Benefici sulla salute dei cibi fermentati più diffusi in Occidente

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INTRODUZIONE 
Lo stile di vita occidentale odierno con ridotti livelli di attività fisica, aumentati livelli di stress 
cronico, mancato rispetto dei ritmi circadiani e un’alimentazione radicalmente cambiata rispetto a 
quella dell’era pre-industriale, è stato associato alla rapida impennata delle malattie cronico-
degenerative che interessano le popolazioni dei paesi sviluppati (Furman D 2019) (Sonnenberg ED 
2019).  
Le malattie infiammatorie croniche sono state riconosciute oggi come la causa di morte più 
significativa al mondo, con oltre il 50% di tutti i decessi attribuibili a malattie correlate 
all'infiammazione come cardiopatia ischemica, ictus, cancro, diabete mellito, nefrite cronica, 
malattia del fegato grasso non alcolica (NAFLD) e condizioni autoimmuni e neurodegenerative (GBD 
2017).  
La recente diffusione delle tecnologie di sequenziamento genetico ha apportato notevoli sviluppi 
nello studio del genoma umano e batterico e ha permesso di evidenziare l’importanza del 
microbiota, cioè l’insieme delle comunità batteriche che risiedono nel corpo umano, e del 
microbioma, cioè il materiale genetico batterico; tantissimi studi pongono infatti in risalto una forte 
relazione tra il microbioma e la fisiologia umana, e quindi il metabolismo, l’interazione con i farmaci 
e numerose patologie. I primi studi avviati con l’obiettivo di caratterizzare composizione e 
funzionalità del microbioma e chiarire il suo ruolo nella salute umana, sono stati lo Human 
Microbiome Project (HMP) ed il Metagenomics of the Human Intestinal Tract (MetaHIT). 
Successivamente tanti altri studi hanno analizzato il microbioma dei diversi siti corporei e di soggetti 
affetti da diverse patologie, osservando così il comportamento del microbioma in condizioni di 
salute differenti. Filoni di ricerca più recenti si sono spinti a scoprire l’asse microbiota-intestino-
cervello scoprendone l’influenza su umore, comportamento alimentare, e persino sulla percezione 
del gusto degli alimenti.  
Non meno importanti, soprattutto in questo periodo storico che ci ha visto affrontare la pandemia 
da Covid-19, le ricerche sull’asse intestino-polmone e il possibile ruolo degli alimenti che 
interagendo con il microbiota possono modulare l’immunità.  
Un vero e proprio ruolo sistemico, questo del microbiota, da alcuni definito di vero e proprio 
“direttore d’orchestra” (Niccolai E 2019).  
Scopo di questo lavoro di tesi, dopo l’approfondimento sullo stato dell’arte in tema di Microbiota, 
della sua influenza sulla fisiologia e la patogenesi e dei fattori soprattutto dietetici che possono 
contribuire alla sua modulazione, è di valutare il possibile ruolo dei cibi fermentati più diffusi nei 
paesi occidentali. Le loro proprietà benefiche oggetto di ricerca recente e il loro possibile ruolo come 
alimenti funzionali prebiotici e  probiotici prodotti a domicilio, potrebbero contribuire al 
miglioramento della biodiversità microbiologica intestinale e a colmare le carenze del regime 
alimentare tipico occidentale.
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LA FERMENTAZIONE 
COS’E’ LA FERMENTAZIONE 
Gli alimenti fermentati sono definiti come "alimenti o bevande prodotti attraverso la crescita 
microbica controllata e la conversione dei componenti degli alimenti attraverso l'azione enzimatica" 
o anche come “una tecnologia nella quale la crescita e l’attività metabolica dei microrganismi viene 
usata per la conservazione degli alimenti” (Şanlier N 2019) (Marco ML 2017). La fermentazione è 
uno dei più antichi ed economici metodi di preparazione del cibo nel mondo e gli alimenti fermentati 
si potrebbero definire come il primo prodotto alimentare processato consumato dagli esseri umani. 
Ricette a base di alimenti fermentati fanno parte delle tradizioni dei popoli di tutte le parti del 
mondo grazie alla fermentazione di carne e pesce, latticini, verdure, soia, altri legumi, cereali e 
frutta. Storicamente, la fermentazione alimentare era utilizzata come metodo di conservazione, 
poiché la generazione di metaboliti antimicrobici (ad esempio acidi organici, etanolo e batteriocine) 
riduce il rischio di contaminazione con microrganismi patogeni. La fermentazione veniva anche 
utilizzata per migliorare le proprietà organolettiche (ad esempio, gusto e consistenza), con alcuni 
alimenti come le olive, che non sarebbero commestibili senza la fermentazione che rimuove i 
composti fenolici amari. 
Le diverse variabili del processo di fermentazione tra cui i microrganismi, gli ingredienti nutrizionali 
e le condizioni ambientali, danno origine a migliaia di diverse varianti di alimenti fermentati. (v. 
Fig. 1) 
 
