Les produits fermentés : la promesse d’une alimentation plus saine et durable ?

Quel est le point commun entre le pain, le vin, le saucisson, la choucroute ou encore le chocolat ? Tous ces produits sont issus d’une transformation biologique opérée par des micro-organismes : la fermentation.  Selon des témoignages historiques, ce procédé serait connu et maîtrisé depuis au moins le Néolithique, une période clé de la fin de la Préhistoire marquée par de profonds changements sociaux et techniques au niveau des groupes humains (en France, elle se situe entre -6000 et -2000 av. J.C.). Il serait apparu de façon indépendante dans différentes civilisations et on en retrouve aujourd’hui la trace dans de nombreuses spécialités à travers le monde : la pâte miso en Asie de l’Est, le kimchi en Corée, l’akpan en Afrique, le vin en Europe…  Pendant longtemps produits de façon artisanale, les aliments fermentés commencent à être industrialisés au 19e siècle, suite à la découverte par le physicien et chimiste français Louis Pasteur du rôle de la levure de bière Saccharomyces cerevisiae dans la fermentation alcoolique. Ils constituent aujourd’hui 5 à 40 % de l’alimentation humaine en fonction de la région du monde. 

Si la fermentation s’est tant répandue, c’est qu’elle présente de nombreux avantages, notamment pour la conservation des aliments et l’amélioration de leur valeur nutritionnelle, de leur goût, texture ou couleur. Mais comment cette transformation miraculeuse fonctionne-t-elle d’un point de vue chimique ? Le procédé, réalisé par des micro-organismes, bactéries ou champignons, consiste à convertir les molécules de glucides présentes dans un produit d’origine en molécules d’acides, de gaz ou d’alcools et ce afin d’extraire, lors de cette opération, une source d’énergie utilisée pour leur bon fonctionnement. La réaction conduit alors à un nouvel aliment, dont la texture, le goût ou la teneur nutritionnelle est différente de celui d’origine.

On dénombre une grande diversité de fermentations réalisées par des espèces différentes de micro-organismes et impliquant des réactifs et des produits variés : par exemple la fermentation lactique, réalisée par des bactéries dont Lactobacillus, qui transforme le lactose présent dans le lait en acide lactique. C’est ainsi qu’on obtient du yaourt. La fermentation alcoolique est également très répandue et transforme des glucides comme le glucose ou le fructose, présent notamment dans les fruits, en éthanol. C’est de cette façon que l’on obtient du vin à partir du raisin. 

Les fromages : une diversité microbienne aux origines multiples

Si historiquement la fabrication d’aliments fermentés impliquait uniquement les micro-organismes déjà présents dans le produit d’origine ou de son environnement direct, le procédé a aujourd’hui recours à des ferments (ou micro-organismes) ajoutés au produit lors de sa fabrication afin de mieux en maîtriser sa transformation. C’est le cas par exemple des fromages, pour lesquels une grande majorité de producteurs fromagers utilise des ferments microbiens au cours de la transformation du lait. La liste officielle des ferments utilisés comprend à ce jour une centaine de bactéries et un peu moins d’espèces fongiques. Mais d’après Françoise Irlinger, chercheuse au sein du laboratoire Paris-Saclay Food and Bioproduct Engineering (SayFood - Univ. Paris-Saclay/INRAE/AgroParisTech), « on observe quatre à cinq fois plus d’espèces microbiennes dans les fromages et en particulier dans les fromages AOP », preuve que l’ajout de ferments n’est pas la seule source de diversité microbienne des fromages. 

C’est l’origine de cette diversité que Françoise Irlinger et son équipe ont voulu comprendre dans leur étude lancée en 2017. « Les fromages AOP sont des produits de haute qualité issus d’un savoir-faire acquis par la tradition, dans un terroir bien défini et suivant un cahier des charges imposé par la filière. Pourtant, les professionnels observaient depuis une quinzaine d’années une chute progressive de la diversité microbienne, due au changement des pratiques de traite et de transformation en réponse à la pression sanitaire. L’idée était donc d’identifier les paramètres qui favorisent cette diversité afin de maintenir la qualité de ces fromages recherchée par les consommateurs et consommatrices », précise la microbiologiste.

Pour cela, les scientifiques ont travaillé main dans la main avec les professionnels des 44 filières de fromages AOP affinés, qui leur ont chacun fourni dix échantillons de fromages représentant la diversité de la filière et le lait associé. En parallèle, elles et ils ont également récolté des données sur une centaine de paramètres variables, comme la race laitière, l’alimentation du bétail ou encore la température et l’humidité d’affinage. Afin d’évaluer la diversité microbienne présente dans les échantillons, les chercheurs et chercheuses ont ensuite procédé à des études de métagénomique. Ce type d’analyse consiste à déterminer tous les génomes microbiens présents dans l’échantillon sans avoir au préalable isolé les différentes espèces, qui sont souvent difficiles voire impossibles à cultiver en laboratoire. À partir de ce séquençage global, les scientifiques sont parvenus à remonter aux espèces individuelles grâce à des traitements bio-informatiques. 

