LA FERMENTAZIONE

25/04/202022/06/2020 Homebrewers Gorizia Associazione 0 commenti FERMENTAZIONE

La fermentazione è utilizzata dall’uomo da almeno 10.000 anni nella sua alimentazione, dal vino alla birra, dal pane allo yogurt, al formaggio. Tuttavia per millenni l’umanità lo ha fatto in modo inconsapevole, senza sapere cosa succedesse e perché, a parte il risultato finale. La parola è antica, deriva dal latino fermentum, dalla radice del verbo fervere che significa muoversi, bollire. Nasce dall’osservazione di quanto succede in modo chiaramente visibile durante il processo: il pane lievita, si gonfia e si espande, il vino (o la birra) bolle. Ma cosa pensavano nel passato di questo fenomeno? Se cerchiamo dei riferimenti nei testi agrari , dall’antichità all’Ottocento, non si parla o non ci si chiede granché sul perché e come succede. Piuttosto si trovano indicazioni di lavoro pratico, utili a favorire il processo. Questo è naturale: i testi agrari nel passato erano per lo più rivolti ai lavoratori delle campagne di un certo rango, in particolare ai fattori. Nelle epoche più antiche si ignora del tutto il problema (almeno, per quanto ci è dato sapere). Nei testi del Sette-Ottocento si liquida la faccenda con la frasetta: “(il mosto) bolle per sua natura“. Quindi, succede e basta, non stiamo a chiederci il perchè! Queste domande erano lasciate più ai filosofi e poi agli scienziati, che però incontreremo più tardi. Scopriamo così che qui iniziano a comparire le prime vere e proprie interpretazioni della fermentazione.

Dopo le epoche più antiche, le prime interpretazioni sul processo di fermentazione in sé compaiono solo nell’era degli alchimisti-scienziati, il Seicento. È il momento storico in cui, pur mescolando ancora aspetti oscuri a una primitiva scienza sul nascere, l’investigazione sul mondo si fa comunque più profonda e curiosa. La comprensione di questo processo iniziò con l’osservazione del fatto che con la fermentazione si forma una sostanza che prima non c’era: l’alcol (anche se allora non era chiamata così). L’identificazione di questa sostanza (in senso molto generico) trova le sue radici nella distillazione e nell’alchimia.

Figura 1 - L’alchimia è stato un miscuglio di conoscenze pratiche e di scienza sperimentale, frammiste a numerosi aspetti mistici e magici. Trova le sue radici nell’antichità greca ed egiziana, per affinarsi soprattutto nel Medioevo dal VIII secolo, prima presso la cultura araba e poi nell’Occidente cristiano, aprendo la strada alle prime conoscenze chimiche.

Nel XIII secolo il filosofo e vescovo tedesco Alberto Magno parla nei suoi scritti di “aqua ardens” ottenuta dalla distillazione del vino, così leggera da galleggiare sull’olio. Aqua ardens, spirito ardente e spirito di vino sono tra i termini più usati per secoli per indicare l’alcol o una soluzione idroalcolica più o meno concentrata. Spirito deriva dal latino “spiritus” che significa soffio, respiro, spirito vitale e, per estensione, esalazione. Il termine alcol verrà più tardi. Il distillato da bere era indicato in questo periodo col termine generico di acquavite, qualunque fosse la materia di partenza. Il primo testo che descrive dettagliatamente come produrre acquavite da vino con un sistema a doppia fermentazione è del 1276 (nel codice vaticano Consilia). Si deve al medico fiorentino Taddeo Alderotti, uno dei più famosi del suo tempo, citato anche nel Paradiso di Dante (12:82-85). Inizialmente era effettuata solo nei monasteri ma, da lì a un secolo, la produzione di acquavite divenne sempre più popolare. Fu diffusa soprattutto grazie al trattato del medico padovano Giovanni Michele Savonarola (1385-1468), il “De conficienda Aqua Vitae”, che spiegava come prepararla (questo Savonarola è il nonno del più celebre frate domenicano Girolamo Savonarola). Quindi dalla pratica empirica della distillazione, sempre più perfezionata, nacque l’identificazione della sostanza che caratterizza il vino dal mosto. Sulla base di queste conoscenze, nel Seicento, troviamo i primi tentativi di interpretazione della fermentazione. Il Seicento è un’epoca che rappresenta uno spartiacque nella storia dell’umanità e della scienza, grazie alla nascita del metodo sperimentale. Questo permetterà di superare nel tempo il principio d’autorità e di distaccarsi via via dagli aspetti mistici e magici dell’alchimia.

