Microrganismi utili nella fermentazione, presentazione UniSR

Università San Raffaele Roma

www.unisanraffaele.gov.it Professore Maria Luisa Savo Sardaro

Microrganismi Utili nella Fermentazione 3T

Università San Raffaele Roma Maria Luisa Savo Sardaro

Eumiceti

• 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).

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Riproduzione dei Miceti

1) Riproduzione asessuata 2) Riproduzione sessuata I due tipi di riproduzione spesso si alternano nel ciclo vitale di uno stesso micete.

a a Asexual reproduction (mitosis) a 88 Haploid 1 a Germination Mating 3 Ascospores (haploid) Cell fusion Ascus Asexual reproduction (mitosis) Meiosis 88 Nuclear fusion Diploid

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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

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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

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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 um)

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Muffe: Struttura

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.

RAMIFICAZIONE ED ANASTOMOSI IFALE TUBULO GERMINATIVO CONIDIO O SPORA INIZIO DI RAMIFICAZIONE フ ACCRESCIMENTO DELLA COLONIA

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Muffe: Tipi di Ife

Le ife si distinguono in: cenocitiche e settate, mono- o pluri-nucleate. Nelle muffe l'insieme delle ife costituisce il micelio.

Ism sp A Ma Mvi Micelio aereo (funzione replicativa) Micelio vegetativo (funzione nutritiva)

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Phylum dei Funghi

Chytridiomycota

• 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

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

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Phylum dei Funghi: Ascomycota e Basidiomycota

Ascomycota

• 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

• 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.

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Caratteristiche delle Muffe

• La> parte sviluppa tra 15-30℃ (ottimale 20-25℃)
• Alcune psicrofile o criofile (<5℃)
• Alcune termofile (anche a 50℃)
• 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

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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)

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Muffe del Genere Penicillium

Genere Penicillium:

• Penicillium camemberti (Camembert)
• Penicillium nalgiovense (salumi)
• Penicillium chrysogenum
• Penicillium verrucosum var cyclopium
• Penicillium gladioli (salami)
• Penicillium roqueforti (Gorgonzola e Roquefort)

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Termoresistenza delle 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

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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

BLASTOCELLULA GERMINAZIONE SETTO IFA 8 8,1 GEMMAZIONE 8 0800 PSEUDOIFA

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Importanza Alimentare dei Funghi

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)

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Lieviti del Genere Saccharomyces

• Genere Saccharomyces:
  • Saccharomyces cerevisiae: pane, vino, birra
  • Saccharomyces bayanus
  • Saccharomyces pastorianus: birra
  • Saccharomyces carlsbergensis: birra
  • Saccharomyces unisporus

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Metabolismo dei Lieviti

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 in modo 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.

Generi di Lieviti

Generi AEROBI OBBLIGATI: non utilizzano glucosio in Rhodotorula, Rhodosporidium, Saccharomycopsis, assenza di O: Cryptococcus, Sporobolomyces, Lipomyces ANAEROBI FACOLTATIVI: utilizzano glucosio in presenza e in assenza di O; Candida, Yarrowia, Hansenula, Kluyveromyces, Saccharomyces, Schizosaccharomyces Brettanomyces

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Produzione di Energia: Respirazione e Fermentazione

Due principali modi per usare il piruvato per ulteriore produzione di energiasono:

Respirazione Aerobica

Respirazione Aerobic respiration Sugar Glucose-G-phosphate NAOH Oxygen Erton CO CO. ATP

Fermentazione Anaerobica

Fermentazione Anaerobic fermentation Supy Glucose-6-phosphate Capteral Triose phosphates Pyruvate 1 co. Ethanol Ethanol + co CO2 Succinate Vediamo come ... Respirazione energeticamente più vantaggiosa Respirazione e Fermentazione sono regolate da ·glucosio e ·ossigeno Prodotti di fermentazione

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Regolazione della Respirazione e della Fermentazione

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: L'Effetto Pasteur; L'Effetto Crabtree (anti-pasteur)

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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

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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

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