La fermentazione è un processo metabolico anerobico – ovvero un processo che avviene in assenza di ossigeno – in cui il glucosio (lo zucchero) viene degradato in altri composti organici. I tipi di fermentazione sono diversi. Il termine fermentazione viene anche utilizzato per indicare una qualsiasi trasformazione catalizzata da un microrganismo.
Fermentazione e microrganismi
La fermentazione è un processo naturale legato all’azione di piccoli microorganismi (funghi o batteri) che si possono trovare in natura nei posti più disparati: dal nostro sistema digerente ai cibi ed alle bevande che consumiamo con nutrienti ricchi di energia che trasformano in alcoli o in acidi organici.
La fermentazione può avvenire, sia ad opera di microrganismi che già sono presenti negli alimenti, sia ad opera di colture di microorganismi che vengono appositamente aggiunti agli stessi alimenti.
Fin da quando li abbiamo scoperti nel diciassettesimo secolo, noi abbiamo sempre avuto un rapporto contrastante coi batteri. Inizialmente infatti li abbiamo considerati come la causa di diverse malattie, mentre solo da poco abbiamo considerato anche i benefici effetti di questi microrganismi specialmente nella catena alimentare.
Senza questi organismi non potrebbe avvenire (per esempio) quella conversione dei carboidrati in alcool che ci permette la produzione di bevande alcoliche. Ma non solo di alcol. Anche lo yogurt è il risultato della fermentazione lattica sul latte intero o trattato ad opera di ceppi selezionati di lattobacilli.
I tre diversi tipi di fermentazione
Ci sono tre diversi tipi di fermentazione.
- La fermentazione lattica che avviene quando i lieviti ed i batteri – all’interno di alcuni cibi come i crauti, i sottaceti, lo yogurt o il pane a pasta acida – convertono in acido lattico l’amido e lo zucchero.
- La fermentazione alcolica si ha quando le molecole di piruvato (molecole prodotte dall’organismo) derivate dall’amido o dagli zuccheri, vengono degradate in alcool e diossido di carbonio. Questo tipo di fermentazione è responsabile di diversi (abituali) fenomeni, quali la lievitazione del pane o la trasformazione del mosto in vino.
- La fermentazione acetica si ha quando l’amido o gli zuccheri degli alimenti vengono tramutati in aceto. Non si tratta di una vera e propria fermentazione nel senso stretto del termine, ma di un’ossidazione dell’etanolo dovuta a dei batteri acetici.
Tutti e tre questi tipi di fermentazione sono dovuti all’azione di microbi specializzati nella conversione di alcune sostanze in altre sostanze.
Come avviene la fermentazione
Per sopravvivere, come fonte di energia i microrganismi si avvalgono dei carboidrati (zuccheri, come il glucosio).
Noi per poter avvalerci dell’energia utilizzano delle molecole organiche di scambio come l’adenosina trifosfato (o ATP), la quale è un composto chimico che
- costituisce la principale forma di accumulo di energia immediatamente disponibile,
- fornisce l’energia necessaria per quasi tutte le forme di lavoro cellulare,
- viene diffusa in ogni parte delle cellule là dove è necessario, in quanto fornisce l’energia necessaria all’attività cellulare.
Per generare l’adenosina trifosfato (ATP), anche i microrganismi allo steso modo delle nostre cellule utilizzano la respirazione cellulare, un processo metabolico che consente alla cellula di utilizzare l’energia contenuta nelle sostanze nutritive.
Per quanto attiene alla respirazione cellulare aerobica
Il modo più efficiente di respirazione è quello di tipo aerobico il quale necessita della presenza di ossigeno. La respirazione aerobica inizia con la glicolisi, nel corso della quale il glucosio viene convertito in acido piruvico. A questo punto, se vi è presente ossigeno a sufficienza può avvenire la respirazione aerobica.
Per quanto attiene alla fermentazione
Il processo di fermentazione – che anche è un particolare tipo di respirazione – s’innesca invece allorquando non è disponibile una quantità sufficiente di ossigeno perché si possa avere una respirazione aerobica.
Nella fermentazione, contrariamente a quanto avviene nella respirazione aerobica, l’acido lattico viene prodotto a partire dall’acido piruvico e comunque producendo l’adenosina trifosfato (ATP).
Quindi, in relazione diverse condizioni ambientali, le singole cellule e microrganismi hanno passano da una modalità di produzione di energia all’altra.
I diversi stadi di fermentazione del cibo
A seconda dei diversi tipi di alimenti, la fermentazione può avvenire attraverso vari stadi.
A. con la fermentazione primaria
La fermentazione primaria avviene quando i microrganismi agiscono su degli ingredienti crudi come la frutta, la verdura o i latticini.
