Perché ci sono tamponi nella fermentazione?

Gli esseri umani hanno usato l'etanolo - nel vino, nella birra e in altre bevande alcoliche - come droga ricreativa fin dalla preistoria. Più recentemente, anche l'etanolo è diventato importante come combustibile alternativo. Sia per il consumo umano che per la combustione nelle automobili, l'etanolo viene prodotto utilizzando lieviti, microbi che fermentano gli zuccheri e rilasciano etanolo come prodotto di scarto. I tamponi vengono aggiunti durante questo processo per aiutare a stabilizzare il pH.

Mantenere un pH stabile o una concentrazione di ioni idrogeno è fondamentale per ottenere una buona resa dalla fermentazione. Questo perché i lieviti che fermentano gli zuccheri sono organismi viventi e la loro biochimica funziona bene solo entro un certo intervallo di pH, proprio come il tuo. Se fossi immerso in un bagno di acido solforico, per esempio, ti ucciderebbe o ti ferirebbe gravemente. Lo stesso vale per il lievito: se il pH è così alto o basso da non rientrare nei limiti di tolleranza, potrebbe inibirne la crescita o addirittura ucciderli.

Il processo di fermentazione nel lievito ha alcune somiglianze con il processo di fermentazione che avviene nelle cellule muscolari quando sono a corto di ossigeno, ad esempio quando corri. Le tue cellule rilasciano anidride carbonica e acido lattico dalla fermentazione; il lievito, invece, rilascia anidride carbonica ed etanolo. Quell'anidride carbonica, infatti, è il motivo per cui usi il lievito per far lievitare il pane; il gas intrappolato crea bolle in espansione nell'impasto.

In un tino di fermentazione, la concentrazione di CO2 nella soluzione è superiore al normale a causa dell'attività di fermentazione. Gran parte di questo eccesso di CO2 fuoriesce. Tuttavia, acidifica anche la soluzione perché la CO2 disciolta si combina con l'acqua per creare acido carbonico. Se la soluzione diventasse troppo acida, potrebbe inibire la crescita del lievito. I lieviti preferiscono un pH nell'intervallo 4 - 6, quindi panettieri, birrai e altre industrie che fanno affidamento sulla fermentazione utilizzano tamponi per mantenere il pH entro un intervallo ottimale.

All'aumentare del pH, aumenta la velocità con cui il composto tampone perde ioni idrogeno (protoni), e sebbene una parte maggiore del composto tampone abbia perso i suoi protoni, il pH della soluzione cambia solo leggermente. Quando il pH scende, avviene il processo inverso; una frazione maggiore delle molecole tampone ha accettato protoni, e ancora una volta il tampone modera la variazione del pH. Fondamentalmente, il composto tampone aiuta a "assorbire" l'acidità o l'alcalinità in eccesso. Il pH inizierà a cambiare in modo significativo solo quando la maggior parte del composto tampone è stata neutralizzata o "esaurita".