Quando e come il lievito richiede ossigeno

Il lievito è l’organismo responsabile di trasformare il mosto in birra. Per questo motivo, è importante comprendere e capire come questo microorganismo lavori. È scientificamente provato che areare o ossigenare il mosto è generalmente di beneficio per la fermentazione, ma è incorretto affermare che il lievito necessiti di ossigeno per la riproduzione o che lo utilizzi per respirare durante la fermentazione.

Tutti gli organismi viventi necessitano di produrre/accumulare energia per i loro fabbisogni. Possiamo dividerli in due macro famiglie:

• Piante e altri organismi fotosintetici: Sole + CO2 = energia.

• La maggior parte degli altri, compreso uomo e lieviti: fonti organiche > energia

Quando si parla di metabolismo si intende il complesso di reazioni biochimiche di sintesi (anabolismo) e di degradazione (catabolismo), che si svolgono in ogni organismo vivente e che ne determinano l’accrescimento, il rinnovamento e il mantenimento.

• Catabolismo: degradazione di molecole ricche in energia;

• Anabolismo: biosintesi di nuovi componenti cellulari.

Catabolismo > rottura dei legami chimici > immagazzinamento di energia (ATP) > formazione di legami chimici > Anabolismo

Il lievito è in grado di percorrere due principali vie metaboliche: respirazione e fermentazione. Entrambe queste due strade hanno un inizio in comune. Questo processo è chiamato Glicolisi, durante il quale il glucosio viene scomposto per rilasciare ATP ed atomi di carbonio. (Figura 1- Fosforilazione ossidativa: ciclo di Krebs)

figura1-krebs.jpgDa questa prima serie di reazioni ne scaturiscono delle altre essenziali per: la crescita del lievito, gemmazione del lievito, produzione di anidride carbonica, di etanolo e di tutti i composti secondari.

Solo in presenza di ossigeno la glicolisi termina nel processo respirativo (fosforilazione ossidativa) la quale prende luogo nelle cellule all’interno dei mitocondri e ha come metaboliti risultanti acqua, anidride carbonica e ATP (con un guadagno teorico di 38 per ogni molecola di glucosio). (Figura 2 – Via metabolica della Glicolisi)

Glicolisi.pngLa fermentazione porta ad una parziale ossidazione del glucosio, producendo principalmente etanolo, anidride carbonica e ATP (solo 2 molecole contro le 38 teoriche del ciclo respirativo). La fermentazione può avvenire sia in presenza che in assenza di ossigeno. In assenza di ossigeno, la fermentazione è l’unica scelta possibile per il lievito.

Il lievito da birra è comunque propenso a fermentare piuttosto che respirare, dovuto al fatto di un’elevata concentrazione di zuccheri nella matrice in cui vive: il mosto di birra. Questa sua peculiarità è chiamata Crabtree effect, ovvero in presenza di un eccesso di glucosio (circa lo 0.4% [w/v]) il lievito fermenta, che ci sia o non ci sia ossigeno.

Ricapitolando il lievito può:

• Fermentare aerobicamente: presenza di zucchero ed ossigeno;

Fermentare anaerobicamente: presenza di zucchero ma assenza di ossigeno;

• Respirare: presenza di ossigeno e basse concentrazioni di zuccheri fermentescibili.

Metabolismo diauxico: in scarsità di fonti di carbonio ed in presenza di ossigeno il lievito può utilizzare e respirare etanolo in acido acetico (per questo motivo la presenza di ossigeno post fermentazione è assolutamente da evitare).

laboratorioIl lievito da birra rappresenta una delle poche e rare specie di lievito che non richiede ossigeno per vivere e può crescere anche in condizioni di stretta anaerobiosi. Il lievito utilizza ossigeno per reazioni di biosintesi e non per la respirazione. L’ossigeno permette alle cellule di crescere più rapidamente e di raggiungere una più elevata densità cellulare. Quest’effetto non è il risultato della respirazione ma della possibilità da parte del lievito di avere i mezzi necessari per la sintesi degli steroli (ergosterolo) e degli acidi grassi insaturi, i quali sono componenti essenziali per la parete cellulare del lievito stesso. In assenza di una sufficiente fonte di steroli preesistenti nel mosto (e/o nutrienti), l’ossigeno si comporta da fattore limitante per la loro sintesi; in altre parole, senza ossigeno il lievito crescerebbe stentato. Le successive divisioni cellulari provocherebbero un disperdersi degli elementi costitutivi essenziali (steroli e acidi grassi), causando un sempre maggiore assottigliamento della membrana cellulare ed una minore flessibilità con conseguente minor resistenza agli agenti esterni, tra i quali l’alcool prodotto durante la fermentazione. Detto ciò si evince che né la respirazione né l’ossigeno sono essenziali al lievito per produrre energia, ma che il lievito può sintetizzare lipidi e steroli solo se vi è sufficiente ossigeno disciolto nel mosto. Se il lievito ha una fonte secondaria ed indipendente di questi importanti composti, la così detta richiesta di ossigeno può teoricamente essere completamente eliminata.

Applicazioni pratiche:

• Scelta del ceppo di lievito utilizzato;

• Tasso di inoculo appropriato;

• Nutrienti;

• Stile di birra.

di Gianmaria Ricciardi

 

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