En croisant ces données de métagénomique et les paramètres concernant la production des fromages, Françoise Irlinger et son équipe ont identifié des espèces microbiennes connues pour être ensemencées en tant que ferments  mais aussi de nombreuses autres espèces provenant directement du lait ou de l’environnement de la fromagerie et qui n’ont jamais été ajoutées. Ces micro-organismes endogènes dépendent de l’espèce laitière, de la saison, de la topographie mais également de la préparation du fromage, qui privilégie ou non certaines espèces microbiennes. L’étude a ainsi démontré que la spécificité microbienne de chaque fromage, qui fait son goût unique, est issue d’un terroir et d’un ensemble de pratiques de production allant de l’élevage du bétail à la cave d’affinage.

Des groupes microbiens aux rôles à affiner

Au sein de ces populations microbiennes, laquelle est alors finalement responsable de la transformation du produit ? La réponse est loin d’être évidente. « Plusieurs groupes microbiens se succèdent lors de la fabrication d’un fromage. Au début, ce sont les bactéries lactiques, présentes dans le lait et l’environnement, qui acidifient et texturent le lait. Ces bactéries sont très adaptées à cet environnement laitier et de ce fait, souvent ensemencées », explique Françoise Irlinger. Or, si cette première phase de la fabrication d’un fromage est très bien connue car très étudiée, la seconde, l’affinage (la phase de maturation du fromage), l’est beaucoup moins. 

« On ne connaît pas bien les phénomènes de pigmentation et d’affinage qui sont sans doute très complexes et font intervenir une grande diversité de micro-organismes », suppose la chercheuse. Obtenir de tels renseignements aiderait pourtant les professionnels des filières AOP dans leur adaptation au changement climatique. En effet, l'enchaînement de phénomènes climatiques extrêmes tels que les canicules les obligera à modifier leur cahier des charges. Il est donc important d’avoir un référentiel sur lequel se baser.

Les aliments fermentés d’origine végétale : une fabrication encore trop aléatoire

Pour autant, la diversité microbienne des produits d’origine animale, comme le fromage ou le yaourt, est aujourd’hui bien maîtrisée grâce à l’ajout de ferments répertoriés. Ce qui n’est pas le cas des aliments fermentés d’origine végétale traditionnels. Pour la plupart d’entre eux, la fermentation se fait de façon spontanée à partir des micro-organismes présents sur l’aliment de base et dans l’environnement, sans l’ajout de ferments. Les espèces associées et les mécanismes mis en jeu sont mal connus d’un point de vue scientifique, ce qui rend la production de ces aliments fermentés d’origine végétale plus aléatoire, bien que les industriels parviennent, par expérience, à un produit standardisé. C’est le cas de la choucroute. « Si vous faites de la choucroute à la maison, elle n’aura jamais le même goût d’une fois sur l’autre », illustre Stéphane Chaillou, directeur de recherche à l’institut MICALIS (Univ. Paris-Saclay/INRAE/AgroParisTech).

Le projet Metasimfood financé par l’agence nationale de recherche (ANR), dont Stéphane Chaillou est le coordinateur, s’intéresse justement à la fermentation du chou et à celle du raisin en vin, ainsi qu’à l’impact du changement climatique sur ces procédés traditionnels. En effet, comme pour le fromage, la transition écologique mais aussi l’attrait croissant pour une nourriture saine influent sur les pratiques agricoles (privilégiant une agriculture biologique) et de production (moins de sulfites ou de sel). Ces effets, couplés à ceux du changement climatique, jouent sur les espèces microbiennes présentes dans les raisins et le chou, et sur les nutriments qu’ils recèlent. Autant d’éléments qui ont un impact direct sur la fermentation. « Les raisins étant plus sucrés lorsqu’il fait plus chaud, les micro-organismes ont plus de sucre à transformer en alcool, ce qui fait que les vins sont de plus en plus alcoolisés », détaille Stéphane Chaillou. Le projet Metasimfood s’attèle à mieux comprendre cette transformation et à mieux la maîtriser pour, à terme, développer de nouveaux consortia bactériens à utiliser comme des ferments plus adaptés aux nouveaux procédés.

L’atout des aliments fermentés pour le microbiote intestinal de l’être humain

Les aliments fermentés sont donc dotés d’un microbiote, un terme qui désigne l’ensemble, riche et diversifié, des micro-organismes résidant dans un environnement donné. Mais ils ne sont pas les seuls à en posséder un. Les intestins humains renferment également une abondante population de micro-organismes, estimée entre dix et cent milliards de cellules. Ces bactéries, champignons, virus ou archées sont installés dans les intestins de leur hôte humain depuis son enfance, formant avec lui une symbiose : il les héberge et leur apporte des nutriments via l’alimentation et en retour ils lui sont bénéfiques.

