Cod. EM5U1. Chimismo delle Fermentazioni

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1 Cod. EM5U1 Chimismo delle Fermentazioni

2 Fermentazione Gli zuccheri vengono trasformati in: alcole, anidride carbonica, acqua ed energia. Il rapporto dei prodotti dipende dall ambiente in cui il processo biochimico si svolge, limiti estremi sono: A) abbondante presenza di ossigeno C 6 H 12 O 6 B) assenza di ossigeno C 6 H 12 O 6 6CO 2 + 6H 2 O + 673,4 kcal 2C 2 H 5 OH + 2CO kcal In pratica si ha la prevalenza della reazione A nella primissima fase del processo e della reazione B nella fase che segue. Quando la fermentazione si svolge in maniera stentata, per fattori di natura diversa, si originano altri prodotti secondari che non sempre hanno valenza qualitativa.

3 Aspetti enologici del chimismo Glucosio Glucosio-P Fruttosio-P P-Fruttosio-P CH 2 OH-CO-CH 2 -O-P + HCO-CHOH-CH 2 -O-P (DAP 90 %) (3-GAP 10 %) con l ossidazione della 3-GAP a 3-PGA si producono 2 ATP e 2NADH +H + che vengono utilizzati in seguito per ridurre l aldeide acetica ad alcole etilico. CH 3 -CHO + NADH +H + CH 3 -CH 2 OH + NAD + Quando l aldeide acetica scarseggia (inizio fermentazione o andamento stentato della stessa o bloccandola con solfiti o alcali o forti dosi di SO 2 ) queste molecole vengono utilizzate, invece, per ridurre i triosi, DAP e 3-GAP a glicerina e/o l acido piruvico ad acido D-lattico. CH 3 -CO-COOH + NADH +H + CH 3 -CHOH -COOH + NAD +

4 Prodotti secondari della fermentazione Oltre a glicerina e acido D-Lattico nel corso della fermentazione vengono prodotti: Acetone CH 3 -CO-CH 3 (da 2 mol di aldeide acetica x cond, riduz. Decarboss.) acido succinico COOH-CH 2 - CH 2 -COOH (da ac. glutammico o acetaldeide) acetilmetilcarbinolo (acetoino) CH 3 -CHOH-CO-CH 3 (da ac. piruvico) diacetile butilenglicole CH 3 -CO-CO-CH 3 (da ac. piruvico) CH 3 -CHOH-CHOH-CH 3 (da acetaldeite ed etanolo) e acidi e alcoli superiori dagli amminoacidi (per deaminazione e decarbossilazione) alcol isoamilico CH 3 - CH 2 -CH(CH 3 )-CH 2 OH (da isoleucina) tirosolo CH 2 OH-CH 2 -Ar-OH (da tirosina) alcol isobutilico CH 3 -CH(CH 3 )-CH 2 OH (da valina)

5 Glia alcoli superiori oltre che dagli amminoacidi si originano dai chetoacidi di provenienza diversa (in particolare dai glucidi) E stato evidenziato che se nel mosto è presente azoto ammoniacale in abbondanza, almeno 500 mg/l, i lieviti invece di utilizzare azoto dalla deaminazione utilizzano quello disponibile per cui non si hanno produzioni rilevanti di alcoli superiori.

6 Bilancio della fermentazione Teoricamente, in una fermentazione in purezza, da 1 mole di glucosio, che pesa 180 g, si ottengono 2 moli di alcole etilico (92 g pari al 51,1% in peso; 51,1/0,8 = 63,8% in volume) e due moli di anidride carbonica (88 g pari al 48,9% ovvero a 44,8 litri) liberando nell ambiente 25 kcal. Nella pratica, però, il valore di 63,8 % risulta scendere tra 57,14%, coefficiente ufficiale francese e 0,6 coefficiente ufficiale italiano. Le masse relative alla differenza costituiscono i prodotti secondari della fermentazione, di cui la glicerina, in quantità molari, rappresenta il 50%. Relazione molare: g = 2a + 5s + 2m + b + h e / g = 10 dove: g/(somma) oscilla tra 0,8 e 1,1 g = glicerina; a = ac. acetico; s = ac. succinico; e = alcol etilico m = acetilmetilcarbinolo; b = butilenglicole; h = acetaldeide residua