Figura 2 - Questo schema sintetizza in modo molto semplificato i diversi approcci al sapere scientifico della storia. Galileo Galilei è stato uno dei principali esponenti di questa incredibile rivoluzione che separa nettamente ciò che è scienza da ciò che è solo opinione o credenza e che ha cambiato il modo dell’umanità di capire il mondo. Non è che prima di lui nessuno avesse mai pensato di fare esperimenti, tuttavia con lui questo modo di agire diventa sistematico e preciso. Nell’antichità la conoscenza dei filosofi era di natura essenzialmente speculativa, cioè basata sul ragionamento: un sistema sicuramente efficace per diversi aspetti ma estremamente limitante per conoscere la natura, il mondo. Dal Medioevo al Seicento vigeva soprattutto il principio dell’autorità, contro cui Galileo si scontrò duramente. Si poteva porre fine ad ogni discussione riferendosi al parere di una qualche fonte autorevole, quali autorità religiose (gli scritti sacri o dei Padri della Chiesa) o riferimenti culturali come Aristotele. Galileo introdusse, con altri, il sistema sperimentale. Per Galileo osservare e sperimentare significa interrogare il grande libro della natura. Scrisse: «…I discorsi nostri hanno a essere intorno al mondo sensibile, e non sopra un mondo di carta.»

Naturalmente non si è trattato di un taglio netto. Per ancora qualche secolo si rimase in un mondo di mezzo, in bilico fra razionalità e pensiero magico, con diverse figure di scienziati già lanciate avanti e molti ancora legati al passato. Anche gli scienziati ricordati oggi per importanti scoperte e contributi portavano ancora in sé (chi più, chi meno) aspetti magici o irrazionali. Alla fine del Cinquecento il grande medico e chimico vicentino Angelo Sala (1576 – 1637) fece i primi studi sulla formazione di alcol dai mosti in fermentazione. E’ considerato il fondatore della chimica degli zuccheri.

Fu definito nel Settecento come “primus chemicorum, qui desiit ineptire”: il primo dei chimici che smise di essere sciocco.

Più tardi il medico e filosofo fiammingo Johannes Baptiste van Helmont (1580-1644), discepolo (e critico) di Paracelso, ammiratore del nuovo metodo sperimentale, fu fra i primi ad ipotizzare che la fermentazione fosse un processo di natura chimica, mediato da non ben precisati intermediari. Per van Helmont la realtà è costituita da “minima naturalia”, elementi piccolissimi, corpuscoli alla base di tutta la materia. Le reazioni chimiche, che chiama tutte abbastanza indistintamente “fermentazioni “ o “effervescenze”, sono addizioni o sottrazioni di queste particelle. Alla base delle reazioni c’è un principio spirituale che attua attraverso dei “fermenti”, dei mediatori non identificati. Oltre a questo, van Helmont riconobbe che il gas che si libera nella fermentazione è lo stesso che si ottiene bruciando del carbone, chiamato all’epoca gas silvestre (perché derivante dalla combustione di materia vegetale). Oggi lo chiamiamo anidride carbonica. Un altro esponente di questo mondo in bilico fra scienza nascente ed alchimia è Nicolas Lémery (1645-1715), studioso francese che, nella seconda metà del Seicento, considerava cinque sostanze alla base delle cose naturali: Acqua, Spirito, Olio, Sale e Terra. La sua opera “Corso di chimica” (1687) ebbe una grande fortuna e fu considerata a lungo un testo di riferimento.

Il primo a descrivere in modo chiaro cosa succede durante la fermentazione fu Antoine-Laurent de Lavoiser (1743-1794) nel suo “Trattato elementare di chimica” del 1789. Lavoisier è una di quelle figure che hanno cambiato la storia. E’ riconosciuto come il “padre della chimica moderna” che, grazie a lui, si distaccò completamente dall’alchimia. Lavoisier diede le basi alla chimica moderna: scoprì il ruolo dell’ossigeno nella combustione e ossidazione dei metalli (archiviando la teoria alchemica del flogisto), enunciò il principio di conservazione della massa nelle reazioni («Rien ne se perd, rien ne se crée» “Nulla si perde, nulla si crea”), fondò la chimica moderna su basi quantitative, introducendo l’uso di strumenti di precisione, riformò la nomenclatura delle sostanze chimiche. Durante la rivoluzione Lavoiser non volle abbandonare la Francia nonostante fosse nobile ed avesse un’agenzia di esattoria delle tasse.

