Ci sono alimenti che sono il frutto di microorganismi laboriosi che, tramite la complessa macchina evolutiva dei processi metabolici, sono in grado di trasformare gli zuccheri in molecole organiche come alcol etilico, acidi carbossilici e liberare gas come la CO2. Birra, vino, pane, latticini, cioccolato e molto altro (di cui faremo incetta in queste feste di Natale) sono sostanze vive che assumono il sapore e conferiscono energia grazie ad alcuni passaggi chimici che vale la pena conoscere.
Tutti noi abbiamo bisogno di nutrirci, ovvero di introdurre del carburante per alimentare la macchina dei processi biologici. Non ci pensiamo, ma passiamo gran parte delle nostre esistenze a soddisfare questo imprescindibile necessità. E qual è questo carburante? Oggi direi un bel piatto di casoncelli, al quale accompagnerò una bella dose dell’ossigeno contenuto nell’aria che respiriamo.
Ma come diventa energia? Attraverso il metabolismo aerobico che è il processo biologico che ci permette di generare tutta l’energia di cui abbiamo bisogno per vivere, producendo l’ATP (una molecola che potete immaginare come riserva di energia subito disponibile) partendo dal cibo (fonte di molecole metabolizzabili) e l’ossigeno.
Tuttavia, la natura ha sviluppato diverse vie metaboliche che vengono sfruttate da altri organismi viventi, e che, come vedremo, abbiamo imparato a sfruttare per produrre beni alimentari che consumiamo quotidianamente.
La fermentazione è un processo chimico che avviene in assenza di ossigeno. Per gli organismi viventi in grado di sfruttarla, come i lieviti, si tratta di una via metabolica con la quale ricavare l’energia. Questo processo usa come fonte di energia zuccheri semplici e produce come scarto una sostanza come l’alcol etilico, lattati, acetati, succinati e altre sostanze aromatiche. Si parlerà quindi di fermentazione, alcolica, lattica e acetica in base al substrato che si otterrà come prodotto.
La fermentazione alcolica ha molti utilizzi, ed è usata ad esempio per produrre birra, vino, pane e il cioccolato, mentre le fermentazioni lattiche e acetiche possono essere sfruttate per produrre cibi come yogurt, formaggio di latte, crauti, sottaceti, kefir, il miso, il kimchi e il tè kombucha.
Nell’industria alimentare la fermentazione alcolica è ampiamente usata e di rilievo. Vediamo quali sono i passaggi fondamentali di questa catena di reazioni bio-chimiche: nella cellula del lievito (come il Saccharomyces Cerevisiae detto anche lievito di birra) gli zuccheri complessi vengono scinti in zuccheri semplici come il glucosio, da un enzima. Il glucosio viene scisso in piruvato e successivamente viene decarbossilato ad acetaldeide. È qui che si libera la CO2 che conferisce la frizzantezza naturale a birra e vino e che permette la lievitazione di pane, pizza e focaccia!
La scoperta della fermentazione alcolica risale a millenni addietro. Tracce archeologiche e testimonianze lasciate dagli antichi popoli egizi, cinesi e della Mesopotamia testimoniano come la produzione di bevande alcoliche sia una tecnologia che si è sviluppata trasversalmente fin dagli albori dell’umanità. Pur non avendo coscienza del processo bio-chimico che permette la produzione di una bevanda alcolica, gli egizi scoprirono che era sufficiente lasciar macerare un cereale, per ottenere una sorta di proto-birra, che dubito fortemente oggi sarebbe di nostro gusto.
Questo è possibile perché i lieviti sono presenti in natura un po’ ovunque e i cereali contengono gli zuccheri con cui i lieviti possono nutrirsi. Quando le condizioni diventano anaerobiche, ovvero non c’è ossigeno disponibile, allora la via metabolica fermentativa diventa privilegiata. I lieviti consumano gli zuccheri e producono etanolo, anidride carbonica e altre sostanze cha vanno a dare sapore alla bevanda.
Oggi la preparazione della birra è un perfetto connubio tra arte e scienza, in cui nulla è lasciato al caso. Dai lieviti dipendono fortemente il carattere e la sfumatura di aroma nella birra. I produttori sono sempre alla ricerca di nuovi prodotti e sapori per il mercato. La ricerca, appoggiandosi alle moderne tecniche di analisi del genoma è in grado di ottimizzare il processo di selezione dei ceppi di lievito.
Come per la birra anche nella produzione del vino la fermentazione è un processo chiave. I lieviti trasformano gli zuccheri dell’uva in alcol etilico e anidride carbonica. Durante la fermentazione alcolica oltre all’etanolo e alla CO2 si sviluppano anche una serie di composti aromatici ne arricchiscono il gusto impattandone aromi e gusto, corpo e struttura, acidità e morbidezza e il grado di frizzantezza. Come per le birre la selezione dei lieviti e il controllo delle condizioni di fermentazione è importante per evitare che si formino sottoprodotti fermentativi dal sapore sgradevole che andrebbero a rovinare la produzione.
Nella preparazione del cioccolato, il cacao ne determina l’aroma, il sapore e la qualità. Dopo la raccolta in piantagione, i semi di cacao sono avvolti in una viscida e spessa polpa. Questa polpa è il perfetto ambiente nutriente per i lieviti. I semi vengono fatti fermentare attraverso diversi stadi anaerobici a diverse temperature, permettendo ai lieviti tramite processo di fermentazione alcolica seguita da un’ossidazione aerobica di consumare la polpa, in particolare degradando i polifenoli contenuti all’interno.
Ancora una volta il mondo della chimica biologica ci dimostra come la natura abbia sviluppato processi chimici straordinari, dei quali l’uomo è stato in grado di valorizzarne i prodotti. Se l’articolo vi è piaciuto volete leggere altro bio-chimica ed enzimi ho trattato questi argomenti nell’articolo sull’intervento a Bergamo Scienza del premio Nobel per la chimica Frances Hamilton Arnold e nell’articolo sulla chimica delle cipolle.