Fermentazione alcolica: il processo che trasforma zuccheri in alcol

La fermentazione alcolica è un processo biochimico in cui gli zuccheri come glucosio, fruttosio e saccarosio sono convertiti in etanolo, biossido di carbonio e sottoprodotti da parte dei lieviti.
Questi prodotti come glicerolo, acido acetico, acido lattico, acido succinico, alcoli ed esteri contribuiscono alle proprietà organolettiche e alla composizione chimica dell’alimento fermentato.

Questo processo è ampiamente utilizzato nella produzione di bevande alcoliche come il vino, la birra e i distillati. I lieviti convertono gli zuccheri presenti nella materia prima come l’uva per il vino o il malto per la birra in etanolo e biossido di carbonio.

Il  Saccharomyces cerevisiae noto come lievito è un fungo unicellulare responsabile del processo biologico che, sebbene poco presente, sulla superficie degli acini d’uva, è diffuso da insetti come vespe, api, mosche, falene, cocciniglie e soprattutto dai moscerini dell’uva.

Questo lievito è sempre molto abbondante nelle cantine perché dopo l’inizio  delle operazioni di ammostatura, le cellule iniziali si moltiplicano velocemente e si diffondono accumulandosi in particolare sulle attrezzature di cantina.

Fasi della fermentazione alcolica

Durante la fermentazione, i lieviti metabolizzano il glucosio attraverso il processo chiamato glicolisi, che porta alla produzione di molecole di piruvato. In condizioni aerobiche, il piruvato entra nel ciclo di Krebs.

Una condizione indispensabile affinché avvenga la glicolisi consiste nel fatto che, una volta esaurito il NAD⁺ che si è ridotto a NADH nella deidrogenazione della gliceraldeide-3-fosfato, esso possa essere recuperato in una fase successiva, in cui il NADH venga riossidato.

In assenza di ossigeno, le uniche vie metaboliche disponibili per ritrasformare il NADH in NAD⁺ sono quelle della fermentazione. La via metabolica della fermentazione alcolica consiste in due reazioni catalizzate da enzimi.

Nella prima reazione avviene la decarbossilazione del piruvato con eliminazione di una molecola di CO₂ e formazione di una molecola di acetaldeide:

CH3COCOO^– + H⁺ → CH₃COH + CO₂

Il biossido di carbonio che si forma in questa reazione è appunto quello che, nel processo di produzione del vino, si forma sotto forma di bollicine dalla superficie del mosto; questo fenomeno è all’origine dell’espressione “ il mosto bolle” coniata dai contadini per indicare che si sta formando vino

Nella seconda reazione l’acetaldeide viene quindi ridotta a etanolo utilizzando l’enzima alcol deidrogenasi, che richiede NADH come coenzima.
La fermentazione alcolica richiede condizioni controllate di temperatura, pH e nutrienti per garantire un processo efficiente e la produzione di un prodotto finale di qualità. Diversi fattori influenzano il risultato finale, come il tipo di lievito utilizzato, la quantità di zuccheri presenti nella materia prima e le condizioni di fermentazione.

Una volta completata la fermentazione, è possibile procedere alla fase di chiarificazione, in cui le particelle solide sono rimosse e il prodotto è lasciato maturare per sviluppare ulteriormente il suo sapore e le sue caratteristiche organolettiche.

Usi industriali della fermentazione alcolica

Oltre che per la produzione di bevande alcoliche la fermentazione alcolica è utilizzata per la produzione di etanolo che è un combustibile rinnovabile. Esso può essere ricavato da vari materiali vegetali, noti collettivamente come biomassa. Le materie prime principali sono cereali e colture come mais, canna da zucchero, barbabietola da zucchero e manioca, alberi, erbe, residui agricoli e forestali.

L’etanolo è un alcol utilizzato anche come agente di miscelazione con la benzina per aumentare il numero di ottano e ridurre il monossido di carbonio e altre emissioni che causano lo smog

Inoltre l’etanolo prodotto mediante fermentazione può essere utilizzato come materia prima per la sintesi di acido acetico, esteri, solventi e altri composti chimici.

La fermentazione alcolica è utilizzata nella produzione di alimenti fermentati come il pane, prodotti da forno, latticini e prodotti a base di soia. In questi processi, i lieviti convertono gli zuccheri in etanolo, che poi evapora durante la cottura o è convertito in altri composti.

Tale processo biochimico è utilizzato per la produzione di specie usate dall’industria alimentari come acido lattico, aceto e acido citrico ovvero additivi alimentari per conferire gusto, acidità e aumentare la conservazione.

Tuttavia, negli ultimi tempi, si utilizzano processi industriali per la produzione di un’ampia varietà di metaboliti e biomateriali a partire da microrganismi o cellule di mammifero in un ambiente di coltura controllato. Tramite questa tecnologia si possono ottenere prodotti importanti dal punto di vista medico come antibiotici, solventi come l’etanolo, composti intermedi come l’acido citrico, e probiotici come lo yogurt

I prodotti della fermentazione di nuova generazione includono farmaci antivirali, proteine ​​terapeutiche ricombinanti e DNA e anticorpi monoclonali.