1.1 DEFINIZIONE E GENERALITÀ DEI BATTERI LATTICI

 

Batteri lattici sono definiti quei microrganismi che dalla fermentazione degli zuccheri producono prevalentemente acido lattico. Questi batteri sono essenzialmente ubiquitari e normalmente presenti nei prodotti alimentari, intervengono in numerosi processi fermentativi naturali e trovano largo uso anche a livello industriale. In particolare sono utilizzati per la produzione industriale di acido lattico, sono gli agenti della maturazione dei formaggi e dei foraggi insilati, sono insieme ai lieviti i costituenti della lievitazione dei prodotti da forno. In alcuni casi i batteri lattici possono essere responsabili di processi degradativi o patologie nell’uomo. Alcuni di loro sono batteri intestinali e possono anche essere assunti dall’uomo come probiotici (Makarova e Konin, 2007). 6 In ambito enologico sono gli agenti della fermentazione malolattica e sono anche causa di alcuni difetti del vino conosciuti con il termine “girato” o “filante” (Vincenzini et al., 2005).

Questi microrganismi possono avere forma a cocco o a bastoncello, sono Gram positivi, catalasi negativi (con l’eccezione di alcune specie del genere

 

Pediococcus), hanno cellule non mobili e non formano spore, sono anaerobi o microaerofili, cioè si moltiplicano bene in assenza totale o parziale di ossigeno, anche se molto di essi lo tollerano senza utilizzarlo nei processi di produzione di energia.

I batteri lattici enologici non sono in grado di utilizzare l’azoto inorganico e non possiedono attività proteolitica quindi non possono utilizzare le proteine, per questi motivi nel mezzo di coltura essi devono trovare miscele di aminoacidi o peptidi. Richiedono inoltre la presenza di molte vitamine come la biotina, la riboflavina e la tiamina in varie combinazioni e in modo diverso a seconda della specie. Tra i batteri lattici troviamo specie termofile e mesofile, le prime non hanno interesse enologico in quanto non sono in grado di crescere nel vino.

Il pH ottimale varia da 7 e 5 ma le specie di interesse enologico sono quelle che riescono a crescere ai pH bassi dei vino che può raggiungere anche il valore di 3 unità. La definizione di batteri lattici si basa sostanzialmente sulla loro biologia più che sulla tassonomia, si tratta infatti di una classificazione funzionale. Questo taxa che appartiene al phylum Firmicutes, classe Bacilli e ordine Lactobacillales, include una varietà di generi tra cui alcuni di particolare rilevanza a livello industriale come Lactococcus, Enterococcus, Oenococcus, Pediococcus, Streptococcus,

 

Leuconostoc e Lactobacillus (Makarova et al., 2006). Il grande interesse industriale verso questi microrganismi ha spinto notevolmente la ricerca in questo campo negli ultimi anni e infatti sono già 18 i genomi di batteri lattici sequenziati (che coprono 14 specie diverse) di cui il primo è stato quello di Lactobacillus

 

plantarum nel 2003 (Kleerebezem et al,. 2003). Le numerose informazioni acquisite grazie alla conoscenza del genoma di questi microrganismi, hanno permesso di effettuare degli studi avanzati di filogenesi e genomica evolutiva. In particolare il recente sequenziamento dei genomi di molte specie dell’ordine Lactobacillales ha aperto un dibattito sulla tassonomia di questo gruppo di batteri lattici. In un recente studio è stata dimostrata con tecniche 7 di genomica e ibridazione DNA-DNA, l’origine polifiletica di alcune delle specie appartenenti all’ordine Lactobacillales, per le quali è stato proposto un percorso evolutivo che li organizza in 3 gruppi. Le relazioni filogenetiche così ricostruite individuano il gruppo L. casei-Pediococcus, un gruppo L. delbrueckii e un gruppo

 

Leuconostoc, mentre il gruppo Steptococcus-Lactococcus risulta completamente separato dagli altri (figura 1.1). I primi due gruppi sarebbero gruppi fratelli che si sono separati nell’evoluzione successivamente alla biforcazione che ha originato il gruppo Steptococcus-Lactococcus (Makarova et al., 2006).

