ADI pathwayADI:Arginine deiminaseOTC: Ornitine transcarbamoyltransferaseCK:Carbamate kinase

ADI pathway

Produzione dellacido piruvico: la glicolisi

1. Transaminazione ad alanina: metabolismo proteico2. Ingresso in cicli metabolici comuni a glicidi e lipidi mediante reazione piruvato deidrogenasica, con formazione di AcetilCoA che entra nel TCA o nella biosintesi dei lipidi

3. Fermentazioni (in condizioni di anaerobiosi o parziale anossia negli organismi pluricellulari)I DESTINI DELLACIDO PIRUVICO

FERMENTAZIONIFERMENTAZIONE LATTICAFERMENTAZIONE ALCOLICA

FERMENTAZIONE ALCOLICA

ALCOOL DEIDROGENASI- E la prima ossidoreduttasi ad essere stata scoperta ed ha come sigla 1.1.1.1.

-Questo enzima in forma tetramerica nei lieviti, dove esistono due isoforme:ADH1 ed ADH2.Nei pluricellulari esiste soltanto lisoforma ADH2 che un dimero.

-Utilizza lo zinco come cofattore metallico

-Utilizza NAD+ e NADH come coenzimi.

ALCOOL DEIDROGENASISe c abbondanza di NADH la reazione spostata verso destra.

In condizioni in cui il NADH scarseggia, interviene lisoforma enzimatica nota come ADH2 che nel lievito un isoenzima mitocondriale e sposta lequilibrio della reazione verso sinistra. In questo caso il destino dellacetaldeide di essere ulteriormente ossidata ad acido acetico, sempre attraverso una ossidoreduttasi NAD/NADH dipendente, con ulteriore produzione di NADH.

Laccoppiata ADH2+Ald DH, non serve solo ai lieviti in caso di scarsit di coenzimi piridinici ridotti, ma anche a proteggere le cellule in caso di eccessiva produzione di etanolo (tossico). In particolare i lieviti non Saccharomyces cerevisiae sono meno alcol tolleranti. Lacetato pu venire convogliato nel ciclo dellacido gliossilico e andare ad alimentare la gluconeogenesi.

Nel corso dellevoluzione le specie animali hanno conservato lisoforma ADH2, enzima (non necessariamente mitocondriale) ossidativo che serve a proteggere dagli effetti tossici dellalcol.Lisoforma ADH1 invece presente soltanto in lieviti e batteri.

Questi enzimi, oltre alletanolo, riconoscono come substrati con minore affinit, anche alcoli ramificati, aromatici ed insaturi:Alcol isoamilicoAlcol cinnamicoAlcol allilico

Applicazioni della fermentazione alcolicaPanificazione

Produzione di etanolo:Combustibile, carburante e solventi

Vinificazione

Birrificazione

Questa reazione viene utilizzata nei processi di lievitazione (pane ,dolci) perch lanidride carbonica (CO2) che si sviluppa fa rigonfiare la pasta. (amidi:glucosio:piruvato:acetaldeide)

Panificazione

2. Produzione di Etanolo: combustibile,carburante,solventeCombustibili fossiliCO2Effetto serraPb1 mg/dieNeurotossicoInibizione sintesi HbSostituzione Ca++ ossaBenzine verdiAumento del 33%-40% di HAro e COA Motori a Etanolo+ Potenza (> Compressione)Eccedenze agricole Riciclo scarti caseari

Trasformazione delle materie prime in glucoso: utilizzo di microrganismi esprimenti amilasi, cellulasi e disaccaridasi2. Acidificazione per arrivare al pH ottimale per i lieviti: utilizzo di Lactobacillus delbrueckiiRimozione etanolo (tossico oltre gli 87 g/l) con solventi non polari, a catena lunga, insaturi e ramificati4. Recupero delletanolo per distillazioneEcologicamente il processo perfetto: si restituisce allambiente con la decarbossilazione del piruvato la stessa CO2 che stata catturata lanno precedente dal vegetale per la sua fotosintesi. (ECCEDENZE AGRICOLE)

Con SCARTI CASEARI si intende il siero di latte, il residuo che resta dopo la precipitazione delle caseineSiero di latteLattosioLattoglobulineLattoalbumineVitamineSali

Il lattosio pu essere recuperato e convertito in etanolo, utilizzando lieviti del genere Kluyveromyces che possiedono i geni per permeasi e -galattosidasi.Il limite di questi lieviti la > sensibilit alletanolo 43-65g/l

Questo problema aggirabile in due modi:Utilizzo di siero di latte intero invece di lattosio, per via delleffetto protettivo che proteine e lipidi hanno sulla tossicit delletanolo per le membrane;Utilizzo di ceppi di Saccharomyces cerevisiae ingegnerizzati con i geni per permeasi e -galattosidasi

Questultima operazione si pu fare anche con i batteri:Zymomonas mobilisADHEscherichia coli-galattosidasiEntrambi i batteri con il gene mancante possono effettuare fermentazione alcolica da lattosio.Oltre ad ingegnerizzare i microorganismi, possibile ingegnerizzare gli enzimi.LADH uno Zn enzima: sostituendo lo Zn con altri cationi si pu ottenere un miglioramento della catalisi:Cuinadatto simmetria di legameFe inadatto troppo sensibile alloxCoadatto: Kcatrange pH

Gli aromi variano sia a causa del diverso substrato di partenza (cereali, canna da zucchero, uva, mele, mirtilli etc) che contiene substrati diversi (metaboliti di vie accessorie quali le fermentazioni collaterali) sia a causa delle condizioni di fermentazione (tempo e temperatura) che dei microrganismi impiegati (lieviti, funghi autoctoni, batteri aggiunti per la malolattica)

La VINIFICAZIONE una fermentazione alcolica complessa su cui influiscono molteplici variabili.2. Produzione di Etanolo: B. Bevande alcoliche

VINIFICAZIONELuva viene schiacciata per produrre il mosto, molto acido, contenente dal 10 al 25% di zucchero (glucoso e fruttoso).Il mosto sempre bianco, sia che provenga da uve bianche sia da uve rosse: i vini rossi sono ottenuti dalla fermentazione in presenza delle bucce (letanolo estrae i pigmenti dalle bucce).

La fermentazione alcolica avviene in pochi giorni: a volte necessario raffreddare la miscela di fermentazione per impedire aumenti di temperatura che possono alterare il vino o uccidere i lieviti.

I vini nuovi devono poi essere chiarificati, stabilizzati e invecchiati.

VINIFICAZIONEFermentazione inoculata: Utilizzo di ceppi starter di Saccharomyces cerevisiae commerciali.

Fermentazione spontanea: fermentazione condotta dai ceppi di Saccharomyces cerevisiae naturalmente presenti negli acini. STARTER: Microrganismi singoli o miscele di pi ceppi microbici, in grado di guidare i processi fermentativi, portando a prodotti finiti aventi le caratteristiche organolettiche desiderate

Le colture starter possono essere classificate sulla base di diversi criteri: complessit della composizione (colture miste, composte da molte specie o ceppi in miscele indefinite; colture a composizione definita, composte da un numero limitato di specie o ceppi in rapporti noti e definiti);

substrato utilizzato per la riproduzione (latte, siero, mosto, etc.);

riproduzione in condizioni artigianali o presso istituzioni specializzate;

temperatura ottimale di crescita (mesofile, termofile);

presenza di ceppi aromatizzanti/funzioni (starter primari, colture aggiuntive o secondarie, probiotici);

modo in cui vengono conservate e distribuite (liquide, congelate, liofilizzate, concentrate).

Nel caso dellindustria enologica:Lieviti in pastaLieviti secchi attivi (LSA)*Classificazione degli starter

*Linee guida di selezione settore enologico

Complessit organolettica data dal contributo di popolazioni autoctone In grado di rispettare e contribuire a tratti specifici artigianali e locali Appiattimento dei profili organolettici Purezza e rispetto delle norme di legge per gli starters Performance Difficolt di controllo Materie prime di ottima qualit E necessaria la selezione della materia primaFERMENTAZIONE NATURALE Facile controllo della fermentazione Qualit costante negli anni Processo che arriva a fine fermentazioneFERMENTAZIONE INOCULATAUna possibile soluzione lisolamento e la selezione di microrganismi autoctoni da utilizzare come colture starter*Fermentazioni spontanee vs inoculate

*Il processo di selezione

Fermentazioni addizionali (vini particolari)Vini spumanti: seconda fermentazione alcolica sotto pressione a spese di zucchero aggiunto (la CO2 prodotta, carbonata il vino). Si utilizzano qualit di lieviti che agglutinano facilmente e quindi sono facilmente rimossi dopo la fermentazione.Sherry: vini del tipo prodotto a Jerez (Spagna). Arricchiti in alcol fino al 15% ed esposti allaria in modo che si sviluppi una densa patina superficiale di certi lieviti che impartiscono al vino il tipico sapore di sherry.Vini della zona di Sauternes (Francia): le uve sono naturalmente infettate da un fungo Botrytis cinerea. Questo causa perdita di acqua dagli acini (aumenta il contenuto in zuccheri), la distruzione dellacido malico (ridotta acidit)e altri cambiamenti favorevoli su colore e sapore. Mosto dolcissimo fermentato da lieviti glucofili (fermentano il glucoso ma lasciano intatto il fruttosio, pi dolce). Sono vini dolci da dessert.

Fermentazione malolatticaTipica dei batteri lattici (LAB): Pediococcus; Oenococcus; Lactobacillus; Leuconostoc; LactococcusUtilizzata per ridurre lacidit e migliorare laroma dei vini rossi (in prevalenza)Pu essere spontanea (LAB naturalmente presenti nei mosti) o indotta (dopo la fermentazione alcolica) mediante inoculo di batteri starter (ceppi selezionati di LAB)

La fermentazione malolattica utilizzata dai microorganismi responsabili per la produzione di energia metabolica (Forza Proton Motrice, o PMF) grazie alla presenza di sistemi di trasporto di membrana (uniporto/antiporto)Oenococcus oeni (principale responsabile della fermentazione malolattica nel vino): molto acidofilo e il pHint solitamente intorno a 5.8-6.3. A questo pH lacido malico si trova per lo pi in forma Hmal-Lactococcus lactis meno acidofilo (pHopt>6). Lacido malico completamente dissociato a Mal2-Fermentazione malolattica

BIRRIFICAZIONEE un processo pi controllabile che prevede diverse fasi:

1.GERMINAZIONESi parte da ORZO (Ordeum sativum) oppure (meno tradizionale) da ORZO + MAIS o ORZO + RISO.Le cariossidi vengono fatte germinare al fine di produrre AMILASI (o DIASTASI) che trasformano AMIDO in MALTOSIO.Si mettono in H2O (strati di 15 cm) a 20C per circa 10 giorni.Quando la piumetta raggiunge i 2/3 della cariosside il processo viene bloccato perch vi il massimo di produzione di amilasi.Le cariossidi germinate vengono fatte asciugare con trattamenti a 35C 45C. A questo punto si stabilisce se si vogliono ottenere birre chiare o scure2.ESSICCAMENTO

3.TOSTATURA80C per 10 h Birre chiare103C per 36 h Birre scureQui si eliminano le piumette4.AMMOSTATURALorzo senza piumette e tostato, viene frantumato ma non macinato troppo fine per evitare intorbidimento del mosto.Lorzo frantumato (trebbie) viene messo in H2O sterile che non deve essere n troppo dura, n troppo acida, in recipienti di Cu.4aMETODO PER INFUSIONE (Francia, Inghilterra)Le cariossidi frantumate e tostate vengono messe in H2O calda tra 35 e 65C. Si ottiene idrolisi amido-maltosio.

Le cariossidi frantumate e tostate vengono messe in H2O fredda che viene poi riscaldata a 35-45C. Una parte viene prelevata e portata ad ebollizione in un secondo recipiente e rimessa nel primo contenitore. Pi volte si ripete, pi il mosto diventa denso.4bMETODO PER DECOZIONE (Austria, Belgio, Germania)E unusanza relativamente recente: sino al 1600 le birre non erano luppolizzate e quindi non erano amare. Si aggiungono infiorescenze femminili di luppolo 200-600g/hl per 3 scopi:5.LUPPOLIZZAZIONEChiarificazione e illimpidimento del mosto: i tannini del luppolo coagulano e fanno precipitare gli albuminoidi, sostanze proteiche dellorzoAzione antisettica: umulene, lupulene. La birra avendo un pH finale attorno a 6 meno acida del vino e si pu facilmente inquinareAzione aromatizzante: gli olii essenziali del luppolo geraniolo e linanolo danno sapore amaro.

6.COTTURAPrima della fermentazione il mosto viene cotto a 100C per uccidere contaminanti ed eliminare definitivamente le amilasi.7.FERMENTAZIONE ALCOLICALa gradazione alcolica viene definita in gradi saccarimetrici = quantit di zucchero fermentabile presente in 100 ml di mosto.In pratica:1 Alcoolico = 3 sacchariumBirre normali: 11sacch. 4 alc.Birre speciali: 13sacch. 4,5 alc.Birre doppio malto: 18sacch. 5-6 alc.Birre speciali doppio malto: 27sacch. 9% alc.

7aIl mosto dopo cottura a 100C viene raffreddato diversamente a seconda che si vogliano ottenere:Birre alte10-20CMax 10 alcBirre basse2- 8C5 alc7bIn un secondo fermentatore si preparano i lieviti da inoculare nel mosto: produzione di biomassa in aerobiosi (respirazione)

Esistono lieviti alti (inoculo minore) e lieviti bassi (inoculo maggiore)Lieviti altit = 3gg 7ggT = 20Fermentazione tumultuosat = 15 ggT = 10Lieviti bassiFermentazione non tumultuosa

8.MATURAZIONEAvvengono fermentazioni secondarie:Bire blanche = F. alcolica + F. latticaBirre alte inglesi = F.alcolica + F. con produzione eteriDurante la maturazione si fanno travasi per 2 ragioni:Eliminare i corpi dei lieviti morti autolisi NH2Aerare per consentire ai lieviti di utilizzare zuccheri residui,facendo aumentare gradazione e conservabilit.Durata e temperatura di maturazione

9.PASTEURIZZAZIONEDato il pH facilmente inquinabile. Si possono usare anche zymocine ossia lieviti killer che possiedono nel loro citoplasma, uno speciale RNA detto RNA killer.Si tratta di RNA virale che permette al lievito di produrre una tossina ad azione antibiotica verso altre specie di lieviti (non la propria). Questo RNA un mycovirus latente che effettua nel lievito una funzione analoga alla connessione fagica (tossina eritrogenica dello streptococco scarlattina. No fago no scarlattina).

La tossina buca la parete dei lieviti contaminanti facendo perdere ioni, macromolecole, ATP morte.Si aggiunge infine acido ascorbico 0,003% come antiossidante