I lieviti, dal latino lĕvĭtum (derivato da levare, "alzare"), rappresentano un gruppo eterogeneo di funghi unicellulari. Si distinguono per la loro capacità di riprodursi per gemmazione e di metabolizzare gli zuccheri attraverso processi fermentativi o ossidativi. Questi microrganismi, spesso associati alla produzione di alimenti e bevande fermentate, presentano un ciclo vitale complesso che include sia la riproduzione asessuata che quella sessuata.
Caratteristiche Generali dei Lieviti
Le cellule dei lieviti sono tipicamente uninucleate e il loro citoplasma contiene vacuoli, granuli di volutina e gocce di lipidi. La membrana cellulare è composta da polisaccaridi, chitina, proteine, lipidi e sali minerali. Molti lieviti fermentano gli zuccheri producendo etanolo e anidride carbonica, ma possiedono anche sistemi enzimatici per un metabolismo ossidativo. In generale, i lieviti non fermentano i pentosi, ma possono fermentare disaccaridi, trisaccaridi e polisaccaridi previa idrolisi.
La maggior parte dei lieviti sono mesofili, ma esistono specie criofile e termofile. La loro distribuzione in natura è influenzata dalle condizioni ambientali.
Riproduzione Agamica nei Lieviti
La riproduzione agamica nei lieviti avviene principalmente per gemmazione o per divisione diretta.
Gemmazione (o Blastogonia): È il metodo più comune, in cui una protuberanza (gemma o blastos) si forma sulla cellula madre. La gemma cresce, si separa e lascia una cicatrice sulla cellula madre. Una cellula può gemmare fino a 40 volte prima di morire. Talvolta, possono formarsi due o più gemme contemporaneamente.
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Divisione Diretta (o Scissione): È meno frequente e caratteristica del genere Schizosaccharomyces.
Esiste anche una forma intermedia chiamata schizoblastogonia. Alcune specie producono spore esogene chiamate ballistospore, che si distaccano dalla cellula somatica tramite un meccanismo che coinvolge una goccia di liquido.
Riproduzione Sessuata nei Lieviti
La riproduzione sessuata nei lieviti comporta la formazione di ascospore. Questo processo si verifica in condizioni ambientali sfavorevoli, come la scarsità di zuccheri fermentescibili e azoto, e l'alta presenza di ossigeno. In queste condizioni, i lieviti interrompono la riproduzione vegetativa e iniziano il ciclo sessuale.
Durante la riproduzione sessuata, si forma una sacca chiamata asco, che contiene quattro ascospore. L'accoppiamento di ascospore provenienti da ceppi diversi porta alla creazione di un nuovo lievito con le caratteristiche combinate dei due ceppi parentali. Questo processo è sfruttato nell'ibridazione per selezionare lieviti con caratteristiche desiderabili.
Selezione dei Lieviti e Ibridazione
La selezione dei lieviti è un processo cruciale per ottimizzare la fermentazione alcolica. I lieviti selezionati vengono utilizzati per controllare e programmare la fermentazione, superando le variabili incontrollabili associate ai lieviti naturali.
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Isolamento e Arricchimento: I lieviti presenti sull'uva vengono isolati mediante la raccolta sterile dei grappoli. Successivamente, si effettua un processo di arricchimento selettivo tramite fermentazione alcolica, seguito dall'isolamento dei ceppi tramite tecniche microbiologiche su piastra.
Analisi del DNA: Le tecniche di restrizione enzimatica, come la DNA macrorestriction analysis, sono utilizzate per la biotipizzazione dei batteri, offrendo un metodo riproducibile e discriminante.
Ibridazione: Questo processo sfrutta la capacità di riproduzione sessuata dei lieviti. In un ambiente ostile, i lieviti formano ascospore che, accoppiandosi con ascospore di ceppi diversi, generano un nuovo lievito con caratteristiche combinate.
Tecnologia del DNA Ricombinante e Ingegneria Genetica: Queste tecniche consentono di modificare le caratteristiche dei lieviti in modo preciso, introducendo nuove proprietà o eliminando quelle indesiderate.
Tipologie di Lieviti Selezionati
Esistono diverse tipologie di lieviti selezionati, ognuna con un metodo di produzione specifico:
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Lieviti in Patina Cresciuti su Substrato Solido: Ottenuti da strisci su capsula Petri, vengono poi incubati in mosto sterile.
Lieviti in Substrato Liquido: Coltivati a partire da una colonia pura in mosto sterilizzato.
Lieviti Liofilizzati: Congelati rapidamente e sottoposti a sublimazione dell'acqua. La sopravvivenza varia a seconda del ceppo e del processo.
Lieviti allo Stato Pastoso Concentrato: Utilizzati principalmente nella panificazione.
Lieviti Secchi in Polvere: Essiccati in corrente d'aria calda o sottovuoto.
Importanza dei Lieviti nella Fermentazione Alcolica
I lieviti sono fondamentali nella produzione di vino, birra e pane. Durante la fermentazione alcolica, trasformano gli zuccheri in alcol etilico e anidride carbonica.
Enologia: I lieviti agiscono sul mosto, trasformando gli zuccheri in alcol e anidride carbonica. Sono cruciali per lo sviluppo di aromi secondari e composti volatili. I ceppi di Saccharomyces cerevisiae sono utilizzati per fermentazioni normali, mentre Saccharomyces bayanus è impiegato per mosti ad alto contenuto zuccherino o per la presa di spuma.
Panificazione: I lieviti trasformano gli zuccheri in alcol etilico e anidride carbonica, provocando il gonfiamento della pasta.
Classificazione dei Lieviti
I lieviti sono classificati in base alla modalità di riproduzione sessuale all'interno delle classi degli Ascomiceti e dei Basidiomiceti. I produttori di birra li classificano anche come top-fermenting (alta fermentazione) e bottom-fermenting (bassa fermentazione).
Top-fermenting: Preferiscono temperature più alte e producono birre con profili aromatici complessi. Il classico lievito ad alta fermentazione è Saccharomyces cerevisiae.
Bottom-fermenting: Lavorano a basse temperature e si depositano sul fondo. Esempi sono Saccharomyces uvarum e Saccharomyces carlsbergensis.
Saccharomyces cerevisiae: Un Lievito Modello
Saccharomyces cerevisiae è un microrganismo eucariotico unicellulare e osmofilo, fondamentale nei processi di fermentazione alcolica. Si trova in vari ambienti, inclusi alimenti, tratto gastrointestinale e superfici corporee. Può esistere sia in forma aploide che diploide, alternando riproduzione asessuata per gemmazione a riproduzione sessuata con accoppiamento di cellule aploidi distinte. È ampiamente utilizzato come organismo modello nella ricerca grazie alla sua facile manipolazione genetica e alle sequenze omologhe a quelle umane.
Metodi di Identificazione di Saccharomyces cerevisiae
Le tecniche di biologia molecolare per l'identificazione di S. cerevisiae includono:
rDNA PCR-RFLP: Amplificazione di regioni specifiche di rDNA per identificare variabilità genetica.
RFLP del DNA mitocondriale (mtDNA): Analisi di restrizione del mtDNA per valutare la variabilità dei ceppi vinari.
Amplificazione delle sequenze Delta (δ): Utilizzo di primer specifici per differenziare i ceppi.
Genotipizzazione per mezzo di microsatelliti: Analisi di sequenze nucleotidiche ripetute per differenziare i ceppi.
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