La fermentazione lattica è un processo biologico che si verifica nei batteri dell’acido lattico (LAB) e costituisce una strategia di sopravvivenza. Attraverso questo processo i batteri dell’acido lattico ottengono l’energia necessaria per il loro metabolismo e la riduzione del pH attraverso la sintesi di acido lattico. Un ambiente acido rende infatti l’ambiente inadatto ad altri microrganismi.
Nell’uomo l’acido lattico è un sottoprodotto dell’attività anaerobica dei muscoli che si riversa nel sangue attraverso cui raggiunge il cuore che lo usa come combustibile, i reni e il fegato che lo trasformano in glicogeno.
Nel corso di un esercizio fisico intenso e prolungato i muscoli producono una quantità di acido lattico maggiore di quanto ne occorre all’organismo. In tal caso la concentrazione di acido lattico nel sangue aumenta e si verificano affaticamento, incapacità locale allo sforzo e bruciore.
Per allontanare l’acido lattico prodotto in eccesso è necessario un percorso chimico che richiede ossigeno. Di conseguenza, dopo uno sprint veloce, un corridore dovrà fornire ossigeno alle cellule con un respiro profondo.
Uno sforzo intenso che dura solo pochi secondi può richiedere diversi minuti di respirazione profondo per fornire abbastanza ossigeno alle cellule per eliminare l’accumulo di acido lattico.
Reazioni chimiche della fermentazione lattica
La fermentazione lattica è un tipo di fermentazione anaerobica in cui il glucosio o altri zuccheri sono convertiti in acido lattico. Questo processo avviene in due stadi: nel primo stadio avviene la glicolisi da cui si ottiene piruvato base coniugata dell’acido piruvico.
Nel secondo stadio il piruvato è convertito il lattato base coniugata dell’acido lattico.
Nel corso della glicolisi, da una molecola di glucosio si ottengono due molecole di piruvato secondo la reazione complessiva:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 NADH + 2 C3H4O3 + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+
Nella reazione, che avviene in molte fasi, si ha un guadagno netto di 2 ATP. Gli elettroni sono trasferiti a due molecole NAD+ con formazione di due molecole di NADH.
Quando le cellule generano grandi quantità di ATP attraverso il processo di glicolisi, consumano rapidamente le molecole NAD+ disponibili. Una volta che tutte le molecole di NAD+ sono convertite in NADH, non si ha più produzione di ATP. Senza ossigeno non può avvenire il ciclo di Krebs e si interrompe la catena di trasporto degli elettroni.
In assenza di ossigeno le cellule convertono il NADH in NAD+attraverso la fermentazione lattica che avviene con la trasformazione del piruvato in lattato. La reazione avviene grazie all’enzima lattato deidrogenasi (LDH) appartenente alla classe delle ossidoreduttasi che prende parte alla via metabolica anaerobica.
La funzione dell’enzima citoplasmatico presente in quasi tutti i tessuti e ad alte concentrazioni nei muscoli, nel fegato e nei reni è quella di catalizzare la conversione reversibile del lattato in piruvato con la riduzione del NAD+ in NADH e viceversa
La reazione è spontanea e la variazione di energia libera di Gibbs è minore di zero.
Applicazioni industriali della fermentazione lattica
La fermentazione lattica ha applicazioni industriali, ad esempio nella produzione di yogurt, sottaceti, capperi e pane. Inoltre, l’acido lattico prodotto dalla fermentazione lattica è utilizzato come conservante, acidificante e additivo alimentare in vari prodotti.
Nelle applicazioni industriali, la fermentazione lattica può essere indotta attraverso l’aggiunta di colture di batteri lattici specifici al substrato desiderato. Questi batteri, come ad esempio Lactobacillus, Streptococcus e Pediococcus, sono selezionati per la loro capacità di convertire gli zuccheri in acido lattico.
Il processo di fermentazione avviene naturalmente ma, in altri casi, è avviato fornendo condizioni favorevoli per la crescita dei batteri lattici, come temperatura controllata, umidità, pH adeguato e la presenza di nutrienti necessari. Inoltre, può essere necessario fornire un’adeguata agitazione o aerazione per garantire una distribuzione uniforme dei batteri e degli zuccheri nel substrato.
Le condizioni specifiche per indurre la fermentazione lattica possono variare a seconda dell’applicazione industriale e del prodotto finale desiderato. Il controllo di questi parametri è fondamentale per ottenere un processo di alta qualità e un prodotto finale sicuro ed efficace.