Chapitre 6 Fromages

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Définition et classification

Au plan technologique, le fromage est de la caséine plus ou moins débarrassée des autres constituants du lait et plus ou moins transformée. La norme FAO/OMS n° A-6 ( 1978, modifiée en 1990) donne la définition suivante:

«Le fromage est le produit frais ou affiné, solide ou semi-solide, dans lequel le rapport protéines de lactosérum/caséine n'excède pas celui du lait, obtenu:

• par coagulation du lait, lait écrémé, lait partiellement écrémé, crème de lactosérum ou babeurre, seul ou en combinaisons, grâce à l'action de la présure ou d'autres agents coagulants appropriés, et par égouttage partiel du lactosérum résultant de cette coagulation;
• par l'emploi de techniques de fabrication entraînant la coagulation du lait et/ou des matières obtenues à partir de lait, présentant des caractères physiques, chimiques et organoleptiques similaires à ceux du produit défini plus haut.»

Selon cette même norme:

• Le fromage «affiné» est celui qui n'est pas prêt à la consommation immédiatement après la fabrication, qui doit être maintenu pendant un certain temps à la température et dans les conditions nécessaires pour que s'opèrent les changements biochimiques et physiques caractéristiques du fromage.
• Le fromage «affiné aux moisissures» est celui dont l'affinage est provoqué essentiellement par la prolifération de moisissures caractéristiques dans la masse et/ou sur la surface du fromage.
• Le fromage «frais ou non affiné» est du fromage qui est prêt à la consommation peu de temps après la fabrication.

La classification des fromages selon la norme n° A-6 est donnée au tableau 55. Elle est complétée par des normes individuelles précisant les caractéristiques particulières de divers fromages. De nombreux pays possèdent une réglementation propre concernant, notamment, la définition et la composition des produits.

TABLEAU 55 Classification fromages en fonction de la consistance, de la teneur en matière grasse et des principales caractéristiques d'affinage

*TEFD = Pourcentage de la teneur en eau dans le fromage dégraissé c'est-à-dire:
(Poids de l'eau dans le fromage) x 100 / (Poids total du fromage - Matière grasse dans le fromage)

** MGES = Pourcentage de la matière grasse dans l'extrait sec c'est-à-dire:
(Teneur en matière grasse du fromage x 100) / ( Poids total du fromage - Eau dans le fromage)

Note: Soit par exemple. un fromage ayant une TEFD de 57 pour cent et une MGES de 53 pour cent qui est affiné de la même manière que le Roquefort sa dénomination sera alors:

Principes généraux de fabrication

Le fromage est le produit obtenu par coagulation du lait suivie d'un égouttage du coagulum. Il est essentiellement constitué d'un gel de caséine retenant les globules gras et une partie plus ou moins importante de la phase aqueuse du lait.

La fabrication du fromage comprend trois étapes:

• coagulation ou formation du gel ou coagulum;
• égouttage ou déshydratation du gel aboutissant à un caillé;
• affinage ou digestion enzymatique du caillé.

Cette dernière étape n'existe pas dans le cas des «fromages frais» consommés après égouttage. Ces trois étapes sont généralement précédées d'une phase préalable de préparation du lait.

Préparation du lait

Dans de nombreuses fabrications de fromages fermiers, le lait, encore tiède, est mis en coagulation dès la traite, après une simple filtration. Dans certains cas, on laisse le lait reposer quelques heures dans un local frais afin de procéder à un écrémage partiel en recueillant la crème montée à la surface et afin de permettre le démarrage de la flore lactique intervenant dans la coagulation et l'égouttage. Ces procédés ont l'avantage de permettre d'utiliser et de conserver sur place, de façon très simple, le lait et constituent un moyen non négligeable d'améliorer les ressources alimentaires et les revenus des éleveurs. Leur inconvénient est de donner des produits de qualité variable. En outre, ils sont inapplicables aux laits de mélange soumis au transport, à la réfrigération et au stockage, dont les aptitudes technologiques sont toujours modifiées et irrégulières.

A l'usine, la valorisation de ces laits ainsi que la nécessité de produire des fromages de composition régulière et de qualité hygiénique et organoleptique bonne et constante imposent la mise en œuvre d'une matière première dont le comportement est chaque jour identique. Pour cette raison, on est amené à faire subir au lait des correctifs avant de le mettre en fabrication. La préparation du lait comprend plusieurs opérations (citées ciaprès), certaines pouvant être facultatives ou obligatoires selon la technologie, la réglementation, les produits voulus, etc.