I microrganismi presenti nei liquidi, inizialmente prevengono che il cibo venga colonizzato da quei batteri che li farebbero andare a male.
Durante prima questa fase piuttosto corta, i funghi o altri microbi convertono i carboidrati (zuccheri) in sostanze come alcool o acidi.
B. con la fermentazione secondaria
La fermentazione secondaria avviene invece col vino o la birra. Si riferisce ad un periodo più lungo che può arrivare a diverse settimane. Avviene quando i lieviti o gli altri microrganismi cominciano a morire perché la loro fonte di energia (i carboidrati) si è andata consumando.
A questo punto, il pH di un prodotto potrebbe essere notevolmente più acido rispetto all’inizio, influenzando le reazioni chimiche che avvengono tra i microrganismi e l’ambiente.
La lunghezza e gli stadi di fermentazione vengono scelti a seconda del tipo prodotto alimentare che viene lavorato. La birra ed il vino per esempio, vanno incontro a vari stadi di fermentazione che differiscono profondamente gli uni dagli altri.
Come viene innescato il fenomeno della fermentazione
Moltissimi sono gli alimenti fermentati che sono in commercio che e vengono prodotti utilizzando una selezione di microorganismi i cui effetti sono stati scientificamente valutati.
Questi microrganismi vengono introdotti in vari modi nei vari alimenti: per esempio molti latticini vengono fermentati per il tramite di colture di lactobacilli coltivate in “maniera commerciale”.
Anche il sapore e la consistenza di molti prodotti come lo yogurt ed i formaggi, possono essere manipolati scegliendo alcune colture piuttosto che altre.
Allo stesso modo, le bibite fermentate vengono create utilizzando una specifica collezione di colture “starter”.
Anche l’ambiente in cui avviene la loro produzione può rifinire queste loro differenti qualità.
Proprio per queste ragioni, molti vini e molte birre devono le loro peculiari caratteristiche ai lieviti che vengono utilizzati durante il processo per produrli.
Una volta iniziata la loro fermentazione, il controllo del tasso di fermentazione e del prodotto finito dipendono dal bilancio di acqua e di zuccheri, dalla temperatura e dal tempo impiegato.
Successivamente alla loro produzione, questi alimenti dovrebbero essere controllati al fine di prevenirne la contaminazione con altri organismi esterni che potrebbero rovinarli.
La conservazione e la salubrità degli alimenti fermentati
Esporre all’aria i prodotti alimentari che sono in fase in fermentazione non solo impedisce il corretto svolgimento di questo processo, ma aumenta anche i rischi di un loro deterioramento ed anche quelli di possibili intossicazioni alimentari.
A. ecco alcuni modi per prevenire questi rischi
Oltre ad essere una parte importante di molte ricette, il fatto di immergere il cibo fermentato in salamoia (una soluzione salina) impedisce che questi entri in contatto con l’aria. Questa modalità funziona bene per parti solide dei cibi, come le verdure a pezzi.
Certi processi chimici possono avvenire solamente quando l’acqua ha un determinato pH.
L’esatto pH della fermentazione che regola la quantità di ossigeno presente può essere controllato anche tramite l’aggiunta di aceto.
B. ecco come vengono trattati e conservati gli alimenti fermentati
I contenitori dei cibi fermentati sono dotati di una valvola di sfogo per il biossido di carbonio rilasciato durante la fermentazione: a meno che il prodotto finale (vino o kombucha, per esempio) non preveda la carbonatazione (un processo chimico che avviene in presenza di anidride carbonica).
In alternativa, i contenitori sigillati di questi cibi possono venire aperti manualmente e regolarmente in modo da lasciar uscire l’anidride carbonica intrappolata. Questo processo richiede un attento monitoraggio per prevenire il deterioramento degli alimenti.
Molte persone che fermentano i cibi a casa propria, utilizzano dei contenitori ermetici col coperchio, all’interno dei quali i cibi possono essere conservati per lunghi periodi senza che vi sia una loro contaminazione da parte dell’aria.
La gestione della fermentazione
In genere, i microrganismi amano stare in ambienti caldi o a temperatura ambiente. L’intervallo esatto di queste temperature varia in base alle tipologie di microbi coinvolti ed al tipo di prodotto che sta fermentando.
I cambiamenti di temperatura possono avere un forte impatto sul processo di fermentazione.
- Portare un prodotto in via di fermentazione ad una temperatura più fredda – ad esempio mettendolo nel frigorifero – rallenta il tasso di fermentazione o lo interrompe del tutto.
- Mentre riscaldare troppo un prodotto può invece uccidere i microbi.
La “fermentazione industriale” necessita di apposite attrezzature come è il caso dei serbatoi per la fermentazione della birra. L’utilizzo di attrezzature speciali consente infatti di controllare e di standardizzare la fermentazione su larga scala.
