FERMENTAZIONE - osservazione di un processo di fermentazione

FERMENTAZIONE

Scopo:

osservazione di un processo di fermentazione.

Materiali:

glucosio (C6H12O6);

idrossido di sodio (NaOH);

lievito;

acqua;

indicatore blu di bromo timolo;

reattivo di Lugol;

bicchiere;

fonte di calore.

Procedimento:

una sospensione di lievito e zucchero è stata introdotta in una beuta

collegata con un tubo immerso in una soluzione contenente blu di bromo timolo. In seguito questo sistema è stato riscaldato per qualche ora. In seguito a fermentazione il blu di bromo timolo avrebbe dovuto tingersi di una tonalità gialla.

Come seconda prova sono stati prelevati 5 ml del miscuglio precedente (lievito+zucchero) e sono stati posti in provetta con l'aggiunta di 5 gocce di reattivo di Lugol e di 2 ml di idrossido di sodio. Il tutto è stato riscaldato per 5 minuti. In seguito a fermentazione si dovrebbe essere formato un precipitato di colore giallo.

Conclusioni e approfondimenti:

Nella prova eseguita in laboratorio la formazione dei prodotti previsti ci garantisce l'avvenuta della reazione. Nella prima prova c'è stata la formazione di anidride carbonica. Il prodotto della fermentazione ha reagito con l'acqua presente nell'indicatore blu di bromo timolo producendo acido carbonico. Ciò ha reso acida la soluzione che è passata da una colorazione blu ad una gialla.

Nella seconda prova c'è stata la formazione di alcol etilico. In un ambiente basico dato dalla presenza di idrossido di sodio hanno reagito lo iodio presente nella soluzione ed il reattivo di Lugol con l'alcol etilico formando lo iodoformio, un precipitato di colore giallo.

La fermentazione è una trasformazione biochimica a carico di sostanze organiche provocata dall'apparato enzimatico di numerosi microrganismi.

Il termine fermentazione (dal latino fervere= bollire) è dovuto a Pasteur che intese denominare in tal modo le trasformazioni microbiologiche caratterizzate dal tumultuoso ribollire del substrato organico a causa dello svolgersi dei gas si reazione. La più tipica fermentazione è quella alcolica in cui il mosto sembra bollire per lo svolgersi di anidride carbonica che, insieme all'alcol etilico, è uno dei prodotti della trasformazione dello zucchero contenuto nell'uva. Il termine fermentazione inizialmente ebbe quindi un significato molto ristretto; sia attribuiva soltanto ad un processo anaerobico a carico di uno zucchero, dalla degradazione del quale si formavano particolari prodotti di reazione che davano il nome alla fermentazione. La fermentazione cioè era un processo anaerobico che demoliva solo parzialmente uno zucchero.

I microrganismi presenti nel processo venivano chiamati "fermenti" e ad essi, in quanto esseri viventi, si attribuiva la responsabilità della trasformazione chimica avvenuta. Gli studi e le ricerche successive portarono a concludere che responsabili delle trasformazioni chimiche erano gli enzimi. Si scoprì inoltre che alcuni processi respiratori, cioè ossidativi, non portavano uno zucchero alla completa degradazione, ma si fermavano a stadi intermedi, dando dei prodotti che si accumulavano e che potevano venire isolati. Si estese pertanto, anche a queste reazioni microbiologiche, il nome di fermentazioni e si chiamarono aerobiche od ossidative, in contrapposizione alle originarie fermentazioni che furono chiamate anaerobiche o anossidative.

L'interesse teoriche delle fermentazioni nacque e si rafforzò per le enormi possibilità di sfruttamento pratico che in esse si intravidero. Infatti i prodotti di molte fermentazioni (alcolica, acetica, ecc.) rappresentano per l'uomo materiale alimentare pregiato o materie prime importantissime per gli usi più svariati. Basti solo pensare al vino, all'aceto, all'alcol etilico per avere un'idea del problema. Di qui si sviluppò tutto un fiorire di studi ed applicazioni industriali per ridurre al servizio dell'uomo questi processi microbiologici, modificando di volta in volta le condizioni naturali, introducendo artifici, forzando l'andamento delle reazioni biochimiche in modo da aumentare il rendimento dei singoli processi, nel senso di ottenere il massimo quantitativo della sostanza interessante.

Una cura particolare fu rivolta ai microrganismi responsabili delle varie fermentazioni. Sono stati studiati ed ottenuti ceppi altamente selezionati in funzione del massimo rendimento economico.