Figura 1 Panoramica sulla fermentazione degli alimenti. (Marco ML 2017) 
Esistono due metodi principali attraverso i quali fermentare gli alimenti. In primo luogo, gli alimenti 
possono essere fermentati naturalmente, ovvero attraverso "fermenti selvatici o spontanei", dove 
i microrganismi che sono presenti naturalmente negli alimenti crudi o nell'ambiente di lavorazione, 
fanno partire il processo fermentativo, ad esempio nei crauti, nel kimchi e in alcuni prodotti a base
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di soia fermentata. Questo metodo è ancora utilizzato in molti prodotti tradizionali dove si fa ancora 
affidamento sulla creazione di un ambiente selettivo che favorisca i microrganismi utili 
naturalmente presenti nella materia prima. In secondo luogo, gli alimenti possono essere fermentati 
mediante l'aggiunta di colture starter, note come “culture-dependent ferments”", ad esempio kefir, 
kombucha e natto (Dimidi E 2019) (Marco ML 2017). Un metodo per produrre un fermento 
dipendente dalla cultura è il "backslopping", dove una piccola quantità di un lotto precedentemente 
fermentato viene aggiunta al cibo crudo, come avviene ad esempio per il pane a lievitazione 
naturale. Gli starter utilizzati per avviare la fermentazione possono essere naturali come avviene nel 
backslopping oppure starter commerciali selezionati per standardizzare le caratteristiche 
organolettiche del prodotto finale. Nella fermentazione guidata utilizzata dall’industria alimentare 
moderna è diventato essenziale aggiungere colture selezionate dei microrganismi responsabili del 
processo fermentativo per: 
• accelerare l’inizio della fermentazione 
• produrre prodotti della qualità desiderata in tempi tecnologicamente accettabili 
• rendere riproducibile il processo fermentativo 
Come risultato di una moltitudine di combinazioni microrganismi-cibo, ci sono migliaia di diversi tipi 
di cibi e di bevande fermentate (v. Fig. 2). 
Essi sono molto semplici in quanto richiedono veramente pochi ingredienti e una preparazione e 
lavorazioni minimali, altro probabile motivo per il quale sono sempre stati così diffusi nel mondo. 
Sebbene alcune fermentazioni contengano solo pochi taxa batterici, le differenze di ceppi e le 
dinamiche al loro interno durante il processo possono essere estremamente complesse. In alcuni 
cibi, ogni piccola alterazione nella biodiversità o nel numero di specie può produrre risultati 
differenti nel prodotto con variazioni anche significative nella qualità e nelle proprietà 
organolettiche dipendenti dai metaboliti microbici.  
 
Figura 2 Origine microbica dei più comuni fermentati (Marco ML 2017)
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I FATTORI DI CRESCITA BATTERICA (FARRIS GA 2018) (SAVO SARDARO ML 2019) 
Gli alimenti fermentati sono ottenuti attraverso l'azione di microrganismi, in particolare batteri, 
lieviti e funghi e i loro enzimi, in un processo denominato fermentazione. Come detto in precedenza, 
i microrganismi possono essere indigeni presenti sul substrato, aggiunti attraverso starter, oppure 
possono essere presenti negli o sugli ingredienti e sugli utensili o nell'ambiente. Fondamentalmente, 
per consentire la fermentazione degli alimenti devono coesistere un substrato adatto, 
microrganismi appropriati e condizioni ambientali adeguate che possiamo distinguere 
principalmente in:  
- FATTORI INTRINSECI ovvero caratteristici dell’alimento derivanti dalla sua struttura o 
composizione:  
➢ PH/ACIDITA’ ovvero quanti ioni idrogeno H+ sono presenti nell’alimento. E’uno dei 
parametri in grado di influenzare in maniera più significativa il comportamento dei 
microrganismi esercitando un’attività selettiva su di essi ed influenzandone la velocità di 
crescita. La maggior parte dei microrganismi patogeni non sono in grado di crescere e 
produrre tossine a ph < 4,6, per questo motivo la conservazione del cibo mediante 
acidificazione (da fermentazione o per aggiunta di acidi organici) è stata praticata fin dai 
tempi più antichi. Lieviti e muffe sono i microrganismi che sono in grado di sopravvivere 
meglio a bassi valori di ph. 
➢ AW attività dell’acqua ovvero quanta acqua libera è presente nell’alimento per 
consentire lo svolgimento delle funzioni biologiche dei microrganismi. Nessun organismo 
è in grado di crescere ad Aw<0,60 e la maggior parte dei patogeni è inibita a Aw<0,90. 
Un modo per abbassare l’Aw è quello di aggiungere sale o zucchero all’alimento, come 
avviene da millenni empiricamente per conservare molti alimenti. 
 
