Il microbiota e la fermentazione influenzano anche la qualità del tabacco (sì, proprio del tabacco)

SPOILER: no, fumare non è mai una buona idea

In questo articolo non troverete una singola riga in cui verrete incentivati a fumare. Ma ci piace chiarire alcuni aspetti molto curiosi, noi che amiamo l’infinitamente piccolo, la divulgazione e il sapere in ogni sua forma, senza alcun pregiudizio.

Il tabacco

Il tabacco, nome commerciale di Nicotiana tabacum secondo la tassonomia ideata dal nostro beneamato Linneo, è una pianta perenne a foglia corta, originaria del continente americano e importata in Europa dopo la scoperta di quest’ultimo. Si tratta di una delle colture vegetali ad uso non alimentare più diffuse al mondo, dove trova il suo apice di produttività in Cina. Proprio nel paese del dragone, infatti, c’è anche il maggior numero di consumatori del prodotto che si ottiene dopo un processo di essiccazione. Infatti, la pianta in questione dà vita a foglie ricche di nicotina: queste vengono quindi disidratate e utilizzate per produrre sigarette e sigari.

Le foglie essiccate non invecchiate (data l’assenza di particolari essenze volatili che impreziosiscono il flavour) vengono utilizzate per produrre esclusivamente sigarette. Curiosamente, in particolar modo per quel che riguarda i sigari, l’invecchiamento delle foglie di tabacco presuppone un processo di fermentazione: i microrganismi responsabili della maturazione del prodotto fanno che il tabacco abbia un’elevata qualità commerciale e ne faccia diventare il colore giallo scuro. Vengono inoltre eliminati odori che possono risultare sgradevoli e degradando parzialmente alcune sostanze nocive (pur producendone altre), unitamente alla produzione di particolari composti volatili che impreziosiscono l’aspirazione.

Coltivazione del tabacco
Figura 1 – il tabacco è una delle principali piante coltivate nel mondo, l’Italia è tra i principali paesi produttori [Fonte immagine: Yahoo finanza]

Fermentazione del tabacco e reazioni catalitiche

Il più semplice e antico sistema di innesco del processo fermentativo consiste nell’accatastamento di grandi quantità di tabacco in pile. Contenendo le foglie (quindi le cataste) un certo contenuto di calore, umidità e sostanze carboniose (ma anche e soprattutto azoto), vengono favorite modificazioni biochimiche delle foglie che migliorano le caratteristiche qualitative e di lavorazione del tabacco. Durante questo processo il calore non viene dissipato facilmente a causa della scarsa conduttività termica della massa di tabacco stessa, quindi la temperatura nella pila può salire persino a 55–65 °C.

Dopo 5-7 giorni di fermentazione, viene effettuato un periodico capovolgimento della massa. Viene così garantita omogeneità ed evitato il surriscaldamento (ricordiamo che la fermentazione è un processo esotermico). La manovra viene ripetuta 2-5 volte, dopodiché la fermentazione può considerarsi terminata. Generalmente, le comuni temperature di replicazione artificiale del processo variano da 35 a 50 °C ,con un ciclo di fermentazione di 4-7 settimane. Tuttavia, a causa della diversità delle tecniche e delle aree di produzione, anno, varietà, qualità e maturità delle foglie di tabacco, le condizioni ottimali di fermentazione del tabacco sono diverse.

Fermentazione e biochimica dei microrganismi

L’ulteriore aspetto curioso che coinvolge il mondo della produzione del tabacco di qualità riguarda ancora l’ambito della biochimica dei microrganismi, diversamente però dai meccanismi puramente fermentativi. Nel 1858 lo studioso britannico Koller condusse per primo un attento studio sul meccanismo di fermentazione delle foglie di tabacco. Lo scienziato infatti sostenne durante la conservazione del tabacco accatastato avviene una degradazione e quindi trasformazione dei carboidrati contenuti nelle foglie, divenendo assimilabili dai batteri. Su questa base, Koller ha quindi proposto il concetto di fermentazione. Successivamente, altri studiosi hanno suggerito tre teorie correlate: ossidazione, azione microbica e catalisi enzimatica.

