Il lievito, un microrganismo unicellulare appartenente al regno dei funghi, è un ingrediente fondamentale in molti processi industriali, in particolare nella produzione di alimenti fermentati come pane, birra e vino. Questo articolo esplora il processo industriale di produzione del lievito, le sue diverse applicazioni e il ruolo cruciale che svolge in vari settori.
Il ruolo del lievito nei processi di fermentazione
Il processo di fermentazione è una via metabolica anaerobica che consente a certi microrganismi, come lieviti e batteri, di convertire il glucosio in energia, producendo altre sostanze come alcol, anidride carbonica o acido lattico. Si parla, infatti, di fermentazione alcolica o lattica. La fermentazione è un processo naturale che avviene nel lievito, alimentato con materie prime rinnovabili come la melassa o i cereali. I suoi enzimi producono nuove molecole biochimiche grazie al processo di fermentazione.
Glicolisi: la fase iniziale della fermentazione
Il glucosio, attraverso una serie di reazioni, è convertito in piruvato (o acido piruvico). I prodotti finali della fermentazione (come alcol, acido lattico, anidride carbonica) possono essere utilizzati per vari scopi, dall’alcol nella produzione di bevande alcoliche ai fermenti lattici nei prodotti lattiero-caseari. La fermentazione è un processo fondamentale in molte applicazioni alimentari, come la panificazione, la produzione di birra e vino, e la conservazione degli alimenti.
Fermentazione in panificazione: un processo cruciale
La fermentazione nella panificazione è un processo cruciale che permette al pane di lievitare e sviluppare sapore e struttura. Ecco come avviene:
- Ingredienti base: gli ingredienti principali sono farina, acqua, sale e lievito.
- Aggiunta del lievito: dopo aver mescolato gli ingredienti, si aggiunge il lievito.
- Fermentazione: durante questo processo, l’anidride carbonica si accumula nella rete di glutine, sviluppando bolle d’aria che fanno lievitare l’impasto.
- Sviluppo del sapore: la fermentazione non produce solo anidride carbonica, ma anche composti aromatici e acidi, che conferiscono al pane il suo caratteristico sapore.
- Formatura e seconda lievitazione: dopo una prima lievitazione (spesso chiamata “punto di lievitazione”), l’impasto va incontro a modellazione e a una nuova lievitazione.
- Cottura: 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.
La fermentazione è quindi fondamentale non solo per la lievitazione, ma anche per il sapore e la consistenza del pane.
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Fermentazione nella produzione di birra: un processo fondamentale
La fermentazione nella birrificazione è un processo fondamentale che trasforma gli zuccheri presenti nel mosto in alcol e anidride carbonica, formando la birra. Ecco una panoramica delle fasi principali:
- Preparazione del mosto: Il processo inizia con la macerazione dei cereali (come orzo) che sono riscaldati con acqua per attivare gli enzimi.
- Filtrazione e bollitura: dopo la macerazione, si filtra il mosto per separare i solidi (grani) dai liquidi.
- Raffreddamento: dopo la bollitura, il mosto caldo deve essere raffreddato rapidamente prima di aggiungere il lievito.
- Fermentazione: una volta raffreddato, si trasferisce il mosto in un fermentatore e si aggiunge il lievito.
- Fermentazione primaria: 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.
- Fermentazione secondaria: dopo la fermentazione primaria, la birra può essere trasferita in un secondo fermentatore per chiarificare e sviluppare ulteriormente il sapore.
- Carbonazione: se la birra non viene carbonata artificialmente, si può aggiungere una piccola quantità di zucchero prima dell’imbottigliamento.
- Maturazione: infine, la birra va in maturazione per un periodo di tempo che può variare da alcune settimane a diversi mesi, migliorando il sapore e la stabilità.
La fermentazione è quindi il cuore della birrificazione, non solo per la produzione di alcol, ma anche per la creazione dei complessi aromi e sapori che caratterizzano le diverse varietà di birra.
