Fermentazione lattica e fermentazione alcolica

La fermentazione è un processo biochimico operato da microrganismi quali batteri e lieviti, che comporta la degradazione di substrati zuccherini in molecole di grande varietà chimica, principalmente alcoli e acidi organici.

Nell’industria alimentare vengono sfruttate principalmente due tipi di fermentazioni, la fermentazione lattica e la fermentazione alcolica che si distinguono per l’output prodotto, rispettivamente alcol e anidride carbonica e acido lattico.

Questo fenomeno viene sfruttato fin dall’antichità per conservare gli alimenti, infatti tecniche come la salagione e la macerazione con olio o aceto erano molto diffuse tra le varie popolazioni.

Ma la fermentazione non è una tecnica utile solo ai fini conservativi, infatti questo processo biologico comporta anche un arricchimento dell’alimento sotto l’aspetto nutrizionale. Con la loro attività enzimatica, le colonie di batteri e lieviti producono una grande quantità di composti dall’elevato valore biologico, come vitamine, sali minerali ed enzimi che contribuiscono alle funzioni essenziali del nostro organismo.

Fermentazione lattica

La fermentazione lattica è un processo biologico naturale di tipo batterico, attraverso il quale alcuni microrganismi trasformano gli zuccheri, in particolare il glucosio, in acido lattico. Questo meccanismo è alla base della produzione di numerosi alimenti tradizionali ed è responsabile di importanti benefici nutrizionali, digestivi e conservativi.

Grazie alla fermentazione lattica, gli alimenti acquistano un sapore caratteristico, una maggiore digeribilità e una durata di conservazione più lunga, senza la necessità di conservanti chimici.

Come avviene la fermentazione lattica

La fermentazione lattica viene svolta principalmente da una classe di batteri chiamati lattobacilli, che operano in assenza di ossigeno (ambiente anaerobico). In queste condizioni, il glucosio viene convertito in acido lattico, abbassando il pH dell’alimento.

L’abbassamento del pH:

• inibisce la crescita di microrganismi patogeni
• migliora la sicurezza alimentare
• favorisce la conservazione naturale degli alimenti

Questo tipo di fermentazione non è esclusivo degli alimenti: un meccanismo simile avviene anche nel nostro organismo, in particolare nei muscoli, quando lo sforzo fisico supera la disponibilità di ossigeno. In queste condizioni, le cellule muscolari producono acido lattico come via alternativa per ottenere energia.

Il ruolo dell’acido lattico nell’organismo

L’acido lattico assunto attraverso gli alimenti fermentati svolge diverse funzioni utili:

• favorisce la digestione
• migliora l’assorbimento di alcuni nutrienti
• contribuisce alla salute intestinale

In particolare, l’acido lattico, così come l’acido ascorbico (vitamina C), aiuta a trasformare il ferro vegetale dalla forma ferrica (meno assorbibile) alla forma ferrosa, che risulta più stabile e meglio assimilabile nell’ambiente alcalino dell’intestino tenue.

Questo rende gli alimenti fermentati particolarmente utili nelle diete vegetariane o povere di ferro di origine animale.

Yogurt: l’alimento simbolo della fermentazione lattica

L’alimento più conosciuto e diffuso ottenuto tramite fermentazione lattica è lo yogurt. La sua produzione avviene grazie all’azione combinata di specifici batteri lattici selezionati.

Tra i ceppi più utilizzati troviamo:

• Lactobacillus lactis
• Lactobacillus casei
• Lactobacillus acidophilus
• Lactobacillus bulgaricus
• Bifidobacterium bifidum
• Streptococcus thermophilus

Questi microrganismi trasformano il lattosio in acido lattico, conferendo allo yogurt la sua consistenza cremosa, il gusto leggermente acidulo e una maggiore digeribilità rispetto al latte.

Batteri lattici: differenze importanti

Non tutti i batteri lattici svolgono la stessa funzione all’interno del nostro organismo. Esistono differenze sostanziali tra fermenti lattici e probiotici, spesso confusi tra loro.

Fermenti lattici

I fermenti lattici sono microrganismi vivi che:

• svolgono un’azione benefica durante il transito intestinale
• non colonizzano stabilmente l’intestino
• vengono eliminati dopo il passaggio nel tratto gastrointestinale

Esempi di fermenti lattici:

• Lactobacillus lactis
• Lactobacillus casei
• Lactobacillus bulgaricus
• Streptococcus thermophilus

Sono definiti ceppi transienti, vivi ma non vitali nel lungo periodo.