Fu processato da un tribunale rivoluzionario a cui chiese la grazia. Sembra che il Giudice abbia risposto che “la Rivoluzione non ha bisogno di dotti”. Così fu ghigliottinato a Parigi nel 1794, all’età di 51 anni. La società internazionale e scientifica dell’epoca rimase sconvolta dell’accaduto. È passata alla storia la frase che disse il matematico Lagrange quando seppe della sua morte “Ci è voluto solo un istante perché gli staccassero la testa, ma non basterà un secolo perchè la Francia ne abbia un’altra così”. Con lui si inizia a parlare di alcol e non più di spirito di vino. Infatti riteneva questo termine poco adeguato perché questa sostanza poteva formarsi non solo dal vino, ma anche dal sidro o dallo zucchero.

La parola alcol deriva dall’arabo al-ko-ol. In origine si riferiva alla polvere finissima e nera che le donne usavano per truccarsi gli occhi. Da qui, nell’alchimia araba, venne usato per indicare un qualsiasi composto in polvere sottilissima e così passò anche nel Medioevo Occidentale. Venne poi utilizzato per indicare l’essenza più pura di una sostanza. Sembra che il primo ad usare il termine alcol nel senso moderno fu Paracelso (Theopharst Bombast von Hohenheim, 1493-1541) fra i più noti medici alchimisti della sua epoca.

Figura 3 – Particolare del celebre ritratto che David fece a Lavoisier e la moglie. Marie-Anne Pierrette Paulze, moglie di Lavoiser, fu sua collaboratrice, tradusse per lui opere scientifiche dall’inglese e illustrò i suoi libri. Per molti studiosi Marie-Anne Paulze potrebbe essere una delle tante scienziate “nascoste” della storia, vissuta in un’epoca (e in una classe sociale) che non la riconobbe tale in quanto donna.

Lo introdusse però nell’uso comune scientifico Lavoisier. Infatti egli viene ricordato anche per la sua importante riforma della nomenclatura della sostanze chimiche, alla base di quella moderna. Volle passare dai termini oscuri e vaghi di origine alchemica ad altri più concisi e razionali. Riprodusse quindi sperimentalmente il processo con zucchero sciolto in acqua tiepida, per poi stimare in modo molto preciso le quantità di sostanze fermentate e dei prodotti ottenuti, determinandone anche la composizione. Fu il primo a scrivere una reazione chimica come una equazione. Scrisse: “in questi esperimenti, noi possiamo assumere che esiste un reale equilibrio o equazione tra gli elementi da cui si parte e quelli ottenuti alla fine della reazione”. Le misure non erano proprio precisissime (dati anche i limiti degli strumenti dell’epoca) ma fu una vera e propria rivoluzione per la chimica. Egli descrisse come lo zucchero si sdoppiasse in due parti, e che la fermentazione consistesse nell’ossigenazione di una di esse a spese dell’altra con formazione di una sostanza combustibile, l’alcol. Dimostrò che la trasformazione non era quantitativamente esatta perché si formano anche altri prodotti secondari.

La formula della reazione fu poi definita in modo quantitativamente più preciso nel 1810 dal chimico francese Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850), grazie al perfezionamento ulteriore degli strumenti di misura. La strada era ormai aperta: da allora in poi i chimici affinarono sempre più le conoscenze sulla reazione, arrivando a definirla con estrema precisione. Tuttavia mancava ancora un passaggio fondamentale: all’epoca di Lavoisier non esisteva ancora la chimica organica e non si era ancora riusciti a rispondere ad una domanda fondamentale:”chi opera tutto questo e perché?”

Questa domanda sorse spontanea anche a Vincenzo Dandolo, traduttore italiano (contemporaneo) delle opere di Lavoisier che, oltre a tradurre, fece anche numerose annotazioni al testo. Lavoisier infatti, nel descrivere i suoi esperimenti, racconta che allo zucchero aggiunge lievito di birra. Dandolo annota che quest’ultimo è “formato ordinariamente dal sedimento della birra stessa”. Dandolo si chiede “perché, come opera il lievito di birra? Dunque la teoria dell’autore sulla fermentazione dello zucchero non è ben determinata. Dunque il lievito diventa sostanza essenziale ed indispensabile per effettuare una completa fermentazione, tuttoché vi siano acqua, calore e zucchero”.

