Introduction
Pour notre année de 1ere S , nous avions à effectuer des Traveaux Pratiques Encadrés aussi appelés TPE. Le But des TPE est de nous faire travailler en groupe sur le long therme sur un thème séléctionné parmis les trois suivants :
- Structures.
- La mesure.
- Matière et forme
Durant ces deux trimestres de travail , nous avons travaillé sur une problématique , fait des recherches sur notre thème et avons effectué des experiences pour appuyer nos hypothèse. Tout cela dans le but de préparer un oral
Après quelques séances de recherche et plusieurs concertations , nous nous sommes tourné vers la thématique de la bière. Rapidement la problématique suivante est ressortie :
Quel est l'influence de la composition de l'eau dans la fabrication de la bière ?
Problématique et Recherches
Une fois notre problématique trouvée, nous avons fait des recherches sur la bière et son histoire. Nous avons principalement utilisé Internet mais aussi les livres disponibles au CDI
La semaine suivante, nous sommes allés visiter une brasserie artisanale : la brasserie Mandrin à Saint Martin d’Hères. Nous avons décidé à ce moment de fabriquer nos propres bières pour la présentation orale et pour répondre à notre problématique. Nous avons donc étudié le processus de création de cette boisson :
- Tout d’abord, les grains d’orges récoltés sont mis à germiner pour que l’amidon soit transformé en glucose, maltose et dextrines grâce aux enzymes présentes dans le grain.
-Puis le grain est séché et torréfié pour créer du malte. C’est la température de séchage qui déterminera la couleur finale de la bière.
-Ensuite, le malt est mélangé à de l’eau chaude pour créer un mout auquel on ajoute des levures pour débuter la fermentation. Les levures sont très importantes et chaque brasserie possède une souche particulière qu’il garde secrète pour garder l’unicité de sa bière. Cette première fermentation dure environ une semaine puis s’en suit une deuxième dont la durée dépend de la levure et de la température utilisée
-Enfin, la bière est filtrée, et mise en bouteille avant d’y rajouter une petite dose de levure pour avoir une formation de bulles.
Nous avons également étudié le processus de la fermentation, très important pour notre TPE : le glucose de formule brute C6H12O6 est consommé par les levures, des êtres unicellulaires eucaryotes et hétérotrophes, pour subvenir à leurs besoins en énergie en situation d'anaérobie, sous forme d’ATP. Mais cette transformation entraine le rejet de dioxyde de carbone CO2 et d’éthanol C2H6O dans le milieu. Cette transformation est dite métabolique car c’est une réaction chimique au sein d’un être vivant.
Los de la fermentation, on assiste tout d’abord à une glycolyse dans le cytoplasme qui transforme le glucose en pyruvate par de l’oxydo-réduction. Ce pyruvate est ensuite décarboxylé, donc une molécule de dioxyde de carbone est éliminée de la molécule organique, et transformé en acétaldéhyde puis enfin réduit en éthanol.
Voici un tableau d’avancement simplifié de la fermentation car celui-ci est beaucoup plus complexe avec la création de pyruvates ou encore d’acétaldéhydes.
Nous avons également fait des recherches sur le phénomène d’osmose et sur la membrane plasmique des cellules pour justifier les échanges de molécules entre l’extérieur et l’intérieur de celles-ci.
La membrane plasmique possède 5 caractéristiques :
-une bicouche lipidique
-des édifices macromoléculaires
-elle est asymétrique
-elle est hétérogène
-elle possède une continuité transitoire
Les lipides constituant la membrane possèdent une tête hydrophile et une tête hydrophobe et forment une bicouche pour protéger le cytoplasme
C’est à travers de cette membrane que vont se créer des échanges entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule. C’est ce qui s’appelle l’osmose.
L’osmose est caractérisée par le passage d’ions ou de molécules au travers d’une membrane semi perméable entre deux milieux de concentrations différentes. On observe alors un mouvement des fluides entre les deux milieux qui tend à équilibrer le tout.
Dans une cellule, si le milieu extérieur est plus concentré, on appelle cela une relation hypertonique et la cellule va se libérer du liquide pour rééquilibrer le milieu et peut donc se vider et mourir : la plasmolyse. Si au contraire la concentration extérieure est moins élevée qu’a l’intérieur de la cellule, c’est ce qu’on appelle la relation hypotonique, donc à ce moment la cellule va absorber le liquide du milieu environnant et peut éventuellement exploser. Et enfin si la concentration à l’extérieur et à l’intérieur de la cellule est équilibrée, alors on appelle ce une relation isotonique donc les échanges se font mais la taille et la forme de la cellule ne fluctuent pas. Et il faut savoir que les échanges se font toujours du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré.
