Da millenni, il Saccharomyces cerevisiae viene utilizzato nella produzione di bevande alcoliche. Etanolo e biossido di carbonio, contemplate nelle colture fermentative di questo lievito, producono molti composti aromatici che sono considerati a basso peso molecolare. Questi alcoli, aldeidi, acidi organici, esteri, solfuri organici e composti carbonilici, presentano un notevole impatto sulla qualità del prodotto finale dove, il sottile equilibrio aromatico derivante da questi composti negli alimenti e nelle bevande fermentate viene spesso impiegato quale impronta organolettica per prodotti e marchi specifici. La fermentazione di alimenti, prodotta da lieviti e batteri lattici è accompagnata dalla formazione degli alcoli alifatici e aromatici noti anche come alcoli fuselici (sottoprodotti della fermentazione), ottenuti durante la distillazione degli alcolici. Ad alte concentrazioni, questi alcoli conferiscono sapori sgradevoli mentre basse concentrazioni, offrono un contributo essenziale ai sapori e agli aromi degli alimenti e delle bevande fermentate.
Gli alcoli fuselici sono derivati del catabolismo amminoacidico e vengono assimilati dai lieviti in modo sequenziale attraverso un percorso metabolico, definito percorso di Ehrilch (proposto per la prima volta, circa un secolo fa circa, proprio da Felix Ehrlich – 1877-1942). Gli amminoacidi rappresentano la principale fonte di azoto presente nel mosto d’uva e nelle bevande o prodotti fermentati con S cerevisiae ma anche nella pasta madre acida che come si sa, contiene lievito oltre che lattobacilli.
La sequenza con la quale questi amminoacidi vengono lentamente assimilati dal lievito durante il periodo di fermentazione è la seguente: valina, leucina, isoleucina, metionina e fenilalanina.
Dopo una reazione (transaminazione) iniziale, l’acido α-cheto risultante non viene reindirizzato nel metabolismo del carbonio centrale e dunque, prima che gli acidi α-cheto siano escreti nel mezzo di coltura, le cellule di lievito si predispongono a trasformarli in alcoli o acidi fuselici e lo fanno proprio attraverso il percorso di Ehrlich.
L’interesse scientifico per questa scoperta, è stato ed è supportato da una maggiore richiesta di composti aromatici naturali all’interno dei prodotti dove, gli amminoacidi e i processi di bioconversione del lievito permettono un maggior controllo di qualità dei prodotti fermentati.
L’obiettivo di questo articolo nasce dal voler tradurre, in modo abbastanza comprensibile, il documento che ho trovato e che presenta una concisa panoramica della fisiologia, della storia della biochimica e chimica applicata e sottolinea il centenario, importante, percorso storico del lievito S. cerevisiae più volte protegonista all’interno delle pagine del mio sito.
La svolta che si ebbe nel XX secolo ha rafforzato molti principi biochimici e già nel 1877 von Ewald e Kühne, proposero studi, ad esempio, riguardo agli enzimi. Nel 1893, Ostwald, dimostrò che essi fungevano da catalizzatori e l’anno successivo, nel 1894, Fischer dimostrò la relazione “chiave” che avveniva tra enzimi e substrati.
Affascinante!!
La fermentazione alcolica nelle cellule di lievito fu descritta da Büchner nel 1897 e pochi anni dopo, nel 1902, lo stesso Fischer, assieme ad Hofmeister, dimostrò che le proteine sono unicamente polipeptidi. Proprio grazie alla chimica applicata e grazie ad una crescente evoluzione della biochimica, il tedesco Felix Ehrlich potè osservare le somiglianze strutturali tra amminoacidi e alcol amilico attivo, tra leucina e alcol isoamilico e così via. Le sue osservazioni scientifiche ma soprattutto la sua crescente curiosità e dedizione, lo condussero ad indagare, semmai, questi alcoli fuselici derivassero dagli aminoacidi e se la supplementazione di miscele derivate dalla fermentazione del lievito con leucina o isoleucina potesse condurre ad un aumento della produzione di alcoli fuselici. Lo scienziato notò quindi che gli aminoacidi non erano il solo risultato di un’attività enzimatica derivante dell’idratazione, attuata per formare i corrispondenti alcoli fuselici insieme al diossido di carbonio e all’ammoniaca anche se, non rilevata e presuntamente identificata nella proteina del lievito pur non essendo contemlpata in questi esperimenti.
