La science du fromage

Du lait au fromage, en neuf étapes.

Chaque fromage du monde – d’une ricotta fraîche à un Parmigiano de deux ans – commence par du lait et les mêmes quelques étapes. Ce qui change, c’est la température, l’acidité, le temps et les microbes. Voici comment ça marche.

01Lait et chaleur72 °C · 15 s

Avant la première étape

Le lait, c’est surtout de l’eau. Le fromage, c’est ce qui reste.

Le lait de vache contient environ 87 % d’eau. La fabrication du fromage concentre le reste – surtout les caséines et la matière grasse qu’elles retiennent – et laisse partir l’essentiel de l’eau sous forme de lactosérum.

Eau 87,1 %Matière sèche 12,9 %

Dans la matière sèche – lait de vache moyen, en % du lait

4,6LactoseLe carburant des ferments lactiques
4,0Matière grasseRetenue dans le caillé
3,3ProtéinesEnviron 80 % de caséine – la part qui devient fromage
0,7MinérauxLe phosphate de calcium tient les micelles ensemble
κ-caseinCa₃(PO₄)₂≈ 150 nm

La micelle de caséine

La caséine ne flotte pas librement dans le lait. Elle s’assemble en micelles d’environ 150 nanomètres de diamètre, tenues par le phosphate de calcium et maintenues à distance par une couche externe « chevelue » de caséine κ. Coupe ces cheveux et les micelles s’agglomèrent : c’est le moment où le lait commence à devenir fromage.

≈ 550 lde lait pour une seule meule de Parmigiano Reggiano d’environ 40 kg.
Détail scientifique

Environ 80 % des protéines du lait sont des caséines (αs1, αs2, β et κ) ; les 20 % restants sont des protéines sériques, surtout la β-lactoglobuline et l’α-lactalbumine. Les protéines sériques restent solubles et partent en grande partie avec le lactosérum : un fromage à la présure retient donc la caséine et la matière grasse, mais peu de protéines sériques. Le phosphate de calcium colloïdal sert de ciment interne aux micelles ; l’acidification le dissout, d’où l’influence si forte du pH sur la texture du caillé.

Sources [1] [2] · rendement : Consorzio del Formaggio Parmigiano Reggiano

Étape 01 · Lait et chaleur

Choisir le lait, puis décider jusqu’où le chauffer.

Le lait de fromagerie est standardisé en matière grasse et en protéines, puis généralement pasteurisé. Beaucoup de fromages AOP traditionnels le gardent cru, pour préserver les microbes et les enzymes propres au lait.

72 °C · 15 s (HTST)Lait cru : Comté, Beaufort, Roquefort
Détail scientifique

La pasteurisation HTST (72 °C pendant 15 s) inactive les pathogènes et la plupart des enzymes natives du lait, dont la phosphatase alcaline – le test de référence d’un chauffage suffisant. Un chauffage plus fort dénature les protéines sériques comme la β-lactoglobuline, qui s’associent alors à la caséine κ et gênent la coagulation par la présure ; c’est l’une des raisons pour lesquelles on ne chauffe pas davantage le lait de fromagerie. Le lait est souvent standardisé à un rapport caséine/matière grasse cible, qui fixe le taux de matière grasse sur extrait sec du fromage fini.

Sources [1] [2]

72°4°
Pasteurisation · 72 °C pendant 15 s

Étape 02 · Acidification

Les bactéries changent le sucre en acide.

Les ferments lactiques transforment le lactose en acide lactique. La baisse du pH donne le rythme de tout ce qui suit : la façon dont le caillé se raffermit, la quantité de lactosérum qu’il perd, la manière dont le fromage s’affinera.