A quel tempo si sapeva già del lievito? No, si usava questo termine per indicare un qualcosa che empiricamente si era visto utile a facilitare la fermentazione. Già dalle epoche più antiche si era visto che aggiungendo dei sedimenti della fermentazione (o un po’ di pasta di pane lievitata nel caso della panificazione) il processo partiva con maggior facilità. Tuttavia a fine Settecento, pur avendo definito di massima cosa succede, non si aveva ancora idea del perchè. Si chiede ancora Dandolo: “Qual principio fermentante introduce questa sostanza, o qualunque altra atta a promuovere questa prima notabile alterazione? Questo fenomeno sarebbe forse da riferirsi all’azoto che il lievito contiene? Se sì, come opera l’azoto? ” Afferma che i lieviti usati tradizionalmente sono di due specie: 1. “corpi sommamente putrescibili contenenti azoto”, raccontando come alcuni agevolano la fermentazione buttando nel tino pezzi di carne. Inoltre racconta come i Cinesi, per stimolare la fermentazione di un decotto di avena e orzo, ci aggiungano escrementi. 2. “Corpi che contengono molto ossigeno come acidi, sali neutri, creta, ossidi metallici, ecc.“ Al di là di questi aneddoti e teorie, per molti all’epoca (come per lo stesso Dandolo) il lievito era un qualche composto chimico. Solo Pasteur, nella seconda metà dell’Ottocento, mise fine a questa lunghissima diatriba, identificandolo in un organismo vivente. Tuttavia il lavoro di Pasteur non nacque dal nulla e fu un traguardo molto difficile e molto controverso.

All’inizio dell’Ottocento si era arrivati a comprendere a grandi linee cosa succede chimicamente nella fermentazione, ma non si sapeva ancora il perché. Questa non è una domanda da poco. Le fermentazioni non partivano oppure s’arrestavano inspiegabilmente.

Era essenziale capire il perchè ed approfondire ancor di più il processo.Si continuava a cercare una spiegazione sul perché della fermentazione solo da un punto di vista prettamente chimico. La teoria presa in maggior considerazione, qualche anno più tardi, fu quella del famoso chimico tedesco Justus von Liebig. Egli ipotizzò che la reazione avvenisse per via del moto delle molecole. Questo causerebbe degli scontri che portano ad un disequilibrio nelle forze che tengono insieme la molecola di zucchero, ottenendo come risultato la sua decomposizione in sostanze più semplici. Una spiegazione puramente chimica era la più accettabile e lineare col pensiero di quel tempo. All’epoca si conosceva già l’esistenza dei microrganismi, ma non erano presi molto in considerazione. Anche quando alcuni primi studi sembrarono dimostrare un ruolo dei microrganismi nelle fermentazioni, ci volle diverso tempo perchè fossero accettati.

Il pensiero dominante dell’epoca era che i microrganismi fossero un mondo a parte, da non prendere in considerazione, un universo in miniatura che non poteva avere influenza sul nostro. Inoltre da secoli predominava il cosiddetto vitalismo, già accennato rapidamente con van Helmont. Secondo questo pensiero, largamente diffuso, le leggi chimico-fisiche (che erano via via scoperte) riguardavano essenzialmente la materia inanimata, solo secondariamente gli esseri viventi. Si continuava a credere che i fenomeni della vita avessero proprietà particolari (dette “psico-chimiche”) e che fossero governati da leggi proprie. Nell’Ottocento c’erano ancora molti strascichi in questo senso, nonostante l’avanzare delle conoscenze. Ad esempio, a lungo si credette che le sostanze proprie degli esseri viventi (come grassi o zuccheri) potessero derivare esclusivamente da organismi viventi. Per questo una delle grandi rivoluzioni dell’Ottocento fu capire senza più ombra di dubbio l’importante nesso fra vita e chimica (dando il via alla nascita della biochimica). L’esistenza di un mondo microscopico, già ipotizzata da alcuni, fu dimostrata per la prima volta dall’olandese Anton van Leeuwenhoek nel XVII secolo. Riuscì a perfezionare i primi microscopi, ottenendo un ingrandimento mai visto prima (fino a 270 volte). Con questo strumento riuscì ad osservare per la prima volta dei microrganismi nel 1676. Ipotizzò che fossero esseri viventi perché si muovevano e li chiamò “animalcula”, cioè piccoli animali.

