Le utili proprietà fisiologiche del lievito hanno portato al loro utilizzo nel campo delle biotecnologie. La fermentazione degli zuccheri da parte del lievito è la più antica e più grande applicazione di questa tecnologia. Molti tipi di lieviti sono utilizzati per fare molti alimenti: lievito di panetteria nella produzione di pane, lievito di birra nella fermentazione della birra e lievito nella fermentazione del vino e per la produzione di xilitolo. Il cosiddetto lievito di riso rosso è in realtà uno stampo, Monascus purpureus. I lieviti includono alcuni degli organismi modello più utilizzati per la genetica e la biologia cellulare.,
Bevande alcoliche
Le bevande alcoliche sono definite come bevande che contengono etanolo (C2H5OH). Questo etanolo è quasi sempre prodotto dalla fermentazione-il metabolismo dei carboidrati da parte di alcune specie di lieviti in condizioni anaerobiche o a basso contenuto di ossigeno. Bevande come idromele, vino, birra o distillati utilizzano tutti il lievito in una fase della loro produzione. Una bevanda distillata è una bevanda contenente etanolo che è stata purificata per distillazione. Il materiale vegetale contenente carboidrati viene fermentato dal lievito, producendo una soluzione diluita di etanolo nel processo., Liquori come whisky e rum vengono preparati distillando queste soluzioni diluite di etanolo. Componenti diversi dall’etanolo sono raccolti nella condensa, tra cui acqua, esteri e altri alcoli, che (oltre a quello fornito dalla quercia in cui può essere invecchiato) rappresentano il sapore della bevanda.
Birra
Anello di lievito usato dai birrai svedesi nel 19 ° secolo per conservare il lievito tra le sessioni di preparazione.,
Bolle di anidride carbonica formando durante birra
Fermentazione i lieviti possono essere classificati come “top-ritaglio” (o “alta fermentazione”) e “bottom-ritaglio” (o “bassa fermentazione”). I lieviti di coltivazione superiore sono così chiamati perché formano una schiuma nella parte superiore del mosto durante la fermentazione. Un esempio di lievito top-ritaglio è Saccharomyces cerevisiae, a volte chiamato un “lievito di birra”. I lieviti a coltivazione inferiore sono tipicamente utilizzati per produrre birre tipo lager, anche se possono anche produrre birre tipo ale., Questi lieviti fermentano bene a basse temperature. Un esempio di lievito di coltivazione inferiore è Saccharomyces pastorianus, precedentemente noto come S. carlsbergensis.
Decenni fa, i tassonomisti riclassificarono S. carlsbergensis (uvarum) come membro di S. cerevisiae, notando che l’unica differenza netta tra i due è metabolica. I ceppi lager di S. cerevisiae secernono un enzima chiamato melibiasi, consentendo loro di idrolizzare il melibiosio, un disaccaride, in monosaccaridi più fermentabili., Il ritaglio superiore e inferiore e le distinzioni a fermentazione fredda e calda sono in gran parte generalizzazioni utilizzate dai laici per comunicare al pubblico in generale.
Il lievito di birra più comune, S. cerevisiae, è la stessa specie del lievito da forno comune. Il lievito di birra è anche molto ricco di minerali essenziali e vitamine del gruppo B (tranne B12)., Tuttavia, i lieviti da forno e da birra appartengono tipicamente a ceppi diversi, coltivati per favorire caratteristiche diverse: i lieviti da forno sono più aggressivi, per carbonare la pasta nel più breve tempo possibile; i lieviti da birra agiscono più lentamente ma tendono a produrre meno aromi e tollerano concentrazioni di alcol più elevate (con alcuni ceppi, fino al 22%).
