La fermentazione: cos'è e come trasforma i cibi

Il generatore di emergenza della cellula

Quando in casa salta la corrente, un generatore di emergenza non alimenta tutto: tiene accese le luci essenziali. La fermentazione è il generatore di emergenza della cellula: un modo di ricavare energia dagli zuccheri quando l’ossigeno non c’è, o non basta. Rende pochissimo rispetto alla respirazione, ma funziona ovunque — in fondo a un tino di mosto, in un vasetto di yogurt, nei nostri muscoli durante uno scatto.

E come ogni generatore che si rispetti, produce scarti. Solo che qui gli scarti sono etanolo, anidride carbonica e acido lattico: cioè vino, birra, pane, yogurt e aceto. Buona parte di quello che chiamiamo “sapore” è il prodotto di scarto di un microbo al lavoro.

Come funziona: tutto parte dalla glicolisi

Il primo passo è uguale per tutti gli esseri viventi. Con la glicolisi, una molecola di glucosio (6 atomi di carbonio) viene spezzata in due molecole di piruvato (3 atomi ciascuna). Il guadagno è modesto: 2 molecole di ATP, la “moneta energetica” della cellula. La glicolisi non ha bisogno di ossigeno, ma ha un problema: consuma una molecola-navetta chiamata NAD⁺, che raccoglie gli elettroni liberati dalla demolizione del glucosio. Se il NAD⁺ finisce, tutto si blocca.

Qui le strade si dividono.

• Con ossigeno, il piruvato entra nei mitocondri e viene demolito fino in fondo dalla respirazione cellulare: il bottino sale a circa 38 ATP per glucosio, e il NAD⁺ viene rigenerato dalla catena che usa l’ossigeno.
• Senza ossigeno, serve un piano B. La fermentazione scarica gli elettroni proprio sul piruvato (o su un suo derivato): il NAD⁺ torna disponibile, la glicolisi riparte, e la cellula continua a incassare i suoi 2 ATP alla volta. L’etanolo o l’acido lattico che restano sono il prezzo da pagare.

In altre parole: la fermentazione non serve a produrre alcol o acido, quelli sono effetti collaterali. Serve a rigenerare il NAD⁺ per non spegnere il motore.

Le tre fermentazioni da conoscere

	Alcolica	Lattica	Acetica
Chi la compie	Lieviti (Saccharomyces cerevisiae)	Batteri lattici, cellule muscolari	Batteri acetici (Acetobacter)
Cosa produce	Etanolo + CO₂	Acido lattico	Acido acetico
Serve ossigeno?	No	No	Sì (aerobi obbligati)
Dove la incontri	Vino, birra, pane	Yogurt, crauti, formaggi, muscoli	Aceto

Alcolica: i lieviti al lavoro

Il protagonista è un fungo microscopico, il lievito Saccharomyces cerevisiae. In assenza di ossigeno trasforma il piruvato in etanolo, liberando anidride carbonica. Dell’etanolo approfittiamo nel vino e nella birra; nel pane invece conta il gas, che gonfia l’impasto durante la lievitazione, mentre l’alcol evapora quasi tutto in cottura.

I lieviti però sono vittime del loro stesso scarto: la maggior parte dei ceppi muore quando l’alcol supera il 10-15%. È il motivo per cui le bevande fermentate in commercio si fermano tra il 5 e il 21% di alcol: per andare oltre serve la distillazione, che non è una fermentazione ma una separazione fisica.

Esempio pratico: nel mosto d’uva gli zuccheri li ha messi la vite, con la fotosintesi. I lieviti presenti sulle bucce e nell’ambiente li trovano e iniziano a fermentarli: il mosto “ribolle” per la CO₂ che sale in superficie, e nel giro di giorni gli zuccheri diventano alcol. Il vino è finito quando i lieviti restano senza zucchero, o quando il loro stesso alcol li mette fuori gioco.

Lattica: dai crauti ai tuoi muscoli

Qui il piruvato viene convertito direttamente in acido lattico, in un solo passaggio. La compiono i batteri lattici — generi come Lactobacillus, Streptococcus e Leuconostoc — che trasformano il latte in yogurt e formaggio, il cavolo in crauti, i cetrioli in sottaceti. Alcuni di questi batteri li ritrovi negli integratori probiotici.

