le fermentazioni - materiale di studio

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
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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 con contemporanea produzione di due molecole di ATP e
due molecole di NADH2. 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 NADH2. Il NAD,
nella sua forma ridotta,cioè NADH2 , 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
• C6H12O6 → 2 CH3 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
• C6H12O6 → 2 CO2 + CH3 CH2OH 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
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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:
C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6
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 ricarica 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
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
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
• C6H12O6 + 2 O2 → 2 CO2 + CH3 COOH +
2H2O 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 che 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.
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Lo yogurt è il risultato
della fermentazione lattica
operata da ceppi
selezionati di lattobacilli
sul latte, intero o
trattato.L'abbassamento
del pH 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 pH 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