Nettoyage du lait par filtration statique ou centrifuge. Il permet de retenir les impuretés du lait. L'opération centrifuge est plus efficace; elle retient notamment les leucocytes.

Standardisation lait en matières grasses et en matières protéiques. L'ajustement de la teneur en matières grasses se fait soit par apport de lait écrémé dans du lait entier, soit par apport de crème dans du lait entier. La standardisation en matières protéiques se fait par ajout au lait de poudre de lait, de caséine ou de caséinates, ou encore par ultrafiltration. La teneur en protéines du lait de fromagerie est le plus souvent comprise entre 33 et 40 g/litre au maximum.

Assainissement du lait. Il se fait très généralement à l'aide d'un traitement thermique. Il faut rappeler que la pasteurisation peut entraîner diverses modifications de la composition et de la structure physico-chimique du lait défavorables aux fabrications fromagères. Les protéines solubles retenues dans le caillé rendent l'égouttage difficile et peuvent être à l'origine, lors de la maturation, de saveurs défectueuses. Il faut souligner aussi une rupture de l'équilibre phosphocalcique du lait se traduisant par un appauvrissement en sels de calcium soluble qui provoque des difficultés de coagulation.

Le choix d'une combinaison temps/température en fromagerie se pose dans les termes suivants: ou bien le chauffage est suffisant pour assurer la destruction de tous les micro-organismes pathogènes, mais le lait subit des modifications gênantes pour certaines fabrications; ou bien le chauffage est modéré et ne modifie pas les aptitudes fromagères du lait, mais la sécurité hygiénique risque d'être insuffisante.

Pour éviter la confusion entre la pasteurisation et les traitements thermiques moins sévères utilisés en fromagerie, on leur réserve souvent le terme de thermisation. Sans offrir les garanties d'assainissement identiques à celles données par la pasteurisation telle qu'elle est pratiquée pour le lait de consommation, la thermisation constitue néanmoins un traitement assurant, outre la destruction d'une bonne partie des germes indésirables en fabrication, celle de la plupart des pathogènes. Les éventuels pathogènes résiduels sont, le plus souvent, inhibés sous l'action de l'acidification et de l'affinage.

Rééquilibrage en calcium. Pour redonner au lait pasteurisé (comme au lait refroidi) un comportement normal au cours de la coagulation et de l'égouttage, il suffit généralement de lui ajouter du chlorure de calcium anhydre à une dose maximale de 0,2 g/litre.

Maturation. Elle a pour but d'améliorer le lait en tant que milieu de culture pour les bactéries lactiques et d'amener le lait à son pH optimum d'emprésurage. Secondairement, elle contribue à reconstituer les équilibres physico-chimiques du lait ayant pu être perturbés par des traitements antérieurs (réfrigération principalement). Il existe diverses méthodes de maturation dont le choix est fonction de la qualité du lait reçu, de l'organisation du travail et de la nature du fromage.

Coagulation

La coagulation du lait correspond à une déstabilisation de l'état micellaire originel de la caséine. Les micelles de caséine doivent leur stabilité à deux facteurs:

• La charge de surface: les caséines ont un caractère acide très net; au pH normal du lait, elles ont un fort excès de charges négatives. Les micelles sont elles aussi chargées et de fortes répulsions électrostatiques empêchent leur rapprochement.
• Le degré d'hydratation: l'eau fixée par les micelles est importante (3,7 g par g de protéines); une partie de cette eau forme autour de chaque micelle une enveloppe d'hydratation protectrice.

En fromagerie, la déstabilisation est réalisée soit par voie fermentaire à l'aide de bactéries lactiques, soit par voie enzymatique à l'aide d'enzymes coagulantes, en particulier la présure.

Coagulation par acidification lactique. Sous l'action des bactéries lactiques, le lait s'acidifie progressivement. Cette acidification entraíne une neutralisation des charges négatives portées par les caséines. Dans le même temps se produit une déminéralisation progressive des micelles qui se désintègrent en sousunités.

Lorsque le pH est voisin de 5, la charge des submicelles est très réduite et la précipitation s'amorce. (point isoélectrique de la caséine), la neutralisation des charges est complète; les micelles de caséine floculent et se soudent formant au repos un gel homogène qui emprisonne le lactosérum et occupe entièrement le volume du lait. Au cours de la déminéralisation du complexe phosphocaséinate de calcium, le calcium colloïdal migre dans le sérum.