Il lievito: un microrganismo dalle molteplici applicazioni
Il lievito è un microrganismo vivente unicellulare, molto più piccolo di un granello di sabbia. Questo essere vivente invisibile racchiude però un enorme potenziale. Il lievito è presente in natura sulla Terra da milioni di anni ed è utilizzato per scopi domestici da cinque o sei millenni per produrre pane, vino, birra e altri cibi fermentati.
Trasformazione degli zuccheri: fermentazione e respirazione
In assenza di ossigeno, il lievito trasforma gli zuccheri in alcol e anidride carbonica (CO2) producendo una bassa energia: questo processo viene definito fermentazione. La stessa fermentazione che si produce quando si fa il pane: gli zuccheri della farina vengono trasformati in anidride carbonica, che fa lievitare l’impasto. L’alcol prodotto in questa fase evapora completamente durante la cottura. In presenza di ossigeno, il lievito non garantisce il processo metabolico della fermentazione: respira e si moltiplica in modo abbondante. La trasformazione dello zucchero in anidride carbonica e in acqua (ma non in alcol) attraverso i lieviti fornisce a questi ultimi l’energia necessaria per svilupparsi e moltiplicarsi.
Biotecnologia bianca: il ruolo del lievito nella produzione sostenibile
L’utilizzo di un microrganismo vivente come il lievito per fabbricare prodotti alimentari, farmaceutici e fonti di energia, rientra nella sfera della cosiddetta “biotecnologia bianca”. Rappresenta un nuovo promettente settore in risposta alle sfide ambientali. Se la chimica permette di fabbricare diversi prodotti scarsamente biodegradabili come la plastica, con la biotecnologia bianca, ora è possibile sintetizzare prodotti facilmente deperibili.
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Applicazioni mediche: il lievito nella produzione di farmaci
Il lievito viene usato per il trattamento di diverse patologie. In collaborazione con una grande azienda farmaceutica, un team francese ha messo a punto il metodo che permette di ottenere questa sostanza grazie al lievito. Il lievito viene usato anche per produrre insulina, l’ormone di cui sono carenti le persone affette da diabete.
Produzione di etanolo: il lievito come fonte di energia rinnovabile
Il lievito è l’organismo più adatto per ottenere alcol attraverso fermentazione su scala industriale. Il lievito produce etanolo dai glucidi (o zuccheri), mediante il processo naturale di fermentazione. Da decenni vengono condotte delle ricerche sul lievito, ma gli scienziati stanno ancora cercando di renderlo più resistente all’alcol. Con questo approccio sarà possibile aumentare il numero di opzioni di energia rinnovabile accessibile, e promuovere uno stile di vita più rispettoso dell’ambiente.
Il processo industriale di produzione del lievito
L’obiettivo dei produttori di lievito è di creare una grande quantità di cellule viventi. Dalla fase di laboratorio alle vasche industriali, si favorisce la moltiplicazione delle cellule in condizioni ottimali.
La banca dei ceppi: la selezione delle cellule di lievito
La produzione comincia in quella che viene definita la “banca dei ceppi”: il luogo in cui i diversi ceppi di cellule di lievito, espressamente selezionati per la loro capacità unica di fermentazione, vengono stoccati a una temperatura di -80 °C.
La coltura iniziale: la moltiplicazione delle cellule
Viene preparata una coltura iniziale liquida in provetta. Qualche milligrammo di lievito viene trasferito in un terreno di coltura e messo in un incubatore ad adeguata temperatura. Successivamente le cellule vengono trasferite in ambienti più grandi in modo che il loro numero aumenti. Di seguito viene “seminato” un fermentatore per ottenere la prima generazione di lievito. Il processo di semina si compie aggiungendo alle cellule diversi nutrienti, melassa (zucchero), aria e acqua, al fine di ottenere la quantità desiderata. In questo modo è possibile generare parecchie tonnellate di lievito in pochi giorni.
