Microbiologia industriale

BIOMASSA DA MUFFE

pH tra 3 e 8, fatti crescere sotto il 5 per contaminazione bassa

 Contengono chitina, non digeribile

 Buon profilo amminoacidico, carente di aa solforilati

 Alcune possono produrre micotossine.



Alcuni sostengono che le biomasse microbiche possono sostituire le fonti proteiche vegetali e

animali, anche perché hanno dei tempi di produzione molto brevi.

Lievito per panificazione

Storicamente i primi ceppi impiegati, residui del processo di produzione della birra, appartenevano

Saccharomyces uvarum S. carlsbergensis S.

alla specie ( ), in seguito sono stati sostituiti da

cerevisiae , utilizzato per la produzione di etanolo, fino alla messa a punto del lievito specifico per

panificazione (in Olanda, 1781).

Saccharomyces cerevisiae è dotato di un doppio metabolismo: METABOLISMO FERMENTATIVO

etanolo e CO : fermentazione alcolica

2

Glicolisi 2 acido

1 glucosio

(anaerobia) piruvico METABOLISMO OSSIDATIVO

Ac-CoA, ciclo di Krebs: intermedi

metabolici ed energia

S. cerevisiae

L’utilizzo del metabolismo adeguato da parte di è regolato da 2 effetti:

S. cerevisiae

1. Effetto Pasteur: in assenza di ossigeno fermenta

S. cerevisiae

2. Effetto crabtree: in presenza di ossigeno fa un metabolismo ossidativo solo se

la concentrazione del substrato (fonte di carbonio) è bassa, ossia <50 g/L; se la

concentrazione di substrato è maggiore si passa al metabolismo fermentativo; sopra a

concentrazioni di substrato di 50 g/L, si bloccano gli enzimi del ciclo di Krebs.

Produzione del lievito da pane

Il processo di produzione del lievito da pane è multistadio, di cui i primi stadi sono in condizioni di

semi-anaerobiosi, in cui fornisco poca aria in modo da mantenere attivi i 2 metabolismi e

S. cerevisiae

preservare la capacità fermentativa di ; gli ultimi stadi, sempre per gli stessi motivi,

sono condotti in totale aerobiosi, mantenendo però vivi gli enzimi fermentativi. Se dovessi

© Laila Pansera - 32

condurre il processo in totale aerobiosi avrei più cellule, ma esse non sarebbero più attive quando

si inseriscono nell’impasto, perché non fermenterebbero. Per cui l’unico sistema per ottenere un

numero elevato di cellule che abbiano attività fermentativa è il multistadio.

L’inoculo è elevato (circa 20-30%), di conseguenza lo sviluppo microbico è limitato a poche

generazioni. Il ruolo chiave è dato dalla concentrazione di substrato: affinché si abbia una

produzione di biomassa occorre che la concentrazione zuccherina sia <50 g/L; concentrazioni

superiori fanno deviare il metabolismo verso la fermentazione.

Il terreno colturale è costituito da:

Fonte di carbonio: Melasso* (fornisce saccarosio)

Fonte di azoto: Sali d’ammonio, urea

Elementi inorganici: Fosfato di sodio, solfato di magnesio

Vitamine: Biotina (nel melasso)

*esso viene miscelato con acqua e acidificato, sterilizzato e mantenuto a 80°C, perché risulta meno

viscoso e più facilmente trasportabile.

La resa di fermentazione è 60 g cellule / 1 L, e la capacità dell’impianto è solitamente 450000 L. La

resa di conversione y=0.5, ossia il 50% del substrato è andato a formare cellule, quindi se alla fine

ho 60 g/L di cellule, sono partita da 120 g/L di substrato. Il melasso contiene il 50% di saccarosio,

quindi 120x2=240 g/L di melasso per avere 120 g di saccarosio.