Le microbiote intestinal a en effet de nombreux avantages pour la santé humaine : il aide à la digestion, active la réponse immunitaire, empêche l’installation de pathogènes et interagirait même avec le cerveau. Si la structure du microbiote se met en place dès le plus jeune âge de l’individu et est stable à son âge adulte, il subit tout de même des fluctuations tout au long de la vie de l’hôte. « Notre microbiote est résilient mais quand même malléable. On peut le comparer à une forêt qui d’une année à l’autre reste globalement la même mais qui, si le climat change, va petit à petit s’adapter et dont les espèces vont changer », décrypte Patrick Veiga, directeur de recherche à l’institut MICALIS. « Le climat, dans le cas de notre microbiote, c’est un régime alimentaire à long terme. » Ainsi, un régime riche en aliments fermentés, par exemple, va influencer la structure de la population de micro-organismes présents dans les intestins, comme le confirme une étude à laquelle le chercheur a récemment participé et qui montre un lien direct entre la consommation de yaourt et la composition du microbiote intestinal.

Une consommation occasionnelle de produits fermentés ne changera cependant pas significativement le microbiote. Patrick Veiga confirme : « les bactéries et champignons présents dans les aliments fermentés ne s’implantent généralement pas dans l’intestin. Ils sont juste en transit mais interagissent avec notre microbiote par le biais des métabolites qu’ils produisent ». Une consommation occasionnelle de produits fermentés influence donc ponctuellement les fonctions du microbiote, alors qu’un apport dans la durée entraîne des effets plus durables, en restructurant la population intestinale de façon pérenne. Tous les microbiotes n’ont toutefois pas la même permissivité face aux micro-organismes des aliments fermentés. Avec son collègue Joël Doré, Patrick Veiga a mis en évidence deux types de microbiotes : ceux permissifs, qui dialoguent avec les micro-organismes exogènes, et ceux résistants, qui sont imperméables aux apports des aliments fermentés. Les observations doivent être poursuivies pour mieux comprendre ces microbiotes et leurs différences. Mais cette étude met en lumière l’importance de personnaliser les régimes alimentaires qui n’ont pas le même effet sur chaque individu et son microbiote singulier. 

Si le lien entre microbiote et santé humaine est maintenant très bien documenté, l’impact des aliments fermentés dans ce domaine ne l’est pas encore suffisamment. « La difficulté de ce champ d’investigation est qu’on parle de produits qui sont extrêmement divers », relève Patrick Veiga. Certains produits sont cependant déjà bien caractérisés, comme le yaourt. Il a par exemple été montré que la consommation de yaourt diminue le risque de diabète et que cet effet protecteur passe par le microbiote. « Il faut aussi prêter attention à la tradition culinaire. Si aujourd’hui on consomme ces produits en si grande quantité, c’est qu’ils ont été sélectionnés d’une manière ou d’une autre pour leurs bienfaits sur la santé. »

DOMINO : les aliments fermentés comme leviers d’une transition écologique saine

C’est dans le but de mieux comprendre ce lien entre aliments fermentés, microbiote et santé, mais également de proposer des solutions d’alimentation plus durable, que le projet DOMINO, porté par l’institut Micalis, a été lancé. Financé par le programme Horizon de l’Union européenne, ce projet ambitionne de développer de nouveaux produits fermentés à base de plantes qui soient bénéfiques pour la santé et plus durables d’un point de vue environnemental. N’étant pas d’origine animale, ces produits ont d’une part une empreinte carbone plus faible à la fabrication. « D’autre part, la fermentation a un effet favorable sur la conséquence énergétique des produits finis puisqu’elle permet de conserver les aliments hors d’un réfrigérateur électrique et de réduire les emballages plastiques », explique Stéphane Chaillou, coordinateur du projet.

En commençant par l’étude des aliments fermentés à base végétale du monde entier, les scientifiques veulent recenser leur biodiversité microbienne. En parallèle, elles et ils veulent également mieux cerner l’effet de ces aliments fermentés sur le microbiote intestinal et la santé. L’objectif est de développer de nouveaux aliments fermentés, proposés ensuite sur le marché européen. Stéphane Chaillou détaille : « Nous allons utiliser pour ces nouveaux produits des légumineuses et céréales peu utilisées en Europe pour le moment, comme le petit épeautre ou le teff. Ces plantes cultivées aujourd’hui en Afrique sont plus résistantes et nécessitent moins d’eau que nos céréales traditionnelles, tout en ayant de plus grandes valeurs nutritionnelles ». Développer l’utilisation de telles plantes offre de plus une réponse anticipée à l’aridification du sud de l’Europe.  
Un des défis du projet DOMINO est de faire accepter ces prototypes d’aliments aux consommateurs et consommatrices, mais également aux agriculteurs et agricultrices, à qui l’on demande d’adapter leurs cultures. Le projet comporte à cet effet un volet en science collaborative et se fait sous la forme d’un « living lab », soit un lieu de collaboration entre différents acteurs et actrices de la société. « Ces espaces de cocréation sont importants pour s’assurer que l’on ne passe à côté d’aucune connaissance », insiste Stéphane Chaillou. 