Congulation par action de la présure. Diverses enzymes protéolytiques ont la propriété de coaguler le lait. Elles sont soit d'origine animale (présure, pepsine), soit d'origine végétale (broméline, ficine), soit d'origine microbienne (enzymes de certaines moisissures ou de bactéries). Les enzymes utilisées en fromagerie sont la présure, la pepsine et celles d'origine fongique. La plus ancienne et toujours très employée est la présure constituée d'un mélange de chymosine (80) et de pepsine (20); elle est sécrétée dans la caillette des jeunes ruminants nourris au lait. Outre son activité coagulante, spécifique sur la caséine, la chymosine a une activité de protéolyse générale pouvant se manifester sur toutes les protéines.

La coagulation du lait par la présure comprend deux phases: une phase enzymatique, au cours de laquelle la chymosine dégrade la caséine K de façon spécifique, et une phase de coagulation, qui correspond à la formation du gel par agrégation des micelles modifiées.

Congulums de fromagerie. Les mécanismes d'action de la présure et de l'acide lactique, très différents, aboutissent à deux types de coagulums dont les aptitudes à l'égouttage et à l'affinage sont spécifiques de leur mode de formation. Entre ces types extrêmes se placent les coagulums obtenus par l'action simultanée de l'acidification et de l'enzyme.

Les caractères de ces caillés dits mixtes sont déterminés par l'importance relative de chaque agent coagulant. La coagulation strictement acide est peu utilisée, sauf dans quelques fabrications fermières. L'action enzymatique seule conduit à un coagulum qui, pour être transformé en fromage, nécessite une acidification. Ainsi, un coagulum de fromagerie résulte presque toujours de l'action combinée de l'enzyme et de l'acidification. Toutefois, son caractère est différent selon que l'acidification débute avant l'emprésurage (pâtes molles et certaines pâtes pressées non cuites) ou que l'acidification débute après l'emprésurage et la gélification (pâtes pressées cuites).

Selon le mode de coagulation dont ils résultent, on classe habituellement les coagulums en trois types conduisant à trois grandes catégories de fromage: coagulums à caractère lactique dominant (type «pâte fraîche»: fromages blancs, petits suisses, cottage, quarg, etc.); coagulums à caractère présure dominant (type «pâte pressée»: saint-paulin, edam, cantal, cheddar, gruyère); coagulums à caractère mixte (type «pâte molle»: camembert, brie, munster, bleu, etc.).

Le tableau 56 donne les principaux caractères des coagulums et des fromages dont ils sont issus, en fonction du mode de coagulation.

Egouttage

Le gel formé par acidification ou par action de la présure est dans un état physique instable. Plus ou moins rapidement selon la nature du coagulum, la phase dispersante se sépare spontanément du coagulum sous forme de lactosérum. Ainsi, en observant un gel au repos, on voit spontanément sourdre à sa surface de fines gouttelettes qui grossissent, se rejoignent en traînées festonnées et finalement forment un film liquide. En même temps, le gel se décolle des parois du récipient et diminue de volume.

L'égouttage est le résultat de deux phénomènes physiques différents:

• un phénomène actif, la synérèse, qui est dû à la contraction du gel; il est particulièrement important dans les coagulums présure;
• un phénomène passif, résultant de l'aptitude du coagulum à laisser s'écouler le lactosérum occlus; cette exsudation spontanée du sérum, lice à la perméabilité du coagulum, est une des caractéristiques des gels lactiques.

La séparation du lactosérum s'accompagne d'une ségrégation des différents composants originels du lait: la plus grande partie de l'eau et du lactose ainsi qu'une petite fraction de la matière grasse et des protéines sont éliminées par le sérum; la plus grande partie des protéines et de la matière grasse est retenue par le coagulum, dont l'extrait sec croît progressivement à mesure de l'élimination du sérum.

TABLEAU 56 Caractéristiques des coagulums et des fromages en fonction du mode de coagulation

L'acidification du lait avant et après coagulation élimine dans le lactosérum les sels minéraux primitivement fixés sur la micelle de caséine. Le niveau de minéralisation résiduelle de la caséine détermine le degré de cohésion du coagulum, son aptitude à l'égouttage ainsi que la matière sèche finale du fromage.

La technique de fabrication propre à chaque type de fromage vise à développer dans le coagulum, en un temps déterminé, une acidification d'intensité appropriée pour obtenir des caractères physico-chimiques spécifiques au produit fini non affiné désiré.

