FERMENTAZIONE DEL RIMANENTE CON LIEVITO E ZUCCHERI
- La fermentazione è una via metabolica che permette agli esseri viventi di ricavare energia da particolari molecole organiche (carboidrati o raramente amminoacidi) in assenza di ossigeno. Parte dell'energia liberata dalla trasformazione chimica viene immagazzinata in ATP (adenosina trifosfato); tuttavia la resa energetica delle fermentazioni, in cui il prodotto finale non viene completamente ossidato, è molto inferiore rispetto all'ossidazione aerobica completa dello stesso substrato.
- Dal punto di vista strettamente chimico, la fermentazione è una disproporzione, ovvero un'ossidoriduzione in cui la stessa molecola viene in parte ossidata ed in parte ridotta.
- I carboidrati sono le principali molecole fermentabili.
- In assenza di ossigeno sono possibili altri processi, oltre alla fermentazione: alcuni batteri usano anche la respirazione anaerobica, in cui l'accettore finale di elettroni è una sostanza inorganica diversa dall'ossigeno (ione solfato, ione nitrato, ecc.).
- Data la grande importanza che le fermentazioni svolgono nella preparazione di parecchi alimenti e anche nella loro degradazione, il termine fermentazione è stato ampiamente usato per indicare una qualsiasi trasformazione catalizzata da un microrganismo.
- 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.
- Prima della nascita della chimica biologica, i processi di fermentazione e putrefazione venivano confusamente accomunati con la digestione degli alimenti, generalmente in un'ottica vitalistica.
- Louis Pasteur fece un po' di chiarezza attribuendo la fermentazione a enti non ben definiti indicati come fermenti, contenuti nei lieviti.
- I successivi studi (Eduard Buchner, 1897) portarono prima a scoprire la natura proteica dei fermenti e a identificarli con gli enzimi. In seguito (Gustav Embden, Otto Meyerhof) vennero chiarite le principali vie del metabolismo energetico in generale e della fermentazione in particolare.
- Dal momento che in anaerobiosi non è disponibile l'ossigeno come accettore finale di elettroni, lo stesso substrato viene in parte ossidato ed in parte ridotto.
- Le fermentazioni sono quindi delle disproporzioni.
- Nella maggior parte delle fermentazioni il metabolita di partenza è uno zucchero o un altro composto in cui il numero di ossidazione medio del carbonio è zero, pertanto il carbonio stesso può essere in parte ossidato ed in parte ridotto.
- Nelle fermentazioni conviene distinguere due parti:
- la glicolisi, comune alla maggior parte delle fermentazioni;
- la rigenerazione del NAD+, dal NADH + H+ che viene ossidato.
- Nella prima parte, la glicolisi, il glucosio viene trasformato in due molecole di acido piruvico (CH3 CO COOH ) con contemporanea produzione di due molecole di ATP e due molecole di NADH + H+. L'ATP è una molecola ad alto contenuto energetico subito disponibile per le varie necessità della cellula.
- Nella seconda parte, la cellula provvede alla rigenerazione del NAD+. Il NADH + H+, nella sua forma ridotta, rappresenta una grossa fonte d'energia, circa 2,5 ATP, che per essere utilizzata richiede la presenza d'ossigeno, ma in assenza d'ossigeno, il NADH + H+ ridotto deve essere liberato del suo prezioso carico senza ricavarne energia.
- Le varie fermentazioni differiscono per il modo in cui il NAD+viene rigenerato.
- Confrontando i numeri di ossidazione dei singoli atomi di carbonio della molecola di acido lattico (-3; 0; +3) con il numero di ossidazione del carbonio nel glucosio (0), si nota come la stessa molecola sia stata in parte ossidata e in parte ridotta (disproporzione).
- È questa ossidoriduzione interna che fornisce l'energia fissata nelle due molecole di ATP.
- La fermentazione alcolica ha come risultato la trasformazione degli zuccheri in alcol etilico e anidride carbonica. Questo processo è alla base della produzione delle principali bevande alcoliche (vino, birra) e anche della lievitazione del pane.
- Questa fermentazione, realizzata partendo da sottoprodotti di produzioni agricole, viene utilizzata anche per la produzione del bioetanolo.
- Il processo viene svolto da dei funghi unicellulari chiamati lieviti. Inizialmente questi organismi messi nel substrato di coltura (il mosto, il malto o l'impasto del pane) svolgono una respirazione aerobica, utilizzando cioè l'ossigeno dell'aria, trasformando gli zuccheri in acqua e anidride carbonica.
- Poi dall'interno della massa in fermentazione per mancanza di ossigeno i lieviti passano alla fermentazione sfruttando l'energia degli zuccheri ossidandoli anaerobicamente (senza l'utilizzo di ossigeno) in alcol etilico ed anidride carbonica.
- Gli organismi fermentatori, liberando nell'ambiente i loro prodotti, abbandonano un catabolita ricco di energia, ulteriormente utilizzabile in presenza di ossigeno.
- La scarsa resa energetica della fermentazione è compensata dalla flessibilità ecologica che permette ai fermentatori di vivere anche in condizioni in cui gli organismi aerobi obbligati non sono in grado di sopravvivere.
- Questo si nota nella produzione di aceto: essa avviene dopo la fermentazione alcolica ed è dovuta a microrganismi aerobi del genere Acetobacter e Mycoderma che sfruttano aerobicamente proprio il catabolita (etanolo) finale della fermentazione alcolica.