Study of spontaneous cacao fermentation in bioreactors : role of genotype and temperature–pH–agitation control on omics and sensory profiles

Étude de la fermentation spontanée du cacao en bioréacteur : rôle du génotype et du contrôle température–pH–agitation sur les profils omiques et sensoriels La fermentation du cacao constitue une étape post-récolte déterminante, au cours de laquelle les activités enzymatiques et microbiennes génèrent des métabolites précurseurs d’arômes qui définissent la qualité du chocolat. Les fermentations traditionnelles en caisses de bois ne permettent pas de réguler la température, le pH et la disponibilité en oxygène, entraînant une forte variabilité et une compréhension mécanistique limitée. Cette thèse a évalué la fermentation spontanée dans des conditions contrôlées, réalisée dans des bioréacteurs à cuve agitée, afin d’analyser l’influence des variables de procédé, du génotype et du changement d’échelle sur les profils sensoriels, volatils et métabolomiques du cacao. Les plans d’expérience ont inclus des combinaisons factorielles de régimes de température (constant ou en gradient), de stratégies de pH (ajusté ou spontané) et de l'agitation à l’échelle de 5 kg, puis à l'échelle de 50 kg. Le pH interne des fèves a été suivi comme indicateur de la dynamique d’acidification. La qualité a été caractérisée par des approches métabolomiques ciblées et non ciblées (UHPLC-ESI-Orbitrap-MS), la peptidomique, l’analyse des composés volatils (HS-SPME/GC–MS) et l’analyse sensorielle descriptive. Les résultats ont montré que la température et le pH constituaient les principaux déterminants de la formation des arômes, tandis que l’effet de l'agitation restait négligeable. Une température constante de 45 °C avec une évolution spontanée du pH a produit des chocolats équilibrés, enrichis en notes fruitées, florales et de noisette, associés à des peptides discriminants (FASKDQPLNA, LAIN, FGVPSKL), des sucres réducteurs et des marqueurs volatils liés à la qualité supérieure tels que le linalol et le 2-phénylacétaldéhyde. En revanche, l’ajustement du pH a limité la dégradation des composés phénoliques et des méthylxanthines, intensifiant l’amertume et l’astringence, tandis que les gradients de température favorisaient l’accumulation d’acides organiques et une acidité excessive. Le génotype a exercé l’influence la plus marquée. Les génotypes à fort potentiel aromatique, tels que FEAR5, ont bénéficié de la fermentation contrôlée qui a préservé des attributs complémentaires associés à une qualité supérieure, tandis que des stratégies contrôlées ont amélioré le fruité du CCN51 et mélange de génotypes de cacao malgré leur potentiel intrinsèque limité. Le temps de fermentation a modulé ces caractéristiques, la fruité et la qualité globale dominant à 120 h, tandis que la noisette, l’arôme de cacao et l’amertume étaient plus prononcés à 72 h. Le passage à l’échelle de 50 kg a conservé les influences spécifiques aux génotypes, avec une variabilité métabolique inférieure à 33 % et des trajectoires de pH similaires, confirmant la reproductibilité des conditions contrôlées. En conclusion, la fermentation contrôlée en bioréacteur permet la standardisation tout en préservant les caractéristiques de qualité propres aux génotypes. Les résultats à l’échelle pilote confirment sa faisabilité et soulignent son potentiel en tant que plateforme technologique pour produire un cacao de qualité constante et élevée, reliant l’innovation de laboratoire à l’application industrielle.