Les enzymes dans la fabrication de la bière

Qu’est-ce qu’une enzyme ?

Une enzyme est une protéine qui permet de catalyser une réaction chimique. Elle accélère une réaction en réduisant l’énergie nécessaire pour qu’elle se produise (énergie d’activation) sans être consommée ni apparaître dans les produits de cette réaction. (Lorsque l’on parle d’accélérer, cela peut amener une réaction qui prendrait plusieurs années à se produire à se dérouler en une fraction de seconde)

L’enzyme est très spécialisée et une enzyme donnée va agir uniquement pour une réaction très spécifique. L’enzyme est comme un outil qui va s’adapter précisément à un site de son substrat et y faciliter une réaction chimique.

Plage d’activité et désactivation

L’activité d’une enzyme va dépendre de plusieurs facteurs :

  • de la température
  • du pH
  • de sa concentration
  • se la concentration du substrat

Des valeurs de pH ou de température extrêmes vont dénaturer les enzymes et stopper leur activité. C’est en particulier le rôle du mash-out lors de la sortie d’empâtage. Cette désactivation n’est pas instantanée si l’on dépasse une limite mais va être fortement accélérée par la température.

Activité des  β-amylases à différentes températures [TU Vienna]

Les rôles des enzymes dans la fabrication de la bière

Les sucres fermentescibles du moût sont obtenus essentiellement à partir de la réduction de l’amidon présent dans les céréales utilisées à l’empâtage.

L’amidon est la molécule qui constitue la réserve d’énergie de nombreux végétaux. C’est un sucre complexe composé principalement de longues chaines de glucoses (sucre simple) présentant des embranchements.

schema amylopectine

Lors de l’empâtage, on va chercher à casser ces molécules pour obtenir des sucres plus simple et fermentescibles en faisant travailler les enzymes présentes dans le malt (en particulier les β-amylases et les α-amylases). On obtiendra principalement du maltose composé de 2 molécules de glucose mais également des sucres plus complexes qui contribuerons au corps de la bière.

Pour mettre les enzymes que l’on souhaite activer dans les meilleures conditions, il est important de se positionner dans la bonne plage de pH – la maische s’y trouve souvent d’elle-même mais il est parfois nécessaire selon la recette et l’eau utilisée d’acidifier pour s’y trouver – et dans la bonne plage de température et c’est pour cela que l’on va viser des paliers de température spécifiques.

Quelles enzymes interviennent lors de l’empâtage ?

Enzyme Plage de température optimale Température / pH d’activité max Température de désactivation Effets Palier
Phytase 30 à 53°C 35°C / 60 Dégradation de l’acide phytique en phosphore disponible Palier acide, permet de faire baisser le pH de la maische avec un palier relativement long. La phytase n’est présente que dans les malts clairs où elle n’a pas été dénaturée lors du maltage.
α-glucosidase / maltase 32 à 43°C / 6 50 Hydrolyse du maltose et des dextrines en glucose N/A
β-glucanase 35 à 55°C 45°C / 60 Réduction des β-glucan Fluidifie le moût et facilite la filtration. Réduit le trouble à froid.
Essentiellement actif lors du maltage ou lors de l’utilisation de malt peu transformés ou de céréales non maltées.
Peptidase / Protéinases 45 à 53°C
50 à 59°C
50°C /
58°C /
63
68
Réduction des protéines Palier protéique, réduction du trouble à froid. Accusé de réduire le corps et la tenue de mousse en particulier sous 55°C.
Dextrinase-limite 55 à 67°C
62°C / 5.4 70 Hydrolyse des liaisons aux embranchements de l’amidon saccharification
β-amylase 54 à 66°C 64°C / 5.5 70 Hydrolyse des liaisons entre les glucoses à partir de l’extrémité non réductrice d’une chaine d’amidon.. saccharification
α-amylase 66 à 72°C 70°C / 5.7 78 Hydrolyse des liaisons entre glucoses au sein des chaînes d’amidon saccharification

Utilisation des céréales non maltées dans la bière

Le maltage qui fera probablement l’objet d’un autre article permet de générer les enzymes lors de la germination et d’activer de nombreux processus enzymatiques (dont la réduction des β-glucanes par exemple). Lorsque l’on utilise des céréales non maltées, on s’expose donc à deux risques :

  • manquer d’enzymes dans la maische
  • avoir une forte présence d’éléments réduit lors du maltage

Pour palier au manque d’enzymes, on peut utiliser des malts spécifiques à forte teneur enzymatiques (malt diastasique, du malt vert serait également fortement enzymatique), allonger les paliers ou ajouter des enzymes de culture. Mais pas d’inquiétude, on peut aller assez loin sans vraiment avoir besoin de rajouter des enzymes, brasser avec 50% de malt de base ne devrait pas poser de vrai problème.