La scoperta del mondo piccolo non fu però accettata subito da tutti, per lo meno non con questa interpretazione. Ancora nel Settecento c’era chi credeva che gli animaletti di van Leeuwenhoek non fossero altro che particelle vitali fuoriuscite da materia morta. Infatti, in linea col vitalismo, si credeva che la vita, soprattutto quella di certi animali “inferiori” (insetti, vermi o pidocchi), derivasse da materia inanimata che prendeva vita grazie a delle particelle, “atomi” vitali indistruttibili ed immortali, alla base anche delle attività fisiologiche degli esseri viventi. Alla morte dell’animale queste particelle tornavano in libertà e si ricombinavano con la materia inorganica per generare altri esseri viventi. Facciamo un ulteriore salto all’indietro, perché questi concetti nascono e si ricollegano ad un pensiero antichissimo, avallato da Aristotele e da tanti altri dopo di lui, trasversale fra le più diverse culture: la famosa teoria della generazione spontanea. Secondo questa teoria gli esseri viventi “inferiori” originano dalla materia inanimata che viene “attivata” in determinate

condizioni. Testi dell’antica Cina riportano come le mosche nascano dal sudore. Per i babilonesi i vermi nascevano dal fango. Nel Medioevo e nei secoli successivi si credeva che i topi e altre bestie simili nascessero dallo sporco, dal sudore o dalla materia putrescente. La teoria della generazione spontanea venne per la prima volta messa in discussione per mosche, larve o altre insetti, dai celebri esperimenti del medico e letterato italiano Francesco Redi (1668), basati sul metodo sperimentale.

Figura 7 - Francesco Redi fu il primo a confutare la teoria della generazione spontanea, usando il metodo scientifico sperimentale, sulla scia di Galileo Galilei. A differenza di quanto si credeva al suo tempo, formulò l’ipotesi che le larve delle mosche non nascessero spontaneamente nella carne putrida, ma che derivassero da uova deposte da individui adulti. Per dimostrarlo mise a punto un esperimento che è rimasto nella storia. Pose dei pezzi di carne in alcuni contenitori aperti e altri in contenitori chiusi. Dopo un po’ poté verificare che le larve nascevano solo nella carne nei contenitori aperti, dove le mosche erano potute entrare. Per fugare il dubbio sul fatto che nei contenitori chiusi fosse mancata l’aria, ripetè l’esperimento con dei vasi chiusi con una reticella. Anche in questo caso osservò l’assenza di larve nella carne. Viceversa ne vide comparire alcune sulla reticella, dove si erano posate le mosche.

Le sue dimostrazioni aprirono un ampio e lungo dibattito, con sostenitori e detrattori. Tuttavia, se non più applicabile per insetti, la teoria tornò alla ribalta con la scoperta degli “animalcula“. A questo contribuì il lavoro del naturalista inglese John Turberville Needham che, all’epoca, ebbe una grande eco. Nel 1745 pubblicò i risultati di una serie di esperimenti che sembravano dimostrare in modo scientifico la fondatezza della generazione spontanea per questi piccoli esseri (in “New microscopical Discoveries”).

Figura 8 - L’esperimento di Needham si svolse con fiaschi pieni di liquido dove venivano lasciati a macerare pezzi di carne e vegetali, detti infusi. Gli esseri piccolissimi erano per questo chiamati all’epoca “infusori”. Needham scaldò alcuni fiaschi, per eliminare tutti gli infusori presenti, e poi li lasciò raffreddare, lasciandoli sempre aperti. Dopo qualche giorno esaminò al microscopio il contenuto e vi ritrovò nuovamente gli infusori. Da qui dedusse che, avendo eliminato col calore ogni essere nell’infuso, i nuovi infusori si fossero generati spontaneamente.

Questa dimostrazione gli valse quasi la nomina a membro della Royal Society di Londra, se non fosse stato per quel guastafeste di Lazzaro Spallanzani. Dopo Redi, ci volle infatti un altro illustre scienziato italiano, Lazzaro Spallanzani appunto, a contrastare questa visione. Egli studiò questo piccolo mondo, sostenendo l’ipotesi che gli infusori fossero esseri viventi e non particelle vitali. Nel 1765 pubblicò un lavoro che dimostrava la fallacia dell’esperimento di Needham (“Saggio di osservazioni microscopiche concernenti il sistema della generazione de’ signori Needham e Buffon”).

Figura 9 – Spallanzani ricreò in un primo tempo l’esperimento nell’identico modo dell’inglese ed ottenne gli stessi risultati. Poi lo ripeté con tecniche più efficaci nell’eliminare tutte le possibili fonti di contaminazione nei fiaschi: li portò all’ebollizione (cosa non fatta da Needham) e li chiuse. Dimostrò così che, eseguendo questo procedimento, nel liquido non si generava nessun infusore.