7 Relazioni ponderali tra i prodotti secondari della fermentazione A partire da 170 g di zuccheri si originano i seguenti prodotti (mg): Alcol etilico Acetaldeide 80 Anidride carbonica Acido piruvico 80 Glicerina Ac. -chetoglutarico 40 Acido succinico 800 Acetato di etile 40 Butilenglicole 400 Acetoina 10 Acido acetico 300 Lievito secco Alcoli superiori 300

8 Fermentazione malo-alcolica Questa fermentazione è condotta da lieviti del genere Schizosaccharomyces che attaccano l acido malico trasformandolo in acido piruvico e quindi in alcole etilico. La reazione utilizza come cofattore indispensabile lo ione Mn 2+ caratteristica questa che fornisce la possibilità di un eventuale controllo della stessa. In genere questa reazione non ha importanza rilevante, salvo nei casi di elevata quantità di acido malico. Nel caso che si faccia ricorso a questa fermentazione è necessario ricorrere a lieviti schizosaccaromiceti selezionati che non producono metaboliti secondari dall odore poco gradevole.

9 Fermentazione malo-lattica Questa fermentazione, costituisce la degradazione dell acido malico in acido lattico: é necessario che avvenga nei grandi vini rossi; è preferibile che si svolga nei vini bianchi tranquilli affinati in legno; è sconsigliata nei vini bianchi in genere; è vietata nei vini bianchi base spumante. E condotta da batteri in ambiente anaerobico; non ha scopo energetico bensì quello di abbassare l acidità per costituire un ambiente a loro meno ostile. La loro presenza nel vino è di origine inquinante. Caratteristica di questi batteri: sono cellule non mobili e non formano spore; sono Gram positivi; sono anaerobi facoltativi sono omofermentativi (producono solo acido lattico) o eterofermrntativi (producono anche altri composti)

10 Batteri di interesse enologico I batteri lattici di interesse enologico sono: Oenococcus oeni ( ex Leuconostoc oenos) eterofermentativo(12 %Vol) Pediococcus parvulus e cerevisae, omofermentativi (14 %Vol) Lactobacillus Plantarum, omolattico) e hilgardii, eterolattico (15% Vol) Sotto l aspetto nutritivo sono molto esigenti ma nel vino trovano i loro fabbisogni utilizzando i prodotti che si liberano con la lisi dei lieviti. In particolare, non utilizzano azoto ammoniacale, ma solo amminoacidico. I parametri ambientali, invece, sono determinanti per il loro sviluppo: Temperatura, valori ottimali sono C [limiti: C] La concentrazione zuccherina funge da ostacolo Resistenza all alcole variabile (10 14 % Vol) Resistenza alla solforosa scarsa (dosi inibenti sono: mg/l) ph,: valore di inibizione <3,2 ; ottimale > 3,4 (4,2 4,5) Interazione negativa con i lieviti, positiva coi batteri acetici e botrytis Leggera aerazione risulta positiva, l ossigeno puro inibisce. L azione combinata di questi fattori amplifica i singoli effetti.

11 Controllo della FML in vinificazione Nelle vinificazioni in bianco, i parametri di ph, temperatura, Solforosa totale e igiene di cantina, sono in genere sufficienti a controllare l attività della FML. Nelle vinificazioni in rosso, invece, il controllo risulta più delicato, perché bisogna evitare che essa si svolga durante la FA e favorirla non appena gli zuccheri riduttori scendono sotto i 2 g/l. La moderata solforosa iniziale (4-6 g/hl con uva sana), la scarsa competitività coi lieviti (pied de cuve ben attivo) e periodi non prolungati di contatto delle vinacce con l aria, consentono di controllare agevolmente il processo durante la FA. Il controllo diventa difficile, invece, in caso di uve ammuffite (che sono di conseguenza anche fortemente inquinate) e negli arresti di fermentazione per cause varie.

12 Ruolo della FML nell aroma dei vini Oltre al caratteristico odore di burro-nocciola, certi batteri lattici contribuiscono a rivelare meglio il potenziale varietale dell uva. L Oenococcue oeni produce Esteri volatili: lattato di etile (odore lattico) e acetato di etile (banana); Composti solforati volatili: 3-metilsulfanil-propionico (prugna). Aromi terpenici: Liberando lo zucchero da alcuni precursori aromatici vengono esaltati gli aromi floreali (rosa=linalolo), fruttati (frutta esotica e mela cotta), vaniglia, zucchero candito e cioccolata calda. Aromi del legno: la FML in barrique fa sviluppare più rapidamente il carattere di boisé nei vini; sembra, infatti, che le glicosidasi batteriche rivelano gli aromi dai precursori presenti nel legno di quercia, e quindi sviluppano più rapidamente i sentori di vaniglia e noce di cocco. Diminuzione dell erbaceo: Prove comparate sul Cabernet Sauvignon hanno dimostrato che durante la FML il contributo dato dai relativi batteri all aroma va ben oltre la semplice nota di burro.