Salage

Il a un triple rôle: il complète l'égouttage et contribue à la formation de la croûte; il règle l'activité de l'eau (Aw) du fromage et par là favorise, freine ou oriente le développement des micro-organismes et les activités enzymatiques au cours de l'affinage; il relève la saveur du fromage et masque ou exalte le goût de certaines substances formées au cours de l'affinage.

On utilise deux procédés de salage: le salage à sec des fromages par saupoudrage à la main ou à la machine, par frottage ou par incorporation dans le caillé; le salage en saumure généralement saturée (318 g/litre à 20 °C). La plupart des fromages ont une teneur en sel de 1,5 à 2,5 pour cent. Certains fromages orientaux (fêta) conservés en saumure ont un taux de sel de 8 à 15 pour cent et sont généralement dessalés avant leur consommation.

Affinage

A la fin de l'égouttage, le coagulum se trouve sous forme d'un gâteau de volume, de forme et de composition déterminés. Sauf dans le cas où ce coagulum est consommé à l'état frais, il subit alors un affinage (ou maturation) qui va modifier sa composition, sa valeur nutritive, sa digestibilité et ses caractères organoleptiques (aspect, consistance, saveur, odeur).

L'affinage correspond à un ensemble de dégradations enzymatiques, simultanées ou successives, du substrat (= le caillé) préparé par la coagulation et l'égourtage. Il constitue un processus très complexe en raison de la nature du substrat, de la diversité des agents responsables, de la variété des transformations et du nombre de produits formés. Il est dominé par plusieurs phénomènes biochimiques dont les plus importants sont la fermentation du lactose, la dégradation enzymatique des protéines et l'hydrolyse de la matière grasse. Les protéines sont hydrolysées en éléments de plus en plus simples et à sapidité croissante: polypeptides, peptides, acides aminés, ammoniac. La dégradation de la matière grasse est surtout notable dans le cas des pâtes persillées. Les triglycérides sont hydrolysées en acides gras et glycérol, euxmêmes pouvant être transformés en résidus plus sapides et aromatiques (aldéhydes, cétones).

Technologie des principaux types de fromage

Fromages issus de coagulation lactique

Il s'agit des fromages frais ou à pâte fraîche. La coagulation a un caractère acide prédominant. Elle est obtenue par un ensemencement du lait avec des bactéries lactiques mésophiles à la dose de 1 à 3 pour cent et à la température de 18 à 25 °C. Elle est complétée par une faible addition de présure (de 1 à 5 ml de présure au 1/10 000 pour 100 litres) seulement destinée à donner une légère contractilité au caillé.

Le processus de coagulation est essentiellement tributaire de la vitesse d'acidification. Le temps de floculation varie de 6 à 15 heures. Le temps de tranchage ou de coagulation totale est de l'ordre de 16 à 48 heures. En fin de coagulation, l'acidité du sérum est élevée (de 65 à 100 °Dornic) et le pH bas (44,5). Le coagulum est ferme, friable, perméable. Son aptitude à l'égouttage est faible; la matière sèche dégraissée finale est toujours inférieure à 30 pour cent et varie le plus souvent entre 12 et 22 pour cent.

L'égouttage spontané est lent et incomplet; aussi, en pratique, il est nécessaire, pour obtenir un fromage suffisamment goutté dans des délais acceptables, d'exercer une action mécanique limitée sur le coagulum. Dans les procédés traditionnels, cette action consiste en un découpage sommaire associé à un très léger brassage et à un pressage réalisé lors de la mise en sacs du caillé et du retournement de ceux-ci. Dans ces conditions, l'égouitage reste néanmoins long (de 24 à 48 heures).

La centrifugation permet de réaliser l'égouttage de façon presque instantanée. Afin de rendre le caillé moins friable et éviter des pertes excessives de matière sèche dans le sérum, on accentue légèrement le caractère présure du coagulum par des doses de présure et des températures de coagulation un peu plus élevées

La pâte obtenue en fin d'égouttage se caractérise par une forte humidité, un pH bas (4-4,2) qui lui confère son goût acidulé et une faible minéralisation (0,1 pour cent de calcium, 0,2 pour cent de phosphore). Elle contient encore, sous forme d'acide lactique, environ 25 pour cent du lactose du lait.

La teneur élevée en eau et le faible degré de minéralisation entraînent un manque de tenue et de cohésion du fromage, qui se présente généralement sous forme d'une pâte qu'il faut conditionner dans des récipients rigides et étanches. La consommation s'effectue sans affinage dès la fin de l'égouttage après incorporation éventuelle de crème, de sel, de sucre, d'épices, etc.