Dekkera / Brettanomyces è un genere di lievito noto per il suo ruolo importante nella produzione di “lambic” e di birre aspre speciali, insieme al condizionamento secondario di una particolare birra trappista belga., La tassonomia del genere Brettanomyces è stata discussa fin dalla sua scoperta iniziale e ha visto molte riclassificazioni nel corso degli anni. La classificazione iniziale era basata su alcune specie che si riproducevano asessualmente (forma anamorfica) attraverso il germogliamento multipolare. Poco dopo, è stata osservata la formazione di ascospore e il genere Dekkera, che si riproduce sessualmente (forma teleomorfa), è stato introdotto come parte della tassonomia. La tassonomia attuale comprende cinque specie all’interno dei generi di Dekkera/Brettanomyces., Questi sono gli anamorfi Brettanomyces bruxellensis, Brettanomyces anomalus, Brettanomyces custersianus, Brettanomyces naardenensis e Brettanomyces nanus, con teleomorfi esistenti per le prime due specie, Dekkera bruxellensis e Dekkera anomala. La distinzione tra Dekkera e Brettanomyces è discutibile, con Oelofse et al. (2008) citando Loureiro e Malfeito-Ferreira da 2006 quando hanno affermato che le attuali tecniche di rilevamento del DNA molecolare non hanno scoperto alcuna varianza tra gli stati anamorfici e teleomorfi. Negli ultimi dieci anni, Brettanomyces spp., hanno visto un uso crescente nel settore della birra artigianale dell’industria, con una manciata di birrifici che hanno prodotto birre che sono state principalmente fermentate con colture pure di Brettanomyces spp. Ciò si è verificato fuori dalla sperimentazione, poiché esistono pochissime informazioni sulle capacità fermentative della coltura pura e sui composti aromatici prodotti da vari ceppi. Dekkera / Brettanomyces spp. sono stati oggetto di numerosi studi condotti nel corso dell’ultimo secolo, anche se la maggior parte delle recenti ricerche si è concentrata sul miglioramento della conoscenza del settore vitivinicolo., Una recente ricerca su otto ceppi di Brettanomyces disponibili nell’industria della birra si è concentrata sulle fermentazioni specifiche per ceppo e ha identificato i principali composti prodotti durante la fermentazione anaerobica in coltura pura nel mosto.
Vino
Lievito di birra in una bottiglia durante la produzione di vino spumante di Schramsberg Vigneti di Napa
il Lievito è usato nella produzione del vino, dove si converte gli zuccheri presenti (glucosio e fruttosio) succo d’uva (mosto) in etanolo., Il lievito è normalmente già presente sulle bucce dell’uva. La fermentazione può essere fatta con questo “lievito selvatico” endogeno, ma questa procedura dà risultati imprevedibili, che dipendono dai tipi esatti di specie di lievito presenti. Per questo motivo, una coltura di lievito puro viene solitamente aggiunta al mosto; questo lievito domina rapidamente la fermentazione. I lieviti selvatici vengono repressi, il che garantisce una fermentazione affidabile e prevedibile.
La maggior parte dei lieviti aggiunti sono ceppi di S. cerevisiae, anche se non tutti i ceppi della specie sono adatti. Diversi S., i ceppi di lievito cerevisiae hanno proprietà fisiologiche e fermentative diverse, pertanto il ceppo effettivo di lievito selezionato può avere un impatto diretto sul vino finito. Sono state intraprese ricerche significative sullo sviluppo di nuovi ceppi di lievito di vino che producono profili aromatici atipici o una maggiore complessità nei vini.
La crescita di alcuni lieviti, come Zygosaccharomyces e Brettanomyces, nel vino può provocare difetti del vino e conseguente deterioramento. Brettanomyces produce una serie di metaboliti quando cresce nel vino, alcuni dei quali sono composti fenolici volatili., Insieme, questi composti sono spesso indicati come” carattere Brettanomyces “e sono spesso descritti come aromi di tipo” antisettico “o” barnyard”. Brettanomyces è un contributo significativo ai difetti del vino all’interno dell’industria del vino.
I ricercatori della University of British Columbia, Canada, hanno trovato un nuovo ceppo di lievito che ha ridotto le ammine. Le ammine in vino rosso e Chardonnay producono off-sapori e causare mal di testa e ipertensione in alcune persone. Circa il 30% delle persone è sensibile alle ammine biogeniche, come le istamine.,
Cottura
Il lievito, il più comune è S. cerevisiae, viene utilizzato nella cottura come agente lievitante, dove converte gli zuccheri alimentari/fermentabili presenti nell’impasto in anidride carbonica gassosa. Questo fa sì che l’impasto si espanda o aumenti quando il gas forma sacche o bolle., Quando l’impasto viene cotto, il lievito muore e le sacche d’aria “set”, dando al prodotto cotto una consistenza morbida e spugnosa. L’uso di patate, acqua bollente di patate, uova o zucchero in una pasta di pane accelera la crescita dei lieviti. La maggior parte dei lieviti utilizzati nella cottura sono della stessa specie comune nella fermentazione alcolica. Inoltre, Saccharomyces exiguus (noto anche come S. minor), un lievito selvatico trovato su piante, frutti e cereali, viene occasionalmente utilizzato per la cottura. Nella panificazione, il lievito inizialmente respira aerobicamente, producendo anidride carbonica e acqua., Quando l’ossigeno è esaurito, inizia la fermentazione, producendo etanolo come prodotto di scarto; tuttavia, questo evapora durante la cottura.