Le fermentazioni che destano il maggiore interesse sono: la fermentazione alcolica, lattica, propionica, butrica, aceton-butilica fra le fermentazioni anaerobiche; la fermentazione acetica, citrica, gluoconica ed ossalica fra quelle aerobiche.

Un cenno particolare merita un certo tipo di fermentazioni, per l'enorme importanza pratica assunta nella produzione di tutta una serie di sostanze di largo uso farmaceutico che vanno sotto il nome di antibiotici. Numerose muffe infatti nel corso della loro attività fermentativa secernono sostanze dotate di notevoli attività antibatteriche, chiamate appunto antibiotici. I più importanti antibiotici prodotti per via fermentativa sono la penicillina, la streptomicina, ed il gruppo delle tetracicline.

Fermentazione alcolica. È la più importante delle fermentazioni anaerobiche. Essa avviene sotto l'azione del corredo enzimatico dei lieviti, varietà di funghi microscopici che soddisfano il proprio fabbisogno energetico, decomponendo substrati di tipo glucidico; appartengono al genere Saccharomyces. Essi sono in grado di trasformare una molecola di glucosio in una di anidride carbonica ed una di alcol etilico.

In effetti la fermentazione non avviene in un solo stadio, ma consiste in una serie altamente organizzata di trasformazioni chimiche che dal glucosio portano all'anidride carbonica e all'alcol etilico. L'andamento della fermentazione può riassumersi nei seguenti passaggi chiave, ognuno catalizzato da un particolare enzima: fosforilazione del glucosio, scissione del esoso in due molecole di trioso, formazione di acido piruvico, formazione di acetaldeide, formazione di alcol etilico e anidride carbonica. Tutti questi passaggi sono utili al microrganismo, che in tal modo si procura l'energia necessaria allo svolgimento delle sue funzioni vitali.

Industrialmente la fermentazione alcolica viene usata, oltre che per la produzione di vino e birra dal mosto d'uva e da quello del malto d'orzo, anche per la produzione di alcol etilico partendo da materiali zuccherini come i melassi di barbabietola o da cereali o sostanze amidacee come riso, avena, patate, ecc., o addirittura da mosti di legno, previa idrolisi acida che trasforma l'amido o la cellulosa in monosi fermentescibili.

Formazione dell'acido L+ lattico.

Viene promossa dall'enzima Lattico Deidrogenasi  il responsabile della riduzione del piruvico a lattico mediante la riossidazione del NADHàNAD+.

Nell'eliminare l'acido lattico formatosi nei muscoli interviene il ciclo di Cori. Il Lattato dal muscolo si diffonde nel circolo sanguigno per giungere, tramite la vena porta, al fegato che contiene enzimi in grado di liberare glucosio e rifornire energia. Qui verrà convertito in acido piruvico che diviene glucosio e alla fine verrà polimerizzato in glicogeno.

Fermentazione acetica. È la più importante delle fermentazione aerobiche. Si realizza sfruttando il meccanismo enzimatico di particolari batteri del genere Acetobacter. Si tratta di un processo di tipo respiratorio a carico dell'alcol etilico che, mediante l'intervento dell'ossigeno, si deidrogena, ossidandosi ad acido acetico. Fra i prodotti intermedi, il più importante è costituito dall'aldeide acetica, che si trasforma infine in acido acetico o per ulteriore deidrogenazione o attraverso una reazione di disproporzione di due molecole di aldeide in una di alcol ed una di acido acetico.

Industrialmente si usano vari sistemi di acetificazione a seconda del prodotto che si desidera ottenere. Si chiamano sistemi a "lenta acetificazione" quelli che consentono di ottenere aceti dall'aroma particolarmente pregiato. Il più tipico di questi è il sistema francese nel quale l'acetificazione avviene su vini in riposo, in botti di legno di quercia, ed è piuttosto lenta.

I sistemi a "rapida acetificazione" sono invece quelli che servono alla produzione di aceto od acido acetico su larga scala. Il sistema tedesco è il più rapido e consiste nel far passare il liquido alcolico di partenza su di una vasta superficie di supporto sulla quale albergano gli acetobatteri. Generalmente ciò si ottiene mediante un tino molto alto ripieno di trucioli di legno di faggio (o di materiale poroso) impregnati di acetobatteri. Il liquido da acetificare si fa scorrere una o più volte, in continuo, attraverso il tino e viene allontanato man mano che si sia ottenuto l'aceto.