7 Metabolismo dei lieviti (apa, numero di formolo, reazione di earlich, effetto pasteur, effetto crabtree, effetto custer)

Il ruolo dei lieviti in cucina e nella produzione di bevande alcoliche

Come precedentemente detto, in biologia i lieviti sono organismi monocellulari appartenenti al regno dei funghi.

In cucina, invece, il termine lievito ha un significato più ampio e viene esteso a qualsiasi microrganismo, o anche sostanza chimica, in grado di far "gonfiare" un impasto per incorporazione di bolle gassose costituite nella maggior parte dei casi da anidride carbonica.

I lieviti vengono ampiamente utilizzati anche per produrre la birra e il vino.

Il microrganismo più importante in ambito culinario è il lievito Saccharomyces cerevisiae. Una coltura di Saccharomyces cerevisiae costituisce il cosiddetto lievito di birra. Il nome deriva dal fatto che questo lievito, oltre ad essere utilizzato nella lievitazione di un impasto, è applicato anche per la produzione di vino e birra. Il Saccharomyces cerevisiae trae il proprio nutrimento dal glucosio e da altri zuccheri (come il galattosio e il fruttosio) presenti nel substrato (impasto per pane, pasta, mosto per la produzione di birra e vino).

ad esempio,o anche nel mosto d'uva). Il lievito metabolizza questi composti e produce sostanze discarto per noi molto utili. Il mosto, ad esempio, è il liquido, denso e torbido, ottenuto da lavorazioni di disgregazione meccanica (macinatura, pigiatura, pressatura ecc.) di prodotti vegetali. Il mosto rappresenta una delle prime fasi di processi di produzione di bevande alcoliche, come vino, birra, distillati ecc. Al mosto verranno aggiunti lieviti opportunamente selezionati, come il lievito di birra, che trasforma le sostanze fermentescibili (come zuccheri, quali xylosio, arabinosio, glucosio e fruttosio, presenti, ad esempio, nel mosto d'uva o maltosio, presente nel mosto di birra) in etanolo. Gli zuccheri del mosto d'uva sono trasportati nel lievito per diffusione semplice; gli zuccheri del mosto di birra sono trasportati attraverso un trasporto attivo. Quando il lievito è aggiunto al mosto, opera in condizioni di anaerobiosi. Di conseguenza attua

La fermentazione alcolica, con conseguente produzione di alcol etilico. Se il lievito di birra è, invece, aggiunto ad un impasto, opererà in condizioni di aerobiosi e produrrà principalmente, come sostanze di scarto, anidride carbonica che determinerà la lievitazione dell'impasto. Bisogna specificare che la crescita dei lieviti è rallentata dalla presenza di troppo zucchero o dall'eccessiva concentrazione di alcol. Quindi, nel caso della produzione di vino, ad esempio, per le uve che presentano un'alta quantità di zucchero sono necessari lieviti che sopportano ottimamente elevate concentrazioni zuccherine. Lieviti naturali sono già presenti sulla superficie degli acini di uva e perciò il succo di uva tenderà a fermentare di spontaneo a meno che i lieviti non vengano bloccati con temperature basse o con solfiti. La fermentazione alcolica, attuata dai lieviti, rappresenta il processo di vinificazione propriamente detto.

Prima di questo processo viene effettuata la pigiatura dell'uva per ottenere il mosto. Quest'ultimo subisce la vinificazione; poi viene conservato per subire il processo di invecchiamento; e, in ultimo, viene imbottigliato. L'andamento della fermentazione durante il processo di vinificazione è strettamente legato alla composizione del mosto, substrato di crescita per i lieviti. Come tutti gli organismi viventi, i lieviti necessitano di carbonio, la cui fonte è rappresentata principalmente dal glucosio e fruttosio (nel caso in cui il substrato di crescita fosse il mosto d'uva), ma è rappresentata anche da maltosio (nel caso in cui il substrato di crescita fosse il mosto di birra). I lieviti hanno, inoltre, bisogno di azoto e tra i fattori di crescita le vitamine ed i Sali minerali.

L'IMPORTANZA DELL'AZOTO PER LA FERMENTAZIONE

Negli organismi viventi, l'azoto è un elemento essenziale che entra nella composizione degli

aminoacidi e delle proteine. È importante nella fase di moltiplicazione cellulare. Entra nella composizione dei sistemi di trasporto dello zucchero dal mosto all'interno del lievito. L'azoto assimilabile da parte dei lieviti è costituito da azoto ammoniacale (cioè ioniammonio) e da amminoacidi. Se guardiamo la distribuzione naturale dell'azoto totale nel mosto, ci rendiamo conto che la frazione amminica è da 3 a 10 volte superiore alla frazione di azoto ammoniacale. Nel caso del mosto d'uva, spiccano aminoacidi come serina, alanina, arginina, acido glutammico e prolina. Gli aminoacidi, durante la fermentazione alcolica, sono assimilati in tempi diversi a un punto che possono essere distinti in più gruppi:

Aminoacidi del GRUPPO A: Arginina, Acido Aspartico, Asparagina, Glicina, Lisina, Serina, Treonina, Isoleucina e Leucina;

Aminoacidi del GRUPPO B: Istidina, Valina, Acido Glutammico, Alanina, Fenilalanina, Metionina;

Aminoacidi del GRUPPO C: Triptofano, Tirosina, Cisteina, Prolina.

GRUPPO C: Glicina, Triptofano, Tirosina;

Aminoacidi del GRUPPO D: Prolina.

