Fermentazione

Fermentazione   Trasformazione di sostanze organiche effettuata da enzimi batterici.   ¸ Fig. Agitazione, sordo ribollimento dell'animo; fermento: D Fermentazioni maligne appannavano col loro fiato la trasparenza della sua mente verginale (Cicognani).

u Biochimica

Benchè  le fermentazioni siano fra i primi processi chimici utilizzati dall'uomo, il significato del termine ha subito numerose variazioni: in origine il vocabolo designava il lieve ribollimento rilevabile nella trasformazione naturale dei succhi di frutta; dopo gli studi di Gay-Lussac sulla fermentazione alcoolica il termine indicò la conversione dello zucchero in alcool e biossido di carbonio; Pasteur, avendo identificato i microrganismi responsabili della fermentazione alcoolica, definì la fermentazione “vita senza aria”. Successivamente E. Buchner, alla fine del secolo scorso, chiarì che questi microrganismi agiscono per mezzo di enzimi che producono essi stessi e si pervenne così alla definizione attuale del fenomeno. Il numero di microrganismi esistenti in natura capaci di determinare una fermentazione è molto grande, pertanto anche il numero dei metabolismi microbici e degli enzimi che ne derivano è molto elevato. I microrganismi che provocano fermentazioni differiscono fra loro per la morfologia, il modo di riprodursi, la reazione nei confronti dell'ossigeno libero, la possibilità di attacco delle varie sostanze, ecc.; appartengono ai lieviti, ai batteri, alle muffe.

Poichè le sostanze fermentescibili possono essere di natura chimica molto diversa, si distinguono le fermentazioni dei composti azotati, degli idrati di carbonio, degli acidi, degli alcooli. (La fermentazione delle sostanze azotate viene spesso chiamata putrefazione.) La fermentazione è, biologicamente, un processo analogo alla respirazione ma utilizza meno a fondo il substrato, liberando perciò una minore quantità di energia. Ad es., una grammomolecola di glucosio sottoposta alla fermentazione produce due grammomolecole di alcool etilico e due di biossido di carbonio, liberando 22 kcal. Nel processo respiratorio ne libera 690 ed è demolita sino a biossido di carbonio e acqua.

Riguardo all'assorbimento di ossigeno si distinguono due tipi di fermentazione: anaerobia e aerobia, benchè quest'ultima sia propriamente una ossidazione biologica.

Nella fermentazione anaerobia l'ossigeno atmosferico non è interessato poichè altre sostanze come le aldeidi, l'acido piruvico, ecc. fungono da accettori di idrogeno (es. fermentazione alcoolica, lattica, butirrica, glicerica, propionica acetonbutilica, isopropilica). Nelle fermentazioni aerobie è invece indispensabile l'ossigeno libero dell'aria come accettore di idrogeno (es. fermentazione acetica, fumarica, citrica, malica, ecc.). In passato le fermentazioni erano utilizzate soprattutto per la preparazione di prodotti alimentari come bevande, pane, prodotti caseari, conserve, ecc. Attualmente l'accresciuta richiesta di prodotti sintetici ha portato allo sfruttamento industriale di vari processi fermentativi per la realizzazione di prodotti come alcool, birra, vino, aceto, acetone, alcool butilico, acido citrico, antibiotici, vitamine, lieviti.

Le principali fermentazioni sfruttate industrialmente vengono effettuate a partire dagli zuccheri. La fermentazione alcoolica permette la trasformazione degli zuccheri fermentescibili a opera di lieviti (saccaromiceti) in alcool e biossido di carbonio, con liberazione di calore, secondo la formula di Gay-Lussac: C6H12O6 D 2C2H5OH + 2CO2 + 22 kcal.

Si formano anche composti secondari, i più importanti dei quali sono la glicerina, l'acido succinico, l'acido acetico, gli alcooli amilici. Questa fermentazione è utilizzata industrialmente per la fabbricazione dell'alcool e della glicerina, nonchè per la preparazione delle bevande fermentate (vino, birra, sidro, yogurt, ecc.), nella panificazione per la lievitazione della pasta, nella fabbricazione di talune acquaviti (grappa, cognac, armagnac, brandy, whisky).

La fermentazione lattica, con cui viene prodotto acido lattico, compie la trasformazione degli zuccheri per azione dei lattobacilli, in acido lattico accompagnato da altre sostanze, in quantità variabile a seconda delle matrici impiegate. Essa viene anche sfruttata per la fabbricazione di parecchi prodotti caseari (burro, formaggio, yogurt, ecc.) e per la conservazione di numerose derrate vegetali (cavoli, cetrioli, olive, ecc.)

La fermentazione acetica, caratterizzata dalla trasformazione, in presenza di aria, dell'alcool etilico per effetto di batteri acetici o acetobatteri, viene sfruttata per la fabbricazione dell'aceto, mentre è causa di inconvenienti se si verifica nella preparazione di bevande come vino e sidro.

La fermentazione butirrica, anaerobia, che avviene per azione di batteri (Clostridium butyricum) demolisce gli zuccheri o l'acido lattico e causa inconvenienti vari nella fabbricazione di parecchi prodotti alimentari. La fermentazione acetonbutilica, provocata anch'essa da un Clostridium, dà modo di preparare l'alcool butilico e l'acetone dalla melassa o da un infuso di cereali. Le muffe (aspergilli, penicilli, ecc.) sono causa esse pure di fermentazioni, alcune delle quali sfruttate per la preparazione dell'acido citrico, dell'acido gluconico, degli antibiotici, degli enzimi, ecc.

Anche nel terreno hanno luogo numerose fermentazioni: le principali sono le fermentazioni delle sostanze azotate e la degradazione della cellulosa, reazioni tutte della massima importanza per la conservazione del valore agronomico del terreno, in quanto assicurano la chiusura dei cicli del carbonio e dell'azoto.