Eppure l’esperimento di Spallanzani non convinse del tutto i sostenitori della generazione spontanea. C’era chi criticava la bollitura, che avrebbe potuto eliminare anche quegli “atomi vitali” che avrebbero dovuto rigenerare gli infusori. C’era chi invece criticava la chiusura dei contenitori, sostenendo che questo impediva l’accesso dell’aria. Inoltre le idee di Needham erano supportate dal celeberrimo naturalista francese Buffon, la cui autorità contribuì ad offuscare il lavoro di Spallanzani.

Intanto, all’inizio del XIX secolo, i microscopi ebbero un’importante evoluzione grazie al fisico modenese Giovanni Amici. Il suo lavoro permise di risolvere problemi di aberrazione nella visione, rispetto ai modelli precedenti, consentendo di osservare i microrganismi con grande precisione. Questo miglioramento dello strumento diede il via al lavoro indipendente di tre studiosi, considerati oggi pionieri della microbiologia, anche se all’epoca non vennero presi molto in considerazione. Il primo fu il francese Charles Cagniard de Latour (1777-1859) che esaminò al microscopio la birra e il vino, pubblicando i risultati nel 1837 in “Mémoir sur la fermentation vineuse“. Descrisse i lieviti come dei globuli e affermò che non erano sostanza inerte o chimica, come si pensava fino ad allora, ma esseri vitali. Ipotizzò però che appartenessero al mondo vegetale perché non si muovevano. Fece anche lui delle prove che dimostravano che fossero in grado di compiere la fermentazione solo se vivi.

Friedrich Traugott Kützing (1807-1893), farmacista e botanico tedesco, pubblicò nel 1837 (poco dopo Latour) descrizioni e disegni delle cellule di lievito. Egli suggerì che diversi tipi di microrganismi causassero diversi tipi di fermentazione. Theodor Schwann (1810-1882), biologo tedesco, osservò i lieviti e li descrisse come dei funghi ( “A preliminary communication concerning experiments on fermentation of wine and putrefaction”, 1837). Chiamò questo organismo Zuckerpilz (fungo dello zucchero), da cui deriva ancora oggi il nome scientifico Saccharomyces (significa la stessa cosa in greco antico). Dai suoi studi concluse che la fermentazione doveva essere una decomposizione dello zucchero e delle sostanze azotate che il fungo usa per crescere. Gli elementi non utilizzati sono invece convertiti in alcol. Questi lavori passarono però in secondo piano a causa dell’intervento critico dei tre chimici più influenti del tempo, i tedeschi Justus von Liebig (1803-1873, quello dell’ipotesi del moto delle molecole), Friedrich Wöhler (1800-1882) e lo svedese Jöns Berzelius (1179-1848). Questo evento, secondo gli esperti del settore, ritardò lo sviluppo della microbiologia di circa vent’anni. Addirittura von Liebig e il suo associato Friederich Wöhler arrivarono a scrivere una parodia ridicolizzante della teoria microbiologica, che fu pubblicata (in modo anonimo) sulla rivista scientifica “Annalen der Pharmacie” di cui erano curatori (vol. 29, pp. 100-104, 1839). L’articolo s’intitolava “Il mistero sbrogliato della fermentazione alcolica “ (“Das enträthselte Geheimniss der geistigen Gährung”).

Eccone alcune parti, scritte in prima persona, con tono molto ironico. Prendono in giro quelle che per loro sono solo sciocchezze: “Sto sviluppando una nuova teoria della fermentazione. Ora sono in grado di spiegare questa forma di decomposizione finora del tutto incomprensibile nel modo più semplice possibile e quindi considerate la questione pienamente risolta. Questo lo debbo all’utilizzo di un eccellente microscopio. Quando i lieviti della birra sono sospesi in acqua ed osservati al microscopio, si trasformano in numerosissime minuscole sferule. Quando queste sferule vengono poste in una soluzione zuccherina, diventa ovvio che siano delle uova di piccoli animali, perché si gonfiano, scoppiano e si trasformano in creature minute che iniziano a moltiplicarsi in modo inimmaginabilmente veloce.

Non sono stato in grado d’identificare denti o occhi. Questi animali possiedono uno stomaco, intestino, ano (un punto colorato di rosa) e organi urinari. Dal momento in cui si schiudono, iniziano a divorare lo zucchero dalla soluzione, che può chiaramente essere visto entrare nello stomaco. In un batter d’occhio, viene digerito e i prodotti digeriti possono essere riconosciuti con sicurezza dagli escrementi ….

