La fermentazione alcolica

Ok cervello: io non piaccio a te e tu non piaci a me, ma facciamola questa cosa e continuerò a sbomballarti con la birra.
~ Homer Simpson

Le fermentazioni sono processi chimici anaerobici (avvengono in assenza di ossigeno) che l’uomo mette in atto da migliaia di anni al fine di ottenere una serie molto vasta di prodotti, che vanno dalla birra, al pane, al vino e a tutti gli alcolici che oggi sono largamente presenti sul mercato e che generano un discreto flusso di denaro. Queste reazioni chimiche iniziarono ad essere studiate in maniera scientifica da uno dei padri fondatori della moderna Microbiologia, ossia Louis Pasteur. Egli definì il concetto di agenti fermentati, indicando così quelli che noi oggi sappiamo essere i lieviti. Il seguente articolo vuole trattare in maniera particolare la fermentazione alcolica, che ha una maggiore rilevanza dal punto di vista industriale.

[more]Sarebbe bene precisare che solo alcune bevande alcoliche vengono preparate in maniera tradizionale, ossia la frazione alcolica deriva da un processo fermentativo che coinvolge direttamente tutti gli ingredienti che saranno poi nel prodotto finito (esempio birra o vino); altre bevande possono essere fatte invece in maniera più semplice, ossia viene preparato un composto con gli aromi desiderati e poi viene aggiunto in un secondo momento l’alcol etilico, per rendere alcolica la bevanda (si vedano molti superalcolici commerciali). In ogni caso, l’alcol etilico deriva dallo stesso identico processo fermentativo.[/more]

Protagonisti indiscussi di questa reazione chimica sono i lieviti appartenenti al genere dei Saccaromiceti, tra tutti il famoso lievito di birra (aka Saccharomyces cerevisiae) utilizzato non solo per la produzione di alcol ma anche nell’industria alimentare per tutti i processi di lievitazione, perché anch’essa è un processo fermentativo che crea come prodotto di scarto anidride carbonica, responsabile del gonfiore che caratterizza il prodotto lievitato.

[more]È necessario fare un’ulteriore piccola precisazione riguardo i lieviti: nonostante siano organismi unicellulari (ossia l’organismo vivente è composto da una sola cellula autosufficiente) non sono da confondere, come spesso accade, con i batteri. Sono due cose completamente diverse! Innanzitutto i batteri sono organismi procarioti (meno evoluti) mentre i lieviti sono organismi eucarioti (proprio come l’Homo sapiens) con quindi una cellula strutturata in maniera ordinata e compartimentalizzata. Infatti i lieviti appartengono al gruppo tassonomico dei Funghi.[/more]

Le cellule di lievito hanno un metabolismo basato principalmente sugli zuccheri, e più precisamente sul glucosio. Nel caso del vino e della birra, il lievito deve affrontare però un piccolo problema: nei vegetali e in particolare nella frutta, si trova il fruttosio (un isomero del glucosio) oppure zuccheri a struttura complessa (i cosiddetti polisaccaridi, come ad esempio il saccarosio) che vanno trasformati in glucosio da appositi enzimi cellulari. Il glucosio subisce poi ulteriori trasformazioni in quel processo, pilastro della biochimica moderna, chiamato glicolisi al fine di ottenere energia sottoforma di ATP (Adenosina Tri Fosfato). L’ATP è un composto altamente energetico, che interviene in quasi tutti i tipi di reazioni biochimiche che richiedono energia; su un testo lessi una bella frase in cui si descriveva l’ATP come “la moneta energetica di ogni organismo, da spendere ogni qualvolta si voglia far avvenire una reazione chimica”.

La glicolisi è la via centrale del catabolismo del glucosio, e consta di 10 reazioni (che non sto ora a descrivere) ma il cui risultato netto è di 2 molecole di ATP per ogni molecola di glucosio. Durante questa reazione interviene un’altra molecola molto importante nelle vie metaboliche di ogni organismo, che si chiama NAD+ (Nicotinammide Adenina Dinucleotide, dove il “+” indica che è in forma protonata) la cui funzione è di trasportare gli elettroni, che durante la glicolisi passano da una molecola all’altra. Per il solito discorso del risparmio energetico, ogni organismo tende a recuperare le molecole di NADH (ossia le molecole di NAD+ ormai “scariche”), visto che si tratta solo di spostare qualche elettrone. Ebbene questo normalmente accade nei mitocondri di ogni cellula, dove gli elettroni vengono ceduti agli atomi di ossigeno (accettore di elettroni), in quella che viene chiamata respirazione mitocondriale; ma come detto a inizio articolo le fermentazioni avvengono solo ed esclusivamente in condizioni anaerobiche, ossia senza ossigeno.

Ed è qui che arriviamo all’alcol etilico, perché per ricaricare il nostro trasportatore di elettroni (il NADH), la cellula sfrutta quindi una molecola di piruvato, uno degli intermedi della glicolisi, che può essere deidrogenato (reazione che permette il recupero di elettroni) o in acido lattico (quello che si forma anche nei tessuti muscolari dopo grande sforzo, e quindi grande dispendio energetico di ATP) oppure in etanolo, nome IUPAC del ben più noto alcol etilico.

Il concetto fondamentale di questa reazione, e che ci tengo particolarmente a sottolineare, è che la produzione di alcol etilico non è la reazione metabolica principale dell’organismo o della cellula. È semplicemente una via sulla quale il lievito è costretto a ripiegare, date le condizioni anaerobiche in cui si trova. L’alcol che si viene quindi a formare è un prodotto di scarto del processo di rigenerazione del trasportatore NAD+. Effettivamente la cosa ha anche senso, perché a concentrazioni elevate l’alcol può diventare tossico per il lievito stesso.

Quello che poi caratterizza tutti i diversi tipi di vino o di birra, sono ovviamente gli ingredienti e i mix di lieviti che intervengono nel processo fermentativo. Quella descritta in questo articolo è solo la fermentazione alcolica, ossia la formazione solo ed esclusivamente di quella frazione di alcol, di etanolo, che caratterizza tutte queste bevande. Dopodiché in un fermentatore avvengono tante di quelle altre reazioni chimiche che descriverle tutte diventerebbe davvero troppo complesso.

Fonti: la bibbia per ogni bio-qualsiasicosa, ossia il sacro libro di Lehninger

Link:
– Questa bellissima pagina di Wikipedia sulla Glicolisi (davvero ben fatta);
– Quest’altra pagina sul lievito di birra (un po’ scarsina a dire il vero);