Fermentazione - biochimica

Scritto da Dott. Crisafulli F..
Pubblicato il 25-04-2020 Revisionato il 27-04-2020
Dott. Crisafulli F.

Laureato in biologia, curo da oltre quindici anni siti di informazione scientifica.

Tavola dei contenuti: Biochimica della fermentazione - Organismi fermentanti - Fermentazione alcolica - Fermentazione lattica - Fermentazione acetica - Fermentazione glicerica - Fermentazione malolattica - Fermettazione propionica - Fermentazione butirrica - Tavola e riassunto delle fermentazioni

La fermentazione rappresenta un processo metabolico che deriva dall'ossidazione parziale di alcuni carboidrati e di alcol, normalmente operata da specifici microrganismi appartenenti alla classe dei batteri o dei lieviti. Esistono differenti tipi di fermentazione, ciascuno dei quali è specifico di un substrato e di una classe di batteri lieviti/capaci di trasformarlo.

La capacità fermentante dei microrganismi è utilizzata nei processi industriali per la produzione di cibi complessi, ad esempio i formaggi, la birra, i derivati del latte e molti altri ancora. Questi processi, oltre a conferire un sapore particolare, servono anche per garantire una maggiore sicurezza alimentare e per aumentare la shelf-life, cioè la possibilità di conservazione subito dopo la produzione.

Biochimica della fermentazione

Nella maggior parte dei microrganismi la fermentazione avviene in assenza di ossigeno. Questo processo, di fatto, può essere definito coma una via metabolica anaerobia. L'unica eccezione è rappresentata dai lieviti del genere Saccharomyces che operano la fermentazione alcolica anche in abbondante presenza di ossigeno.

La presenza di ossigeno è un fattore che sposta il metabolismo verso la via metabolica aerobia. Dal punto di vista energetico, la respirazione cellulare è più efficiente in termini di molecole di ATP presenti. La fermentazione rappresenta un modo non del tutto efficiente che possiedono alcuni organismi affinché possano ottenere il NAD+ utilizzato come trasportatore di elettroni nella glicolisi.

Fermentazione e recupero del NAD
Recupero del NAD ossidato (NAD+) prodotto durante la glicolisi

Organismi fermentanti

I microrganismi che operano la fermentazione appartengono a due phyla: batteri e lieviti. Ciascun genere possiede una specifica attività ed è capace di utilizzare uno specifico substrato. Ad esempio, i lieviti del genere Saccharomyces hanno una elevata specificità per la fermentazione degli zuccheri in etanolo. Altri microrganismi non operano sui carboidrati ma utilizzano l'etanolo come substrato per le reazioni di ossidoriduzione.

Fermentazione alcolica

Nella fermentazione alcolica gli zuccheri sono convertiti in anidride carbonica ed etanolo (alcol etilico) del genere Saccaromyces. Il processo di fermentazione alcolica è largamente utilizzato per la produzione delle bevande alcoliche, tra cui spiccano il vino e la birra.

Fermentazione alcolica
Fasi della fermentazione alcolica.

Fermentazione lattica

La fermentazione lattica si suddivide in fermentazione omolattica e fermentazione eterolattica. Nella omolattica, il piruvato viene convertito in acido lattico e porta ad un sensibile abbassamento del pH del fermentato. Nella eterolattica, oltra al piruvato si formano altri sottoprodotti quali l'etanolo e l'anidride carbonica.

Resa delle fermentazioni omolattiche e eterolattiche
Fermentazione omolattica Fermentazione eterolattica
$$C_{6}H_{12}O_{6} \rightarrow 2 CH_{3}CHOHCOOH$$ $$C_{6}H_{12}O_{6} \rightarrow CH_{3}CHOHCOOH + CO_{2} + C_{2}H_{5}OH$$

Fermentazione acetica

Nella fermentazione acetica il substrato è rappresentato dall'etanolo. Il pool enzimatico di Acetobacter e di Gluconobacter porta all'ossidazione del reagente in acido acetico ed acqua.

$$C_{2}H_{12}O_{6} \rightarrow CH_{3}COOH + H_{2}O$$

Fermentazione glicerica

Nella fermentazione glicerica il diidrossiacetone fosfato, un intermedio della glicolisi, è trasformato in glicerolo.

Fermentazione malolattica

La fermentazione malolattica utilizza, come substrato, l'acido malico e porta alla formazione di acido lattico.

$$COOH-CHOH-CH_{2}-COOH \rightarrow COOH-CHOH-CH_{3} + CO_{2}$$

Fermettazione propionica

La fermentazione propionica è operata da un singolo genere batterico: Propionibactericum. Questa reazione è alla base del processo di maturazione di molti formaggi.

Fermentazione butirrica

La fermentazione butirrica è alla basa del processo di caseificazione. Utilizza come substrato di partenza l'acido lattico per la produzione di acido acetico, acido butirrico, idrogeno molecolare (H2) e anidride carbonica (CO2).

Tavola e riassunto delle fermentazioni

Riassunto e specchietto delle fermentazioni
Fermentazione Substrato Prodotto
Fermentazione alcolica Glucosio Etanolo, anidride carbonica
Fermentazione omolattica Piruvato Acido lattico
Fermentazione eterolattica Piruvato Acido lattico, etanolo, anidride carbonica
Fermentazione acetica Etanolo Acido acetico
Fermentazione glicerica Diidrossiacetone fosfato Glicerolo
Fermentazione malolattica Acido malico Acido lattico, anidride carbonica
Fermentazione propionica Acido lattico Acido propionico, acido acetico, anidride carbonica
Fermentazione butirrica Acido lattico Acido buturrico, acido acetico, anidride carbonica, idrogeno molecolare

Percorso di biochimica

Chimica organica

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