La Fermentazione Alcolica

25 settembre 2007 di Mezzapelle Vito


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Sample ImageAlla base della trasformazione del mosto in vino, troviamo la fermentazione alcolica. Si tratta di un processo biochimico, che, attraverso la fermentazione del glucosio presente nel mosto, produce molecole di etanolo ed anidride carbonica. E' dovuta all'attività di microorganismi viventi o ai loro enzimi, dal quale essi ricavano l'energia e le sostanze organiche necessarie per l'accrescimento e la moltiplicazione. La fermentazione alcolica, la più importante quantitativamente, consente la preparazione di bevande alcoliche (vino birra, rum, whisky).

Quella che normalmente tutti conosciamo come fermentazione alcolica é un sistema multienzimatico che catalizza la degradazione delle molecole degli zuccheri per il recupero di energia indispensabile alla vita dei microrganismi, nella fattispecie lieviti enologici. 

La prima parte di questo processo, comprendente l’insieme delle reazioni che portano dagli zuccheri a 6 atomi di carbonio (glucosio e fruttosio) sino ad acido piruvico, viene definita glicolisi, ed é comune sia alla via aerobica (respirazione) che alla via anaerobica (fermentazione). La fase finale, che comprende la trasformazione dell’acido piruvico in etanolo, é invece unicamente anaerobica e tipica dei lieviti. Il primo atto della glicolisi é la formazione degli esteri fosforici degli zuccheri glucosio e fruttosio. Tutti gli intermedi della glicolisi tra glucosio ed acido piruvico sono infatti composti fosforilati. I gruppi fosforici hanno differenti funzioni tra cui certamente la più importante é quella legata alla conservazione dell’energia per la formazione finale di ATP. Il glcosio-6-fosfato viene convertito in fruttosio-6-fosfato ad opera dell’enzima fosfoglucoisomerasi, con una reazione che é reversibile.

Il fruttosio-6-fosfato viene ulteriormente fosforilato, con consumo di altro ATP, in fruttosio-1,6-difosfato. Questa molecola che possiede un ciclo furano a 5 atomi di carbonio, poco stabile é il punto di rottura della catena carboniosa che passa da 6 atomi di carbonio a due molecole a 3 atomi di carbonio, il diidrossiacetone fosfato e la gliceraldeide-3-fosfato.

 Queste rappresentano all’equilibrio rispettivamente il 96,5% ed il 3,5%. Essendo peró la seconda sottratta perché degradata direttamente nelle successive reazioni, l’equilibrio é continuamente spostato in suo favore.  Con questa reazione si conclude la prima parte della glicolisi in cui abbiamo avuto l’attivazione della molecola (fosforilazione) e la scissione. La seconda fase della glicolsi comprende le reazioni di ossidoriduzione, oltre a quelle di recupero di energia grazie alla formazione di ATP. Poiché da una molecola di glucosio si formano due molecole di gliceraldeide-3-fostato, entrambe le metà della molecola di glucosio seguono la stessa via.Si assiste dapprima ad un’ossidazione della gliceraldeide-3-fostato (reazione di ossido-riduzione), previa idratazione, con formazione dell’intermedio 3-fosfoglicerilfosfato, composto fosforilato ad alto livello energetico. Ció permette il trasferimento del gruppo fosfato all’ADP con produzione di energia sotto forma di ATP e formazione dell’acido-3-fosfoglicerico. Per mezzo di queste due reazioni consecutive l’energia derivante dall’ossidazione di un gruppo aldeidico a carbossilico viene conservata sotto forma di ATP.Segue la conversione dell’acido 3-fosfoglicerico ad acido-2-fosfoglicerico che per deidratazione conduce alla formazione dell’acido fosfo-enolpiruvico con liberazione di acqua.Questa reazione di ossido-riduzione interna permette la formazione di una molecola ad elevato livello energetico. Il successivo trasferimento del gruppo fosforico dall’acido fosfoenolpiruvico ad ADP consente la produzione di una seconda molecola di ATP, quindi immagazzinamento di energia, e la formazione dell’acido piruvico.Qui si conclude la seconda fase della glicolisi.  Nelle due reazioni successive, tipiche dei lieviti che trasformano glucosio in etanolo e anidride carbonica, avviene la decarbossilazione dell’acido piruvico ad acetaldeide (aldede acetica o etanale), seguita dalla sua riduzione in etanolo (reazione di ossido riduzione).

La decarbossilazione dell’acido piruvico é irreversibile e richiede oltre alla presenza di ioni magnesio di un coenzia, la tiamina pirofosfato.Etanolo e CO2 sono, dal punto di vista nostro di vinificatori, i prodotti finali della fermentazione alcolica. In realtà per i lieviti il risultato positivo é rappresentato dall’ottenimento, per ogni molecola di esoso di partenza, di due molecole di ATP, preziosa riserva energetica.  Considerando che sul piano energetico, complessivamente la trasformazione chimica da glucosio a etanolo e CO2, comporta una variazione di energia libera pari a – 40 Kcal/mole, di cui solo 14,6 Kcal/mole recuperate sotto forma di ATP, é chiaro come le rimanenti 25,4 Kcal/mole vengano disperse sotto forma di calore; ecco spiegato il riscaldamento delle nostre vasche di fermentazione. 2. L’importanza dei cofattori, concetto di micronutrienti.  Inizialmente abbiamo definito la fermentazione alcolica come un sistema multienzimatico. E’ catalizzata infatti dall’azione in successione di un gruppo di 11 enzimi, indicati nello schema con la scritta verde. Gli enzimi come noto sono proteine specializzate nella catalisi delle reazioni biologiche, quelli della fermentazione alcolica fanno parte del patrimonio dei lieviti. Ma l’attività di molti enzimi non dipende soltanto dalla loro struttura proteica ma richiede anche la presenza di uno o due componenti non proteici chiamati cofattori. Il cofattore puó essere uno ione metallico o una molecola organica detta coenzima. Nella rappresentazione schematica della fermentazione sono indicati, ai vari livelli, gli ioni che entrano in gioco nella fermentazione. Solitamente gli ioni metallici fungono da ponte di unione tra substrato ed enzima, oppure stabilizzando l’enzima nella sua forma catalitticamente più attiva. Logicamente é la disponibilità nel mezzo di reazione di questi ioni che puó fare la differenza. 

Il Magnesio é cofattore di numerosi enzimi, stimola la sintesi di acidi grassi utili, aiuta la regolazione delle funzioni di membrana;

Il Manganesio oltre al ruolo di cofattore enzimatico a diversi livelli della glicolisi favorisce la sintesi di alcune proteine e della tiamina;Lo Zinco svolge il ruolo di cofattore di diversi enzimi, lo troviamo accanto alla fosfoglicerodeidrogenasi, all’aldolasi ed all’alcool deidrogenasi. Oltre che sulla fermentazione influisce anche sulla crescita dei lieviti;Un certo ruolo é svolto anche dal Ferro e dal Potassio che oltre ad essere un importante cofattore della piruvato chinasi, assume un ruolo chiave nella regolazione degli scambi degli altri metalli tra cellula ed ambiente esterno.  

Fonte: http://www.enotecnica.it/pages/LAffort/Info24.doc

Foto da: http://www.anisn.it/omodeo/omodeo/images/energi4.jpg


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