Probiotici

I probiotici sono microrganismi vivi e vitali che:

• riescono a superare la barriera gastrica
• si insediano nell’intestino
• contribuiscono attivamente all’equilibrio della flora batterica

Tra i più noti troviamo:

• Lactobacillus acidophilus
• Bifidobacterium bifidum

Questi ceppi sono in grado di colonizzare l’intestino, contrastare la proliferazione di microrganismi patogeni e supportare il sistema immunitario.

Benefici della fermentazione lattica

Gli alimenti ottenuti tramite fermentazione lattica apportano numerosi benefici:

• migliorano la digestione
• riducono il contenuto di zuccheri semplici
• aumentano la biodisponibilità di vitamine e minerali
• favoriscono l’equilibrio del microbiota intestinale
• contribuiscono alla salute del sistema immunitario

Inoltre, grazie alla produzione di acido lattico, questi alimenti risultano spesso meglio tollerati anche da chi presenta difficoltà digestive.

Fermentazione lattica e sicurezza alimentare

Il processo di fermentazione lattica è anche un importante strumento di sicurezza alimentare. L’ambiente acido creato dai batteri lattici ostacola la crescita di microrganismi patogeni e prolunga naturalmente la conservazione degli alimenti.

Per questo motivo la fermentazione lattica è stata utilizzata per secoli come metodo di conservazione prima dell’avvento della refrigerazione.

Principali prodotti alimentari ottenuti tramite fermentazione lattica:

• Latticini e derivati:
  • Yogurt: Prodotto principe della fermentazione del lattosio da parte di Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophilus.
  • Formaggi: La fermentazione lattica è fondamentale per la cagliatura e la maturazione.
  • Kefir e Kumis: Latti fermentati con granuli contenenti batteri e lieviti.
  • Latticello (Buttermilk): Latticino acido ottenuto dalla lavorazione del burro.
  • Burro: Ottenuto spesso da panna fermentata.
• Verdure e Frutta Fermentata (Lacto-fermentazione):
  • Crauti: Cavolo cappuccio fermentato, classico esempio di fermentazione lattica spontanea.
  • Kimchi: Verdure miste fermentate, tipico piatto coreano.
  • Sottaceti fermentati: Cetrioli, carote, rape e altre verdure sode che diventano acide e salate.
  • Olive in salamoia: Spesso sottoposte a fermentazione naturale.
• Cereali e Legumi:
  • Pane a lievito madre: La fermentazione lattica contribuisce al sapore acido e alla struttura del pane.
  • Miso: Pasta di soia fermentata (spesso miscelata con orzo o riso).
  • Injera: Pane piatto etiope a base di farina di teff.
• Altre bevande e condimenti:
  • Kombucha: Tè fermentato con una colonia simbiotica di batteri e lieviti (SCOBY).
  • Salse di pesce (Nuoc Mam): Pesce fermentato, comune nella cucina asiatica.

La fermentazione lattica non solo conserva, ma arricchisce i cibi di probiotici, microrganismi utili per la flora intestinale.

Fermentazione alcolica

La fermentazione alcolica è un processo biologico naturale che avviene grazie all’azione di specifici microrganismi, principalmente i lieviti, i quali sono in grado di trasformare gli zuccheri presenti negli alimenti in alcol etilico e anidride carbonica. Questo tipo di fermentazione è definito anaerobico, poiché si svolge in assenza di ossigeno.

Si tratta di un meccanismo conosciuto e sfruttato dall’uomo fin dall’antichità, fondamentale nella produzione di numerosi alimenti e bevande che fanno parte della nostra tradizione alimentare.

Come avviene la fermentazione alcolica

Durante la fermentazione alcolica, i lieviti utilizzano gli zuccheri semplici (come glucosio e fruttosio) come fonte di energia. In assenza di ossigeno, questi zuccheri vengono metabolizzati attraverso una serie di reazioni biochimiche che portano alla produzione di:

• alcol etilico
• anidride carbonica
• sostanze aromatiche e secondarie

Il processo permette ai lieviti di sopravvivere e moltiplicarsi in ambienti poveri di ossigeno, sfruttando l’energia contenuta negli zuccheri.

I microrganismi coinvolti: i lieviti

I principali protagonisti della fermentazione alcolica appartengono al genere Saccharomyces. Tra questi, uno dei più noti e studiati è il Saccharomyces cerevisiae, naturalmente presente sulla buccia dell’uva e comunemente utilizzato come lievito di birra e lievito per panificazione.

Questi microrganismi sono selezionati per la loro capacità di fermentare in modo controllato, producendo risultati stabili e sicuri dal punto di vista alimentare.

Saccharomyces cerevisiae

Il Saccharomyces cerevisiae è ampiamente utilizzato perché:

• fermenta efficacemente diversi tipi di zuccheri
• tollera concentrazioni moderate di alcol
• contribuisce allo sviluppo di aromi e profumi caratteristici

La sua presenza è essenziale in numerosi processi alimentari tradizionali.