Durante i pre-stadi devo addizionare saccarosio in feed-batch per prevenire l’effetto crabtree. I

pre-stadi in aerobiosi vengono condotti con un’aerazione di 1 vvm. In più il pH si abbassa per la

produzione di acidi organici, per cui occorre aggiungere idrato d’ammonio per mantenerlo ai livelli

desiderati.

Lo stadio finale avviene a 30°C per un massimo di 15 ore.

Durante la sosta di 2 ore non fornisco più melasso, per cui le cellule in mancanza di substrato

iniziano a utilizzare gli acidi organici che avevano prodotto e vanno ad alzare il pH, che deve essere

tamponato con l’aggiunta di H SO . Sempre durante la sosta avviene la maturazione delle cellule,

2 4

e in alcuni casi si alza la temperatura fino a 33°C e si ottiene una parziale concentrazione; a queste

temperature si cerca di far maturare le cellule velocemente, ossia far staccare dalla cellula madre le

gemme.

La crema di lievito è un liquido di cellule di lievito concentrate, ha il colore e la consistenza di un

gelato alla nocciola sciolto. Il lievito compresso contiene il 30% di sostanza secca e il 70% di acqua.

La sosta di 2 giorni per i controlli viene effettuata per valutare alcuni parametri, come il potere

fermentativo o la volatilità cellulare del lievito.

Il processo si schematizza come segue: © Laila Pansera - 33

Coltura in laboratorio in agar di malto

Coltura in liquido, 5 L

FERMENTATORE, 100 L

PRESTADI SUCCESSIVI IN PARZIALE ANAEROBIOSI

PRESTADI SUCCESSIVI IN AEROBIOSI

3

STADIO FINALE 250-450 m Resa di fermentazione 60 g/L, Y=0.5

Sosta 2 ore, maturazione cellule

Separazione per centrifugazione, lavaggio cellule

CREMA DI

LIEVITO

Filtrazione sottovuoto in presenza di NaCl. Bilancio: 240-

250 g melasso /L; 60 g biomassa / L

LIEVITO

COMPRESSO

Confezionamento

Sosta 2 giorni per controlli

Commercializzazione

© Laila Pansera - 34

Tipologie di lievito

Il lievito per panificazione si trova in commercio come:

LIEVITO COMPRESSO: costituito dal 30% di sostanza secca e 70% di acqua, ha 30 giorni di

 shelf-life e viene conservato a 4°C

LIEVITO ESSICCATO: costituito dal 95% di cellule e dal 5% di acqua, viene conservato

 sottovuoto o in azoto a temperatura ambiente e ha 1 anno di shelf-life; ha bisogno di un

tempo maggiore di lievitazione, perché deve essere reidratato

LIEVITO LIOFILIZZATO, per uso dietetico: viene utilizzato come integratore, fonte di vitamine

 del gruppo B e sali minerali, viene inattivato al calore

S. cerevisiae

LIEVITO MADRE: impasto composto da , altri lieviti e batteri, a dare un’associazione

 microbica mista; viene utilizzato per la produzione di prodotti da ricorrenza; posso anche

prendere un impasto madre ed essiccarlo, per ottenere un prodotto essiccato in busta, che

contiene anche farina.

Quando utilizzo questi lieviti devo fare una sosta durante il processo di panificazione, per

S. cerevisiae

consentire la lievitazione. Durante la lievitazione fermenta glucosio, fruttosio e

maltosio presenti nella farina. Esso è tuttavia un substrato limitante, per cui per aumentare il potere

fermentativo aggiungo saccarosio, oppure posso aggiungere degli enzimi che scindono l’amido

(come l’amilasi), oppure posso aggiungere altro maltosio.

Le performances del lievito in relazione alla lievitazione dipendono da:

Fattori intrinseci del lievito: diminuzione dell’attività fermentativa passando ad aerobiosi e

 sensibilità all’effetto crabtree

Ingredienti dell’impasto: tolleranza alla pressione osmotica e all’etanolo.



Il lievito per panificazione non è da confondere con gli agenti lievitanti per torte, dolci e biscotti.