Mésophile · ≈ 30 °CThermophile · ≈ 42 °CpH ≈ 6,6 → 5,2
Détail scientifique

Les ferments mésophiles (Lactococcus lactis) conviennent aux fromages fabriqués vers 30 °C ; les ferments thermophiles (Streptococcus thermophilus avec Lactobacillus helveticus ou Lb. delbrueckii) résistent aux hautes températures de cuisson des fromages alpins et de type grana. La production d’acide dissout le phosphate de calcium colloïdal des micelles, ce qui modifie la texture et l’aptitude à la fonte du caillé. Pour les pâtes persillées et les croûtes fleuries, les spores de moisissures (Penicillium roqueforti, P. camemberti) sont souvent ajoutées au lait dès cette étape.

Source [1]

H⁺H⁺H⁺6.65.2
Lactose → acide lactique

Étape 03 · Coagulation

La présure coupe un cheveu, et le lait prend.

La chymosine, l’enzyme active de la présure, coupe la couche externe protectrice des micelles de caséine. Privées d’elle, les micelles s’accrochent les unes aux autres et le lait prend en un gel souple en 30 à 60 minutes environ.

≈ 30–35 °CCaséine κ · Phe105–Met106Gel en ≈ 30–60 min
Détail scientifique

Les micelles de caséine sont maintenues à distance par la caséine κ, dont les « cheveux » C-terminaux (le caséinomacropeptide) assurent une stabilisation stérique et électrostatique. La chymosine hydrolyse spécifiquement la liaison Phe105–Met106 de la caséine κ ; une fois environ 85 % de celle-ci coupée, les micelles de paracaséine s’agrègent en présence de Ca²⁺ et forment un réseau de gel. Les fromages à coagulation acide prennent une autre voie : quand le pH approche du point isoélectrique de la caséine (pH 4,6), les micelles s’agrègent sans présure.

Sources [1] [4]

κ-caseinPhe105 – Met106
La chymosine coupe la caséine κ

Étape 04 · Découpage

Petits grains, fromages durs.

Le tranche-caillé découpe le gel en cubes. Plus la découpe est fine, plus le lactosérum s’échappe : des grains de la taille d’un grain de riz pour le Parmigiano Reggiano ; de gros morceaux, voire aucune découpe, pour les pâtes molles – le Camembert de Normandie est moulé à la louche, à la main.

Grain de riz → noixDébut de la synérèse
Détail scientifique

Le découpage déclenche la synérèse – la contraction du gel et l’expulsion du lactosérum. Sa vitesse dépend de la surface, de la température, du pH et du brassage. Découpé trop tôt, le caillé perd de la matière grasse et des fines dans le lactosérum ; trop tard, le gel ferme se brise. Les fromagers jugent le moment à la fermeté, traditionnellement à une « cassure nette ».

Sources [1] [2]

Le découpage lance la synérèse

Étape 05 · Cuisson et brassage

La chaleur essore le caillé.

Les grains de caillé sont brassés et réchauffés dans leur lactosérum. Plus la cuisson est chaude, plus le grain est sec : environ 38 °C pour le Cheddar, au-delà de 50 °C pour les fromages alpins et les grana.

Cheddar ≈ 38–39 °CAlpins et grana ≈ 50–56 °C
Détail scientifique

La température de cuisson est un levier majeur de l’humidité, donc de la texture future du fromage et de la vitesse de son affinage. Les températures élevées sélectionnent aussi les microbes : elles inactivent une grande part de la flore mésophile et dénaturent partiellement le coagulant – c’est pourquoi les pâtes cuites longuement affinées comptent sur les ferments thermophiles et sur la plasmine pour la protéolyse.

Source [1]

38 °C → 55 °C
Cuisson · 38 → 55 °C

Étape 06 · Égouttage et texture

Laisser partir le lactosérum, façonner la texture.

Le lactosérum est évacué. Certains caillés sont encore travaillés : le caillé de Cheddar est empilé et retourné (« cheddarisation ») ; le caillé de pâte filée est pétri et étiré dans l’eau chaude jusqu’à devenir lisse et fibreux, comme pour la mozzarella et le kaşar.