➢ POTENZIALE REDOX (EH) misura la tendenza del substrato ad acquisire o cedere 
elettroni. Esso è fortemente influenzato dalla presenza o assenza di ossigeno. Vi sono 
microrganismi che richiedono ossigeno per la loro crescita (AEROBI) e altri per i quali 
l’ossigeno è tossico ed in sua presenza non si sviluppano (ANAEROBI) e ricavano energia 
da altre sostanze come l’acido piruvico. Il potenziale redox di un alimento è determinato 
dalla sua composizione chimica, dai processi tecnologici a cui l’alimento viene 
sottoposto, dalla concentrazione di ossigeno dell’atmosfera circostante e quindi dal 
grado di accesso dell’alimento all’atmosfera.  
 
➢ COMPOSIZIONE NUTRIZIONALE DELL’ALIMENTO: questo è un fattore che influenza tutti 
gli altri fattori intrinseci precedenti. La composizione chimica dell’alimento funge da 
sorgente di energia e di composti chimici necessari per la vita e lo sviluppo dei 
microrganismi e determina anche una selezione microbica.  
  
- FATTORI ESTRINSECI sono i fattori non legati al substrato ma all’ambiente in cui si trova 
l’alimento
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➢ TEMPERATURA Ogni microrganismo presenta un intervallo di temperature entro cui 
può crescere e uno ottimale nel quale la crescita è massima. Al di sotto della 
temperatura minima la crescita è bloccata e le reazioni enzimatiche sono rallentate 
(i microrganismi passano ad uno stato di latenza), al di sopra invece della 
temperatura massima si ha la morte delle cellule per denaturazione degli enzimi e 
delle proteine di membrana e rottura della parete.  
 