A noter que les malts caramels et les malts torréfiés n’apportent plus d’enzymes à la maische.

Lors de l’utilisation de céréales non maltées ou de malt partiellement transformé, un palier d’une 30aine de minute entre 55 et 58°C permet de réduire les β-glucanes et casser les protéines sans prendre trop de risque avec la tenue de mousse.

Brasser sans malt

Sans malt, on ne peut plus appeler ce que l’on fait de la bière mais il est toujours possible de brasser en ajoutant des enzymes souvent produites à partir d’Aspergillus. Peut-être ajouterons-nous un article sur le koji.

La saccharification

gif enzymes

La saccharification va se dérouler dans la fourchette 60-72°C. Peut-importe les températures choisies elle résulte toujours des actions conjointes des β-amylases, des dextrinases-limite et des α-amylases, toutes trois actives sur cette plage. La ou les températures retenues permettrons de favoriser soit les β-amylases et dextrinases-limite – qui ont la même plage d’activité – soit les α-amylases.

Avec un seul palier de saccharification :

  • on extrait le maximum de sucres de l’amidon lorsque les 3 enzymes sont simultanément actives, entre 65 et 68°C
  • on obtient le moût le plus fermentescible (en proportion) en favorisant la dextrinase-limite vers 62°C. Cela demande cependant un palier de plusieurs heures pour obtenir une proportion supérieur à celle obtenue à 65°C la saccharification étant plus rapide avec une meilleure contribution des α-amylases
  • on obtient le maximum de sucres fermentescible (en extrait) vers 65°C
  • la saccharification étant d’autant plus rapide que l’on favorise les α-amylases, elle prendra le moins de temps à 70°C et les β-amylases étant rapidement désactivée vers 70°C, un empâtage long ne présentera que peu d’intérêt.

Au-delà de la température d’autres paramètres vont influer sur la vitesse de conversion et sur la quantité d’extrait :

  • le pH que l’on cherche en général à garder entre 5.2 et 5.5,
  • la durée du ou des paliers (d’autant plus importante que la température reste contenue)
  • le ratio d’empâtage (poids d’eau ajoutée / poids de grain)

Un ratio d’empâtage faible (maische épaisse) va agir sur la vitesse de saccharification en favorisant la rencontre des enzymes avec les sites actifs. Il va également limiter la désactivation des β-amylases car ces dernières sont plus stables lorsque rattachées à un site actif.

La concentration en sucres simples lors de la saccharification va ralentir l’activité des enzymes et peut, au-delà des difficultés induites par une maische épaisse, limiter le rendement.

Ajouts d’enzymes pendant la fermentation

Les levures consomment d’abord les sucres simples avant de s’attaquer aux sucres plus complexes. Selon les souches, le taux d’alcool et bien d’autres paramètres qui dépassent le cadre de cet articles, les levures vont ou non pouvoir consommer les types de sucres complexes restant dans la bière verte. Sur des bières extrêmes, en particulier pour atteindre des taux d’alcool élevés, les levures vont avoir des difficultés à travailler avec des sucres complexes. Il est alors possible d’ajouter des enzymes pour réduire ces sucres et simplifier le travail des levures.

Les industriels ajoutent parfois d’autres enzymes pour accélérer la fermentation et/ou en contourner des difficultés. C’est le cas par exemple de l’α-acétolactate-decarboxylase utilisée pour prévenir la formation de diacétyle et ne pas dépendre de la levure et de la bonne conduite de la fermentation pour l’éliminer.

Note – Les levures produisent elles-même des enzymes adaptées pour réduire les éléments présents dans leur environnement et pouvoir les métaboliser. Un champignon unicellulaire fabrique donc un outil complexe et spécifique répondant à une situation qu’il rencontre.

Pour aller un peu plus loin – mais en anglais – je vous recommande la lecture des articles suivants:

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