Sebbene le reazioni enzimatiche coinvolte non sono nello specifico ancora chiare, è universalmente accettato che i tre approcci (ossidazione, azione microbica e catalisi enzimatica nelle foglie) interagiscono e si completano a vicenda.

Microrganismi responsabili

La fermentazione del tabacco è quindi da considerare come una parte cruciale della lavorazione di sigari e sigarette. Tuttavia, le condizioni di fermentazione appropriate alle diverse varietà di foglie di tabacco sono diverse. Diversi studi, sulla base dei risultati di test che mettevano in evidenza proprietà fisiche, composizioni chimiche e qualità sensoriale del tabacco fermentato, hanno rilevato che la fermentazione a 45 °C per 6 settimane è una condizione per lo più favorevole. Si tratta di parametri sostanzialmente coerenti con le condizioni di fermentazione del tabacco commerciale.

Partiamo da un assunto fondamentale

Esiste una significativa eterogeneità spaziotemporale nella composizione della comunità microbica durante l’invecchiamento del tabacco. Va inoltre evidenziata la possibile influenza delle interazioni e dell’attività enzimatica sulla diversità e composizione microbica. Il linea generale, possiamo riconoscere che durante i primi mesi (all’incirca 18) la comunità fungina va lentamente in decrescita in favore di quella batterica. Infatti, l’abbondanza relativa di Proteobacteria diminuisce laddove aumenta quella di Actinobacteria e Bacteroidetes. Inoltre, il microbioma batterico mostra una forte associazione positiva con l’attività dell’amilasi, mentre il microbioma fungino è correlato positivamente con l’attività della cellulasi.

Un gruppo di ricercatori italiani ha rivelato che batteri appartenenti a Staphylococcaceae e Lactobacillales sono dominanti all’inizio della fermentazione. Microrganismi dell’ordine Actinomycetales si espandono invece rapidamente durante la fase tardiva. Diversi ceppi di microrganismi, come AS97 (Pseudomonas fluorescens numero di accesso Genbank: JF449445) e batteri di degradazione della cellulosa mostrano la capacità di ridurre i TSNA nelle sigarette; qualità che può essere potenzialmente applicata per la produzione di tabacco industriale. In estrema sintesi, batteri appartenenti ai generi Sphingomonas, Methylobacterium, Pseudomonas, Acinetobacter, Enterobacter, Aureimonas, Bacteroides e Rhodococcus sono quelli predominanti che contribuiscono alla degradazione della nicotina o alla formazione di composti aromatici rappresentativi.

Nel processo di invecchiamento del tabacco, il microambiente può essere alterato comportando importanti modificazioni a carico dei metaboliti secondari prodotti durante la fermentazione. Ad esempio, i livelli di acidi organici totali e composti volatili aumentano gradualmente. Diminuiscono invece i livelli di nicotina, alcali volatili, zuccheri totali, zuccheri riducenti e valori di pH diminuiscono nelle foglie di tabacco.

Essiccazione del tabacco
Figura 2 – l’essiccazione del tabacco è una fase cruciale, che influenza e viene influenzata in maniera determinante dalla comunità microbica [Fonte immagine: 123RF]

Aspetti aromatici

E’ risaputo che il processo di fermentazione porta con sé un bagaglio di sostanze aromatiche. In questo ambito un ruolo cruciale è svolto dalle condizioni di umidità e temperatura che sono replicate nelle diverse aree e contesti di produzione. Questo processo di maturazione richiede dai 18 ai 30 mesi circa. Il cambiamento importante in questa fase è sostanzialmente la conversione di potenziali sostanze aromatiche in sostanze aromatiche separate (un meccanismo già visto nell’uva da vino, dove molti polifenoli e sostanze aromatiche sono legate a molecole di saccaridi).

L’aroma: sostanza determinante

L’aroma è una sostanza importante che determina la qualità del tabacco: le sostanze responsabili in maniera preponderante dell’aroma dei sigari vengono rappresentate dai prodotti di reazione di Maillard, carotenoidi, sostanze note come cembranoidi (diterpeni ciclici naturali naturalmente presenti nelle erbe e nelle foglie di tabacco) e le oleoresine (ladano) contenute nelle foglie, a loro volta apportatrici di profumi che vanno ad aumentarne la complessità.