In una parola, queste creature mangiano zucchero ed espellono l’alcol dal tratto intestinale e l’anidride carbonica dai loro organi urinari. La vescica, quando è piena, sembra una bottiglia di champagne, e quando è vuota, come una pallina. Se la quantità di acqua è insufficiente, cioè la concentrazione di zucchero troppo alta, la fermentazione non avviene. Questo perché i piccoli organismi non possono cambiare il loro posto nel liquido viscoso: muoiono per l’indigestione causata dalla mancanza di esercizio fisico. ”

Come già accennato, i chimici non riuscivano ad accettare la teoria microbiologica anche perchè gli sembrava inverosimile che esserini così piccoli potessero produrre effetti così evidenti. Infatti scrivono, sempre in modo ironico: “…Per dare un’idea dell’enorme voracità delle creature, …3 parti di lievito di birra possono trasformare 200 parti di zucchero in alcol e acido carbonico. Gli escrementi che producono in 18 ore pesano quasi 66 volte il loro stesso peso. Non appena gli animali esauriscono lo zucchero, cominciano a mangiarsi l’un l’altro …”

Nel 1839 entrò nella disputa anche Berzelius, sostenendo che le osservazioni al microscopio non avevano valore scientifico e che il lievito non era un organismo. La fermentazione avviene, secondo lui, per mezzo della catalisi (termine da lui da poco introdotto). Infatti Berzelius aveva introdotto questo termine dimostrando la capacità di alcune sostanze di accelerare una reazione senza esserne modificate. Diversi chimici seguirono questi studi, fra cui proprio Wöhler e von Liebig, i quali estrassero dalle mandole amare uno di questi catalizzatori. Affermarono che, in modo analogo, nella fermentazione ci dovesse essere un’azione catalitica, continuando a rigettare l’ipotesi microbiologica. Tuttavia alcuni scienziati iniziarono invece ad accettare l’idea che il lievito potesse avere un qualche ruolo. Arriviamo quindi finalmente a Louis Pasteur che pose fine a diatribe ormai secolari. Gli studi Pasteur, che hanno fondato la microbiologia, dimostrarono definitivamente che i batteri nascevano da altri batteri o da una specie di “semi”, dette spore, che potevano essere trasportate anche a grande distanza dal vento, da insetti o altro. Ripeté una versione ancora più perfezionata degli studi di Spallanzani che chiusero la questione della generazione spontanea (1864). Si stabilì così che ogni essere vivente deriva da un altro essere vivente (biogenesi).

I suoi primi studi sulla fermentazione della birra iniziarono nel 1857. Questi suoi primi lavori attirarono l’attenzione del Governo francese che gli commissionò di approfondire gli studi sul vino. Era più che mai d’interesse nazionale riuscire a trovare rimedi ai problemi di vinificazione. Pasteur pubblicò i suoi studi sul vino nel 1866. Dimostrò anche che i microrganismi erano in grado di agire su succhi, latte o altro con cui venivano in contatto, grazie a delle loro proprietà che Pasteur non spiegò e chiamò “fermenti”. Dimostrò che i microrganismi non erano tutti uguali, che esisteva una correlazione fra un dato microrganismo e un certo tipo di fermentazione. Pasteur dimostrò il ruolo del lievito nella fermentazione alcolica e come questa fosse un fenomeno fisiologico. Questo accese una polemica con lo scienziato Marcellin Berthelot che invece ipotizzava che il lievito rilasciasse nel liquido le molecole, dei “fermenti solubili”, che svolgevano di fatto la fermentazione. Pasteur identificò due classi di microrganismi, l’uno in grado di vivere solo in presenza di ossigeno e l’altro no, definendoli, rispettivamente, aerobi ed anaerobi (termini coniati da lui). Capì anche che il lievito svolge la fermentazione alcolica in assenza di ossigeno. Se questo è presente, il lievito si sviluppa ugualmente, ma la fermentazione alcolica è inibita. Più tardi si chiarirà come questo sia dovuto alla capacità del lievito di avere un metabolismo anaerobio (la fermentazione) ed anche aerobio (cioè la classica respirazione che facciamo anche noi).

