Processo di fermentazione e tipi

il fermentazione È un processo metabolico che alcuni organismi utilizzano per ottenere energia e sostanze nutritive da determinati composti organici. Una caratteristica importante è che la reazione di fermentazione è anaerobica, il che significa che si verifica in assenza di ossigeno.

Molti microrganismi utilizzano la fermentazione come meccanismo di produzione di energia sotto forma di ATP. L'energia è ottenuta attraverso la degradazione delle molecole organiche, come l'amido o lo zucchero, attraverso la fermentazione.

I lieviti svolgono la fermentazione degli zuccheri e li convertono in alcoli, mentre i batteri convertono determinati carboidrati in acido lattico. La fermentazione si verifica anche nei muscoli di frutta, funghi e mammiferi.

Questo processo naturale di fermentazione è stato ampiamente utilizzato dall'uomo moderno per ottenere prodotti di interesse, come birra, vino, yogurt e formaggi, tra gli altri. Lo studio della fermentazione è chiamato cimologia.

indice

• 1 processo di fermentazione
• 2 tipi di fermentazione
  • 2.1 Fermentazione alcolica
  • 2.2 Fermentazione lattica
• 3 microrganismi coinvolti nella fermentazione degli alimenti
  • 3.1 batteri
  • 3.2 Lieviti
  • 3.3 Stampi
• 4 riferimenti

Processo di fermentazione

Come altri processi metabolici per ottenere energia, la fermentazione inizia con la glicolisi. Questa reazione metabolica si basa sulla degradazione delle molecole di glucosio per ottenere importanti molecole di energia. Durante questo processo il glucosio viene degradato dall'ossidazione e vengono generate molecole di NADH e piruvato.

Nelle reazioni aerobiche (che usano l'ossigeno), NADH e piruvato partecipano a un meccanismo chiamato fosforilazione ossidativa, un processo che si svolge nella membrana dei mitocondri ed è altamente efficiente nella produzione di energia sotto forma di molecole di ATP.

Al contrario, la fermentazione non porta a una produzione di energia così efficiente perché alcune molecole, come il NADH, non possono rilasciare i loro elettroni per diventare nuovamente NAD +, che è la forma ossidata della molecola e che è necessaria per aiutare a generare più Molecole di ATP

Di conseguenza, si verificano altre reazioni metaboliche che assicurano che le molecole NADH donino i loro elettroni a un'altra molecola organica, come il piruvato dalla glicolisi. Questa ossidazione di NADH in NAD + consente alla glicolisi di continuare a funzionare.

Tipi di fermentazione

Fermentazione alcolica

Nella fermentazione alcolica le molecole NADH donano i loro elettroni ad altre molecole derivate dal piruvato e quindi viene prodotto un alcol. L'alcol che viene prodotto è specificamente etanolo o alcol etilico, ed è un processo che avviene in due fasi.

Nella prima fase, un gruppo carbossilico viene rilasciato dal piruvato, che viene rilasciato sotto forma di anidride carbonica, lasciando quindi dietro di sé una molecola a due atomi di carbonio chiamata alketaldeide.

Nella seconda fase, il NADH passa i suoi elettroni all'acetaldeide prodotta in precedenza, con cui viene prodotto l'etanolo e viene rigenerato il NAD +, che è necessario per mantenere la glicolisi e, di conseguenza, l'apporto di piruvato.

L'equazione chimica netta per la produzione di etanolo dal glucosio è:

C6H12O6 (glucosio) → 2 C2H5OH (etanolo) + 2 CO2 (anidride carbonica)

I lieviti svolgono la fermentazione alcolica che viene utilizzata nella produzione di bevande alcoliche comuni, come birra e vino, nonché nella produzione di pane.

È importante notare che l'alcol è tossico in grandi quantità, sia per i lieviti che per gli esseri umani, che ha stabilito livelli di tolleranza compresi tra il 5 e il 21% circa.

Fermentazione lattica

Nella fermentazione dell'acido lattico NADH trasferisce i suoi elettroni direttamente al piruvato, generando così una molecola di lattato. I batteri che producono lo yogurt lo fanno attraverso la fermentazione lattica, così come i globuli rossi nel corpo umano.

