Utente:Annamaria Roversi/sanbox

I lieviti della specie Saccharomyces cerevisiae

I funghi sono organismi eucarioti privi di clorofilla e non fotosintetici, adatti ad ambienti ricchi di sostanze organiche, come il suolo, le acque, gli alimenti, i tronchi degli alberi. Tra questi i lieviti hanno dimensioni pari a 30 μm di lunghezza e 1-5 μm di larghezza, sono organismi unicellulari che appartengono al phylum degli Ascomycota. Possono presentarsi come cellule singole, appaiate, in aggregati o in catenelle; in un liquido possono sedimentare, distribuirsi mediante una struttura ad anello sulla superficie, oppure formare una pellicola. Anche i lieviti, come i batteri, crescono velocemente, occupando spesso le stesse nicchie ecologiche occupate da questi ultimi. I lieviti, essendo anaerobi facoltativi, in assenza di Ossigeno, utilizzano come processo energetico la fermentazione degli zuccheri attraverso la via alcolica o la via lattica. All’interno del genere Saccharomyces spicca senza dubbio la specie Saccharomyces cerevisiae (scoperta nell’Ottocento dallo scienziato Louis Pasteur), che rappresenta il tipico lievito del pane, della birra e del vino e che viene prodotto e utilizzato in grande quantità nei più differenti settori. È forse questo il lievito più importante, è certamente il più vigoroso, il più alcoltollerante, il più resistente all’anidride solforosa e il suo utilizzo è noto fin dall'antichità per la panificazione e la produzione di birra e di vino. Nell’ambito enologico, questi lieviti si trovano, insieme ad altri funghi e batteri, già sui grappoli o meglio sulle bucce e sui raspi dell’uva durante la maturazione, poiché sono presenti nella pruina, che è una sostanza di consistenza cerosa che viene prodotta dalle cellule superficiali dell'epidermide di alcuni frutti ed è particolarmente visibile sulle bucce degli acini d'uva e si presenta come uno strato opaco biancastro. I lieviti giungono sull’uva dal terreno, mediante il trasporto da parte degli insetti, del vento, della pioggia e da altri vettori. Saccharomyces cerevisiae sono anche i lieviti che producono la maggiore quantità di etanolo e la minore quantità complessiva di prodotti minori e, per questo motivo, danno origine alle fermentazioni alcoliche più pulite. Questo lievito è considerato un organismo modello in Citologia e in Genetica. Nel 1996 è stato il primo eucariota il cui genoma sia stato interamente sequenziato.

Classificazione scientifica

Regno …………... Fungi Phylum …………. Ascomycota Classe ………….. Saccharomycetales Ordine ………….. Saccharomycetales Famiglia ………... Saccharomycetaceae Genere …………. Saccharomyces Specie ………….. Saccharomyces cerevisiae

Metabolismo

Il metabolismo del Saccharomyces cerevisiae è di tipo anaerobio facoltativo, ossia la resa energetica può essere ottenuta o tramite un processo aerobico, con utilizzo perciò di ossigeno molecolare nel processo metabolico, o tramite un processo anaerobico, in cui il metabolismo non richiede la presenza di ossigeno. Alla presenza di ossigeno si ha respirazione, mentre in condizioni di anossia si ha fermentazione. La respirazione avviene secondo il ciclo di Krebs (anche detto ciclo degli acidi tricarbossilici o ciclo dell'acido citrico) che è un ciclo metabolico d’importanza fondamentale in tutte le cellule che utilizzano ossigeno nel processo della respirazione cellulare. Le razioni chimiche che avvengono durante questo processo sono responsabili della trasformazione in anidride carbonica, acqua ed energia delle molecole provenienti dalla glicolisi, che è un processo chimico che avviene in tutte le cellule, in base al quale una molecola di glucosio è scissa in due molecole di acido piruvico. Nelle cellule eucarioti il ciclo avviene in un organulo cellulare denominato mitocondrio. La fermentazione si svolge in due fasi: nella prima il lievito scinde, tramite l'enzima invertasi, gli zuccheri complessi (come il saccarosio), mentre nella seconda avviene la formazione di etanolo (o alcol etilico) a partire dagli zuccheri semplici (ad esempio il fruttosio). La reazione che caratterizza la prima fase è: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 con formazione di glucosio e fruttosio (due isomeri, cioè sostanze con stesso peso molecolare e stessa composizione percentuale di atomi). Nella seconda fase (che distingue la vera e propria fermentazione) a partire dal glucosio nel citoplasma dell'organismo anaerobico si verifica la glicolisi, in altre parole la molecola di glucosio si scinde in due molecole di acido piruvico. Dopodichè avviene l’attacco da parte dell’enzima piruvato decarbossilasi, che degrada l’acido piruvico in anidride carbonica e acetaldeide. Infine avviene la degradazione di quest’ultimo in etanolo da parte dell’alcol deidrogenasi, con il rilascio di energia. I prodotti finali del metabolismo di questo lievito sono sostanzialmente il biossido di carbonio e l'etanolo, a seconda del fatto che questo lievito si trovi in presenza o meno di ossigeno.