Figura 17 - Studi di Pasteur sul vino in un’illustrazione dell’epoca

Pasteur studiò poi le principali alterazioni del vino dell’epoca, cioè la parziale acetificazione (lo spunto acetico, causato dai batteri acetici), il girato, il filante, l’amaro (o amarone). Queste ultime erano malattie molto comuni nel passato ma scomparse quasi del tutto ai nostri giorni. Pasteur esaminò moltissimi campioni prelevati da vasche alterate e ricondusse queste malattie alla presenza di diversi microorganismi, ciascuno caratteristico di una certa alterazione. Non era semplice trovare un rimedio. Non poteva certo bollire il vino, altrimenti lo avrebbe rovinato nel gusto. Non poteva neppure usare i disinfettanti disponibili all’epoca! Arrivò allora ad ideare un metodo basato sul riscaldamento del vino a bassa temperatura e in assenza di ossigeno. Dimostrò che questo trattamento bastava per sterilizzarlo in modo sufficiente. Egli brevettò la scoperta, chiamandola pastorizzazione, e la presentò all’Accademia delle Scienza il primo maggio 1865. Questo procedimento, ulteriormente affinato, è ancora oggi utilizzato per diversi alimenti, come ad esempio il latte, la birra o succhi di frutta. Per il vino fu usato fino agli anni ’30 del Novecento, senza però avere mai una grande diffusione, per via dell’idea (vera o presunta) che ne alterasse comunque il gusto. Pasteur fece anche diversi studi sui processi d’invecchiamento del vino e capì il ruolo dell’ossigeno in questa trasformazione.

L’Ottocento fu un periodo di grande importanza per la fermentazione alcolica, con anche grandi scontri fra scienziati geniali. Abbiamo visto le spiegazioni chimiche di von Liebig e altri, che però non volevano accettare l’intervento dei piccoli infusori. Poi ci fu Berzelius, che sosteneva la sua teoria catalitica. Infine Pasteur, paladino dei microrganismi che svolgono una funzione fisiologica. Rimase però in lui un rimasuglio del pensiero vitalistico: sostenne fino alla fine che i processi fermentativi, pur spiegabili con formule chimiche, potessero avvenire solo alla presenza di organismi viventi. Eppure, alla fine di questa storia, si capì che in fondo avevano ragione tutti e tre. Ognuno era però rimasto ostinatamente ancorato ad un solo aspetto del problema.

Questo chiarimento avvenne soprattutto grazie al lavoro del chimico tedesco Eduard Buchner (1860-1917) che nel 1897, due anni dopo la morte di Pasteur, dimostrò che l’attività fermentativa poteva essere attuata anche in assenza dei lieviti, ma solo con estratti di essi. Egli dimostrò che i “fermenti” già intuiti da Pasteur fossero alcune proteine contenute nei lieviti. Solo mettendo insieme i lavori di tutti (come spesso accade nella scienza) si poté ricostruire il quadro completo. Si definì così che la fermentazione è un processo di nutrizione di un organismo vivente ma che può essere riprodotto in sua assenza, in quanto si tratta di una reazione chimica catalizzata da enzimi (proteine) presenti nelle cellule. Questi studi condussero Pasteur molto lontano. Trasferì infatti i concetti appresi di microbiologia anche nel campo medico. Fra i suoi lavori più importanti ricordiamo il suo contributo decisivo al riconoscimento del legame fra i microrganismi e le malattie contagiose (di animali e dell’uomo). Contribuì anche a introdurre nella medicina la sperimentazione scientifica, la ricerca chimica e microbiologica, trasformando completamente quella che fino ad allora era (quasi) esclusivamente una disciplina empirica. I suoi lavori ebbero anche importantissime ripercussioni sull’introduzione delle tecniche asettiche in chirurgia, influenzando profondamente le ricerche del medico inglese Joseph Lister. Tuttavia gli studi più importanti per cui è ricordato Pasteur sono quelli sull’immunologia e i vaccini, che hanno salvato la vita a milioni di persone da allora ad oggi. Sembra che per sbaglio, studiando il colera dei polli, uno studente usò una coltura di batteri mal conservata per infettare gli animali. I polli non si ammalarono allora e neppure ad un secondo tentativo d’infettarli con batteri ben conservati. Pasteur intuì che il contatto dei pollo con batteri indeboliti li aveva resi in qualche modo resistenti a quella malattia. Già si sapeva della possibilità di immunizzazione con forme leggere di certe malattie (pensiamo al vaiolo). In quel caso si sfruttava una situazione naturale, circoscritta a dei casi specifici. I suoi studi permisero invece d’ampliare enormemente il campo d’azione, introducendo la possibilità d’attenuare artificialmente la virulenza dei patogeni. Dagli animali Pasteur si spostò sull’uomo, creando il vaccino per la rabbia che lo rese celebre. Gli arrivarono fondi da governi e privati di tutto il mondo (compresa, dall’Italia, una colletta pubblica organizzata dal giornale la Gazzetta Padana). Con le donazioni raccolte fondò l’Istituto Pasteur di Parigi, ancora oggi uno dei più importanti centri mondiali per la ricerca medica.