miércoles, 26 de noviembre de 2014

Formación de Productos Secundarios en la Fermentación Alcohólica del Vino


FORMACIÓN DE PRODUCTOS SECUNDARIOS EN LA FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA DEL VINO

Los productos secundarios de la fermentación alcohólica son muy importantes porque influyen en los aromas y la estabilidad del vino. El componente mayoritario del vino es el etanol, pero también se producen otros compuestos.

En la practica, la conversión de azúcar en etanol no es del 100 %. Varía entre el 92-95 % según la variedad de uva, la región vinícola, condiciones de fermentación, etc.

El destino del azúcar que no se convierte en etanol es el siguiente:
- 1 % es consumido para el crecimiento de la biomasa de levadura.
- 4-7 % es consumido en la producción de otros compuestos secundarios: Glicerol; Ácidos orgánicos (ácido acético, ácido succínico, etc.); Alcoholes superiores;  Ésteres volátiles.


ÁCIDOS

Los ácidos orgánicos que se encuentran en el vino proceden de la vid, de los procesos biosintéticos que se han producido en ella, al igual que los azúcares y demás componentes de la uva. Otra parte proceden del metabolismo de las levaduras que intervienen en la fermentación alcohólica del mosto, de las bacterias que desarrollan la fermentación maloláctica y de procesos biológicos que ocurren durante el envejecimiento.

La concentración de cada uno de ellos en el vino depende de varios factores como son: la variedad de vid, tipo de cultivo, clima, suelo y, sobre todo, el tipo de levadura utilizada durante la fermentación alcohólica , así como de las condiciones presentes en la misma y los posteriores cuidados del vino.

Los principales ácidos orgánicos del vino son:
- Procedentes de la uva: Tartárico COOH-CHOH-CHOH-COOH, Málico COOH-CH2-CHOH-COOH, Cítrico COOH-CH2-COH-COOH-CH2-COOH.
- De procedencia biológica: Láctico CH3-CHOH-COOH, Succínico COOH-CH2-CH2-COOH, Acético CH3-COOH, ácidos grasos como propanoico (H3C·-CH2-COOH), etc.

Los ácidos orgánicos, al ser los principales responsables de la acidez total del vino, tienen una demostrada contribución a las características organolépticas finales del vino, así como a la estabilidad biológica y físico-química posterior del mismo. También resultan de gran importancia para las levaduras porque pueden ser utilizados como fuente de carbono, (cuando ya no dispongan de azúcares), además de contribuir en el control del pH intracelular.

Aportaciones enológicas que contribuyen los principales ácidos orgánicos del vino:
- Tartárico: Aporta características a fruta madura, sabores frescos y agradables. Puede formar precipitaciones en forma de sales tártricas, bitartrato potásico y tartrato neutro de calcio, consecuencia de la acción conjunta de alcohol y frío.
- Málico: Aporta notas ásperas poco agradables. Se tolera mejor en blancos pero para tintos con envejecimiento en madera se realiza la fermentación maloláctica y que consiste en la transformación del málico en láctico disminuyendo así la aspereza y astringencia del vino.
- Cítrico: Aporta connotaciones cítricas, aromáticas y muy vivas.
- Láctico: Aporta suavidad, pero enmascara los aromas primarios de la uva.
- Succínico: Las sensaciones aportadas son saladas y amargas pero muy sutiles y, por ello, apreciadas en vinos de calidad.
- Acético: Es el componente mayoritario de la acidez volátil y, en exceso, transmite al vino gusto a picado.
- Ácidos grasos: Formas ésteres etílicos con fragancias frutales.


PRODUCCIÓN DE ÁCIDO SUCCÍNICO EN AEROBIOSIS

El ácido succínico COOH-CH2-CH2-COOH junto con el glicerol, CH20H-CHOH-CH2OH son los mayores productos secundarios de la fermentación alcohólica. Se produce entre 0,5-2.0 g/l de ácido succínico.

El ácido succínico se forma tanto en condiciones de aerobiosis, como de anaerobiosis. El sustrato del que parten es el pirúvico y que este a su vez se obtiene de la glucólisis.

Las enzimas que actúan en esas condiciones son (Estas reacciones se llevan a cabo en la matriz mitocondria):

- La piruvato carboxilasa que actúa en anaerobiosis: En condiciones de anaerobiosis, la actividad de la α-cetoglutarato deshidrogenasa y de la succinil-CoA-sintetasa presentes en la mitocondria son bajas.

