La fermentation malolactique qui consiste en une décarboxylation enzymatique de l'acide L- malique en acide L-lactique est une réaction importante réalisée par les bactéries lactiques durant la vinification de la plupart des vins rouges et de certains types de vin blanc comme le champagne et les vins blancs secs de certains cépages acides. Elle assure :
- une diminution de l’acidité afin de produire un vin plus souple et moins agressif gustativement.
- une stabilité microbiologique
- la production d’un caractère organoleptique plus complexe par formation de certaines molécules
aromatiques ex : lactate d’éthyle, diacétyle, acétoïne, 2,3-butanediol.
La stabilité microbiologique n’est bien évidemment pas absolue car certains micro-organismes peuvent se développer même après la FML. Bien que l’acide malique soit transformé en acide lactique plus stable et que des nutriments aient été consommés, il reste encore des substances nutritives pour supporter une croissance de bactéries ou de levures de contamination comme les bactéries acétiques et les levures appartenant au genre Brettanomyces.
Pendant la FML, les bactéries lactiques utilisent l’enzyme malolactique pour transformer l’acide L-
malique en acide L-lactique. La réaction est catalysée en présence d’ions manganèse (Mn2+) et de
NAD+ comme cofacteurs. En effet, l’enzyme est constitué de deux ou quatre sous-unités de poids
moléculaire équivalent (60000 Da). Le NAD+ pourrait être impliqué dans l’association des deux
sous-unités, rendant active la conformation de l’enzyme (Strasser de Saad, 1983). La dégradation de l’acide malique ne commence que lorsque la population de bactéries lactiques atteint la valeur de
106 cellules/mL, suggérant que l’enzyme malolactique n’est pas exprimé en début de phase de
croissance (Wibowo et al. 1985). Le transport de l’acide L-malique dans la cellule se fait à l’aide d’un transporteur membranaire, la malate perméase, car à pH = 3,5, la forme prédominante de
l’acide malique est la forme ionique (pKA=3,4). 43% uniquement se trouvent sous la forme
moléculaire, non-dissociée, capable d’entrer dans la cellule par simple diffusion (Bony et al. 1997).
COOH-CH2-CHOH-COOH CH3-CHOH-COOH + CO2
Les bactéries sont capables de se développer dans une gamme de pH assez large. Elles doivent Mn2+, NAD+
membrane joue un rôle très important ; d’un côté elle s’oppose à la libre diffusion de constituants entre le milieu extracellulaire et le cytoplasme assurant le rôle d’une barrière semi-perméable et d’un autre côté c’est le lieu d’échange d’électrons et de protons. La capacité des bactéries à tolérer
des pH faibles dépend apparemment de leur capacité à maintenir un pH intracellulaire (pHi)
convenable. Le pH du vin est à la limite basse de la gamme tolérable par les bactéries lactiques. La
croissance s’arrête quand le pHi tombe au-dessous d’une valeur limite. Cette valeur varie beaucoup
avec les différentes espèces et souches de bactéries lactiques. Le pHi limite ne dépend pas
seulement du pH externe du milieu mais aussi de l’acide organique impliqué (Mc Donald et al. 1990) et du pH et de la composition du milieu de la préculture. O. oeni est capable de maintenir un
pHi plus haut que d’autres bactéries lactiques comme par exemple L. plantarum à des pH externes
bas (3,5) (Henick-Kling, 1986). Elle est également capable de maintenir un pHi et un ∆p plus hauts
à pH externe bas (3,5) qu’à pH externe haut (5,5). Ceci peut être la raison pour laquelle O. oeni se développe mieux que les Pédiocoques et les Lactobacilles à pH bas.
Il est difficile de comprendre l’avantage physiologique de la FML. Pendant longtemps le seul avantage constaté était l’augmentation du pH du milieu ce qui favorise la croissance. Pilone et Kunkee (1976) ont montré que pendant la FML par O. oeni la vitesse de croissance à pH bas était augmentée indépendamment du changement du pH du milieu. Sur la base d’études du pH
intracellulaire (pHi) et du gradient électrochimique ∆p, Henick-Kling (1986) a proposé que la FML
présente un avantage énergétique à cause d’un pHi et ∆p augmentés. Il a également montré que
pendant la FML il y a production d’ATP lié au gradient électrochimique (∆p) à travers l’ATPase de la membrane cellulaire (figure I-6).
Figure I-6. Modèle de génération d’ATP par la transformation de l’acide malique en acide lactique (Henick-Kling et al. 1991).
COOH-CH2-CHOH-COO- + H+ Malate perméase COOH-CH2-CHOH-COO- CH3-CHOH-COO- H2CO3 L-Lactate L-malate H+ CH3 -CHOH-COO- + H+ H2CO3 3H+
ADP +Pi ATP
ATPase membranaire
L-Lactate
Le même mécanisme est utilisé par toutes les bactéries qui possèdent l’enzyme malolactique (Cox et Henick-Kling, 1990). L’entrée du malate dans la cellule qui ensuite est décarboxylé en lactate et
en CO2 augmente le pH interne ce qui impose un influx de protons du milieu extérieur vers la
cellule. L’entrée du malate et la sortie du lactate aident à la création d’une force protomotrice permettant la synthèse d’ATP par l’ATPase membranaire (Poolman, 1993). La synthèse de chaque
molécule d’ATP nécessite l’entrée de 3 ions H+. Notons que la sortie du L-lactate et des ions H+ se
fait par un symport. Ce système ne fournit pas de carbone pour la croissance, il faut donc que des sucres soient utilisés comme source de carbone. Pour les bactéries lactiques du vin, l’acide malique est apparemment préféré comme source d’énergie à pH bas et au début de la croissance (Drichi- Cachon, 1995). Contrairement à l’inhibition du catabolisme du sucre due très probablement à une diminution de l’activité de la phosphofructokinase (Krebs et al. 1983), l’utilisation du malate est maximale à pH bas (<4,5). De plus la quantité d’ATP produite à cause de l’utilisation du malate est deux fois plus grande à pH=3,5 qu’à pH=5,5 qui est le pH optimal du catabolisme du sucre et de la croissance (Cox et Henick-Kling, 1989).