La seguente equazione descrive la produzione di acido lattico dal glucosio:

C6H12O6 (glucosio) → 2 CH3CHOHCOOH (acido lattico)

La produzione di acido lattico può anche verificarsi dal lattosio e dall'acqua, come indicato nella seguente equazione riassuntiva:

C12H22O11 (lattosio) + H2O (acqua) → 4 CH3CHOHCOOH (acido lattico)

La fermentazione lattica può avvenire anche nelle cellule muscolari, ma solo in determinate condizioni; per esempio, quando l'esercizio fisico è molto intenso e c'è poca disponibilità di ossigeno.

L'acido lattico prodotto nei muscoli viene trasportato dal flusso sanguigno al fegato, dove viene riconvertito in piruvato per essere riutilizzato in altre reazioni di produzione di energia.

Microorganismi coinvolti nelle fermentazioni alimentari

I gruppi più comuni di microrganismi coinvolti nella fermentazione degli alimenti sono i seguenti:

batteri

I batteri dell'acido lattico dei generi Lactobacillus, Pediococcus, streptococco eOenococcus, sono i batteri più importanti negli alimenti fermentati, seguiti da specie di Acetobacter, che ossidano l'alcol in acido acetico.

La fermentazione dell'acido acetico è stata ampiamente utilizzata per produrre aceti di frutta, compreso l'aceto di sidro. Un terzo gruppo di batteri importanti nella fermentazione sono le specie di bacillo subtilis, B. licheniformis e B. pumilus, che aumentano il pH del mezzo.

Bacillus subtilis è la specie dominante nella produzione di molecole che aumentano l'alcalinità del mezzo, come l'ammoniaca. Questo rende l'ambiente inadatto alla crescita degli organismi decompositori, che aiuta a preservare il cibo.

Le fermentazioni alcaline sono più comuni negli alimenti ricchi di proteine ​​come la soia e altri legumi, anche se sono stati effettuati con semi di piante. Ad esempio, semi di anguria e semi di sesamo.

lieviti

Come i batteri e le muffe, i lieviti possono avere effetti benefici e non benefici nella fermentazione del cibo. Alcuni dei lieviti piace Pichia deteriorare il cibo, mentre il Candida È usato per la produzione di proteine ​​di interesse.

Il lievito più vantaggioso in termini di fermentazioni alimentari desiderabili è la famiglia Saccharomyces. Si tratta delS. cerevisiae coinvolto nella produzione di pane e alcol nelle fermentazioni del vino. La varietà carlbergenisis della famigliaSaccharomyces cerevisiae È il lievito coinvolto nella produzione di birra.

La varietà ellipsoideo della famiglia Saccharomyces cerevisiae È ampiamente usato nella vinificazione. D'altra parte, Schizosaccharomyces pombe e S. boulderi sono i lieviti dominanti nella produzione di bevande fermentate tradizionali, in particolare quelle derivate dal mais e dal miglio.

È stato trovato che la specie Schizosaccharomyces pombe Ha la capacità di degradare l'acido malico in etanolo e anidride carbonica ed è stato usato con successo per ridurre l'acidità nei mosti di vite e prugna.

stampi

Le muffe sono anche importanti organismi nella lavorazione degli alimenti, sia nel degrado che nella conservazione. Molte muffe hanno la capacità di produrre enzimi di importanza commerciale, come la pectinasi Aspergillus niger.

La specie di Aspergillus sono coinvolti nella produzione di acido citrico dai resti della polpa di mela. La specie di Aspergillus Sono spesso responsabili di cambiamenti indesiderati negli alimenti che causano il deterioramento.

D'altra parte, la specie di Penicillium sono associati allo sviluppo della maturazione e del gusto nei formaggi, mentre le specie di Ceratocystis sono coinvolti nella produzione del sapore del frutto. Allo stesso tempo, il penicillium è l'agente eziologico per la produzione di tossine come la patulina.

riferimenti

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