- La piruvato deshidrogenasa que actúa en aerobiosis: En condiciones de aerobiosis, la enzima piruvato deshidrogenasa transforma el piruvato a acetil-CoA y este se incorpora al ciclo de Krebs.

En él, el α-cetoglutarato se oxida con la actuación de la enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa y forma el succinil-CoA que de nuevo se oxida con la intervención de la enzima succinil-CoA-sintetasa formando el succinico.


PRODUCCIÓN DE ÁCIDO SUCCÍNICO EN ANAEROBIOSIS

En condiciones de anaerobiosis, se postulan dos rutas alternativas Y ambas parten del mismo sustrato el pirúvico.

- Ruta reductora, B: Tiene lugar en el citoplasma de la levadura y las reacciones metabólicas que se producen en la ruta reductora, (señalada en la figura con la letra B) son las siguientes:

La enzima piruvato carboxilasa transforma el piruvato en acido oxalacético tras la incorporación del anhídrido carbónico → El oxalacético, por reducción, con la participación del NADH2 se transformara en málico → El málico, por deshidratación, se transforma en fumárico → El fumárico, por reducción, con la participación del NADH2 se transforma en succínico.

- Ruta oxidativa, A:

En esta ruta para la producción del succinato en el citoplasma es necesario que actúen las isoformas citosólicas de las enzimas del ciclo del ácido cítrico, la α-cetoglutarato deshidrogenasa y la succinil-CoA-sintetasa, pero no se realiza en la mitocondria como en el ciclo de Krebs, sino en el citosol. La transformación se lleva a cabo de la siguiente manera:

La enzima piruvato carboxilasa transforma el piruvato en ácido oxalacético, tras la incorporación del anhídrido carbónico. El oxalacético por unión con el acetil-CoA forma el cítrico y este pasa a isocítrico. El isocítrico, por oxidación, con la intervención del NAD, se transforma en el ácido α-cetoglutárico, el cual siguiendo los dos pasos siguientes se transforma en succínico.

1. Descarboxilación oxidativa del ácido α-cetoglutárico formándose CO2, NADH+H+ y Succinil-CoA, con la participación de la enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa.


2. Transformación del Succinil-CoA en ácido succínico con desprendimiento de un GTP, con la participación de la enzima succinil-CoA-sintetasa.


PRODUCCIÓN DEL ÁCIDO ACÉTICO

El ácido acético es producido durante la fermentación alcohólica. Su cantidad oscila entre (0.1-0.5 g/l) y dependerá del metabolismo de la levadura. Es un ácido volátil que influye negativamente en el vino.

La levadura lo formará a través de la ruta secundaria del pirúvico, en condiciones de anaerobiosis, y podrá utilizar dos vías.

Vía 1: El pirúvico pasa a aceltaldehido, tras descarboxilación y participación de la enzima piruvato descarboxilasa. El acetaldehído se transforma en acético (acetato) (4) tras oxidación y participación de la enzima aldehído deshidrogenasa.

Vía 2: El pirúvico sufre una descarboxilación y una oxidación para transformarse en acetil-CoA con la actuación de la enzima piruvato deshidrogenasa. El acetil-CoA podrá ser utilizado para la síntesis de lípidos (que son imprescindibles para la formación de la membrana de la levadura), o bien este acetil-CoA se derivará hacia la formación de ácido acético con la participación de la acetil-CoA hidrolasa (5).


Se trata, pues, de utilizar levaduras productoras de poca acidez volátil. En anaerobiosis, las levaduras que producen menos acético son aquellas con mayor actividad acetil-CoA sintetasa ya que se desvía a la síntesis de lípidos. Saccharomyces es la levadura más importante y la que realmente lleva a cabo la fermentación alcohólica. Esta levadura, durante la fermentación alcohólica, produce pequeñas cantidades de ácido acético que, en principio, no tienen porqué tener consecuencias organolépticas negativas, precisamente, porque son pequeñas cantidades. Sin embargo, levaduras como Brettanomyces o Zygosaccharomyces presentan una intensa actividad aldehído deshidrogenasa y producen grandes cantidades de ácido acético durante la fermentación de la glucosa, por lo que se deben evitar contaminaciones del mosto o del vino con estas levaduras.