Riproduzione

I lieviti possono essere classificati, in base alla loro modalità di diffusione, in asporigeni e sporigeni. In particolare Saccharomyces cerevisiae si adattano alle specifiche situazioni ambientali utilizzando entrambi i sistemi. Gli asporigeni possono propagarsi con modalità asessuata per scissione o per gemmazione. Per scissione: Il nucleo si distende e si divide in due; contemporaneamente si avvia, a livello della membrana, una separazione che porta alla formazione di due cellule.

Per gemmazione: Il nucleo della cellula si sposta verso la membrana, si distende, si divide, dando origine a una piccola gemma sulla superficie della cellula. Questa cresce rapidamente per dare origine ad una cellula-figlia che può o meno staccarsi dalla cellula-madre e che si riprodurrà a sua volta per gemmazione. Un solo lievito può così molto rapidamente produrre milioni di cellule. E’ il metodo di riproduzione che si incontra nella fase attiva della fermentazione.

La riproduzione per gemmazione lascia sulla parete cellulare di entrambe le cellule, nella zona di separazione, un’area cicatriziale ben evidente. Quando la superficie della cellula madre è totalmente ricoperta di gemme cicatriziali, questa, pur proseguendo nell’attività metabolica, perde la capacità di formare nuove cellule. Quando le condizioni ambientali diventano sfavorevoli (temperature troppo alte o troppo basse, mancanza di elementi nutritivi), il lievito cessa di moltiplicarsi e diventa sporigeno, producendo delle ascospore. Il nucleo subisce due divisioni successive; ciascuno dei nuclei-figli si circonda di citoplasma e si forma un asco. Esso racchiude in media da 2 a 4 ascospore che si trovano in uno stato di vita rallentata e che riprenderanno la loro vita attiva solo quando le condizioni ambientali saranno favorevoli. Le ascospore rappresentano il metodo di sopravvivenza dei lieviti durante la cattiva stagione. E’ sotto questa forma che si possono trovare sulla buccia dell’acino d’uva, nelle fecce del vino, nei tini.

I lieviti Saccharomyces cerevisiae cominciano la loro azione quando la buccia dell’uva si rompe, cioè con la possibilità di uso immediata della soluzione zuccherina contenuta nella polpa. Questa situazione risulta massima quando l’uva viene pigiata, ma la rottura della buccia può avvenire anche in modo accidentale o per azione di agenti esterni (grandine, insetti, animali come gli uccelli, ecc.). Durante l’ammostatura si ha la massima attività biochimica durante la quale la fermentazione assume un ruolo preponderante.

Conservabilità

Saccharomyces cerevisiae si trova sul mercato come lievito fresco appena pressato o come lievito secco sotto vuoto (conservabilità di circa 1 anno). Il lievito commerciale è prodotto in grandi biofermentatori, condotti a condizioni ottimali per la moltiplicazione, ovvero in ossigenazione, a circa 30°C e su substrati zuccherini generalmente a base di melassa di barbabietola. Al termine della crescita, la biomassa viene recuperata dal mezzo di coltura per centrifugazione (lievito in crema) e generalmente viene pressata (lievito fresco in panetti). Il lievito fresco può subire successivi trattamenti mirati all'eliminazione del substrato residuo (lavaggi). Per la produzione del lievito secco attivo, il materiale viene liofilizzato.

Usi

La fermentazione alcolica fu usata già in tempi antichissimi per produrre bevande: un esempio è la birra, che fu inventata, probabilmente adoperando i Saccharomyces, dai Sumeri o dagli Egizi; anche per il vino il suddetto tipo di reazione chimica è essenziale, malgrado in essa manchi completamente la prima fase (nell'uva è già contenuto il fruttosio e quindi i microrganismi non hanno bisogno di formarlo a partire da zuccheri più complessi come il saccarosio). Per la produzione di vini spumanti sono utilizzati i Saccharomyces cerevisiae per la rifermentazione, che usa il saccarosio aggiunto al vino base, per produrre CO2, che determina la caratteristica particolarmente frizzante degli spumanti. Nel pane invece l'anidride carbonica prodotta dalla fermentazione dell'amido è la causa della lievitazione dell'impasto che avviene grazie alla struttura data dal glutine; qualcosa di simile avviene anche nei dolci, ma spesso a danno più del saccarosio che della farina.

BIBLIOGRAFIA

Zambonelli C. –Tini V. –Castellari L. (2000) – Guida all’uso dei lieviti selezionati in enologia – Calderini EDAGRICOLE pag. 9-13 Zambonelli C. (1998) – Microbiologia e biotecnologia dei vini - EDAGRICOLE Fiorin M. G. ( 2002) – Microbiologia – ZANICHELLI pag. 480 – 483 Delfini C. (1995) – Scienza e tecnica di microbiologia enologica – Ed. IL LIEVITO cap. 2 Ribéreau-Gayon P. – Dubordieu D. – Donèche B. – Lonvaud A. (2005) – Trattato di enologia – EDAGRICOLE cap. 2