Microrganismi Utili nella Fermentazione 3 PDF

Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Microrganismi utili nella fermentazione 3  Maria Luisa Savo Sardaro Eumiceti ieviti Unicellulari o pluricellulari organ...

Professore Maria Luisa Savo Sardaro Argomento Microrganismi utili nella fermentazione 3  Maria Luisa Savo Sardaro Eumiceti ieviti Unicellulari o pluricellulari organismi dotati di cellula eucariotica eterotrofi privi di clorofilla parete di chitina immobili riproduzione per via sessuata e asessuata saprofiti o più raramente parassiti Lieviti Muffe La struttura del fungo si organizza in un tallo (o micelio), che può essere pluri-cellulare (muffe ) o uni-cellulare (lieviti). Microrganismi Utili nella fermentazione 3 2 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro 1) Riproduzione asessuata 2) Riproduzione sessuata I due tipi di riproduzione spesso si alternano nel ciclo vitale di uno stesso micete. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 3 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Riproduzione asessuata Può realizzarsi in diversi modi: 1. Una cellula parentale può andare incontro a mitosi e dividersi in 2 cellule figlie. 2. La mitosi nelle cellule vegetative può essere simultanea alla gemmazione per la produzione di una cellula figlia. 3. Produzione di spore che avviene per mitosi e successiva divisione cellulare Microrganismi Utili nella fermentazione 3 4 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Riproduzione sessuata Trascorrono la maggior parte del ciclo vitale nello stadio aploide. La riproduzione sessuale coinvolge l’unione di 2 ife di ceppi compatibili diversi (plasmogamia), con successiva fusione dei nuclei aploidi (cariogamia) La fusione di nuclei aploidi non avviene subito dopo il mescolamento del contenuto delle ife. I nuclei si dividono ripetutamente nell’ifa dando origine al dicarion, un’ifa in cui ciascuna cellula contiene 2 nuclei di ceppi opposti A un certo punto i 2 nuclei si fondono, formando uno zigote diploide che subisce subito la meiosi dando origine a 4 spore aploidi. Quando germinano, queste spore producono una nuova generazione di ife aploidi Microrganismi Utili nella fermentazione 3 5 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Il tallo fungino Il corpo o struttura vegetativa del fungo è detto: tallo Nelle muffe il tallo è pluricellulare e nel suo insieme può raggiungere dimensioni visibili ad occhio nudo Nei lieviti il tallo è unicellulare ed ha dimensioni microscopiche (poche decine di µm) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 6 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Muffe Sono costituite da un agglomerato di singoli elementi filamentosi dette ife che formano il micelio (pluricellulari), che per la loro abbondanza formano aggregati macroscopicamente evidenti. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 7 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Le ife si distinguono in: cenocitiche e settate, mono- o pluri-nucleate. Nelle muffe l’insieme delle ife costituisce il micelio. Micelio aereo (funzione replicativa) Micelio vegetativo (funzione nutritiva) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 8 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Phylum Chytridiomycota: presentano micelio con ife non settate (senza divisione trasversale della parete cellulare); la riproduzione asessuata avviene mediante zoospore mobili, mentre la riproduzione sessuata mediante oospore. Zygomycota: micelio non settato, cenocitico (nuclei multipli in un citoplasma continuo); sessualmente si riproducono mediante zigospore, mentre la riproduzione asessuata è affidata a sporangiospore prodotte all’interno di sporangi (corpi fruttiferi) aerei. Es: Rhizopus stolonifer Microrganismi Utili nella fermentazione 3 9 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Phylum Ascomycota: hanno micelio con ife settate che producono conidiospore per la riproduzione asessuata e ascospore in strutture specializzate dette aschi, per la riproduzione sessuata. Basidiomycota: micelio settato che produce grossi corpi fruttiferi (basidiocarpi) che supportano i basidi che a loro volta producono le basidiospore adibite alla riproduzione sessuata. La produzione di spore asessuate è rara. Questo phylum comprende, tra gli altri, anche i funghi eduli. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 10 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Caratteristiche delle muffe La > parte sviluppa tra 15-30°C (ottimale 20-25°C) Alcune psicrofile o criofile (< 5°C) Alcune termofile (anche a 50°C) Alcune sviluppano con Aw ridotta (xerofile) Alcune solo con Aw > 0.95% (igrofile) Alcune osmofile o osmotoleranti Si sviluppano ampio range di pH (1-11) ottimale acido Sono aerobie Microrganismi Utili nella fermentazione 3 11 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro RUOLO DELLE MUFFE NEGLI ALIMENTI UTILI: - partecipano alla maturazione di alcuni formaggi (es: Taleggio e Gorgonzola) e salumi fermentati per il patrimonio enzimatico lipolitico e proteolitico ALTERATIVE: provocano gravi alterazioni dei caratteri organoelettici dei prodotti PATOGENE: non per effetto diretto ma per produzione di sostanze ad azione tossica (micotossine) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 12 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Muffe Genere Penicillium: - Penicillium camemberti (Camembert) - Penicillium nalgiovense (salumi) - Penicillium chrysogenum - Penicillium verrucosum var cyclopium - Penicillium gladioli (salami) - Penicillium roqueforti (Gorgonzola e Roquefort) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 13 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro TERMORESISTENZA MUFFE Il micelio e le spore asessuate (vegetative) sono distrutte dalla pastorizzazione Le spore sessuate possono invece presentare elevata termoresistenza Durante il trattamento termico si può verificare un fenomeno detto “effetto condominio” ovvero la penetrazione del calore è resa difficile dall’ammasso di miceli e spore che proteggono cellule che si trovano all’interno del prodotto Microrganismi Utili nella fermentazione 3 14 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Lieviti sono singoli elementi cellulari (unicellulari) microscopici (micromiceti) che, analogamente ai batteri, solo nei terreni di coltura agarizzati formano aggregati macroscopicamente evidenti (colonie). Può riprodursi sia asessualmente per gemmazione e divisione trasversale, sia sessualmente tramite la formazione di spore Microrganismi Utili nella fermentazione 3 15 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Importanza a livello Alimentare I funghi, ma specialmente i lieviti, sono essenziali per molti processi industriali che implicano la fermentazione. Sono importanti nella produzione di: Pane Vino Birra Formaggi Salsa di soia Acidi organici(citrico, gallico) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 16 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Lieviti Genere Saccharomyces: – Saccharomyces cerevisiae: pane, vino, birra – Saccharomyces bayanus – Saccharomyces pastorianus: birra – Saccharomyces carlsbergensis: birra – Saccharomyces unisporus Microrganismi Utili nella fermentazione 3 17 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Ci sono differenze metaboliche nel modo in cui i lieviti generano e consumano energia utilizzando i substrati carboniosi. In funzione dell’ossigeno, degradano il glucosio inmodo diverso I lieviti sono organismi chemioorganotrofi che ricavano l’energia, in forma di ATP, dalla degradazione di composti organici. Non tutti i lieviti sono dotati di metabolismo fermentativo, molti possiedono solo il metabolismo respiratorio. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 18 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Microrganismi Utili nella fermentazione 3 19 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Regolazione della Respirazione e della Fermentazione da parte del glucosio e dell’O2 Il glucosio e l’ossigeno rappresentano i fattori ambientali più studiati in grado di regolare la fermentazione e la respirazione. Questi fattori sono legati all’espressione di molti fenomeni regolatori tra cui: Ø L’Effetto Pasteur; Ø L’Effetto Crabtree (anti-pasteur) Microrganismi Utili nella fermentazione 3 20 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Effetto Pasteur Louis Pasteur osservò che quando il lievito cresceva in aerobiosi (respirazione) consumava molto meno glucosio di quando cresceva in anaerobiosi e fermentava. Quindi la velocità di trasformazione del glucosio in piruvato è molto più lenta in aerobiosi. Questo effetto di rallentamento della glicolisi in presenza di ossigeno è detto Effetto Pasteur Microrganismi Utili nella fermentazione 3 21 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Vantaggi della respirazione I processi di respirazione sono più favorevoli da un punto di vista metabolico (soprattutto energeticamente) rispetto ai processi fermentativi; Durante la respirazione si producono ben 38 ATP a partire da 1 solo glucosio mentre in assenza di ossigeno, l'unico modo per produrre ATP è utilizzare la glicolisi continuamente (consumando tanto glucosio, visto che da 1 glucosio ricavo solo 2 ATP) Perciò per raggiungere la stessa resa energetica è necessario un minor consumo di zucchero nella respirazione Microrganismi Utili nella fermentazione 3 22 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Perché avviene l’effetto Pasteur? L'effetto Pasteur e' strettamente relazionato con l'azione della fosfo frutto chinasi (PFK). Questo enzima e' inibito da alti livelli di ATP(che si riscontrano