Des aliments de plus en plus recherchés 

Car un des enjeux est aussi là : parvenir à séduire les futurs consommateurs et consommatrices avec ces nouveaux produits alimentaires. Un élément de bon augure : l’intérêt du grand public pour les aliments fermentés est déjà bien réel. En 2017, ils sont cités dans le top 10 des tendances alimentaires par la revue britannique New Nutrition Business, démontrant un attrait croissant pour ces produits. Ils sont aujourd’hui surtout plébiscités pour la diversité de leurs saveurs et plus récemment pour leurs bénéfices sur la santé, étant, pour beaucoup d’entre eux, synonymes de low processed food, en français de nourriture peu transformée.

Cette relation entre consommateurs, consommatrices et produits fermentés, c’est ce qu’étudient Anne Saint-Eve et son équipe au laboratoire Sayfood. « Je fais de l’analyse sensorielle. J’essaye de comprendre comment un aliment est perçu par les consommateurs et consommatrices et de faire le lien avec sa composition », précise la chercheuse. Pour cela, elle et son équipe évaluent les produits sur deux panels de personnes, un premier entraîné à déguster et décrire les produits étudiés avec un vocabulaire commun et consensuel et un second panel non-entraîné, afin d’évaluer comment le contexte influence l’expérience. Un lien est ensuite établi avec la composition des produits afin de savoir sur quel volet jouer pour satisfaire les attentes des consommateurs et consommatrices, tout en répondant aux contraintes des différents acteurs impliqués dans le processus de conception. 

La chercheuse a notamment appliqué cette méthode à l’étude d’un produit fermenté de type fromage fabriqué à partir d’un mélange de pois et de lait animal, l’idée étant d’opérer une transition vers des aliments plus sains et durables sans sacrifier le goût. Des variations de ce produit fermenté, contenant une part croissante de pois par rapport au lait animal, ont été proposées à un panel de 240 personnes. « La moitié a été informée en amont de l’intérêt nutritionnel d’un tel produit, tandis que l’autre moitié a été informée de son intérêt environnemental », précise Anne Saint-Eve.

Dans les deux cas, les produits à plus de 75 % végétaux ont été très mal reçus. Ceux à moins de 75 % de lait végétal, ont été mieux appréciés une fois leurs bénéfices nutritionnels ou environnementaux révélés. « Il est clair que le premier facteur d’appréciation d’un produit alimentaire reste son goût, puis son éventuel intérêt individuel sur la santé et enfin, après, son impact environnemental », dévoile la chercheuse. C’est également sur ce dernier point que se concentre l’étude de l’équipe du laboratoire SayFood, qui mesure l’impact environnemental des fromages de pois par des analyses de cycle de vie. « L’idée est de relier à la fois l’impact environnemental du produit, les capacités d’adaptation des micro-organismes sur ces nouvelles matrices et les perceptions par les consommateurs. » Et espérer ainsi aboutir à de nouveaux produits qui soient à la fois bénéfiques pour la santé, respectueux de l’environnement et surtout appréciés des consommateurs et consommatrices.

Les aliments fermentés accompagnent les êtres humains depuis des milliers d’années mais ils représentent aujourd’hui une réelle solution face aux défis d’une alimentation saine et durable. Avec leurs modes de production et de conservation à faible impact environnemental, leur plus grande digestibilité et leurs bénéfices directs ou indirects, via le microbiote, sur la santé, ces produits sont de plus en plus recherchés par les consommateurs et consommatrices. Alors, les assiettes du futur en seront-elles remplies ?

Références :

• Irlinger et al., A comprehensive, large-scale analysis of “terroir” cheese and milk microbiota reveals profiles strongly shaped by both geographical and human factors, ISME Communications, 2024.
• Veiga et al. Changes of the human gut microbiome induced by a fermented milk product, Sci Rep, 2014. 
• Saint-Eve et al., Consumer preferences for new fermented food products that mix animal and plant protein sources, Food Quality and Preference, 2021.
• Zhang et al., Ecological robustness of the gut microbiota in response to ingestion of transient food-borne microbes, The ISME Journal, 2016.