Esempi di fermentazione alcolica negli alimenti

La fermentazione alcolica è alla base di molti prodotti di uso quotidiano, tra cui:

• Lievitazione del pane: l’anidride carbonica prodotta dai lieviti fa aumentare il volume dell’impasto, rendendolo soffice e alveolato
• Produzione del vino: i lieviti trasformano gli zuccheri del mosto in alcol
• Produzione della birra: gli zuccheri derivati dalla maltazione vengono fermentati per ottenere alcol e aromi
• Bevande fermentate tradizionali: sidro, kombucha (fase alcolica iniziale), idromele

In tutti questi casi, la fermentazione non ha solo una funzione tecnologica, ma incide profondamente su sapore, aroma, consistenza e valore nutrizionale del prodotto finale.

Sostanze prodotte durante la fermentazione

Durante il processo fermentativo, oltre ad alcol e anidride carbonica, i lieviti producono numerose sostanze secondarie che contribuiscono alle caratteristiche sensoriali dell’alimento, tra cui:

• acido succinico
• esteri aromatici
• alcoli superiori
• composti solforati

Queste sostanze sono responsabili dei profumi e dei sapori tipici dei prodotti fermentati e rendono ogni fermentazione unica in base al ceppo di lievito, alla materia prima e alle condizioni ambientali.

Fermentazione alcolica e valore nutrizionale

Un aspetto spesso poco considerato della fermentazione alcolica riguarda il suo impatto sul valore nutrizionale degli alimenti. Durante il processo fermentativo, una parte delle cellule di lievito va incontro a morte cellulare. La successiva disgregazione di queste cellule rilascia nel prodotto finale numerose sostanze benefiche, tra cui:

• vitamine del gruppo B
• amminoacidi
• minerali
• fattori di crescita

Questo fenomeno contribuisce ad aumentare il contenuto nutrizionale dell’alimento fermentato rispetto alla materia prima di partenza.

Fermentazione alcolica: non tutti i lieviti sono benefici

Esistono numerose specie di lieviti, ma non tutte sono utili o desiderabili. Alcuni lieviti possono causare alterazioni degli alimenti o problemi di salute.

Un esempio è rappresentato dalla famiglia dei lieviti del genere Candida, che può provocare:

• deterioramento di frutta e verdura
• fenomeni di muffe indesiderate
• infezioni opportunistiche nell’uomo, in particolari condizioni

Per questo motivo, nei processi alimentari controllati vengono selezionati ceppi specifici e sicuri, evitando contaminazioni indesiderate.

Fermentazione alcolica: un processo da controllare

Affinché la fermentazione alcolica avvenga in modo corretto, è fondamentale controllare:

• temperatura
• assenza di ossigeno
• tipo di zuccheri presenti
• qualità e quantità dei lieviti

Un controllo adeguato consente di ottenere un prodotto sicuro, stabile e con caratteristiche sensoriali ottimali.

In conclusione, la fermentazione alcolica è un processo biologico complesso e affascinante, alla base di numerosi alimenti e bevande della nostra tradizione. Grazie all’azione dei lieviti, in particolare del Saccharomyces cerevisiae, gli zuccheri vengono trasformati in alcol, anidride carbonica e sostanze aromatiche che migliorano gusto, conservabilità e valore nutrizionale degli alimenti.

Comprendere la fermentazione alcolica significa comprendere uno dei pilastri fondamentali della trasformazione alimentare e del rapporto tra microrganismi e alimentazione.

Principali prodotti alimentari della fermentazione alcolica

• Bevande Alcoliche:
  • Vino: Fermentazione degli zuccheri del mosto d’uva (glucosio e fruttosio).
  • Birra: Fermentazione degli zuccheri del malto d’orzo (maltosio). Si distingue in alta, bassa e fermentazione spontanea.
  • Sidro: Prodotto dalla fermentazione del succo di mela.
  • Idromele: Prodotto dalla fermentazione del miele diluito in acqua.
  • Distillati e Liquori: Derivano dalla distillazione di prodotti fermentati (vino, cereali, ecc.).
• Prodotti da Forno:
  • Pane e Pizza: L’anidride carbonica prodotta dai lieviti fa lievitare l’impasto, mentre l’etanolo evapora durante la cottura.
• Altri Alimenti Fermentati:
  • Kefir: Bevanda latte fermentata con granuli contenenti lieviti e batteri (fermentazione mista).
  • Cioccolato: Durante la lavorazione delle fave di cacao, la polpa subisce una fermentazione alcolica.
  • Kombucha: Tè fermentato tramite una colonia di batteri e lieviti.

I sottoprodotti principali che caratterizzano questi alimenti sono l’etanolo (alcol) e l’anidride carbonica, che conferisce bollicine a spumanti e birre.