13 Biochimismo della FML Con la trasformazione dell ac. malico in ac. lattico si ha una diminuzione dell acidità titolabile dovuta al malico del 50-60% per effetto della perdita di un carbossile e per la precipitazione di una parte di ac. tartarico come bitartrato di potassio in seguito all aumento di ph Le ipotesi di degradazione dell acido malico sono tre: Malico-deidrogenasi (via ossalacetico - ac. piruvico) Enzima malico (via ac. piruvico) Enzima malolattico (non ancora individuati i composti intermedi) I batteri lattici hanno la peculiarità di trasformare l acetaldeide (anche combinata con la solforosa) in acetil-metil-carbinilo e questo in diacetile (odore di burro, ma sopra la soglia di 4 mg/l diventa pesante di rancido). I batteri sono sensibili ai virus, questi attaccano la parete cellulare con un enzima specifico (lisozima) perforandola.

14 Prodotti della FML HMH 1 g HL + Etanolo CO 2 + HL 0,33 g + 0,67 g Lattato di etile HL Ac. Piruvico Acetil Metil Carbinolo Diacetile Se è presente acido citrico, questo, viene degradato ad acido acetico H 2 CH 2HA

15 Inoculo di Batteri selezionati Inoculo del mosto prima della FA (coinoculo con 10 6 UFC/ml) Metodo complesso, rischioso, non sempre fornisce i risultati sperati; Il bacterio utilzzato è il Lactobacillus Plantarium (omolattico) e sembra che si ottengono vini più puliti con ridotto sentore di burro-nocciola. Impiego di elevata biomassa per evitare la moltiplicazione Cellulare I risultati ottenuti non sono sempre soddisfacenti a causa delle difficoltà di adattamento dei batteri all ambiente vinoso. Impiego di biomasse industriali Vengono forniti dalle aziede produttrici in confezioni predosate, sia per vasche che per barriques; hanno costi rilevanti. - Batteri liofilizzati tradizionali Vengono attivati e acclimatati prima dell inoculo - Batteri liofilizzati ad inoculo diretto Sono batteri ad azione complessa che vengono aggiunti alla vasca così come forniti dal produttore

16 Batteri liofilizzati tradizionali L impiego di questi batteri prevede la coltura di espansione ed acclimatazione dei ceppi secondo un protocollo fornito dal produttore, che prevede la creazione di un ambiente, via via sempre più difficile per stimolare le cellule batteriche a sviluppare sistemi di difesa. A bilanciare queste difficoltà d impiego, la possibilità di scegliere tra numerosi ceppi con caratteristiche qualitative sui vini molto diversi (es. produzione di diacetile o note fruttate, ecc.) Ditta CHEMICAL R. Company ESSECO LALLEMAND Ecobacter EB-LF Uvaferm MLS EQ 54 Standard Ceppi PERDOMINI La Claire Enolact STD 01 VASON Bio-Malo / Malo-kit

17 Batteri liofilizzati a inoculo diretto Caratteristica di questi batteri è che si possono aggiungere direttamente al vino, poiché il processo di produzione industriale ha reso queste cellule più resistenti alle avversità del vino. Inoltre, svolgono un ruolo di fermentazione secondaria che non è solo disacidificazione ma anche evoluzione del vino verso profili di elevata complessità e finezza Ditta CHEMICAL R. Company DAL CIN ESSECO FERRARI INTEC CHR.HANSEN LALLEMAND OLIVER OGAR Ecobacter EB-CC Ceppi Lalvin 31 - Lalvin Lactic Uvaferm MLD - Uvaferm Alpha Viacell Provino Estremo 11 - ID Vini Flora Oenos / CH35 / C Plantarum Lalvin EQ 54 MBR Leuconostoc oenos MLF Quick PERDOMINI La Claire Enolact DIR 01