Experiences
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Expérience : Le test des différentes eaux
Notre premiere experience avait pour but de déterminer le Ph et la dureté des différentes eaux
Pour se faire nous avons d'abord reporté les données écrites sur l'emballage des bouteilles dans un tableau , puis nous avons testé nos différentes eaux à l'aide de bandelettes Ph et de bandelettes conçues pour tester la dureté de l'eau
ci-contre , le tableau obtenu pour la composition des eaux
ci-contre , notre expérience avec les différentes bandelettes
Voici le tableau de résultats obtenus
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Expérience : la fermentation
Pour cette expérience nous avons eu besoin de :
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4 X 1g de levures (Saccharomyces cerevisiae)
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100mL de Cristalline
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100mL de Vitelle
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100mL de Volvic
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100Ml d’eau d’Hépar
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4 X 1 mL de glucose à 5g/L
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4 Erlenmeyer
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4 bulleurs
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1 ordinateur avec un bioréacteur
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1 sonde à Ethanol
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1 sonde a Co2
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1 sonde a O2
Voilà à quoi ressemblait notre acquisition avec l’eau d’Hépar, c’est dans celle-ci que le taux d’alcool a augmenté le plus rapidement et a été le plus élevé.
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Expérience : le comptage
Après nos différentes acquisitions effectuées avec les différentes eaux , nous avons voulus réaliser un comptage des levures afin d'observer ou non une croissance de leur nombre. Pour ce faire , nous avons observé les levures qui ont fermentées durant 15 minutes avec de la Volvic ou de l'eau distillée afin de voir si les minéraux et les ions jouaient un rôle ou non dans la multiplication des levures. Nous avons donc mis quelques gouttes de levures avec de la Volvic dans une première cellule de malassez et quelques autres gouttes de levure avec de l'eau distillée dans une autre cellule de malassez grâce au phénomène de capilarité.
Voici deux captures d'écran correspondant à notre expérience:
Les levures dans la Volvic
Les levures dans l'eau Distillée
Nous pouvons observer sans réaliser de comptage que le nombre de levures présentes dans la Volvic est bien plus supérieur que le nombre de levures dans l'eau distillée.
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Expérience : Création de la bière
Pour créer notre bière, nous avons utilisé un mout déjà prêt auquel il ne manquait plus que l’incorporation des levures et de l’eau. Nous avons donc suivi la recette marquée sur le pot du mout en enlevant la 2ème fermentation en raison du manque de temps.
Dans un premier temps, nous avons pesé notre mout en fonction de la quantité de bière souhaitée. Nous sommes donc partis sur un objectif de faire 5 X 200mL de bière. Donc pour cela, nous avons besoin de : 160mL de chaque eau (Hepar, Vitelle, Volvic, Cristalline et eau du robinet)
5 X 0.12g de levures (saccharomyces cerevisiae)
et de 5 X 25g de mout.
Premièrement, nous avons pris 5 bécher et avons mis 25g de mout dans chacun que nous avons ensuit fait chauffer au bain marie à 75°C pour le ramollir. Une fois cette étape réalisée, nous y avons ajouter nos eaux et avons mélanger le tout. Puis, nous les avons fait refroidir en les entourant d’eau froide et de glace pour accélérer l’évacuation de la chaleur. Dans un deuxième temps, nous avons ajouté les levures quand nos solutions étaient à température ambiante.
Pour éviter toute contamination et pour laisser s’échapper les gaz lors de la fermentation, nous avons conçu un barboteur : nous avons bouché les erlenmeyers contenant la préparation avec un bouchon contenant un trou pour faire passer un tube. Ce tube plongeait ensuite dans de l’eau avec une goutte d’eau de javel dans un bécher. Grace a ça, les gaz pouvaient s’échapper mais rien ne pouvait rentrer.
On a donc laissé en place notre fermentation dans un milieu avoisinant les 20°C car les Saccharomyces Cerevisiae sont des levures dites « hautes » donc nécessitent cette température.
Résultats et Bilan
Une fois nos bières terminées, nous les avons filtrés pour retirer les levures mortes. Puis nous avons dilué des échantillons a 1/10 pour éviter de faire saturer les sondes. Ensuite nous avons mesuré le degré d’alcool et nous avons obtenus les résultats suivants :
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4.3° d’alcool pour les bières créées grâce à la cristalline, la Vittel et la Volvic
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3.6° d’alcool pour la bière créée grâce à l’eau du robinet
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7.1° d’alcool pour la bière créée grâce à l’eau d’Hepar
Nous pensons que la fermentation de nos bières dépend des ions contenus dans notre eau. Car l’eau d’Hepar a beaucoup fermenté durant l’expérience et durant la création des bières. Son taux d’alcool est vraiment très élevé pour une boisson créée avec une seule fermentation d’une semaine. Donc nous pensons que les brasseurs artisanaux créant des bières avec un degré d’alcool très élevée utilisent une eau riche en minéraux et font surement plusieurs fermentations pour augmenter le taux d’alcool de la boisson.
Nous n’avons cependant remarqué aucun changement visuel entre les différentes bières. Nous pensons donc que la couleur provient seulement du malt utilisé pour leur création.