 

1.2 METABOLISMO DEI BATTERI LATTICI

I batteri lattici hanno un metabolismo esclusivamente fermentativo anche in presenza di ossigeno. L’assenza della catalasi provoca l’impossibilità di degradare le forme tossiche dell’ossigeno come il perossido d’idrogeno che si forma durante il metabolismo ossidativo (respirazione), per questo molti batteri lattici sono anaerobi, ma alcune specie riescono comunque a inattivare il perossido e pertanto possono essere definiti aerotolleranti o microaerofili. Dal punto di vista nutrizionale i batteri lattici hanno esigenze complesse: necessitano di una fonte di carbonio generalmente glucosio, richiedono vitamine, elementi minerali come manganese e magnesio utilizzati come cofattori del metabolismo, e una fonte di azoto.

 

1.2.1 Metabolismo degli zuccheri

I batteri lattici possono metabolizzare gli zuccheri esosi come glucosio o i pentosi come ribosio, arabinosio, xilosio, ramnosio. Il metabolismo degli esosi segue due vie enzimatiche, la via omofermentativa e quella eterofermentativa a seconda della specie batterica, che portano a differenti prodotti finali e hanno una diversa resa energetica. Il metabolismo dei pentosi segue in tutti i batteri lattici un’unica via metabolica detta dei pentosi fosfati.

 

1.2.1.1 Metabolismo omofermentante degli esosi

I batteri omofermentanti degradano il glucosio attraverso la via glicolitica con formazione del piruvato che viene poi ridotto ad acido lattico per opera della lattato deidrogenasi, con la contemporanea ri-ossidazione del coenzima NADH. Con questa via metabolica per ogni mole di glucosio si producono 2 moli di acido lattico e si ottiene una resa energetica di 2 moli di ATP (Vincenzini et al., 2005). In figura 1.2 è illustrata la via omofermentante di degradazione del glucosio.

1.2.1.2 Metabolismo eterofermentativo degli esosi

Nei batteri eterofermentanti la via fermentativa degli esosi non segue la glicolisi ma la via dei pentosi fosfati poiché mancano dell’enzima aldolasi (enzima della glicolisi che catalizza la scissione del fruttosio difosfato nei due trioso fosfati). Nella via dei pentosi fosfati la reazione chiave è la scissione dello xilulosio in gliceraldeide 3-fosfato e acetil fosfato, catalizzata dall’enzima fosfochetolasi. La gliceraldeide 3-fosfato viene poi metabolizzata a acido lattico seguendo la via omofermentativa; l’acetil-fosfato invece viene normalmente ridotto ad etanolo con contemporanea ri-ossidazione del coenzima NADH (vedi figura 1.3). In condizioni aerobiche invece può essere convertito ad acetato mentre il coenzima NADH viene riossidato tramite la riduzione del fruttosio a mannitolo. I batteri etero fermentanti da una mole di glucosio formano una miscela equimolare di acido lattico, anidride carbonica e etanolo con una resa energetica in ATP di una sola mole (Vincenzini et al., 2005).

1.3 I BATTERI LATTICI PIÙ FREQUENTI IN AMBITO BIRRAIO

La birra rappresenta un mezzo nutritivo che può permettere lo sviluppo dei batteri lattici grazie alla presenza di aminoacidi, vitamine (rilasciate dai lieviti a fine fermentazione alcolica) e composti fermentescibili come, zuccheri residui. I batteri lattici  in grado di svilupparsi nella birra  con valore positivo, sono solo una piccola parte rispetto alla moltitudine di quelli presenti in ambito alimentare. Le condizioni selettive dell'ambiente birra seleziona i più idonei che rimarranno presenti e che acquisteranno il nome "SPOILAGE" ovvero alteranti. I generi comunemente presenti nella birra sono i seguenti: Lactobacillus,

 Pediococcus.

