LE FERMENTAZIONI Fermentazione lattica Fermentazione alcolica Fermentazione acetica

LE FERMENTAZIONI Fermentazione lattica Fermentazione alcolica Fermentazione acetica

LE FERMENTAZIONI • Dal punto di vista strettamente chimico, la fermentazione è un processo ossidativo anaerobico svolto da numerosi organismi a carico di glucidi per la produzione di energia. Data la grande importanza che questo tipo di metabolismo svolge nella preparazione di parecchi alimenti il termine fermentazione è stato ampiamente usato per indicare una qualsiasi trasformazione catalizzata da un microorganismo. Talvolta il termine è ancora usato in questo senso. Il termine fermentazione deriva dal latino fervere (ribollire), termine usato per indicare l'aspetto del mosto durante la preparazione del vino. Fu Louis Pasteur che fece un pò di chiarezza attribuendo la fermentazione a enti non ben definiti indicati come fermenti, contenuti nei lieviti. I successivi studi fecero capire la natura proteica dei fermenti e ad identificarli con gli enzimi in loro contenuti che permettono i processi fermentativi e, in seguito, vennero chiarite le principali vie del metabolismo energetico in generale e della fermentazione in particolare.

BIOCHIMICA • • Nella maggior parte delle fermentazioni il metabolita di partenza è uno zucchero semplice monosaccaride esoso: il GLUCOSIO. Nelle fermentazioni conviene distinguere due parti: la glicolisi, comune alla maggior parte delle fermentazioni; la rigenerazione del NAD ridotto, specifica delle varie fermentazioni. Nella prima parte, la glicolisi, il glucosio viene trasformato in due molecole di acido piruvico contemporanea produzione di due molecole di ATP e due molecole di NADH 2. L'ATP è una molecola ad alto contenuto energetico subito disponibile per le varie necessità della cellula. La mancanza dell’ossigeno impedisce nella seconda parte della fermentazione, la cellula provvede alla rigenerazione del NADH 2. Il NAD, nella sua forma ridotta, cioè NADH 2 , rappresenta una grossa fonte di energia che per essere utilizzata richiede però la presenza di ossigeno (come avviene nella respirazione cellulare). In assenza di ossigeno, il NAD ridotto deve essere liberato del suo prezioso carico(gli atomi di H) senza ricavarne energia. Le varie fermentazioni differiscono per il modo in cui il NAD viene rigenerato.

Tipi di fermentazione • Fermentazione lattica • La fermentazione lattica è dovuta all’azione di batteri dei generi Lactobacillus e Streptococcus ( bulgaricus e termophilus) che utilizzano il glucosio ottenuto dalla degradazione del lattosio e lo trasformano in acido lattico • C 6 H 12 O 6 → 2 CH 3 CHOH COOH acido lattico

FERMENTAZIONE LATTICA • la fermentazione lattica è sfruttata nella produzione dello yogurt, ma anche dei latti fermentati, nella maturazione dei formaggi e nella preparazione dei crauti. Avviene anche nel corpo umano in condizioni di anaerobiosi (muscolo). Nei muscoli, in condizioni di carico intenso, viene prodotta energia a carico del glicogeno presente in loco, che viene prima scisso in glucosio e poi viene fermentato ad acido lattico. L'accumulo di questo catabolita genera l'affaticamento muscolare e viene gradualmente eliminato durante il recupero tramite un ciclo detto Ciclo di Cori che avviene nel fegato.

Fermentazione alcoolica • La fermentazione alcolica è una forma di metabolismo energetico che avviene in alcuni lieviti in assenza di ossigeno. • Questo tipo di fermentazione è dovuto all’azione di lieviti appartenenti al genere Saccharomyces , di cui il più famoso è il S. cerevisiae, presente sulla buccia del vino come nel lievito di birra, che trasformano il glucosio in alcool etilico o etanolo e anidride carbonica.

• L’alcool prodotto agisce come antisettico nei confronti degli altri microrganismi presenti che muoiono quando la concentrazione dell’alcool aumenta • C 6 H 12 O 6 → 2 CO 2 + CH 3 CH 2 OH alcool etilico • La fermentazione alcoolica è utilizzata per la produzione del vino della birra dello champagne , delle bevande alcooliche in generale e nella produzione del pane

