Les enzymes: des molécules à tout faire

Que sont exactement les enzymes ? Le terme enzyme ("en zyme" = " dans le levain") est originaire du grec et signifie le ferment (du latin "fermentum" = levain). A l'époque, le ferment désignait les enzymes; leur séparation des cellules vivantes était alors impossible par manque de techniques de purification. De nos jours, la différence est caduque puisque les deux termes sont utilisés indifféremment, enzyme étant plus moderne. Les enzymes contrôlent l'ensemble du métabolisme cellulaire par leur activité de biocatalyseur. Elles travaillent de manière catalytique, c'est-à-dire, elles ne se modifient pas pendant la réaction. Comme pour "une serrure et sa clé", une spécificité importante lie une enzyme à son substrat. Les enzymes sont classées selon des critères fonctionnels et sont désignées par le nom du substrat transformé, suivi du suffixe "-ase": les peptidases, par exemple, clivent les peptides ainsi que les protéines; la saccharase dissocie le saccharose, le sucre usuel, en ses composantes qui sont le fructose et le glucose.

Une partie importante des aliments que nous consommons quotidiennement est produite à l'aide de micro-organismes. Le yogourt, le séré, le fromage, le pain, le vin et la bière résultent de l'action d'enzymes issues de bactéries, de levures ou de champignons. Les enzymes sont les assistants des micro-organismes (et de toute cellule vivante en général). Elles assurent la maintenance des fonctions vitales de la cellule. Les cellules en contrepartie fournissent aux enzymes un environnement idéal: milieu aqueux et tempéré, pression et acidité (pH) constantes.
Louis Pasteur (1822 - 1895) pensait que la fermentation était impossible sans cellules vivantes: "Il n'y a pas d'alcool sans levure". Le chimiste allemand Justus von Liebig (1803 - 1873) prétendait au contraire, que la fermentation de l'alcool était purement chimique et non biologique. En 1897, Eduard Bucher (1860 - 1917) trancha la question: il montra qu'un lysat de levure était suffisant pour engendrer la fermentation de l'alcool. Il nomma la substance responsable de cette action "le ferment zymase".
De nos jours, beaucoup d'enzymes sont utilisées en dehors de leur contexte cellulaire. Par différentes étapes de purification, elles sont séparées des composants cellulaires et du milieu de fermentation. De nombreux micro-organismes peuvent également être utilisés pour la production d'une grande quantité d'enzymes par l'utilisation de milieux de culture spécifiques ou par modification génétique.

Toute une série d'outils de production et d'additifs alimentaires sont produits à partir d'enzymes isolées et purifiées. Les réactions indésirables dues aux contaminants cellulaires ou microbiens peuvent être évitées en grande partie par l'utilisation d'enzymes purifiées. De par leur origine biologique, les préparations enzymatiques sont actives dans des conditions physiologiques: température ambiante, pression atmosphérique et pH neutre. De cette façon, moins de produits secondaires sont synthétisés que lors de processus non-enzymatiques, qui nécessitent des conditions réactionnelles nettement plus drastiques. C'est ce qui rend les enzymes tellement attractives pour la production alimentaire.
"Ce n'est qu'avec des enzymes hautement purifiées et fortement concentrées que des vitesses réactionnelles intéressantes pour l'industrie peuvent être atteintes lors de transformations biochimiques" explique Werner Speiser, directeur du marketing chez les industries boulangères Novo Nordish Suisse.

Les enzymes accélèrent les réactions chimiques par des facteurs de 100 millions voir plus, dans des conditions ambiantes. Elles rendent ainsi possible de nombreux processus vitaux. La formation d'alcool et de dioxyde de carbone à partir de 1 kg de sucre est accompli en quelques heures par 10-20 mg d'enzymes spécifiques. Sans enzyme, la réaction nécessiterait environ 5000 ans!

L'application d'enzymes dans la transformation de produits alimentaires améliore par exemple leur goût, leur apparence ou leur valeur diététique. Les enzymes utilisées comme catalyseurs peuvent également augmenter le contenu d'un ingrédient particulier ou contribuer à la conservation des aliments transformés. Selon Werner Speiser, le marché principal des enzymes en Suisse concerne celui des pectinases, utilisées pour réduire la turbidité des jus de fruits, en particulier les jus de pommes et de raisin. Toujours selon Speiser, les enzymes jouent également un rôle prépondérant dans l'élaboration de sauces. La troisième place dans la liste des "best-sellers" suisses est occupée par les enzymes utilisées en boulangerie. Appartiennent à cette catégorie, les alpha-amylases, par exemple, qui relâchent rapidement des sucres pour la fermentation à partir de différents types de farines. Elles contribuent ainsi à une "levée" de la pâte plus rapide et plus fiable, à une amélioration du goût et à la coloration de la croûte.

Des enzymes produits par génie génétique: quelle utilité?

Depuis que les producteurs alimentaires ont réalisé que les enzymes pouvaient contribuer d'une façon importante à l'amélioration des produits alimentaires et de leurs procédés de fabrication, les chercheurs ont renforcé leurs efforts pour identifier des nouvelles enzymes dans la nature. Cependant, un bon nombre de ces précieuses enzymes n'ont pas pu être produites à grande échelle. Cela pour trois raisons:

1. L'organisme-hôte ne produit l'enzyme qu'en petite quantité.
2. L'enzyme désirée ne peut pas être isolée à un degré de pureté suffisant.
3. L'enzyme désirée fonctionne mal dans certaines conditions, telles que des températures élevées.

Par l'emploi du génie génétique, ces problèmes peuvent être contournés.

Le monde de Geni:

Mon collègue Alfred Amylase m'a appelé hier pour se plaindre de son travail. Il travaille aux pièces à produire du glucose à partir d'amidon. Sa cheffe, la levure du boulanger, utilise ce sucre pour la production d'énergie. Le pauvre bougre est complètement épuisé. Il travaille dans le département de la farine pour tresse. Ce département produit de la pâte levée pour les "bonshommes de la Saint Nicolas", qui sont volontiers consommés en Suisse à cette période de l'année. Sylvie Invertase, son amie, jouit d'une situation bien meilleure. Elle travaille pour une lie de vin. C'est nettement mieux, je vous le dis: elle, elle sépare le saccharose en glucose et en fructose. Sa cheffe, la lie de vin, trouve cela tellement génial qu'elle produit de l'alcool et du gaz carbonique comme produits secondaires pour Sylvie et ses collègues. Sylvie et ses collaboratrices travaillent dans un Whirlpool alcoolisé! Les consommateurs humains l'utilisent ensuite comme champagne du millénaire.

La liste des champs d'applications possibles est longue et elle croît presque quotidiennement. A noter que les enzymes ne sont pas utilisées exclusivement dans le secteur de l'alimentation, mais aussi dans celui des processus techniques (par exemple la production de médicaments, de produits chimiques raffinés ou de produits de lessive) ou dans celui de l'écologie.

Voici quelques exemples choisis de réactions enzymatiques dans l'alimentation:

Amylases	Formation de sucres pour la fermentation à partir d'amidon. De là sont produit l'alcool et le gaz carbonique	Production de boissons alcoolisées et "levée" de la pâte en boulangerie
Fermentation lactique, Chymosine	Formation de lait acidulé	Production de produits laitiers tels que le lait acidulé, le yoghourt, le séré et le fromage
Pectinases, Cellulases	Dégradation de la pectine, qui contribue la turbidité des jus de fruits	Jus de pommes, de baies et de raisin. Pas employé pour des jus dits non-filtrés (par exemple jus d'oranges et jus de fruits à pépins)