Le fermentazioni sono processi biochimici che sfruttano l’azione dei cosiddetti fermenti. In campo alimentare, oltre alla fermentazione alcolica, assumono particolare rilievo le fermentazioni lattica, propionica e acetica.
Vediamo quindi insieme questi processi chimici
TIPI DI FERMENTAZIONI: che cos’è la fermentazione.
Propriamente, per fermentazione si intende
un processo metabolico anaerobico in cui il glucosio viene trasformato in altri composti organici, producendo energia.
E’ il meccanismo con cui batteri e lieviti producono l’energia di cui hanno bisogno per vivere ma, in particolari condizioni, può verificarsi anche nel nostro corpo. Avete presente quando vi vengono i crampi? Ebbene, sono dovuti proprio a una fermentazione!
Da un punto di vista chimico è un’OSSIDORIDUZIONE
Spieghiamo meglio i termini che compaiono nella definizione.
- PROCESSO METABOLICO o metabolismo è l’insieme di tutte le trasformazioni energetiche che avvengono negli organismi a livello cellulare e rendono possibile la produzione di energia e lo svolgimento delle normali attività. Ne riparleremo meglio a breve.
- ANAEROBICO è invece qualsiasi processo o reazione che avviene in ASSENZA DI OSSIGENO.
In altre parole: la fermentazione è un processo per produrre energia dal glucosio che avviene in assenza di ossigeno
I processi di fermentazione sono sfruttati fin dall’antichità dall’uomo per la produzione di bevande (birra, vino) ma anche di alimenti (yogurt, formaggi, cibi fermentati), carburanti (biocombustibili), solventi (acetone), farmaci (antibiotici) e altri composti chimici
I fermenti
Responsabili della fermentazione sono dei microrganismi, chiamati appunto FERMENTI. Si tratta di particolari microrganismi (batteri e lieviti), che producono un ambiente sfavorevole allo sviluppo di altre specie.
In questo modo, per esempio, consentono la conservazione di cibi e bevande per un tempo maggiore. L’azione dei fermenti altera la composizione e le caratteristiche organolettiche del prodotto di partenza: si pensi per esempio allo yogurt ottenuto dal latte, all’aceto ricavato dall’alcol etilico o alle bevande alcoliche fermentate (vino, sidro e birra) ottenute a partire dagli zuccheri contenuti nella frutta e nei cereali.
IL PROCESSO DI FERMENTAZIONE
Qualunque sia il tipo di fermentazione considerato, esso inizia sempre con la GLICOLISI, ovvero con la distruzione (CATABOLISMO) del glucosio, che, attraverso numerosi passaggi, viene trasformato in molecole più semplici di PIRUVATO. Nel processo, oltre al piruvato, viene prodotta anche ENERGIA (ATP) e vengono donati elettroni all’NADH.
Della glicolisi parleremo in dettaglio in seguito.
Il piruvato diventa poi il prodotto di partenza dei processi di respirazione aerobica o anaerobica (fermentazione).
Nella respirazione aerobica, il piruvato viene ossidato ad ACETIL -CoA ed immesso nel ciclo di KREBBS. Gli elettroni acquisiti durante la glicolisi da NADH sono invece ceduti alla catena di trasporto degli elettroni dei mitocondri, per produrre energia sotto forma di molecole di ATP (FOSFORILAZIONE OSSIDATIVA).
Se però la catena di trasporto degli elettroni è inutilizzabile, per esempio perché manca ossigeno (in grado di accettare elettroni), il piruvato innesca la respirazione anaerobica, cioè la fermentazione. Nella fermentazione, il piruvato diventa l’accettore di elettroni e può riossidare NADH in NAD+ , necessario per i cicli successivi di glicolisi.
Insomma, la fermentazione è necessaria per poter continuare a produrre energia (ATP) mediante la glicolisi. Essa infatti rigenera gli agenti ossidanti (NAD+), necessari alla degradazione del glucosio.