La producción de ácido acético genera NADH+H+ y la producción de succinato mediante la vía oxidativa también generaba NADH+H+. La levadura, úsara el NADH+H+ generado en ambas rutas, para reoxidarlo durante la producción de glicerol concretamente en la transformación de la fosfodihidroxiacetona a glicerol. De tal manera, que existe una regla empírica que relaciona la producción de glicerol con la de ácidos durante la fermentación:

1 mol de glicerol = 2 moles de ácido acético + 5 moles ácido succínico.

En condiciones aeróbicas, las bacterias acéticas pueden oxidar el etanol a ácido acético y posteriormente, el ácido acético se puede oxidar a acetil CoA. El acetil CoA se podrá incorporar al ciclo de Krebs para generar suficiente ATP (38 ATP) que la bacteria acética utilizará para su propio crecimiento. Por ello, se deben evitar las condiciones aeróbicas tras la producción del vino

Así, se pueden llevar a cabo las siguientes medidas preventivas: relleno de barricas, bombeo de gases inertes en el espacio superior del depósito, o adición de SO2.


ALCOHOLES SUPERIORES

Se denominan alcoholes superiores porque presentan mayor peso molecular y mayores puntos de ebullición que el etanol y, además, están formados por más de dos átomos de carbono. Las levaduras durante la fermentación alcohólica forman pequeñas cantidades de ellos. Los alcoholes superiores se forman mediante descarboxilación de α -cetoácidos y posterior reducción del grupo aldehído.

- Un cetoácido es un ácido que además de tener el grupo -COOH, presenta el grupo ceto -C=0 en un carbono no terminal como, por ejemplo, el pirúvico CH3-CO-COOH.
- Un aldehído es un compuesto que en el carbono terminal presenta el grupo ceto, por ejemplo, el etanal o acetaldehído CH3-COH.
- Un aminoácido es un compuesto que presenta un grupo ácido (-COOH) y un grupo amino (-NH3+) en el carbono alfa.


Los alfa-cetoácidos se generan a través de las tres rutas siguientes:

1. A través de la glucólisis y del ciclo de Krebs. Por ejemplo, el piruvato se obtiene en la glucolisis y el α-cetoglutarato a través del ciclo de Krebs.
2. Mediante desaminación catabólica de los aminoácidos. El aminoácido glutamato se transforma en un cetoácido, el α-Cetoglutarato y NH4+, tras la pérdida del grupo amino, la incorporación de agua y la oxidación del NAD (P)+, todo tras la actuación de la enzima glutamato deshidrogenasa.
3. Por transaminación. La enzima aminotransferasa transfiere el grupo amino del aminoácido al cetoácido, de tal manera que el aminoácido pasa a ser cetoácido y el cetoácido pasa a ser aminoácido. Por ejemplo: el cetoácido, α-cetoglutarato, se transforma en el aminoácido L-glutamato, y el L-aminoácido se transforma en α- cetoácido. En este caso, no se obtiene NH4+, pero es una manera de obtener los aminoácidos y los cetoácidos que la levadura necesite para su metabolismo.


El cetoácido se transforma en alcohol superior: El alfa-cetoácido sufre un descarboxilación (pérdida de una molécula de CO2) con la participación de la enzima alfa cetoácido-descarboxilasa y se transforma en aldehído. El aldehído sufre una reducción, gana dos hidrógenos cedidos por el NADH2, con la participación de la enzima aldehído-hidrogenasa y se transforma en alcohol.


La levadura necesita aporte de nitrógeno para su metabolismo. Si el mosto contiene nitrógeno libre, en forma de amonio NH4+, lo tomará, si no, desaminará los aminoácidos para conseguirlo, y estos aminoácidos se transformarán en alcoholes superiores.


ÉSTERES VOLÁTILES

Químicamente un éster es la unión de un ácido y un alcohol tras la eliminación de una molécula de agua.


Pueden ser:
- Monocarboxílicos, si se unen a ácidos con un solo grupo carboxilo (R-COOH). Ejemplo: Acético.
- Dicarboxílicos, si se unen a ácidos con dos grupos carboxilo (HOOC-R-COOH). Ejemplo: Málico.

Desde el punto de vista enológico se considera a los ésteres como los compuestos responsables de aportar bouquet al vino.

La clasificación de los ésteres orientados a la cata de vinos, se dividen en ésteres volátiles y no volátiles. Desde el punto de vista enológico nos interesan los ésteres volátiles.