Nel 1911, Neubauer e Fromherz proposero uno schema metabolico modificato, basato sempre sul percorso di Ehrlich, quale prima intermedia del percorso, proponendo però l’idea che un acido α-cheto, potesse, successivamente, essere ridotto in alcool di fusoli in cui l’accettore del gruppo amminico dell’amminoacido di partenza, non era noto come non lo era la natura esatta di nessuno dei singoli catalizzatori dell’enzima. Successivi lavori da parte di Lampitt, Yamada e Thornecon affermarono che tutti gli alcoli fusolici prodotti dai lieviti sono derivazioni del catabolismo degli amminoacidi.
Negli anni ’50 e ’60, Sentheshanmuganathan studiò in merito alla conversione della tirosina in tirosolo, dimostrando così che gli estratti cellulari del S. cerevisiae, trasferiscono i gruppi amminici (da aspartato, isoleucina, leucina, metionina, norleucina, fenilalanina, triptofano e tirosina) a α-chetoglutarato e che il primo stadio del percorso di Ehrlich poteva essere catalizzato in aminotransferasi. Egli dimostrò inoltre che la decarbossilazione comportava una definitiva sequenza, quale reazione chiave del percorso di Ehrich: transaminasi, decarbossilasi e alcol deidrogenasi.
La verifica sperimentale definitiva del ruolo sequenziale nel catabolismo degli amminoacidi fu poi etichettata con la denominazione di “13C” (clicca QUI per approfondire).
La principale reazione di degradazione degli amminoacidi durante la fermentazione della pasta madre acida, segue il medesimo percorso di Erlich, il quale, conduce alla formazione di aldeidi e/o all’alcool corrispondente. Durante la cottura si verifica invece la reazione di Strecker (di cui presto scriverò) che oltre alla formazione di aldeidi, provoca ulteriori acidi corrispondenti (Hoffmann & Schieberle, 2000).
Le diverse differenze, derivanti dalla produzione di acido acetico, nel profilo aromatico complessivo del pane con pasta madre e lievito o con entrambi, dipendono principalmente dal percorso di Ehrlich che determina il tipo di lattobacilli dominanti rispetto al tipo di substrato (farina). Gli amminoacidi a catena ramificata, oltre ad essere i precursori fondamentali per la formazione degli aromi nei prodotti fermentati, sono notevolmente aromatici e presenti nel malto e nel mosto d’uva.
Gli studi e l’evoluzione scientifica, oltre ad evidenziare i geni coinvolti nel percorso di Ehrlich e come, la loro espressione sia regolare e sequenziale hanno contribuito a migliorare la qualità dei prodotti fermentati permettendo di migliorare la qualità dei prodotti fermentati.
La pubblicazione scientifica qui descritta, da me tradotta nel modo più comprensibile possibile, è un documento che ho trovato e che risale al 15 febbraio 2008, pubblicato, tra l’altro, ancor prima di andare in stampa dalla American Society for Microbiology. Il progetto, sostenuto finanziariamente dal consiglio di amministrazione della Delft University of Technology, DSM e dal Ministero degli Affari economici olandese (NWO-CW 99601) fornisce dati abbastanza obsoleti tuttavia, ad anni di distanza, le molte scoperte e ricerche scientifiche ne parlano ancora riferendovisi.
Ogni scritto rappresenta una fotografia del momento che comunque io preferisco riportare sulle mie pagine poiché la storia che contempla l’arte bianca e tutto quanto vi ruota intorno, merita, secondo me, di essere raccolta e raccontata. Ritengo infatti che i migliori successi odierni, sono il frutto di intuizioni passate, appartenute storicamente a personaggi – talvolta sconosciuti e talvolta famosi – i quali, attraverso i propri studi, osservazioni, ricerche e pubblicazioni, offrono un notevole divario informativo senza il quale non vi sarebbe altro che buio.
La storia è per noi spunto di riflessione e l’evoluzione e l’apprendimento, fanno si che il nostro bagaglio informativo possa divenire sempre più ampio, pian pianino e incastrando i numerosi pezzi del puzzle.