Gli aminoacidi del gruppo A sono ad assimilazione rapida; quelli del gruppo B vengono assimilati lentamente; gli aminoacidi del gruppo C vengono assimilati solo dopo che esauriscono quelli del gruppo A e del gruppo B; la prolina è solo parzialmente assimilata. Pur essendo particolarmente abbondante, la prolina non viene completamente utilizzata in quanto la sua assimilazione è vincolata alla presenza di ossigeno.

L'azoto amminico è la forma più facilmente assimilabile dai lieviti dopo l'azoto ammoniacale, ad eccezione della prolina. Nel mosto si trovano una trentina di aminoacidi che arrivano in media a 200-400 mg/l mentre nel vino ne rimangono qualche centinaio di mg di cui il 50% è rappresentato dalla prolina. A seconda delle esigenze il lievito può usare l'amminoacido tale e quale senza modifiche, oppure in uno stato di carenza di ammonio può, con

Una reazione di deamminazione, ricava l'ammonio di cui necessita. Alla disponibilità di azoto assimilabile sono correlate molte funzioni del lievito. L'azoto incide sulla fermentazione alcolica consentendo la sintesi delle proteine che sono deputate al trasporto degli zuccheri verso l'interno della cellula dove vengono fermentati a etanolo. Tali proteine si degradano durante la fermentazione alcolica e il lievito ha dunque bisogno di rinnovare tali proteine per completare la fermentazione alcolica. Però il lievito incontra difficoltà crescenti nel prelevare l'azoto quando il mezzo si arricchisce di etanolo. Vediamo perché. Contrariamente a glucosio e fruttosio che entrano nel lievito per diffusione facilitata, lo ione ammonio e gli amminoacidi entrano nella cellula per trasporto attivo. Il meccanismo di entrata prevede un simporto con gli ioni H+. Il procedere della fermentazione alcolica determina l'aumento della concentrazione di

etanolo che altera la struttura della membrana plasmatica rendendola molto più permeabile agli ioni H+. Quest'ultimi penetrano quindi in massa all'interno della cellula per diffusione facilitata. Il lievito è così costretto a ridurre al minimo il simporto dell'assimilazione dell'azoto e a incrementare la funzionalità della pompa ATPasi per mantenere a valori fisiologici il pH intracellulare. Il lievito, per questo, assimila velocemente azoto e lo accumula all'interno dei vacuoli all'inizio della fermentazione e lo impiega successivamente quando l'assimilazione esterna si riduce per effetto dell'alcol; per tale motivo risulta importante un corretto apporto di aminoacidi nel mosto all'inizio del processo fermentativo. All'inizio del processo di vinificazione si osserva una ridotta attività fermentativa, ma avviene per controllo dell'assorbimento di fattori di crescita ed un primo consumo di azoto da

Parte del lievito. Questa è la fase di latenza (in cui non si ha aumento di popolazione). Segue la fase di crescita esponenziale in cui la popolazione cresce e viene consumato quasi tutto l'azoto assimilabile. Durante questa fase, la fermentazione raggiunge la velocità massima. Tuttavia, al termine di questa fase solo il 30% dello zucchero risulta consumato. La successiva fase stazionaria vede il numero di cellule rimanere sempre uguale e viene consumato il restante 70% degli zuccheri.

La determinazione della quantità di azoto prontamente assimilabile (APA) è indispensabile per avere un'idea del livello di carenza nutrizionale dei mosti, interpretando questo valore come un indice delle condizioni nutrizionali generali del mosto, sapendo che la carenza di azoto si accompagna alla carenza di altri fattori di crescita. La soglia minima di azoto per condurre correttamente una fermentazione deve essere maggiore o uguale a 150 mg/L. Quando le fonti azotate sono carenti,

ilieviti riducono progressivamente la sintesi proteica fino a bloccarla del tutto. Questo arresto coinvolge anche le proteine di trasporto della membrana addette all'assimilazione dei diversi composti, tra i quali gli zuccheri. Essendo la vita media di queste proteine di 5 o 6 ore, è stato calcolato che dopo 50 ore dalla manifestazione della carenza azotata, le cellule esauriscono completamente la loro dotazione iniziale di trasportatori e cessano di assimilare (e quindi anche di trasformare) gli zuccheri presenti nel mezzo. L'esito sarà con ogni probabilità l'arresto della fermentazione. La condizione di carenza azotata porta alla riduzione di solfati e solfiti assimilati dal mezzo in ione solfuro destinato, in presenza di scheletri amminici e carboniosi, alla sintesi degli amminoacidi solforati, quali cisteina e metionina. Qualora non sia presente l'azoto necessario alla sintesi degli amminoacidi, l'idrogeno solforato prodotto viene rilasciato

all'esterno e sarà, quindi, responsabile di cattivi odori. In caso di carenza di azoto prontamente assimilabile, e quindi in caso di carenza di ioni ammonio e di amminoacidi, si può procedere alla somministrazione degli elementi appena citati. Bisogna ricordare che i lieviti assimilano prima ammonio e poi gli amminoacidi. Se è presente ammonio in abbondanza rispetto agli amminoacidi, può succedere che viene assimilata solo una minima parte di aminoacidi. Il resto degli amminoacidi rimane nel mezzo. Bisogna fare molta attenzione a questo dal momento che gli amminoacidi non utilizzati sono un ottimo nutriente per i batteri. L'istidina, ad esempio, se attaccata dai batteri forma istamina, che si pensa sia il responsabile di reazioni allergiche a bevande alcoliche come il vino. Quindi in caso di carenze di azoto bisogna colmarle facendo attenzione a queste osservazioni. La carenza di azoto può essere colmata aggiungendo aminoacidi. In realtàL'aggiunta nel mezzo di aminoacidicosì come sono è: