La fermentazione alcolica, un processo biochimico antico e affascinante, è alla base della produzione di bevande alcoliche come vino, birra, sidro e idromele, e indirettamente, di distillati e liquori. Questo processo, che unisce scienza e cultura, ha plasmato la storia alimentare e sociale dell'umanità.
Introduzione alla Fermentazione Alcolica
Dopo la pigiatura, quando si ottiene il mosto e si effettuano le eventuali correzioni, la fase successiva è la fermentazione alcolica, un processo biologico naturale che trasforma lo zucchero in alcol e anidride carbonica, dando vita a una serie di sottoprodotti, gli aromi secondari (o fermentativi), che compongono la base olfattiva di ogni vino. La fermentazione alcolica è un processo anaerobico, il che significa che avviene in assenza di ossigeno. Coinvolge una serie di reazioni enzimatiche complesse che convertono i carboidrati, come il glucosio, il fruttosio o il malto, in alcol etilico (etanolo) e anidride carbonica come prodotti principali.
Il Ruolo Chiave del Lievito
Il lievito è l'ingrediente con proprietà fermentanti più famoso. I lieviti si trovano naturalmente nell'aria e vengono trasportati dal vento e dagli insetti, depositandosi sulla superficie delle piante e sulle bucce dell'uva, dalla quale entrano in contatto con il succo dopo la pigiatura, provocando una fermentazione spontanea. Questi lieviti sono generalmente definiti come autoctoni, indigeni o selvaggi. I lieviti sono quindi microorganismi fungini unicellulari, di forma sferica, ovale o ellittica, di circa 5-30 μm di lunghezza e 1-5 μm di larghezza.
Esistono numerosi ceppi di lievito con caratteristiche specifiche. I diversi ceppi possono essere impiegati nella produzione di birra, vino, nell’industria farmaceutica, come additivi e persino nell’industria dei carburanti (biocarburanti a base di etanolo). I lieviti sono utilizzati per iniziare il processo di fermentazione, creare bollicine (champagne) e regolare la gradazione alcolica. I componenti aromatici sprigionati dal lievito hanno un ruolo fondamentale nella produzione di vino e birra.
Tipologie di Lieviti e Loro Funzioni
Ogni tipo di lievito è veicolo di sviluppo di caratteristiche specifiche. In enologia, la scelta del ceppo può rivelarsi fondamentale. Dall’uso di un determinato lievito parte infatti il processo che porterà alla costruzione del profilo sensoriale della bottiglia in produzione. Si distinguono fra lieviti indigeni (o autoctoni), lieviti selezionati (o commerciali) e altri generi di lieviti usati in co-fermentazione.
Leggi anche: Processo di fermentazione alcolica: una panoramica
Lieviti Indigeni (Autoctoni): La Voce del Territorio
Tutti i lieviti fondamentali per la vinificazione sono già presenti nell’uva, nella buccia e sulle foglie della vite. Altri si muovono nell’aria, nell’ambiente della cantina. Sono i lieviti indigeni, anche noti come autoctoni, patrimonio espressivo della biodiversità locale, nota distintiva che rimanda al luogo dove l’uva è coltivata e poi vendemmiata. Grazie alla fermentazione spontanea, quella che l’uomo ha usato per migliaia di anni senza nemmeno comprenderne fino in fondo il meccanismo, i lieviti indigeni premiano il vino con una qualità distintiva fondamentale e irripetibile, un marchio che dona aromi complessi e vari e garantisce autenticità e unicità.
Lieviti Selezionati (Commerciali): Precisione e Controllo
Oggi le cantine ricorrono sempre più spesso a lieviti selezionati, ovverosia a ceppi commerciali già testati per garantire un determinato effetto. Con tali organismi è possibile affrontare ogni fase dell’evoluzione del prodotto senza dover sottostare a incontrollabili sorprese. Grazie ai lieviti commerciali è possibile debellare molti dei possibili difetti organolettici del prodotto ed è facile offrire al vinificatore la capacità di dar forma a sapori più ripetibili e di conseguenza riconoscibili. Si tratta dunque di strumenti indispensabili per la standardizzazione propria di chi insegue uno stile enologico preciso, affidabile. Il pericolo, in questi casi, è che il processo possa attenuare le sfumature del territorio.
Co-fermentazione e Lieviti Non-Saccharomyces: Nuove Frontiere
Leggi anche: Pizza Senza Lievito: Ricetta e Calorie
I lieviti non-Saccharomyces e gli altri generi di lieviti sfruttati in co-fermentazione, come il Torulaspora, il Candida stellata, il Pichia e il Metschnikowia pulcherrima, non sono più responsabili principali dell’alcol, ma si rivelano utili soprattutto per amplificare i profumi e modulare l’acidità e il corpo del vino. Sanno dare freschezza ai vini bianchi e finezza ai rossi e permettono anche di gestire la gradazione alcolica (riducendola, in risposta al cambiamento climatico). C'è però un grosso problema: vanno usati con criterio quasi scientifico e non è mai facile l’uso combinato con i Saccharomyces.
Il Metabolismo del Lievito
I lieviti sono eterotrofi, il che significa che devono assorbire nutrienti dall'ambiente per sopravvivere. Per fortuna l'ambiente nel quale si trovano questi microorganismi è ricchissimo di molecole come gli zuccheri. Glucosio e fruttosio sono i principali zuccheri che possiamo trovare nei frutti, nei fiori e nelle linfe delle piante. Metabolizzando queste molecole attraverso la glicolisi per produrre energia (ATP) i lieviti producono molecole importanti come alcol (etanolo) e anidride carbonica. La capacità di passare dalla respirazione aerobica (in presenza di ossigeno) alla fermentazione alcolica (in assenza di ossigeno) è un esempio di flessibilità metabolica che ha giocato un ruolo chiave nell'evoluzione dei processi fermentativi utilizzati oggi in cucina e nell'industria.
I lieviti sono presenti già sulle bucce dell’uva, meno sugli acini immaturi, ma con la maturazione e fino alla vendemmia, gli zuccheri arrivano alla superficie degli acini fornendo nutrimento ai lieviti facendone aumentare la popolazione. I cosiddetti lieviti indigeni (presenti in natura) appartengono a famiglie diverse da quelli selezionati artificialmente (Saccharomyces cerevisiae). Sui grappoli immaturi predominano i generi come Torulopsis, Cryptococcus, Rhodotorula e Candida, oltre a Aureobasidium, Sporobolomyces, Filobasidium, presenti in generale nel vigneto (suolo, foglie, corteccia).
Nella fase iniziale della trasformazione degli zuccheri, i lieviti svolgono una respirazione aerobica (utilizzando l’ossigeno dell’aria), che trasforma gli zuccheri in CO2 e H2O. Questa fase metabolica permette ai lieviti di ottenere la quantità di energia necessari alla loro rapida crescita. L’insieme delle reazioni di trasformazione degli zuccheri (glucosio e fruttosio) sia per via anaerobica che aerobica, viene definita glicolisi. La glicolisi avviene all’interno delle cellule dei lieviti, portando ad ottenere l’ATP (adenosin trifosfato), molecole con alto contenuto energetico usato dalle cellule e come sottoprodotti l’acido piruvico, a sua volta molecola di partenza per reazioni successive e intermedi di biosintesi fra cui il glicerolo.
Il Processo di Fermentazione Alcolica Dettagliato
Durante la fermentazione alcolica gli zuccheri contenuti nel mosto vengono convertiti dai lieviti in alcol etilico e anidride carbonica. I lieviti sono microorganismi unicellulari che utilizzano gli zuccheri presenti nel mosto per crescere e moltiplicarsi. Nelle fasi iniziali di questo processo che si sviluppa in oltre trenta reazioni successive i lieviti svolgono una respirazione aerobiotica, si servono cioè dell’ossigeno presente nel mosto per trasformare gli zuccheri in acqua e anidride carbonica. Presto il poco ossigeno presente nel mosto si esaurisce ed è a questo punto, in condizioni anaerobiche, che inizia la fermentazione vera e propria. In questa fase i lieviti provocano l’ossidazione degli zuccheri e la loro trasformazione. A seconda del lievito utilizzato circa il 50% dello zucchero si trasforma in alcol, il 45% in anidride carbonica, il 3% in glicerolo e il 2% in altre sostanze di diversa natura che svolgono come già accennato un ruolo essenziale nel determinare le qualità aromatiche e gustative del vino.
Leggi anche: Pane Vegano Fatto in Casa
Il saccarosio (lo zucchero da tavola) è una molecola doppia, formata da glucosio e fruttosio. Affinché i lieviti possano utilizzarlo, c’è bisogno che questa molecola venga prima di tutto smontata. Di ciò si preoccupa un enzima chiamato invertasi, capace di rompere il legame originale e liberare C12H22O11 + H2O. Il risultato? Due zuccheri semplici, pronti per essere trasformati. Ed è qui che i lieviti cominciano a darsi da fare con la fermentazione alcolica, un processo che parte dalla reazione nota come glicolisi, che avviene nel cuore della cellula. Il lievito riesce quindi a prendere lo zucchero semplice e a trasformarlo in alcol ed energia (con uno scarto inevitabile: l’anidride carbonica). Tutto ciò avviene senza ossigeno in una sorta di meccanismo emergenziale cui i chimici danno il nome di fermentazione anaerobica. La durata di questo processo dipende dalle condizioni ambientali e di solito passa una settimana, ma si può arrivare anche a due.
Fattori che Influenzano l'Attività dei Lieviti
Trasformando gli zuccheri del mosto in alcol etilico e anidride carbonica, i lieviti contribuiscono anche alla creazione del profilo aromatico del vino. Per far sì che il compito dei microrganismi sia portato a termine nel migliore dei modi è essenziale che il processo avvenga in un ambiente consono. Ci vuole insomma la temperatura giusta ed è anche importante che sia garantito al prodotto vendemmiato, diraspato, pigiato e ormai in fase di fermentazione un pH equilibrato. Occorrono poi dei nutrimenti atti ad alimentare e a sostenere i lieviti (vitamine, azoto assimilabile, sali minerali).
- Temperatura: La temperatura ideale è quella tra i 18 e i 25°C per i vini rossi o tra i 16°C e i 20°C per i bianchi. Con un clima troppo freddo la fermentazione può essere rallentata o addirittura bloccata. Quando la temperatura è troppo alta, i lieviti si stressano, lavorano più del dovuto e danno origine a elementi sgraditi o sgradevoli (aromi non previsti, una complessità ingestibile).
- pH: Il range ottimale per il pH è tra 3.2 e 3.6. Un pH troppo basso, cioè sotto il valore 3.0, potrebbe impedire la corretta crescita delle cellule eucariote. Se il pH fosse troppo alto, la fermentazione andrebbe fuori controllo e si esporrebbe il vino alla contaminazione batterica. Un pH equilibratamente acido aiuta invece la selezione dei ceppi attivi.
- Nutrienti: I lieviti hanno bisogno del giusto nutrimento, soprattutto di azoto assimilabile (l’APA), fondamentale per la moltiplicazione cellulare, lo sviluppo di aromi secondari e la regolazione dei composti solforati. Servono poi le vitamine, come la B12, dei sali minerali e gli steroli. Di norma, tali nutrimenti si aggiungono tramite degli attivanti organici o sotto forma di fosfato di ammonio.
- Concentrazione di Zucchero: Quando è troppo alta, la fermentazione potrebbe bloccarsi e se è troppo bassa, il vino potrebbe assomigliare a un analcolico: senza carattere.
Impatto dei Lieviti sulle Caratteristiche del Vino
Con la fermentazione, i lieviti generano esteri, aldeidi, alcoli superiori e acidi organici, composti chimici che danno sapore e profumo al vino. Gli esteri hanno a che fare con lo sviluppo degli aromi fruttati, gli alcolici superiori danno forma alle note floreali e speziate e gli alcoli favoriscono l’entrata in scena dei sentori di pane tostato, nocciola. Ogni ceppo di lievito ha un corredo enzimatico unico. Di conseguenza, cambiando il lievito cambiano anche gli aromi che si svilupperanno, sia in quantità che in qualità. In piccole quantità, i composti chimici creati dai lieviti arricchiscono quindi il bouquet di un vino, ma in eccesso, possono dar origine a difetti.
I lieviti producono anche glicerolo, una sostanza che aumenta la sensazione di rotondità al palato e dà dolcezza. Alcuni lieviti non-Saccharomyces, come il Candida stellata, sono sfruttati proprio per la potenza di produzione di glicerolo. Poi ci sono dei lieviti che lavorano meglio sull’acidità e la freschezza, quindi più indicati per i bianchi o i rossi più morbidi. Una fermentazione ben gestita con lieviti selezionati riduce anche la necessità di uso di solfiti.
Aromi e Profumi: Il Contributo al Bouquet
Durante la fermentazione, i funghi unicellulari che si riproducono per gemmazione o fissione danno forma anche ai composti aromatici secondari, quegli imprescindibili elementi che poi arricchiscono il profilo olfattivo del vino. I lieviti possono altresì liberare i terpeni, come il linalolo e il geraniolo, naturalmente presenti nelle uve, rendendoli percepibili nel vino. Alcuni lieviti sono poi capaci di trasformare precursori tiolici in aromi particolarmente intensi, come quello di pompelmo, di frutto della passione o di bosso. Più in generale, esteri e alcoli superiori contribuiscono a dar forma a delle note fruttate, floreali e tropicali, tipiche di alcuni vini bianchi. Alcuni ceppi di lieviti sviluppano aromi di banana, mela, agrumi o spezie. Nei vini spumanti, ma non solo, dopo la fermentazione, i lieviti degradando (in un processo detto autolisi) rilasciano delle mannoproteine e altri composti che migliorano la complessità aromatica e la struttura della bevanda.
Struttura e Corpo: L'Influenza sulla Sensazione in Bocca
Le mannoproteine sono particolarmente importanti. I lieviti che le rilasciano riescono infatti a migliorare la sensazione di rotondità e morbidezza in bocca del vino. In più, molti lieviti interagiscono con i tannini, modulando la sensazione di astringenza. I lieviti sono in grado di modellare la struttura del vino, definendone il corpo e la sensazione tattile, ovvero ciò che il palato percepisce quando lo si assaggia. Più in generale, le cellule eucariote determinano quanto alcol viene prodotto, influenzando il corpo della bevanda. Più alcol darà inevitabilmente una sensazione più calda e piena. Un vino meno alcolico risulterà più snello e fresco. In ultima istanza, i nostri invisibili scultori unicellulari rendono il vino più resistente all’ossidazione, prolungandone la freschezza.
Stabilità e Longevità: Il Ruolo nella Conservazione
Gli enologi parlando di un buon andamento fermentativo nel momento in cui il processo garantisce la giusta stabilità microbica. Con il rilascio di mannoproteine e di polisaccaridi, i microrganismi indigeni o selezionati svolgono un ruolo primario nella stabilità colloidale del vino. Le molecole rilasciate dai lieviti sanno per esempio proteggere e preservare il colore del vino, impedendo la precipitazione degli antociani. Sanno anche stabilizzare le proteine, evitando che il prodotto sia inquinato da torbidità e depositi. I lieviti sono anche responsabili (seppure in minima parte) del rilascio di sostanze antiossidanti: un’altra azione che contribuisce a migliorare l’evoluzione del prodotto nel tempo.
Le Fasi della Fermentazione
La qualità e la quantità dei prodotti della fermentazione dipendono ovviamente da come il processo viene condotto. È di fondamentale importanza che il mosto non abbia subito fenomeni ossidativi prima della partenza della fermentazione, per cui è un bene che questa sia fatta partire il prima possibile, dopo le normali operazioni di stabilizzazione, decantazione e chiarificazione del mosto. Essendo il mosto altamente zuccherino è infatti particolarmente sensibile agli attacchi di batteri ma anche ad alterazioni microbiche e ossidative. La fase prefermentativa deve essere il più possibile di breve durata e il mosto può essere ulteriormente protetto aggiungendo anidride solforosa, che permette di svolgere le operazioni di decantazione e chiarificazione senza rischiare l’alterazione del mosto.
La durata della fermentazione, a seconda del tipo di mosto e di come è stato trattato, può variare tra i 5 e i 15 giorni. E’ importante che la fermentazione non avvenga troppo velocemente, perchè la formazione di anidride carbonica sarebbe violenta e porterebbe alla dispersione delle sostanze aromatiche. La fermentazione non deve però nemmeno essere troppo lenta, perchè rischierebbe di generare sostanze indesiderate, tra cui un eccesso di acidità volatile. Anche la temperatura deve essere mantenuta nel giusto intervallo. Se la temperatura è troppo bassa (<15°C) il processo potrebbe non partire affatto. La fermentazione è un processo esotermico, cioè genera calore, che a sua volta aumenta la velocità delle reazioni.
Vinificazione in Bianco e in Rosso: Approcci Differenti
- Vinificazione in Bianco: Prevede l’utilizzo di un mosto dal quale sono state separate le bucce (sgrondatura) subito dopo avere pigiato le uve. Il mosto viene preparato mediante separazione delle parti solide residue (decantazione e chiarifica). Il principale obiettivo è la conservazione della complessità aromatica nel vino prodotto e per far questo è indispensabile il rigoroso controllo della temperatura, che non deve salire oltre i 20°C. Le vasche di fermentazione in acciaio inox sono provviste di una camicia esterna nella quale scorre acqua di raffreddamento in assenza della quale si può far scorrere acqua fredda lungo le pareti della vasca. Una tecnica alternativa consiste nel fare fermentare i mosti in piccole botti di legno (barriques) ed a seguire far maturare il vino “sur lies“ (sui lieviti) per un periodo più o meno lungo. Periodicamente, in questo caso viene effettuato il “bâtonnage“, ossia l’azione di rimettere in sospensione la feccia del vino, realizzata utilizzando un bastone (da cui il termine) il cui movimento permette l’agitazione del vino. In tal modo la feccia precedentemente depositatasi sul fondo del recipiente risale in sospensione. I Lieviti subiscono una parziale decomposizione (autolisi) cedendo al vino delle sostanze colloidali che hanno la capacità di legare i composti fenolici, in particolare tannini più reattivi.
- Vinificazione in Rosso: Si utilizza mosto nel quale sono lasciate a macerare le bucce per l’estrazione del colore. L’estrazione del colore e delle sostanze polifenoliche è infatti uno degli obiettivi primari della fermentazione in rosso. La temperatura favorisce l’estrazione di queste sostanze e si può dire grossolanamente che la fermentazione a temperature più elevate produce vini con maggiore corpo e struttura. La temperatura non deve però in ogni caso superare i 30°C, per le ragioni sopra esposte. Se la temperatura scende sotto il 25°C l’estrazione delle sostanze dalle bucce sarebbe difficile, soprattutto quella dei tannini, e il vino risulterebbe troppo leggero e “scialbo”. I vini rossi leggeri e non destinati a lunghi affinamenti possono essere ottenuti mediante fermentazione in un intervallo di temperature relativamente basso, mentre vini più strutturati e destinati all’affinamento di legno richiederanno temperature più alte, ma non eccessive, per evitare lo sviluppo di profumi eccessivamente “erbacei”.
Monitoraggio e Svinatura
L’indicatore dello stato di avanzamento del processo fermentativo è la densità. La presenza degli zuccheri fa sì che il mosto si più denso dell’acqua (d>1), mentre la presenza di alcol e polialcoli abbassa la densità sotto questo valore. Per controllo della densità si usa un comune densimetro, detto anche mostimetro. Quando la densità del mosto scende sotto il valore unitario, la fermentazione è praticamente conclusa e cessa il tumultuoso gorgogliare del vino. Il momento ideale per la svinatura è scelto in funzione del tipo di vino da produrre. La svinatura va condotta a contatto con l’aria, favorendo una decisa ossigenazione, che ha due effetti importanti: innanzitutto porta all’ossidazione di composti riduttivi dall’odore sgradevole quali l’idrogeno solforato (che odora di uova marce) ed inoltre provoca la riattivazione dei lieviti rimasti per la cosiddetta fermentazione lenta degli zuccheri residui nei giorni successivi alla svinatura.
La Fermentazione Alcolica in Altri Alimenti e Industrie
Il lievito può attivare la fermentazione di altri prodotti non alcolici provenienti da ogni angolo del pianeta: cioccolato, cacao e caffè, varie bevande come il kefir, bibite gassate, limonate, ma anche l’aceto. Proprietà fermentanti sfruttate anche dall’industria farmaceutica e dei biocarburanti.
Fermentazione nella Panificazione
La fermentazione nella panificazione è un processo cruciale che permette al pane di lievitare e sviluppare sapore e struttura. Gli ingredienti base sono farina, acqua, sale e lievito. Dopo aver mescolato gli ingredienti, si aggiunge il lievito. Durante questo processo, l’anidride carbonica si accumula nella rete di glutine, sviluppando bolle d’aria che fanno lievitare l’impasto. La fermentazione non produce solo anidride carbonica, ma anche composti aromatici e acidi, che conferiscono al pane il suo caratteristico sapore. Dopo una prima lievitazione (spesso chiamata “punto di lievitazione”), l’impasto va incontro a modellazione e a una nuova lievitazione. L’impasto lievitato, infine, viene destinato a cottura. Il calore della cottura fa espandere ulteriormente le bolle d’aria e, contemporaneamente, il calore uccide i lieviti, fissando la struttura del pane.
Fermentazione nella Birrificazione
La fermentazione nella birrificazione è un processo fondamentale che trasforma gli zuccheri presenti nel mosto in alcol e anidride carbonica, formando la birra. Il processo inizia con la macerazione dei cereali (come orzo) che sono riscaldati con acqua per attivare gli enzimi. Dopo la macerazione, si filtra il mosto per separare i solidi (grani) dai liquidi. Dopo la bollitura, il mosto caldo deve essere raffreddato rapidamente prima di aggiungere il lievito. Una volta raffreddato, si trasferisce il mosto in un fermentatore e si aggiunge il lievito. Durante questa fase, che può durare da pochi giorni a diverse settimane, si verifica la produzione di anidride carbonica, che provoca la schiuma in superficie. Dopo la fermentazione primaria, la birra può essere trasferita in un secondo fermentatore per chiarificare e sviluppare ulteriormente il sapore. Se la birra non viene carbonata artificialmente, si può aggiungere una piccola quantità di zucchero prima dell’imbottigliamento.
Fermentazione Alcolica e Cultura
Dai Sumeri agli Egizi, dal sake giapponese alle birre europee, la fermentazione alcolica è una tecnologia universale che ha accompagnato l’uomo per millenni. Non solo ha fornito nutrimento e piacere, ma ha avuto un impatto economico, sociale e persino religioso. Ancora oggi, conoscere questo processo significa comprendere le radici di molte tradizioni gastronomiche e artigianali.
tags: #lievito #fermentazione #alcolica