TIPI DI FERMENTAZIONI
A seconda dei prodotti FINALI prodotti, abbiamo diversi tipi di fermentazione. Le principali sono:
- ALCOLICA
- LATTICA
Esistono poi la fermentazione
- propionica
- acetica
- butirrica
- malolattica
Per ora accenniamo soltanto brevemente alle due fermentazioni principali, di cui poi descriveremo nel dettaglio le reazioni.
⇒FERMENTAZIONE ALCOLICA
Il glucosio viene trasformato in alcol etilico (etanolo) e anidride carbonica, producendo nel contempo calore.
Viene per esempio usata per produrre bevande alcoliche fermentate (vino, birra e sidro) e nella panificazione. Vi proporrò poi alcuni divertenti esperimenti per “vedere” la fermentazione alcolica
⇒ FERMENTAZIONE LATTICA
Il piruvato viene convertito in acido lattico (LATTATO) mediante un solo passaggio. Esistono due tipi di fermentazione lattica:
- omolattica : il lattato è l’unico prodotto finale
- eterolattica : oltre al lattato, viene prodotto anche alcol etilico (etanolo) oppure acido acetico.
La fermentazione lattica è usata nell’industria alimentare per produrre yogurt e formaggi ma anche nella maturazione degli insaccati.
NEL CORPO UMANO
La fermentazione lattica avviene anche nei nostri muscoli in seguito a sforzi fisici particolarmente intensi e prolungati. In queste situazioni, i muscoli vanno in carenza di ossigeno e la respirazione aerobica non è sufficiente a produrre l’energia necessaria al nostro organismo. Per questo interviene anche la respirazione anaerobica. Oltre a più energia, abbiamo anche l’accumulo di acido lattico (lattato) nei tessuti. Questo accumulo produce la fastidioso sensazione di indolenzimento e bruciore successiva ad uno sforzo.
Servirà poi il fegato a riconvertire l’acido lattico in piruvato e poi in glucosio (GLUCONEOGENESI). Il processo inverso alla glicolisi si chiama GLUCONEOGENESI ed è un processo ANABOLICO (di costruzione) che produce glucosio.
⇒ FERMENTAZIONE PROPIONICA
È attivata da batteri del genere Propionibacterium, che trasformano gli zuccheri semplici in acido propionico e anidride carbonica. Grazie allo sviluppo di questo gas si ottengono i buchi caratteristici dei formaggi tipo Emmentaler
⇒FERMENTAZIONE ACETICA
Non è propriamente una fermentazione, in quanto avviene in presenza di ossigeno. Essa comporta la trasformazione dell’alcol etilico in acido acetico e acqua, ad opera di batteri del genere Acetobacter.
È la fermentazione attraverso la quale si ottiene l’aceto a partire dal vino
⇒ FERMENTAZIONE BUTIRRICA
A differenza della precedente fermentazione propionica, essa è dannosa per la produzione di formaggi. Scoperta da Louis Pasteur, essa avviene ad opera di batteri del genere Clostridium. In questo tipo di fermentazione, l’acido lattico viene trasformato in acido butirrico, idrogeno molecolare e anidride carbonica. Lo sviluppo di questi gas crea delle grosse bolle nelle forme di formaggio, che poi “esplodono”!
⇒ FERMENTAZIONE MALOLATTICA
L’acido malico (da malum, mela in latino) è un acido organico presente in molti frutti, tra cui l’uva (ma anche negli esseri umani!). Questo tipo di fermentazione avviene per opera di alcuni fermenti lattici e compare nel processo di vinificazione (ne parleremo poi per i nostri amici più giovani!)
L’acido malico presente nel mosto viene trasformato in acido lattico e anidride carbonica. Tale fermentazione avviene DOPO la fermentazione alcolica e permette la maturazione del vino, riducendone la naturale acidità. Ne riparleremo