➢ ATMOSFERA DI CONSERVAZIONE DELL’ALIMENTO: il confezionamento degli 
alimenti, oltre a proteggerli da alterazioni di natura chimica, fisica e biologica, 
consente di controllare il tipo di atmosfera che circonda l’alimento stesso, 
influenzando così lo sviluppo microbico. 
Gli alimenti sono un ecosistema costituito dall’ambiente e dai microrganismi che vivono in esso nel 
quale fattori intrinseci (pH, aw, nutrienti) ed estrinseci (temperatura, presenza di altri 
microrganismi) regolano lo sviluppo microbico. Le interazioni dei fattori ambientali determinano 
se un microrganismo possa o no svilupparsi in quell’ecosistema. 
FERMENTAZIONE E TRASFORMAZIONI NEL CIBO (FARRIS GA 2018) (SAVO SARDARO ML 
2019) 
La fermentazione alimentare consiste nella conversione di carboidrati fermentabili principalmente 
in acidi organici, alcool e anidride carbonica (CO₂) per opera di microrganismi (batteri, lieviti, funghi 
o una combinazione di essi) e può essere suddivisa in alcune categorie principali:  
- ALCOLICA: il cui risultato è la produzione di etanolo e viene prevalentemente effettuata dai 
lieviti. Essa può avvenire in presenza di ossigeno (respirazione) se i livelli di zucchero sono 
molto bassi con produzione di acqua e CO₂ oppure in condizioni di anaerobiosi 
(fermentazione) se i livelli di zuccheri negli alimenti superano i 9 g/lt con produzione finale 
di alcool e CO₂ 
- LATTICA: effettuata dai batteri lattici (LAB) con la produzione di acido lattico ma anche di 
CO₂, alcool e acetaldeide, a seconda che i LAB coinvolti siano omofermentanti (via glicolisi) 
o eterofermentanti (via fosfochetolasi). 
- ACETICA: effettuata dai batteri acetici. Non è una vera fermentazione ma una 
trasformazione ossidativa dell’etanolo in acido acetico che avviene in presenza di ossigeno 
Durante la fermentazione, l’attività enzimatica dei microrganismi e del substrato alimentare, cambia 
le proprietà nutritive e bioattive della matrice alimentare di partenza. La fermentazione acetica e 
lattica abbassa il ph dell’alimento fermentato e insieme alla produzione di batteriocine e metaboliti 
anti-microbici, aumenta la shelf-life degli alimenti, in particolare di quelli altamente deperibili.
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FERMENTAZIONE E GUSTO UMAMI 
Le molteplici sensazioni gustative percepite dall’uomo possono essere ricondotte alla combinazione 
di cinque modalità gustative primarie: salato, acido, dolce, amaro e umami (dal giapponese umai, 
squisito o delizioso), quest’ultimo corrispondente al sapore dell’amminoacido glutammato (Glu) 
presente in qualunque proteina, che può “intrappolare” il gusto delle proteine negli alimenti. Il 
gusto umami è messo in relazione con la necessità di assumere alimenti plastici di tipo proteico che 
permettono il ricambio delle proteine tissutali. Esso è associato ad un gusto saporito come un brodo 
di carne o di funghi o al sapore dei cibi fermentati (Debellis L 2019). Gli alimenti fermentati sono 
apprezzati per il loro odore e sapore ricchi e complessi. L'attività metabolica dei microrganismi 
durante la fermentazione determina la qualità degli alimenti e genera odori e composti che ne 
influenzano il gusto. In particolare, la proteolisi durante le fermentazioni alimentari genera proprio 
il gusto umami grazie alla produzione di amminoacidi e peptidi bioattivi (ad esempio α-glutamil 
peptidi, γ-glutamil peptidi e succinyl- o lactoyl amminoacidi). (Tennant DR 2018) (Zhao CJ 2016) Il 
glutammato è prodotto da numerosi ceppi batterici, molti dei quali rappresentano batteri 
ambientali o ceppi utilizzati nella fermentazione degli alimenti. I batteri Coryneform sono utilizzati 
industrialmente per la produzione di Glu e anche i ceppi di LAB (Lactobacillus plantarum, 
Lactobacillus paracasei e Lactococcus lactis) sono in grado di sintetizzare Glu. Uno studio ha 
dimostrato che circa il 15% dei ceppi di LAB isolati da alimenti fermentati asiatici sono produttori di 
Glu. (Baj A 2019). Consideriamo che i livelli di Glu dopo idrolisi acida in alcuni semi oleosi possono 
raggiungere i 50.000 mg/kg, che il Glu derivato dalle proteine nei prodotti animali è presente 
mediamente a livelli di circa 25.000 mg/kg mentre in alcuni alimenti fermentati come formaggio, 
carni conservate e salsa di soia, i glutammati liberi possono essere presenti in concentrazioni 
relativamente elevate. In essi questi livelli sembrano essere molto variabili, probabilmente legati al 
grado di invecchiamento e maturazione e possono salire a oltre 18.000 mg/kg (Tennant DR 2018). 
 
MICROBIOTA E SALUTE 
COS’E’ IL MICROBIOTA INTESTINALE 
Con il termine Microbiota si definisce l’insieme dei microrganismi che convivono con un organismo 
senza danneggiarlo in condizioni di normale funzionamento del suo sistema immunitario. Negli 
esseri umani in particolare, ci si riferisce ai microrganismi che risiedono nell’intestino. Al microbiota 
intestinale è stato riconosciuto un ruolo importante nella regolazione della fisiologia sia in salute 
che in malattia. Stiamo parlando di trilioni di ospiti intestinali che formano una relazione 
reciprocamente vantaggiosa con il nostro organismo, fondamentale per il mantenimento 
dell'omeostasi. Esso comprende archaea, virus, lieviti, protozoi e principalmente batteri, la loro 
quantità supera di 10 volte quella delle cellule del corpo umano, pesa circa 1,5/2 kg, si estende per 
una superficie di oltre 400 mq (come due campi da tennis), ma la cosa più sorprendente è il fatto 
che la quantità cumulativa dei geni del microbiota intestinale, il microbioma, è 100 volte superiore 
a quella del genoma umano, indicando ulteriormente il suo significato. È ormai diffusa l’idea che i