Un blocco di lievito fresco compresso
Non è noto quando il lievito è stato usato per la prima volta per cuocere il pane. I primi documenti che mostrano questo uso provenivano dall’antico Egitto. I ricercatori ipotizzano una miscela di farina di farina e acqua è stato lasciato più a lungo del solito in una giornata calda e lieviti che si verificano in contaminanti naturali della farina causato a fermentare prima della cottura., Il pane risultante sarebbe stato più leggero e più gustoso della normale torta piatta e dura.
Lievito secco attivo, una forma granulata in cui il lievito è commercialmente venduto
Oggi, ci sono diversi rivenditori di lievito di panetteria; uno dei primi sviluppi in Nord America è il lievito di Fleischmann, nel 1868. Durante la seconda guerra mondiale, Fleischmann’s sviluppò un lievito secco attivo granulato che non richiedeva refrigerazione, aveva una durata di conservazione più lunga del lievito fresco e aumentava due volte più velocemente., Il lievito di birra viene anche venduto come lievito fresco compresso in una “torta”quadrata. Questa forma perisce rapidamente, quindi deve essere utilizzata subito dopo la produzione. Una soluzione debole di acqua e zucchero può essere utilizzata per determinare se il lievito è scaduto. Nella soluzione, il lievito attivo si schiumerà e bolle mentre fermenta lo zucchero in etanolo e anidride carbonica. Alcune ricette si riferiscono a questo come prova del lievito, in quanto” dimostra ” (test) la vitalità del lievito prima che gli altri ingredienti vengano aggiunti. Quando si utilizza un lievito madre, si aggiungono farina e acqua al posto dello zucchero; questo è indicato come impermeabilizzazione della spugna.,
Quando il lievito viene utilizzato per fare il pane, viene mescolato con farina, sale e acqua tiepida o latte. L’impasto viene impastato fino a quando non è liscio, e poi lasciato lievitare, a volte fino a quando non ha raddoppiato le dimensioni. L’impasto viene quindi modellato in pani. Alcuni impasti di pane vengono buttati indietro dopo una lievitazione e lasciati a lievitare di nuovo (questo è chiamato lievitazione della pasta) e poi cotti. Un tempo di lievitazione più lungo dà un sapore migliore, ma il lievito può non riuscire a sollevare il pane nelle fasi finali se viene lasciato per troppo tempo inizialmente.,
Biorisanamento
Alcuni lieviti possono trovare una potenziale applicazione nel campo del biorisanamento. Uno di questi lieviti, Yarrowia lipolytica, è noto per degradare l’effluente del frantoio di palma, il TNT (un materiale esplosivo) e altri idrocarburi, come alcani, acidi grassi, grassi e oli. Può anche tollerare alte concentrazioni di sale e metalli pesanti, ed è in fase di studio per il suo potenziale come biosorbente di metalli pesanti. Saccharomyces cerevisiae ha il potenziale per bioremediate inquinanti tossici come l’arsenico da effluenti industriali., Statue di bronzo sono noti per essere degradati da alcune specie di lievito. Diversi lieviti delle miniere d’oro brasiliane bioaccumulano ioni d’argento liberi e complessati.
Produzione industriale di etanolo
La capacità del lievito di convertire lo zucchero in etanolo è stata sfruttata dall’industria biotecnologica per produrre combustibile a base di etanolo. Il processo inizia macinando una materia prima, come la canna da zucchero, il mais di campo o altri cereali, e quindi aggiungendo acido solforico diluito o enzimi alfa amilasi fungini, per abbattere gli amidi in zuccheri complessi., Una glucoamilasi viene quindi aggiunta per rompere gli zuccheri complessi in zuccheri semplici. Dopo questo, i lieviti vengono aggiunti per convertire gli zuccheri semplici in etanolo, che viene poi distillato per ottenere etanolo fino al 96% in purezza.