in aerobiosi quando la fosforilazione ossidativa e' a pieno ritmo, quindi inpresenza di ossigeno), causando quindi la diminuzione del consumo di glucosio. L’effetto Pasteur si verifica a basse concentrazioni di glucosio Microrganismi Utili nella fermentazione 3 23 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro quindi L’effetto Pasteur (in assenza di ossigeno la cellula del lievito fermenta, in presenza di ossigeno respira consumando meno zucchero) AVVIENE SOLO A BASSE CONCENTRAZIONI DI GLUCOSIO BASSE= meno di 5-10 g/litro Ma cosa succede quando la CONCENTRAZIONEDI GLUCOSIO èELEVATA? Microrganismi Utili nella fermentazione 3 24 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Avviene il CONTRO-EFFETTO-PASTEUR, detto Effetto Crabtree L’effetto Crabtree consiste nell’inibizione della respirazione cellulare ad opera di elevate concentrazioni di glucosio. Ovvero ad alte concentrazioni di glucosio predomina nei lieviti la fermentazione, anche se siamo in presenza di ossigeno! QUINDI Ad alte concentrazioni di glucosio, anche in presenza di ossigeno, il NADH, generato durante la glicolisi, è ossidato con la fermentazione piuttosto che con la respirazione. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 25 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Perché avviene l’effetto Crabtree L’effettoCrabtree è una conseguenza della repressione da glucosio (repressione da catabolita). In presenza di un eccesso di glucosio vengono repressi non solo i geni che codificano per il trasporto di zuccheri all’interno della cellula ma anche geni che codificano per la via respiratoria. In particolare sono inibiti i geni che codificano per la sintesi del citocromo a. Microrganismi Utili nella fermentazione 3 26 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Perché avviene l’effetto Crabtree le basse concentrazioni di piruvato favoriscono la respirazione MENTRE quando la concentrazione di piruvato è alta avviene la fermentazione Per essere “respirato” il piruvato deve essere ossidato e decarbossilato ad acetil CoA (decarbossilazione ossidativa). Questa reazione è catalizzata dal complesso della piruvato deidrogenasi. La fermentazione richiede invece la decarbossilazione del piruvato ad acetaldeide catalizzata dalla piruvato decarbossilasi (decarbossilazione non ossidativa). Microrganismi Utili nella fermentazione 3 27 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Caratteristiche tecnologiche lieviti Resistono all’acidità (pH ottimale acido) Mesofili psicrotrofi ma anchepsicrofili, raramente termofili Ci sono forme alofile Ci sono forme osmofile (sviluppano alta concentrazione di zucchero) Necessitano Aw inferiore ai batteri ma superiore alle muffe Microrganismi Utili nella fermentazione 3 28 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro TERMORESISTENZA DEI LIEVITI I lieviti non resistono alla pastorizzazione. In normale condizioni le cellule sono inattivate a 60°-65°C e con D generalmente di 1 minuto. Questi valori di D Diminuiscono – quando il riscaldamento avviene in ambiente acido, in presenza di etanolo, Aumentano – (perciò le cellule diventano più resistenti) in presenza di aumentate concentrazioni di zuccheri o sale (bassa Aw). D= il tempo necessario per ridurre a un decimo, a una temperatura ben definita, i microorganismi iniziali; Microrganismi Utili nella fermentazione 3 29 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Gruppo Caratteristiche Specie Alimenti Funzioni principali Vino, birra, pane, Ascosporigeno Produzione di prodotti da forno Cellule ellissoidali Saccharomyc etanolo e CO2 Fermentativo con es cerevisiae Influenza su produzione di etanolo sapore e aroma Ascosporigeno Cellule ellissoidali Kluyveromyces Bevande Produzione di Fermentativo con marxianus fermentate etanolo e CO2 Lieviti produzione di etanolo Salumi, Formaggi a Aerobio Influenza su Debariomyces hansenii maturazione Alotollerante sapore e aroma superficiale Microrganismi Utili nella fermentazione 3 30 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Gruppo Caratteristiche Specie Alimenti Funzioni principali Proteolisi Micelio non settato Lipolisi Rizhopus oligosporus Tempeh Forma zigospore Idrolisi polisaccaridi Produzione di Conidiofori ad aspergilli Aspergillus oryzae Salsa e pasta proteasi Micelio settato Aspergillus soyae di solia Produzione di Ascosporigeno amilasi Formaggi Conidiofori a penicilli Proteolisi Muffe (Gorgonzola, Ascosporigeno Penicillium roqueforti Lipolisi Stilton, Conidi blu-verdi Aspetto Roquefort,..) Formaggi (Camembert, Proteolisi Conidiofori a penicilli Brie, tomini, Aspetto Ascosporigeno Penicillium camemberti …) Conidi bianchi Protezione della Salumi superficie Aroma Microrganismi Utili nella fermentazione 3 31 di 32  Maria Luisa Savo Sardaro Buono studio Microrganismi Utili nella fermentazione 3 32 di 32