Ma non è un affare solo da microbi: anche le nostre cellule sanno farla. Durante uno sforzo intenso, quando il sangue non porta ossigeno a sufficienza, i muscoli accendono il generatore di emergenza e producono ATP per fermentazione lattica. Il lattato accumulato viene poi trasportato al fegato, che lo riconverte in piruvato. I globuli rossi, che non hanno mitocondri, per il glucosio usano la fermentazione e basta.

Esempio pratico: per fare lo yogurt si aggiungono al latte batteri lattici e si tiene tutto al caldo qualche ora. I batteri consumano il lattosio (lo zucchero del latte) e rilasciano acido lattico: il pH scende, le proteine del latte coagulano e il liquido si addensa in crema. Il gusto acidulo è, alla lettera, il sapore dell’acido prodotto.

Acetica: la “fermentazione” che respira

L’aceto porta un nome che inganna. I batteri acetici (come Acetobacter) trasformano l’etanolo in acido acetico in due tappe, ma il loro non è un processo anaerobico: sono aerobi obbligati e senza ossigeno smettono di lavorare. Tecnicamente compiono un’ossidazione, non una fermentazione; il nome tradizionale però è rimasto. È per questo che una bottiglia di vino lasciata aperta all’aria prende di aceto, mentre una bottiglia ben tappata no.

Da mistero a scienza: la storia della fermentazione

L’umanità ha fermentato per millenni senza sapere cosa stesse facendo: le più antiche giare da vino ritrovate dagli archeologi risalgono a circa 7.000 anni fa. Per tutto quel tempo la fermentazione è rimasta un mestiere: si sapeva come fare il vino, ma non perché il mosto ribollisse.

La scienza ci ha messo due secoli a recuperare. Nel Seicento Antoni van Leeuwenhoek osservò i lieviti al microscopio, senza immaginarne il ruolo. Nel 1815 Gay-Lussac descrisse la chimica della trasformazione dello zucchero in alcol. Tra il 1835 e il 1840 più studiosi riconobbero che il lievito è un organismo vivo che si riproduce, in contrasto con i chimici più influenti dell’epoca, convinti che la fermentazione fosse una semplice reazione tra molecole.

La svolta arriva con Louis Pasteur, che aveva iniziato a studiare le fermentazioni a Lilla nel 1854. A partire dal 1857 dimostrò con esperimenti rigorosi che la fermentazione procede solo se i microrganismi sono vivi e si moltiplicano: prima quella lattica, poi quella alcolica. La definì “la vita senza aria”, e osservando che certi microbi lavorano solo lontano dall’ossigeno coniò il concetto di organismo anaerobico. Dai suoi studi sui difetti del vino nacque nel 1865 la pastorizzazione (brevettata quell’anno): scaldare la bevanda tra 60 e 100 °C per eliminare i microbi indesiderati, tecnica poi estesa al latte che beviamo oggi.

Restava un’ultima domanda: serve proprio la cellula viva, o basta qualcosa che contiene? Nel 1897 Eduard Buchner fece fermentare lo zucchero con un estratto di lievito privo di cellule vive: il lavoro lo fa la zimasi, un complesso di enzimi, proteine le cui istruzioni sono scritte nel DNA del lievito. La scoperta, premiata col Nobel per la chimica nel 1907, chiuse il cerchio: Pasteur aveva ragione sul chi (i microbi), i chimici sul cosa (le molecole). E aprì un campo nuovo, la biochimica.

Perché i cibi fermentati si conservano

Prima dei frigoriferi, fermentare era uno dei pochi modi per far durare il cibo. Il meccanismo è chimico: acidi e alcol prodotti dai microbi “buoni” creano un ambiente invivibile per quelli pericolosi. Bastano concentrazioni di acido acetico oltre i 5 grammi per litro per bloccare la crescita della maggior parte dei microrganismi, e il pH basso di yogurt e crauti ha lo stesso effetto. In pratica, i primi colonizzatori occupano il territorio e lo rendono inospitale per chiunque arrivi dopo.

Non solo cibo

La stessa chimica lavora anche fuori dalla cucina. Fermentazioni batteriche producono su scala industriale solventi come acetone e butanolo, e composti usati per farmaci e vitamine. E in laboratorio la fermentazione serve perfino a identificare i batteri: il ceppo pericoloso E. coli O157:H7, per esempio, si riconosce proprio perché, a differenza dei suoi parenti innocui, non riesce a fermentare un certo zucchero, il sorbitolo. Un processo nato per sopravvivere senza ossigeno è diventato un’impronta digitale microbica.