Essi sono:

Bicarbonato di sodio: reagisce con gli acidi, produce CO che rigonfia l’impasto

 2

Lievito chimico: composto di cremor tartaro e due sali acidi, che producono CO

 2

rispettivamente a temperatura ambiente e al calore; danno una lievitazione più consistente.

Birra

La birra è la bevanda più diffusa al mondo dopo tè, bibite gassate e latte. Il consumo pro-capite nel

2004 era di circa 30L.

Dal punto di vista normativo la birra il prodotto ottenuto dalla fermentazione alcolica con ceppi di

S. carlsbergensis S. Cerevisiae S. Pastorianus S.

(riclassificato come (riclassificato come e ) oppure di

© Laila Pansera - 35

Cerevisiae di un mosto preparato con malto d’orzo (o di frumento, o di loro miscele) e acqua,

amaricato con luppolo e/o suoi derivati.

Gli ingredienti utilizzati per la produzione della birra sono: Saccharomyces

1. Lievito: vengono utilizzati ceppi appartenenti al genere , che possono avere una

bassa o alta fermentazione

2. Acqua: è un ingrediente di fondamentale importanza, tanto che i birrifici sono posizionati nei

pressi di fonti di acqua particolari; essa deve essere potabile, non eccessivamente dura e avere

un pH di circa 6

3. Orzo: è il principale cereale impiegato per la produzione di birra, che viene trasformato in

malto; la birra nasce però in Germania dal frumento, e solo a seguito dell’emanazione

dell’editto della purezza, a causa di una carestia che ha voluto concentrare tutte le scorte di

frumento per la produzione di alimenti, ha iniziato a essere prodotta con orzo

4. Luppolo: è una pianta perenne, rampicante e diolica; per la produzione di birra vengono usate

solo le infiorescenze femminili, che contengono luppolina, con diverse composizioni; ogni

luppolo contiene sia sostanze amaricanti che aromatizzanti e il birraio miscela i vari luppoli in

proporzioni adeguate.

La birra si può classificare in base al:

Grado saccarimetrico (grado plato): g di zucchero presenti nel mosto prima della

 fermentazione, in percentuale; maggiore è il grado saccarimetrico, maggiore è il potenziale di

ottenimento di etanolo, tuttavia nel mosto sono presenti anche zuccheri non fermentescibili

Grado alcolico, contenuto in etanolo, in percentuale.

 BIRRA GRADO SACCARIMETRICO % GRADO ALCOLICO %

ANALCOLICA 3-8 Max 1.2

LEGGERA 5-10.5 1.2-3.5

NORMALE >10.5 >3.5

SPECIALE >12.5 Nessun limite

DOPPIO MALTO >14.5 Nessun limite

Produzione della birra

Il processo di produzione della birra può essere così rappresentato:

© Laila Pansera - 36

Maltizzazione orzo

Macinazione e

ammostamento

Filtrazione mosto

Cottura e

luppolamento

Fermentazione

primaria

Fermentazione

secondaria

Filtrazione

(facoltativa)

Pastorizzazione (facoltativa) e

confezionamento

La maltizzazione dell’orzo consiste nel bagnare i chicchi di orzo per consentirne la germinazione.

Essa infatti si suddivide in 3 fasi:

1. Bagnatura, che avviene in vasche, oppure in cilindri rotanti. L’orzo deve venire solo

inumidito, perché deve germinare

2. Germinazione: dall’orzo fuoriesce la plantula; questa fase attiva tutti gli enzimi amilolitici e

proteolitici presenti nel cereale, che portano all’ottenimento, a partire dall’amido, di

glucosio e maltosio, più una serie di destrine; una volta che la plantula raggiunge ¾ della

lunghezza del seme, si considera conclusa la germinazione e viene interrotto il processo;

viene rimossa la plantula e si effettua un trattamento termico che blocca la germinazione

3. Essiccamento: è una tostatura, fatta in condizioni tali d