Differenza tra fermentazione alcolica e fermentazione lattica

La fermentazione alcolica avviene in microrganismi (es. lieviti) nei quali il glucosio è usato per creare energia, rilasciata sotto forma di anidride carbonica (avete presente le bollicine nella birra?) e che produce etanolo (alcol). Questo processo può avvenire in presenza di ossigeno (aerobico) oppure in sua assenza (anaerobico), dato che l’alcol è considerato una sostanza di scarto.

La fermentazione alcolica ha come risultato la trasformazione degli zuccheri in alcol etilico e anidride carbonica. Questo processo è alla base della produzione delle principali bevande alcoliche (vino, birra) e anche della lievitazione del pane. Questa fermentazione, realizzata partendo da sottoprodotti di produzioni agricole, viene utilizzata anche per la produzione del bioetanolo.

Il processo viene svolto da dei funghi unicellulari chiamati lieviti. Inizialmente questi organismi messi nel substrato di coltura (il mosto, il malto o l’impasto del pane) svolgono una respirazione aerobica, utilizzando cioè l’ossigeno dell’aria, trasformando gli zuccheri in acqua e anidride carbonica. Poi dall’interno della massa in fermentazione per mancanza di ossigeno i lieviti passano alla fermentazione sfruttando l’energia degli zuccheri ossidandoli anaerobicamente (senza l’utilizzo di ossigeno) in alcol etilico ed anidride carbonica.

Gli organismi fermentatori, liberando nell’ambiente i loro prodotti, abbandonano un catabolita ricco di energia, ulteriormente utilizzabile in presenza di ossigeno. La scarsa resa energetica della fermentazione è compensata dalla flessibilità ecologica che permette ai fermentatori di vivere anche in condizioni in cui gli organismi aerobi obbligati non sono in grado di sopravvivere. Questo si nota nella produzione di aceto: essa avviene dopo la fermentazione alcolica ed è dovuta a microrganismi aerobi del genere Acetobacter e Mycoderma che sfruttano aerobicamente proprio il catabolita (etanolo) finale della fermentazione alcolica.

Allo stesso modo, la fermentazione lattica avviene in microrganismi (es. lieviti, batteri) e cellule del nostro tessuto muscolare, nei quali il glucosio è ancora usato per creare energia, ma questa volta il prodotto finale è lactato. Questo processo avviene in presenza di ossigeno mentre, in sua assenza, il prodotto finale diventa acido lattico. Dato che l’acido lattico scompone gli zuccheri, questo viene spesso usato nel settore alimentare per mantenere i cibi più a lungo. Una volta che l’acido lattico viene esposto all’ossigeno, ritorna ad essere anidride carbonica ed acqua.

Questo processo viene attuato da alcuni batteri (lattobacilli) e dalle cellule del corpo umano in condizioni di anaerobiosi (muscolo).

Nei muscoli, in condizioni di carico intenso, viene prodotta energia a carico del glicogeno presente in loco, che viene prima scisso in glucosio e poi viene fermentato ad acido lattico. L’accumulo di questo catabolita genera l’affaticamento muscolare. L’acido lattico viene gradualmente eliminato durante il recupero.

In entrambi i casi, i microrganismi sono aggiunti alla base (che diventerà alcolica o lattica) per far partire il processo di fermentazione. Per la fermentazione alcolica, i lieviti trasformano l’amido in zuccheri che a sua volta vengono trasformati in anidride carbonica e alcol. Per la fermentazione lattica, i batteri scompongono i carboidrati in zuccheri che poi diventano lactati.

Fermentazioni aerobica o anaerobica?

La presenza (ambiente aerobico) o assenza di ossigeno (ambiente anaerobico) è un fattore da tenere in considerazione quando parliamo di questi processi. Generalmente, la fermentazione alcolica avviene in condizioni anaerobiche ma grazie alla speciale composizione dei lieviti, in alcune circostanze, è anche possibile avere una fermentazione alcolica aerobica. Al contrario, la fermentazione lattica avviene in condizioni strettamente anaerobiche. Dato che questo processo produce acido lattico (il continuo accumulo di questa sostanza ci crea il comune “dolore” ai muscoli), in presenza di ossigeno le cellule cercano sempre di creare energia più efficientemente possibile attraverso la respirazione cellulare.

In parole povere, togliendo l’ossigeno (usato per la respirazione cellulare) obblighiamo le cellule (es. batteri come Lactobacillus, cellule muscolari etc..) ad optare per la seconda opzione migliore per continuare a sopravvivere (fermentazione anaerobica lattica). Nel tempo, questo stratagemma è stato usato nel settore alimentare per produrre una grandissima varietà di prodotti “fermentati”.