Schema della fermentazione

• • La fermentazione si svolge in due fasi: nella prima il lievito scinde, tramite l'enzima invertasi, gli zuccheri complessi (come il saccarosio), mentre nella seconda avviene la formazione di etanolo (o alcol etilico) a partire dagli zuccheri semplici (ad esempio il fruttosio). La reazione che caratterizza la prima fase è: C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 saccarosio con formazione di glucosio e fruttosio. Nella seconda fase (che distingue la vera e propria fermentazione) a partire dal glucosio nel citoplasma dell'organismo anaerobico si verifica la glicolisi, ovvero la molecola di glucosio, si scinde in due molecole di acido piruvico. L'assenza di ossigeno impedisce poi il verificarsi del normale ciclo di Krebs e della respirazione cellulare aerobica implicante il trasferimento di protoni attraverso la membrana mitocondriale interna; è per tale ragione che la cellula passa ai processi caratteristici della fermentazione. L'acido piruvico viene privato di una molecola di anidride carbonica (liberata nell'ambiente extra cellulare) spezzando il gruppo -COOH per formare come prodotto intermedio l'aldeide acetica, estremamente velenosa. Questa viene infine arricchita di due ioni idrogeno, la cellula rica così le molecole di NAD e forma, in qualità di sottoprodotto, l'etanolo. La reazione totale che sintetizza la formazione di etanolo e anidride carbonica a partire dal glucosio è C 6 H 12 O 6 → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2

Fermentazione acetica • La fermentazione acetica necessita , per potersi verificare , della presenza di ossigeno atmosferico, a differenza delle altre fermentazioni. Responsabili sono dei batteri acetici del genere Acetobacter che vengono sfruttati nella produzione dell’aceto in quanto capaci di trasformare il glucosio, ma anche l’alcool etilico, in acido acetico e acqua • C 6 H 12 O 6 + 2 O 2 → 2 CO 2 + CH 3 COOH + 2 H 2 O acido acetico

Le fermentazioni nelle produzioni alimentari • In molte culture le fermentazioni hanno fornito importanti strumenti per la trasformazione degli alimenti aumentandone la conservabilità. Le fermentazioni sono alla base della preparazione di numerosi alimenti di origine animale e vegetale:

Pane • Nella panificazione il lievito (del genere Saccharomyces) fermenta gli oligosaccaridi che si staccano dall'amido durante la fase di impasto e di riposo della massa in lavorazione. I prodotti della fermentazione alcolica (alcol etilico ed anidride carbonica) passano in fase gassosa formando le caratteristiche bolle durante la lievitazione e la cottura.

vino • Il vino viene prodotto a partire da soluzioni zuccherine ottenute dallo schiacciamento del grappolo d'uva lasciate a fermentare con i lieviti unicellulari del genere Saccharomyces presenti sulla buccia dell'acino o provenienti da colture selezionate. A seconda delle condizioni di fermentazione, si differenziano le qualità organolettiche (colore, sapori, aromi. . . ) del vino caratteristiche si arricchiscono ulteriormente durante le fasi successive di lavorazione. Il lievito in condizioni anaerobiche trasforma 100 grammi di zucchero in 51, 1 di alcool etilico. Questo è un rendimento ideale, nella realtà una parte dello zucchero disponibile è utilizzata dal lievito per moltiplicarsi, inoltre durante la fermentazione i lieviti del mosto producono, oltre l'alcol e l'anidride carbonica, anche prodotti secondari (glicerina, acido acetico, acido succinico) che contribuiscono a caratterizzare l'aroma del prodotto finito.

Birra • La birra si ottiene per l'azione di lieviti della specie Saccharomyces cerevisiae su di un mosto contente malto di orzo e quantità variabili di altri cereali (grano o riso) o mais. La lavorazione è tale da conservare nel prodotto anche l'anidride carbonica. Sottoprodotti dei birrifici sono il "lievito di birra" venduto disidratato o compresso in panetti e l'anidride carbonica.

formaggi • Nella maturazione di alcuni formaggi (riconoscibili dalle "occhiature") gli zuccheri residui vengono degradati con produzione di anidride carbonica. Altri formaggi maturano utilizzando vie metaboliche diverse dalla fermentazione.

• Lo yogurt è il risultato della fermentazione lattica operata da ceppi selezionati di lattobacilli sul latte, intero o trattato. L'abbassamento del p. H dovuto all'accumulo dell'acido lattico protegge il latte da altre alterazioni che lo renderebbero inadatto all'alimentazione e ne permettono quindi la conservazione a temperatura ambiente. L'abbassamento del p. H dovuto all'accumulo dell'acido lattico determina la denaturazione della caseina che coagula conferendo al prodotto la caratteristica consistenza. Nella produzione industriale, spesso si usa addizionare lo yogurth di zucchero o di marmellate per migliorare la gradibilità. yogurt