Filage à un pH du caillé ≈ 5,2–5,3Lactosérum → ricotta, lor
Détail scientifique

Le filage ne fonctionne que dans une fenêtre de pH étroite : quand l’acide dissout le phosphate de calcium, la paracaséine devient assez plastique pour être chauffée et étirée en fibres alignées, typiquement vers pH 5,2–5,3. La cheddarisation laisse le caillé se souder, perdre du lactosérum et gagner en acidité avant d’être broyé et salé à sec. Le lactosérum égoutté contient encore des protéines sériques et du lactose ; chauffé et acidifié, il donne des fromages de lactosérum comme la ricotta et le lor.

Source [1]

pasta filata
Le lactosérum s’écoule · le caillé file

Étape 07 · Moulage et pressage

Mouler, presser, marquer.

Le caillé va dans des moules, des faisselles ou des toiles. Les pâtes dures sont pressées pour que les grains se soudent en une pâte fermée ; les pâtes molles s’égouttent sous leur propre poids.

Pâte molle : égouttage spontanéPâte dure : presséeMarquages de croûte et plaques de caséine
Détail scientifique

Le pressage referme les espaces entre les grains et chasse le lactosérum résiduel ; le caillé doit encore être chaud et assez plastique pour se souder. Les fromages protégés sont souvent marqués dans le moule : les lettres en pointillés sur la croûte du Parmigiano Reggiano et sa plaque de caséine au code unique sont apposées à cette étape.

Source [1]

La pression soude les grains

Étape 08 · Salage

Le sel décide de ce qui vit et de ce qui pousse.

Le sel est frotté sur la croûte, mélangé au caillé broyé ou absorbé dans un bain de saumure. Il fait sortir davantage de lactosérum, contrôle les microbes qui survivent et ralentit les enzymes de l’affinage.

Saumure ≈ 18–23 % de NaClFromage ≈ 1–4 % de sel
Ici bifurquentEn saumure · 12
Détail scientifique

Le sel diffuse lentement vers l’intérieur – dans les meules salées en saumure, il peut falloir des semaines pour qu’il s’équilibre – et abaisse l’activité de l’eau. Le rapport sel/humidité est un indicateur clé de qualité : il gouverne l’activité des ferments, la survie des bactéries lactiques non issues des ferments et l’équilibre entre amertume et saveur umami issue de la protéolyse. La feta et les fromages blancs turcs ne sont pas seulement salés en saumure ; ils y mûrissent et y sont vendus.

Source [1]

NaCl18–23 % NaCl
Na⁺ et Cl⁻ diffusent vers l’intérieur

Étape 09 · Affinage

Le temps fait le reste.

Dans les caves, les enzymes et les microbes dégradent les protéines, la matière grasse et le lactose restant. Au fil des semaines, des mois ou des années, un peu de caillé devient Comté, Stilton ou Époisses.

Brie de Meaux ≥ 4 semainesComté ≥ 4 moisParmigiano Reggiano ≥ 12 mois
Détail scientifique

La protéolyse est le processus maître : le coagulant résiduel et la plasmine coupent les caséines en grands peptides, que les bactéries lactiques, issues ou non des ferments, décomposent en petits peptides et en acides aminés libres – précurseurs des saveurs umami et de noisette. La lipolyse libère des acides gras ; elle est la plus forte dans les pâtes persillées, où les lipases de Penicillium roqueforti mènent aux méthylcétones. Les agents d’affinage signent les familles : P. roqueforti dans les pâtes persillées, P. camemberti sur les croûtes fleuries, Brevibacterium linens et d’autres bactéries du morge sur les croûtes lavées, et Propionibacterium freudenreichii, dont le CO₂ forme les trous des fromages de type emmental. Les durées minimales d’affinage sont fixées dans chaque cahier des charges AOP.

Sources [1] [3] · durées minimales : cahiers des charges AOP de l’UE (eAmbrosia)

semainesmoisannées
Protéolyse · lipolyse · moisissures

Familles de fabrication

Un procédé, onze familles.