1.3.1 Genere Lactobacillus

Comprende batteri lattici di forma bastoncellare, con dimensioni che variano da 1- 10 µm di lunghezza. Questo genere viene convenzionalmente suddiviso in 3 gruppi: omofermentanti obbligati eterofermentanti facoltativi e eterofermentanti obbligati. Il gruppo degli omofermentanti obbligati comprende microrganismi che fermentano gli esosi con produzione di solo acido lattico. Di questo gruppo fanno parte le specie L. delbrueckii, L. acidophilus, L. helveticus e L. mali che rappresenta l’unica specie di interesse enologico del gruppo (Vincenzini et al., 2005). Il gruppo degli eterofermentanti facoltativi è costituito da lattobacilli che formano acido lattico per fermentazione degli esosi ma in carenza di zuccheri sono anche in grado di produrre acido acetico, etanolo e acido formico. Inoltre essi fermentano anche i pentosi con produzione di acido lattico e acetico. Nei mosto e e nei vini si ritrovano le specie L .plantarum, L. casei, L. paracasei, L. pentosus. L’ultimo gruppo comprende lattobacilli eterofermentanti obbligati che fermentano gli esosi con formazione di acido lattico, acido acetico, anidride carbonica; inoltre essi fermentano i pentosi con produzione di acido lattico e acido acetico. In questo gruppo troviamo le specie L. fermentum, L. brevis, L. collinoides, L. hilgardii,

L.fructivorans (Vincenzini et al., 2005).


 

1.3.2 Genere Pediococcus Questi microrganismi sono omofermentanti Le cellule hanno forma di cocco con dimensioni di circa 1-2µm. La divisione cellulare avviene contemporaneamente su due piani perpendicolari generando dei caratteristici tetradi composti da 4 cellule (Ribereau-Gayon et al., 2003). Si tratta di specie omofermentanti che hanno come optimum di temperatura 25°C e di pH tra 3,5 e 6,2. Sono microrganismi tipici dei vegetali e dei cibi fermentati e contaminanti della birra (Dobson et al., 2002). Di questo gruppo sono state riscontrate in vino le specie P. damnosus, P.

parvulus, P. pentosaceus (Vincenzini et al., 2005). Nel vino queste specie causano l’alterazione denominata filante, dovuta alla produzione di polisaccaridi extracellulari come i composti D-glucanici. La specie

P.parvulus è tra i batteri responsabili dell’alterazione detta amarore del vino, dovutra alla produzione di acroleina dalla degradazione del glicerolo. In particolare P.damnosus è molto diffuso negli alimenti dove è responsabile di contaminazioni soprattutto nella birra e nel vino (Vincenzini et al., 2005).

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Reference

- Microbiologia delle fermentazioni II, [Angiolella Lombardi]

- Vincenzini M., Romano P., Farris G.A.(2005) Microbiologia del vino. Edizioni Ambrosiana.

Ribéreau-Gayon P., Dubourdieu D., Doneche B., Lonvaud A. (2003) Trattato di enologia Volume 1 Maturazione dell’uva, fermentazione alcolica, vinificazione, Ed agricole.

- Kleerebezem M., Boekhorst J., van Kranenburg R., Molenaar D., Kuipers O. P., Leer R., Tarchini R., Peters S. A., Sandbrink H. M., Fiers M. W. E. J., Stiekema W., Lankhorst          R. M . K., Bron P. A., Hoffer S. M., Nierop Groot M. N., Kerkhoven R., de Vries M., Ursing B., de Vos W. M. e Siezen R. J., (2003). Complete genome sequence of

   Lactobacillus  plantarum WCFS1. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 100:1990-1995.

Makarova K. e Koonin E. (2007) Evolutionary genomics of lactic acid bacteria.
   Journal of bacteriology 189(4):1199-1208