I lieviti Saccharomyces sono stati geneticamente modificati per fermentare lo xilosio, uno dei principali zuccheri fermentabili presenti nelle biomasse cellulosiche, come residui agricoli, rifiuti di carta e trucioli di legno., Tale sviluppo significa che l’etanolo può essere prodotto in modo efficiente da materie prime più economiche, rendendo l’etanolo cellulosico un’alternativa più competitiva ai carburanti a benzina.,
Analcoliche bevande
Una cultura di kombucha fermentare in un vaso
Lieviti e batteri in kombucha a 400×
Un certo numero di dolce, bevande gassate può essere prodotta con lo stesso metodo di birra, tranne la fermentazione è fermato prima, producendo anidride carbonica, ma solo tracce di alcol, lasciando una quantità significativa di residui di zucchero nella bevanda.,
- Root beer, originariamente prodotta dai nativi americani, commercializzata negli Stati Uniti da Charles Elmer Hires e particolarmente popolare durante il proibizionismo
- Kvas, una bevanda fermentata a base di segale, popolare nell’Europa orientale. Ha un contenuto alcolico riconoscibile, ma basso.
- Kombucha, un tè zuccherato fermentato. Il lievito in simbiosi con i batteri dell’acido acetico viene utilizzato nella sua preparazione. Le specie di lieviti presenti nel tè possono variare e possono includere: Brettanomyces bruxellensis, Candida stellata, Schizosaccharomyces pombe, Torulaspora delbrueckii e Zygosaccharomyces bailii., Popolare anche nell’Europa orientale e in alcune ex repubbliche sovietiche sotto il nome di chajnyj grib (russo: Байный гриб), che significa “fungo del tè”.
- Kefir e kumis sono fatti fermentando il latte con lievito e batteri.
- Mauby (spagnolo: mabí), fatto fermentando lo zucchero con i lieviti selvatici naturalmente presenti sulla corteccia dell’albero Colubrina ellittica, popolare nei Caraibi
Integratori alimentari
Il lievito viene utilizzato negli integratori alimentari, in particolare quelli commercializzati per i vegani. Viene spesso indicato come” lievito nutrizionale ” se venduto come integratore alimentare. Il lievito nutrizionale è un lievito disattivato, di solito S. cerevisiae., È naturalmente a basso contenuto di grassi e sodio, nonché un’ottima fonte di proteine e vitamine, in particolare la maggior parte delle vitamine del complesso B (anche se non contiene molta vitamina B12 senza fortificazione), così come altri minerali e cofattori necessari per la crescita. Alcune marche di lievito alimentare, anche se non tutte, sono fortificate con vitamina B12, che viene prodotta separatamente dai batteri.
Nel 1920, la Fleischmann Yeast Company iniziò a promuovere le torte di lievito in una campagna “Lievito per la salute”. Inizialmente hanno sottolineato il lievito come fonte di vitamine, buono per la pelle e la digestione., La loro pubblicità successiva ha sostenuto una gamma molto più ampia di benefici per la salute, ed è stato censurato come fuorviante dalla Federal Trade Commission. La moda per le torte di lievito durò fino alla fine del 1930.
Il lievito nutrizionale ha un sapore di nocciola e formaggio ed è spesso usato come ingrediente nei sostituti del formaggio. Un altro uso popolare è come condimento per popcorn. Può anche essere usato in purè e patate fritte, così come in uova strapazzate. Si presenta sotto forma di fiocchi o come polvere gialla simile nella consistenza alla farina di mais. In Australia, a volte è venduto come”fiocchi di lievito salati”., Anche se il ” lievito alimentare “di solito si riferisce a prodotti commerciali, i prigionieri alimentati in modo inadeguato hanno usato lievito” fatto in casa ” per prevenire la carenza di vitamine.
Probiotici
Alcuni integratori probiotici utilizzano il lievito S. boulardii per mantenere e ripristinare la flora naturale nel tratto gastrointestinale. S. boulardii ha dimostrato di ridurre i sintomi della diarrea acuta, ridurre la possibilità di infezione da Clostridium difficile (spesso identificato semplicemente come C. difficile o C., diff), ridurre i movimenti intestinali nei pazienti con IBS predominanti per la diarrea e ridurre l’incidenza di diarrea associata a antibiotici, viaggiatori e HIV/AIDS.
