L'angolo della scienza: la "fermentazione alcolica" ...
 
La fermentazione alcolica è una forma di metabolismo energetico che avviene in alcuni lieviti in assenza di ossigeno. Essa è responsabile di diversi fenomeni che vediamo ogni giorno, quali la lievitazione del pane o la trasformazione del mosto in vino.
E' operata da una particolare classe di microrganismi, i Saccharomyces, dei quali il più comune è senz'altro il S.cerevisiae, presente sulla buccia dell'uva come nel lievito di birra.
Per molti secoli considerata dall’uomo come un “dono divino”, la fermentazione alcolica e i fenomeni responsabili di questo  fenomeno chimico, sono rimasti uno dei tanti misteri irrisolti, una delle prime supposizioni relative al fenomeno della fermentazione, è stato quello di credere che si trattasse di una “specie” di decomposizione delle sostanze organiche presenti nel mosto.
Solo la tecnica e i progressi ottenuti in campo chimico, biologico, molto più tardi, permisero di comprendere il fenomeno della fermentazione e i fattori che la regolano.
Il primo passo verso la comprensione del fenomeno della fermentazione fu per opera del celebre chimico francese Antoine Lavoisier che, nel 1700, riuscì a dimostrare che lo zucchero presente nel mosto dell’uva e della birra era trasformato in alcol e anidride carbonica.
Nel 1800, il chimico francese Joseph Louis Gay-Lussac formulò il rapporto matematico che regolava la trasformazione degli zuccheri in alcol e anidride carbonica.
Bisognerà attendere gli studi del grande Louis Pasteur per comprendere esattamente cosa fosse la fermentazione e come questa avveniva.
Fu infatti Louis Pasteur a dimostrare, nel 1854 e in seguito ai suoi numerosi studi, che la fermentazione era prodotta dall’attività dei lieviti quando questi si sviluppano in assenza di ossigeno.

Louis Pasteur definì la fermentazione come “un fenomeno connesso con la vita”, poiché comprese per primo che i lieviti erano appunto organismi viventi.

I lieviti sono microrganismi costituiti da un’unica cellula, classificati come funghi.
Le ricerche condotte su questi organismi hanno consentito l’individuazione e la catalogazione di oltre mille specie diverse, ognuna con le proprie caratteristiche, pur tuttavia accomunati dagli stessi principi biologici. I lieviti si classificano in due grandi categorie: lieviti aerobici e lieviti anaerobici.
La prima categoria utilizza la respirazione aerobica - cioè necessitano di aria e ossigeno per il mantenimento della vita - mentre la seconda categoria, in assenza di ossigeno, possono adottare un processo di respirazione anaerobica, comunemente conosciuto come fermentazione.
I lieviti anaerobici producono infatti energia dalla conversione dello zucchero in anidride carbonica e alcol etilico, sono pertanto questo tipo di lieviti che trovano impiego essenziale nella produzione di bevande alcoliche, come il vino e la birra.
Ogni tipo di lievito presenta una propria sensibilità e resistenza alle concentrazioni di alcol: una caratteristica che consente di scegliere, in particolare per la produzione di vino, tipi di lieviti adatti al volume alcolico che si dovrà ottenere.
Fra  numerosi  tipi di lieviti anaerobici, e quindi adatti alla produzione di alcol etilico, sono prevalentemente utilizzati due specie: il Saccharomyces Cerevisiae e il Saccharomyces Bayanus.
Di tutte le specie di lieviti, il Saccharomyces Cerevisiae è certamente il più studiato a causa dei suoi innumerevoli utilizzi per la produzione di bevande e alimenti.
Questo tipo di lievito è comunemente noto come lievito di birra poiché è ampiamente utilizzato per la fermentazione della birra e la lievitazione dei prodotti da forno, incluso il pane.
Non tutti i lieviti hanno la stessa resa di produzione di alcol etilico: ci sono lieviti che necessitano, per esempio, maggiori quantità di zucchero per produrre la stessa quantità di alcol.

La quantità di alcol prodotta dalla fermentazione del mosto varierà quindi in funzione delle specie di lieviti: per questo motivo risulta importante operare un’opportuna selezione prima di avviare la fermentazione.
Fra i tanti fattori che regolano la fermentazione e l’attività dei lieviti, si ricorda l’anidride solforosa, i cui effetti influiscono notevolmente sulla loro vitalità e funzione.
L’uso dell’anidride solforosa è quindi utile anche per operare un’opportuna selezione dei lieviti, rendendo inattivi i lieviti meno efficaci e poco utili - come i Kloechera Apiculata - consentendo al Saccharomyces Cerevisiae, più resistente all’anidride solforosa e più efficace nella fermentazione, di prevalere e di svolgere una migliore fermentazione alcolica.
I lieviti si trovano nell’aria e nella superficie delle piante, trasportati dal vento, anche da luoghi lontani, e dagli insetti. Nel vigneto si dovrebbe creare un “ecosistema” nel quale saranno naturalmente presenti diverse specie di lieviti, alcuni utili e positivi ai fini della fermentazione alcolica, altri meno importanti e marginali, addirittura dannosi per la loro attività e per la produzione di sostanze indesiderate.
 
Approfondimento: la reazione chimica.
 
La fermentazione si svolge in due fasi: nella prima il lievito scinde, tramite l'enzima invertasi, gli zuccheri complessi (disaccaridi, 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

con formazione di glucosio e fruttosio (due isomeri).

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, difosforilata da due molecole di ATP, 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 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 formula generale che sintetizza la formazione di etanolo e anidride carbonica a partire dal glucosio è quella del chimico-fisico francese Joseph Louis Gay-Lussac:

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2

 

Beh, allora cosa aspetti a ... provarla sul campo ?

 

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Ultimo aggiornamento (Domenica 08 Giugno 2014 14:24)

 
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