Negli ultimi decenni, alcuni composti organici presenti negli alimenti, negli ingredienti alimentari e nei prodotti di derivazione vegetale hanno suscitato un notevole interesse nella ricerca. Alcuni di questi componenti chimici vengono definiti latenti, non avendo impatto aromatico fino allo svolgimento di determinate attività metaboliche. Solo attraverso reazioni enzimatiche, ossidazioni e reazioni di cracking (ottenimento di idrocarburi leggeri a partire da molecole maggiormente complesse) in condizioni di alta temperatura e alta umidità, saranno quindi degradate in sostanze aromatiche. E’ il caso dei polifenoli, sostanze estremamente diffuse nel regno vegetale, che vengono degradati per via ossidativa al pari di acidi organici, sostanze carboniliche e azotate.

Assumiamo, dunque, che ci sono poche sostanze volatili nelle foglie di tabacco prima della fermentazione. In seguito ai meccanismi fino ad ora esplicati possono verificarsi sostanziali cambiamenti nelle sostanze aromatiche latenti, così da migliorare la qualità delle foglie di tabacco. Solitamente la concentrazione di composti organici volatili in queste sostanze è notevolmente bassa (nell’ordine del µg/g). Tuttavia, essi hanno un’influenza importante sullo stile e sulla qualità del sapore.

Conclusioni

I risultati di interessanti studi condotti in Cina hanno evidenziato come molecole di solanone, geranilacetone, diidroattinidiolide e megastigmatrienone, sono elevati con l’aumento della temperatura di fermentazione. Questi componenti svolgono un ruolo fondamentale nella produzione di fragranze e nell’aumento della concentrazione del fumo di tabacco. Va considerato anche che il contenuto di neofitadiene si rivela essere maggiore quando la fermentazione avviene a 45 °C. Come suggerisce la nomenclatura, si tratta di un diterpene, con interessanti proprietà antimicrobiche e antinfiammatorie. Nel caso della produzione di sigari, contribuisce al perfezionamento dell’aroma inibendo sensazioni irritanti proprie del fumo di tabacco non fermentato.

Fonti

  • Xuefeng Li et al, Application of Chromatographic Technology to Determine Aromatic Substances in Tobacco during Natural Fermentation: A Review, Separations (2022), 9, 187
  • Jiaxi Zhou et al, Dynamic characteristics and co-occurrence patterns of microbial community in tobacco leaves during the 24-month aging process, Annals of Microbiology (2021) volume 71
  • Jingjing Li et al, Influence of microbiota and metabolites on the quality of tobacco during fermentation, BMC Microbiology (2020) 20:356
  • Huang W. et al, A Study on Major Aromatic Components in Flue-cured Tobacco and Correlation with Grades and Aging Stages of Tobacco, Acta Agric. Univ. Jiangxi Ensis (2010) 32, 0440–0445
  • Di Giacomo et al, Microbial community structure and dynamics of dark firecured tobacco fermentation, Applied Environmental Microbiology (2007), 73(3):825–37
  • Tang C. et al, Advances and assumptions in natural aging of tobacco leaves, Tob. Sci. China (1999), 20, 17–19
  • Immagine in evidenza: Corriere della Sera
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Marco Cozzolino

Sono Marco Cozzolino, laureato in Scienze e Tecnologie alimentari al Dipartimento di Agraria dell'Università degli studi di Napoli Federico II. Mi appassiona la scienza degli alimenti: la chimica, le trasformazioni, le tecnologie e gli aspetti fondamentali di sicurezza di tutto ciò che si può definire alimento. In particolare, mi affascina l'interazione che c'è tra questi e l'infinitamente piccolo. La birrificazione e la microbiologia birraria, unitamente a quella enologica, occupano attualmente le mie giornate e la divulgazione è il coronamento di tutto ciò: condividere informazioni e conoscenze è per me il fine ultimo di ogni ricerca ed esperimento.

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