Hobby dell’acquario
Il lievito è spesso usato dagli hobbisti dell’acquario per generare anidride carbonica (CO2) per nutrire le piante negli acquari piantati. I livelli di CO2 del lievito sono più difficili da regolare rispetto a quelli dei sistemi di CO2 pressurizzati. Tuttavia, il basso costo del lievito lo rende un’alternativa ampiamente utilizzata.,
estratto di Lievito
l’estratto di Lievito è il nome comune per le varie forme di trattati di lievito di prodotti che vengono utilizzati come additivi alimentari o aromi. Sono spesso utilizzati nello stesso modo in cui viene utilizzato il glutammato monosodico (MSG) e, come MSG, spesso contengono acido glutammico libero., Il metodo generale per fare estratto di lievito per prodotti alimentari come Vegemite e Marmite su scala commerciale è quello di aggiungere sale ad una sospensione di lievito, rendendo la soluzione ipertonica, che porta alle cellule’ avvizzimento. Questo innesca l’autolisi, in cui gli enzimi digestivi del lievito rompono le proprie proteine in composti più semplici, un processo di autodistruzione. Le cellule di lievito morenti vengono quindi riscaldate per completare la loro rottura, dopo di che le bucce (lievito con pareti cellulari spesse che darebbero scarsa consistenza) vengono separate., Gli autolisati di lievito sono utilizzati in Vegemite e Promite (Australia); Marmite (Regno Unito); la Marmite non correlata (Nuova Zelanda); Vitam-R (Germania); e Cenovis (Svizzera).
Ricerca scientifica
Diagramma che mostra una cellula di lievito
Diversi lieviti, in particolare S. cerevisiae e S., pombe, sono stati ampiamente utilizzati in genetica e biologia cellulare, in gran parte perché sono semplici cellule eucariotiche, che serve da modello per tutti gli eucarioti, compresi gli esseri umani, per lo studio dei processi cellulari fondamentali come il ciclo cellulare, la replicazione del DNA, ricombinazione, la divisione cellulare e il metabolismo. Inoltre, i lieviti sono facilmente manipolati e coltivati in laboratorio, il che ha permesso lo sviluppo di potenti tecniche standard, come il lievito a due ibridi, l’analisi genetica sintetica e l’analisi della tetrade., Molte proteine importanti nella biologia umana sono state scoperte per la prima volta studiando i loro omologhi nel lievito; queste proteine includono proteine del ciclo cellulare, proteine di segnalazione e enzimi di elaborazione delle proteine.
Il 24 aprile 1996, S. cerevisiae fu annunciato come il primo eucariote ad avere il suo genoma, composto da 12 milioni di coppie di basi, completamente sequenziato come parte del Progetto Genoma. Al momento, è stato l’organismo più complesso di avere il suo genoma completo sequenziato, e il lavoro sette anni e il coinvolgimento di più di 100 laboratori per realizzare., La seconda specie di lievito ad avere il suo genoma sequenziato è stato Schizosaccharomyces pombe, che è stato completato nel 2002. Era il sesto genoma eucariotico sequenziato e consiste di 13,8 milioni di coppie di basi. A partire dal 2014, oltre 50 specie di lievito hanno avuto i loro genomi sequenziati e pubblicati.
L’annotazione genomica e funzionale dei due principali modelli di lievito è accessibile tramite i rispettivi database di organismi modello: SGD e PomBase.,
Biofactories geneticamente modificate
Varie specie di lievito sono state geneticamente modificate per produrre in modo efficiente vari farmaci, una tecnica chiamata ingegneria metabolica. S. cerevisiae è facile da ingegnere geneticamente; la sua fisiologia, metabolismo e genetica sono ben noti, ed è suscettibile di essere utilizzato in condizioni industriali difficili. Un’ampia varietà di prodotti chimici in diverse classi può essere prodotta da lieviti ingegnerizzati, tra cui fenolici, isoprenoidi, alcaloidi e polichetidi. Circa il 20% dei biofarmaci sono prodotti in S., cerevisiae, inclusi insulina, vaccini per l’epatite e albumina sierica umana.