- Dentro de los ésteres volátiles, y ya que el acetato está presente durante la fermentación, predominan los ésteres volátiles de acetato (alcoholes y acetato), siendo el acetato de etilo (etanol + acetato) el que más se acumula. Su aroma recuerda a la laca de uñas o pegamento.

Sin embargo, otros muchos ésteres de acetato tienen un aroma característico a frutas, lo que hace que recuerden a fragancias de frutas durante la cata, como sucede con el acetato de isoamilo (alcohol isoamilico + acetato) que recuerda a la fragancia de la pera y banana.

El acetato de etilo y el acetato de isoamilo son monocarboxílicos ya que el ácido acético solo presenta un grupo monocarboxílico CH3-COOH.

- También se forman ésteres volátiles etílicos con ácidos grasos (éstos derivan de la levadura) como el propanoato de etilo, con fragancia de manzana.

Los vinos jóvenes, por regla general, suelen tener una mayor concentración de ésteres volátiles. Cada éster posee un umbral de detección, por debajo del cual no es perceptible para la mayoría de los humanos.

Tras la fermentación, los alcoholes formados, sobre todo el etanol, reaccionan con los ácidos presentes en el vino para formar ésteres (esterificación). En el vino, se han identificado muchísimos.

Los factores influyen en su formación son:
- La capacidad esterásica de la levadura para sintetizarlos. Uno de los factores que más influyen en la formación de ésteres es la capacidad esterásica de la levadura.
- Las bajas temperaturas de fermentación favorecen la síntesis de los ésteres de acetatos (de etilo, isoamilo, etc).
- Las altas temperaturas de fermentación favorecen la síntesis de otros ésteres etílicos no acetatos.
- Las altas temperaturas de almacenamiento de los vinos tienden a eliminar, en general, todos los ésteres.

OTROS METABOLITOS

También existen otros metabolitos que se forman durante la fermentación alcohólica:

1. Acetoína, diacetilo y 2-3 butanodiol:
- Son originados por el metabolismo de la levadura, durante la fermentación alcohólica.
- Se consideran productos secundarios de la ruta del pirúvico, ya que tienen su origen en la condensación y descarboxilación de 2 moléculas de ácido pirúvico, que origina la acetoina.
- La acetoína puede oxidarse o reducirse. Si la acetoina se reduce (gana dos hidrogenos), por la acción de una hidrogenasa, se formará el 2,3-butanodíol. Si la acetoina se oxida (pierde dos hidrogenos), con la participación de una deshidrogenasa, se formará el diacetilo.

Estos compuestos, aportan notas aromáticas positivas a lácteos pero, en exceso, transmiten sabores lácteos y amargos no deseables.

Además del metabolismo de la levadura, estos compuestos también se originan durante la fermentación maloláctica, las bacterias lácticas los originan a través de la ruta de la degradación del acido cítrico.


2. Sulfhídrico: Es un compuesto de olor desagradable, concretamente huele a huevos podridos. La levadura lo forma a través de la ruta conocida como: Reducción de los sulfatos, SO4.

SO4 → SO3 → SO2 → S → H2S.

Sulfato, Sulfito, Dioxído de azufre, Azufre, Sulfídrico.

El SO4 presente en el mosto entra al interior de la levadura y es reducido a sulfito, dioxído de azufre, azufre y sulfídrico. La levadura expulsa el sulfidrico al exterior, es decir, al mosto.

La finalidad de esta ruta es precisamente conseguir azufre (S) para sintetizar aminoacidos azufrados, como la cisteína y metionina, cuando la levadura no dispone directamente de ellos. Lo que ocurre es que la levadura, en la ruta, también reduce el azufre a H2S y lo expulsa al exterior. Además la levadura tambien expulsa el SO2 aumentando, por tanto, la concentración de ambos en el vino.

La ruta de reducción de los sulfatos es una reducción ya que se produce una pérdida de oxígeno y una ganancia de hidrógeno, pasa de SO4 → H2S.

Factores que influyen en su formación:
- La propia capacidad de formación de la levadura, siendo este el factor más influyente.
- Las altas temperaturas de fermentación favorecen su formación.
- La ausencia o niveles bajos de aminoácidos azufrados, como la cisteina y la metionina favorecen su formación.
- Los mostos con poca acidez favorece su formación.
- El bajo contenido en nitrógeno favorece su formación.

1 comentario:

  1. Muy útil la información, muchísimas gracias, sería bueno que colocaras una bibliografía. Saludos

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