Cheesepedia classe chaque fromage de son catalogue dans une famille de fabrication, nommée d’après l’étape où sa fabrication prend son propre chemin. Choisis-en une.

277 fromages au catalogue, par famille de fabrication

110 fromages

Pâte pressée affinée

Où le chemin bifurque — 05 Cuisson · 07 Pressage · 09 Affinage

Caillé cuit ou non cuit, pressé en une pâte fermée et affiné pendant des mois ou des années. La plus grande famille, du Cheddar au Comté.

Dans le catalogue
34 fromages

Croûte naturelle

Où le chemin bifurque — 09 Affinage

Laissé former sa propre croûte, sans lavage ni moisissure ensemencée – parmi eux, les petits chèvres de la Loire.

Dans le catalogue
33 fromages

Pâte filée

Où le chemin bifurque — 06 Texture

Caillé étiré et pétri dans l’eau chaude jusqu’à devenir fibreux. Le kaşar et le tel peyniri en font partie, aux côtés de la mozzarella.

Dans le catalogue
25 fromages

Croûte lavée

Où le chemin bifurque — 09 Affinage

Des croûtes lavées à la saumure, parfois au vin ou à l’eau-de-vie, pour que les bactéries orangées du morge s’y développent – d’où leur arôme puissant.

Dans le catalogue
23 fromages

Pâte persillée

Où le chemin bifurque — 02 Acidification · 09 Affinage

Penicillium roqueforti est ajouté au lait ou au caillé, et le fromage est piqué pour que l’air atteigne les veines.

Dans le catalogue
13 fromages

Fromage frais

Où le chemin bifurque — 04 Découpage · 09 sautée

Non affiné, humide et consommé en quelques jours. La coagulation est souvent lente et menée par l’acidité.

Dans le catalogue
12 fromages

Coagulation acide

Où le chemin bifurque — 03 Coagulation

Caillé surtout par l’acidité, près du point isoélectrique de la caséine (pH 4,6), avec peu ou pas de présure.

Dans le catalogue
12 fromages

En saumure

Où le chemin bifurque — 08 Salage

Affiné et vendu en saumure – la famille de la feta et des fromages blancs turcs.

Dans le catalogue
7 fromages

Croûte fleurie

Où le chemin bifurque — 04 Découpage · 09 Affinage

Un duvet blanc de Penicillium camemberti affine le fromage de l’extérieur vers l’intérieur.

Dans le catalogue
5 fromages

Fromage de lactosérum

Où le chemin bifurque — 06 Égouttage

Fait non pas à partir du caillé mais du lactosérum restant, chauffé et acidifié jusqu’à ce que ses protéines floculent.

Dans le catalogue
3 fromages

Fromage fondu

Où le chemin bifurque — Après 09

Du fromage fondu ou mélangé pour lui donner une nouvelle forme, à tartiner ou stable, parfois avec des sels de fonte.

Dans le catalogue

Sources

Pour aller plus loin.

La relecture scientifique par Hasan Suat Arslan est en cours.

  1. [1]Fox, P. F., Guinee, T. P., Cogan, T. M. & McSweeney, P. L. H. (2017). Fundamentals of Cheese Science, 2nd ed. Springer.
  2. [2]Walstra, P., Wouters, J. T. M. & Geurts, T. J. (2006). Dairy Science and Technology, 2nd ed. CRC Press.
  3. [3]McSweeney, P. L. H. (2004). Biochemistry of cheese ripening. International Journal of Dairy Technology, 57(2–3), 127–144.
  4. [4]Lucey, J. A. (2002). Formation and physical properties of milk protein gels. Journal of Dairy Science, 85(2), 281–294.

Chaque fromage, avec sa famille.

Dans l’application, chacun des 277 fromages affiche sa famille de fabrication, son profil gustatif et sa correspondance avec ton palais.