermentations, les chercheurs peuvent relier certaines évolutions chimiques aux microorganismes présents et aux profils sensoriels obtenus.
C’est une approche particulièrement intéressante pour comprendre ce qui distingue une fermentation réussie d’une fermentation défectueuse.
Métagénomique et microbiome du cacao
Les méthodes modernes de séquençage permettent également d’analyser les communautés microbiennes sans devoir cultiver toutes les espèces en laboratoire.
La métagénomique et les techniques de séquençage ciblé peuvent ainsi révéler une diversité microbienne beaucoup plus grande.
Les chercheurs peuvent comparer :
- différentes exploitations ;
- différents pays ;
- différentes méthodes de fermentation ;
- différents moments du processus.
Cette information aide à construire une cartographie beaucoup plus précise du microbiome de fermentation du cacao.
Peut-on automatiser la fermentation ?
Une automatisation complète reste complexe, notamment dans les petites exploitations.
Mais certains éléments peuvent être instrumentés.
Des capteurs peuvent mesurer :
- température ;
- humidité ;
- pH ;
- éventuellement certains gaz.
Ces données permettent de suivre l’évolution de la fermentation sans se limiter à une estimation visuelle.
Des systèmes peuvent également aider à déterminer le moment approprié pour :
- retourner les fèves ;
- augmenter l’aération ;
- interrompre la fermentation.
L’objectif n’est pas nécessairement de transformer chaque plantation en usine automatisée.
Des outils simples, robustes et peu coûteux peuvent déjà améliorer la reproductibilité.
La fermentation de précision
L’expression fermentation de précision est aujourd’hui très utilisée dans les biotechnologies alimentaires.
Elle désigne généralement l’utilisation contrôlée de microorganismes pour produire des molécules ou ingrédients spécifiques.
Dans le cacao, il faut employer ce terme avec prudence.
Une fermentation de fèves inoculée avec des cultures starters n’est pas nécessairement de la « fermentation de précision » au sens industriel moderne.
Pour France Chocolat, il est donc préférable de distinguer :
fermentation contrôlée des fèves, qui vise à orienter le processus naturel ;
et
fermentation de précision, qui peut être utilisée pour produire séparément certains ingrédients, arômes ou matières alimentaires grâce à des microorganismes sélectionnés ou modifiés.
Peut-on fabriquer du chocolat sans cacao ?
C’est l’une des nouvelles frontières des biotechnologies alimentaires.
Plusieurs entreprises et équipes de recherche développent aujourd’hui des produits cherchant à reproduire certaines caractéristiques du chocolat à partir :
- d’autres végétaux ;
- de cultures cellulaires ;
- de fermentations ;
- de procédés combinés.
Ces produits ne doivent pas être confondus avec le chocolat traditionnel issu de Theobroma cacao.
Ils relèvent plutôt des alternatives au cacao.
Leur développement répond notamment à des préoccupations concernant :
- environnement ;
- disponibilité du cacao ;
- volatilité des prix ;
- innovation alimentaire.
Leur goût, leur statut réglementaire, leur coût et leur acceptation par les consommateurs restent des questions distinctes.
Culture cellulaire de cacao
Une autre voie de recherche consiste à produire de la biomasse de cacao à partir de cultures cellulaires végétales.
Des cellules peuvent être multipliées dans des conditions contrôlées afin d’obtenir une matière riche en certains composants du cacao.
Cette technologie reste très différente d’une plantation.
Elle peut éventuellement réduire la dépendance à certaines contraintes agricoles pour certains ingrédients, mais elle pose également des questions :
- consommation énergétique ;
- coût ;
- changement d’échelle ;
- réglementation ;
- profil sensoriel.
Elle constitue donc un domaine émergent à suivre plutôt qu’un remplacement immédiat du cacao agricole.
Les biotechnologies peuvent-elles standardiser le goût ?
Elles peuvent contribuer à réduire certaines variations.
Mais une standardisation totale serait contradictoire avec la diversité recherchée dans de nombreux chocolats d’origine.
Deux objectifs peuvent coexister.
L’industrie peut rechercher :
régularité, reproductibilité et contrôle.
Les chocolatiers spécialisés peuvent rechercher :
typicité, diversité et expression du terroir.
Les mêmes outils microbiologiques peuvent servir dans les deux cas.
Une culture starter pourrait par exemple stabiliser certains paramètres sans nécessairement effacer toutes les particularités d’un cacao.
Biotechnologies et qualité sanitaire
La maîtrise microbiologique peut également contribuer à la sécurité alimentaire.
La fermentation et le séchage influencent notamment :
- activité de l’eau ;
- croissance microbienne ;
- stabilité des fèves.
Une mauvaise gestion post-récolte peut favoriser des contaminations ou des défauts.
La compréhension des écosystèmes microbiens aide donc à construire de meilleures pratiques de fermentation, de séchage et de stockage.
Mais les biotechnologies ne remplacent pas les fondamentaux :
hygiène + séchage correct + stockage adapté + contrôle qualité.
Biotechnologies et durabilité
Les outils biologiques peuvent également participer à des stratégies de réduction des ressources.
Une fermentation mieux maîtrisée peut potentiellement :
- limiter certains lots défectueux ;
- améliorer la valorisation des fèves ;
- réduire les pertes ;
- augmenter la régularité.
D’autres microorganismes peuvent être étudiés pour valoriser les coproduits du cacao :
- pulpe ;
- mucilage ;
- coques ;
- résidus de transformation.
Ces matières peuvent servir de substrats pour produire de nouveaux aliments, boissons ou biomatériaux.
Cette approche rejoint directement les problématiques d’économie circulaire.
Le producteur reste au centre de la fermentation
La sophistication scientifique ne doit pas faire oublier un élément essentiel :
la fermentation commence sur l’exploitation ou dans les structures post-récolte locales.
Le choix de :
- la maturité des cabosses ;
- la quantité de fèves ;
- la caisse ;
- la durée ;
- le retournement ;
- le moment du séchage
reste déterminant.
Les biotechnologies sont donc réellement utiles lorsqu’elles améliorent les outils dont disposent les producteurs, plutôt que lorsqu’elles complexifient inutilement le processus.
De la microbiologie à la tablette
La fermentation montre parfaitement pourquoi le chocolat est un produit à la fois agricole, biologique et technologique.
Avant même que la fève n’arrive dans une chocolaterie, des millions de microorganismes ont déjà participé à sa transformation.
Puis interviennent :
- séchage ;
- torréfaction ;
- concassage ;
- broyage ;
- conchage ;
- tempérage.
Pour comprendre toute cette chaîne, découvrez également De la Fève à la Tablette.
Pour explorer les outils génétiques utilisés sur le cacaoyer lui-même, consultez Recherches Génomiques.
Pour replacer l’ensemble dans le silo scientifique, découvrez Science et Innovation.
Quel avenir pour les biotechnologies du cacao ?
Les biotechnologies alimentaires appliquées au cacao devraient surtout améliorer notre capacité à comprendre les transformations qui étaient autrefois pilotées principalement par l’expérience.
Microbiologie, cultures starters, séquençage, métabolomique et capteurs permettent déjà de décrire beaucoup plus précisément ce qui se déroule pendant la fermentation.
Le défi consiste désormais à transformer ces connaissances en solutions :
fiables,
économiquement accessibles,
adaptées aux producteurs,
capables de préserver la diversité sensorielle du cacao.
L’avenir du chocolat ne dépendra probablement pas d’une fermentation entièrement standardisée, mais d’une meilleure maîtrise de la remarquable diversité biologique qui transforme une fève fraîche en matière première aromatique.