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Separazione e trasformazione: dalle vasche industriali al prodotto finito
Il lievito viene separato dal terreno di coltura in cui le cellule hanno potuto moltiplicarsi grazie a un separatore centrifugo. Il separatore gira molto velocemente, in modo che il lievito cada sul fondo e il terreno di coltura resti in superficie; in questo modo il processo di separazione viene facilitato.
Lievito liquido: la forma più semplice
In questa fase, si può preparare il lievito liquido dalla crema e venderlo senza ulteriori trasformazioni. Nella forma liquida, il contenuto di sostanza secca è di circa il 15-16 %.
Lievito fresco o pressato: la forma più comune
Per ottenere questa forma, la crema passa attraverso un filtro rotante (o filtro sottovuoto): una macchina aspira il liquido permettendo di ottenere uno strato sottile. Lo strato viene quindi messo in un miscelatore e compresso. Il lievito viene poi tagliato a cubetti e confezionato. Un cubetto di lievito di birra racchiude da solo svariati miliardi di cellule identiche!
Lievito secco o disidratato: la forma a lunga conservazione
Per ottenere il lievito secco o disidratato, si passa la crema una seconda volta nel filtro rotante, poi in un estrusore e in un impianto di essiccazione. Grazie a questo processo, i produttori possono estrarre ancora più acqua dallo strato.
Considerazioni sulla produzione industriale del lievito
La produzione di lievito consiste nel creare le condizioni ideali per la fermentazione e permettere alle cellule di moltiplicarsi. Tutto ciò che si chiede a questi lieviti è di costituire un'abbondante fonte di proteine e i problemi della loro produzione sono quindi tutti relativi a questo scopo: i sistemi di aerazione diventano un fattore predominante, talvolta si opera addirittura in schiuma (dove gli scambi liquido-gas sono esaltati) e si ricorre spesso a sistemi continui di produzione. Ben diverse sono le condizioni in cui si produce il lievito per la panificazione, nel quale il microrganismo (in generale Saccharomyces cerevisiae) deve essere in coltura relativamente pura. I Saccharomyces vengono coltivati in generale su mosti diluiti di melasso di bietola o in parte di canna, con un sistema discontinuo di moltiplicazione in cascata: le prime fasi della produzione sono anaerobiche, poi si ha una serie di fasi miste con successivi incrementi dell'aerazione, e finalmente una fase finale che si conduce quasi sempre ad aerazione massima. Le fasi finali consistono di operazioni della durata di 12-16 ore ciascuna in tini di grandi dimensioni, muniti di regolatori automatici delle diverse variabili e con alimentazione progressiva del liquido nutritivo.
Saccharomyces cerevisiae: il lievito più utilizzato
Saccharomyces cerevisiae, noto anche come lievito di birra o lievito del panettiere o semplicemente lievito, è la specie più comune impiegata nella produzione del pane e dei lieviti madre. Una delle caratteristiche più importanti è la sua capacità di trasformare rapidamente gli zuccheri in alcol (etanolo) e anidride carbonica sia in assenza, sia in presenza di ossigeno. Durante la panificazione l'ossigeno, presente nell'aria intrappolata nell'impasto, viene consumato in un paio di minuti dalla respirazione delle cellule di lievito che si riproducono producendo anidride carbonica, e avviene la lievitazione; in assenza di ossigeno, la riproduzione delle cellule di lievito rallenta e avviene la reazione di fermentazione.
Lievito madre: un'alternativa tradizionale
Tra tutti i tipi di lievitazione sicuramente quella ottenuta con il lievito madre dà un prodotto qualitativamente migliore, grazie alla presenza di diversi tipi di microrganismi provenienti direttamente dall'ambiente circostante che sono in grado di produrre anche altre sostanze quali, ad esempio, acido lattico e acido butirrico che migliorano il gusto e l'odore dell'impasto.