Fromages issus de coagulation mixte

La coagulation est réalisée par action conjointe de la présure et de l'acide lactique. Cependant, la formation du coagulum se fait généralement sous l'action dominante de la présure. C'est ensuite, progressivement, qu'il acquiert des caractères lactiques. Selon les pâtes, les doses de présure au 1/10 000 varient de 15 à 25 ml pour 100 litres, celles des levains lactiques de 1 à 3 litres pour 100 litres et la température de coagulation de 28 à 32 °C.

En jouant dans les limites précitées sur les paramètres ci-dessus, on obtient un coagulum présentant, de façon plus ou moins accentuée en fonction du fromage désiré, les caractères ci-après: bonne perméabilité et aptitude à l'égouttage spontané du fait de l'acidification; contractilité moyenne déterminée par une minéralisation modérée; possibilité d'interventions mécaniques accélérant l'égouttage (tranchage, brassage léger) dans la mesure où la friabilité reste sans excès, c'est-à-dire où l'acidification et la déminéralisation ne sont pas trop poussées.

Les pâtes obtenues ont une teneur en matière sèche comprise entre 42 et 55 pour cent, un degré de minéralisation limité (0,2-0,3 pour cent de Ca), un pH bas (4,2-4,5). L'affinage est de durée variable, mais toujours assez courte (de 10 jours à 2 mois).

Fromages issus de coagulation présure

Ce sont les fromages à pâte pressée. Ils se caractérisent par une coagulation à caractère présure dominant, obtenue par l'utilisation de doses élevées de présure (de 25 à 40 ml de présure au 1/10 000 pour 1001itres de lait) dans des conditions de température favorables à l'action de l'enzyme (de 32 à 40 °C).En outre, le caractère lactique reste très limité par la mise en œuvre de lait frais ensemencé avec de faibles doses de ferments acidifiants (de 0,S à 1 litre pour 100 litres de lait). Le temps de floculation est court (de 10 à 30 minutes).

Ainsi, le calcium et le phosphore restent intégrés dans la «charpente>> de phosphoparacaséinate de calcium, de sorte que le caillé présente un degré de minéralisation élevé (Ca = 0,6 à 1,2 pour 100 g; P = 0,3 à 0,8 pour 100 g) et, de ce fait, est souple, peu friable et apte à l'égouttage mécanique.

L'égouttage est rapide et prononcé. La teneur élevée en matière sèche (de 45 à 70 pour cent) est obtenue par la mise en œuvre de plusieurs traitements physiques (tranchage, brassage, lavage, chauffage, pressage) permettant de rompre énergiquement l'imperméabilité du gel. Pour être efficaces, ces traitements doivent être accompagnés d'une acidification très modérée et bien contrôlée du caillé qui, en déminéralisant partiellement le complexe de phosphoparacaséinate de calcium va le rendre perméable tout en permettant l'obtention de fromages très minéralisés, ayant une forte cohésion et pouvant être de gros format. Le pH en fin d'égouttage est voisin de 5-5,2. La quasitotalité du sérum est éliminée au cours du travail en cuve (généralement en moins de 2 heures); le pressage final en moules sert beaucoup plus à former le fromage qu'à l'égoutter.

L'affinage débute par la neutralisation de la pâte. Celle-ci se fiait essentiellement par l'intermédiaire du calcium mais est, dans certains fromages, complétée par le développement contrôlé en surface de moisissures et d'une flore neutralisante productrice d'ammoniac. La protéolyse qui suit se fait par voie enzymatique: présure et principalement protéases bactériennes. Dans les pâtes du type emmental se développe la fermentation propionique qui, par production de gaz, est responsable de l'ouverture, c'est-à-dire de formation de trous; elle contribue aussi au développement de la saveur. La durée de l'affinage est longue (de 3 semaines à 9 mois); elle varie dans le même sens que la matière sèche. La température des hâloirs est de l'ordre de 12 °C pour les fromages à pâte pressée non cuite. Pour les fromages à pâte pressée cuite dans lesquels on recherche le développement de la fermentation propionique, l'affinage se fait généralement à deux températures: cave froide vers 12 °C; cave chaude à 20 °C environ. Les soins accompagnant l'affinage ont pour but essentiel de contrôler ou d'interdire la prolifération de flores s'implantant spontanément à la surface du fromage.

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