Wine expert n° 2

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Winemaking e dintorni
LA FERMENTAZIONE DEL FRUTTOSIO
NELLA VINIFICAZIONE
Che cos’è il fruttosio?
Perché è importante
nella vinificazione?
Il fruttosio è un monosaccaride a 6 atomi di carbonio. È un isomero del
glucosio, entrambi cioè hanno la stessa formula (C6H12O6) ma diversa
struttura molecolare.
I due principali zuccheri fermentescibili presenti nel mosto d’uva
sono il glucosio ed il fruttosio, presenti in concentrazioni variabili e tipicamente comprese
tra i 160 ed i 300 g/L. Durante la fermentazione alcolica, i lieviti trasformano la maggior
parte del glucosio e del fruttosio presenti in alcol e CO2.
S. cerevisiae, il lievito principe della vinificazione, è un lievito “glucofilo”, cioè
fermenta in via preferenziale il glucosio con la conseguenza che con l’avanzare della
fermentazione si avrà un aumento della proporzione residuale di fruttosio, più difficile
da assimilare. Conoscere come l’utilizzo del fruttosio sia diverso a seconda del tipo di
lievito utilizzato è importante se si vuole limitare il rischio di fermentazioni incomplete,
specialmente nelle condizioni difficili.
Quali sono i fattori che
influenzano l’utilizzo
del fruttosio durante
la fermentazione?
Azoto:
Nella fermentazione alcolica, la maggior parte degli zuccheri viene assimilata durante
la fase stazionaria. In questa fase, l’azoto presente diminuisce gradualmente la sua
disponibilità, e poiché si tratta di un nutriente essenziale coinvolto nella sintesi dei
trasportatori degli zuccheri all’interno della cellula, questo spiega parzialmente perché
rallentino sia il metabolismo che l’attività fermentativa del lievito (Salmon, 1996).
Allo stesso tempo il tenore di alcol aumenta gradualmente fino a diventare tossico,
rendendo ancora più difficile l’utilizzo del fruttosio.
Rapporto glucosio/fruttosio (GFR):
La velocità fermentativa di S. cerevisiae è dettata principalmente dal trasporto dello
zucchero ed il glucosio è di norma consumato a velocità più elevata del fruttosio.
Nelle fermentazioni lente, il tasso di fermentazione diminuisce dopo che la maggior
parte del glucosio è stata consumata e la fermentazione può interrompersi quando è
ancora presente una concentrazione significativa di fruttosio. Nei vini provenienti da
fermentazioni incomplete il glucosio residuo è normalmente 10 volte inferiore rispetto
al fruttosio (Gafner e Schûtz, 1996). È possibili prevedere che la fermentazione sarà
incompleta se il rapporto glucosio/fruttosio (GFR) sarà inferiore a 0,1.
Lievito:
È stato dimostrato che la preferenza del glucosio rispetto al fruttosio dipende dal lievito
e che la differenza di utilizzo tra glucosio e fruttosio non è un valore fisso, ma dipende
dal backgound genetico del lievito e dalle condizioni esterne (Berthels et al., 2004).
Le ricerche hanno chiarito come nelle condizioni di vinificazione, vi siano numerosi
geni codificanti per proteine coinvolte nel trasporto degli zuccheri. Questa famiglia
multigenica, denominata HXT, è composta da 20 geni di cui Hxt1 e Hxt7 codificano per
i trasportatori principali, Hxt2, Hxt6 e Hxt7 sono carrier ad alta affinità (cioè sensibili alle
basse concentrazioni zuccherine), Hxt1 e Hxt3 sono carrier a bassa affinità (sensibili alle
alte concentrazioni di zuccheri), mentre molti altri carrier Hxt hanno affinità intermedie.
Sia i carrier ad alta affinità che quelli a bassa affinità, mostrano una maggiore affinità
al glucosio rispetto al fruttosio, e la concentrazione di esosi nel mezzo influenza
l’espressione dei geni HXT individuali (Perez et al., 2005; Guillaume et al., 2007). È stato
dimostrato che Hxt3 ha la maggiore capacità di favorire la fermentazione (Luyten et al.,
2002) ed alcuni studi hanno chiarito come questo gene sia effettivamente responsabile
della capacità di utilizzare il fruttosio in certi lieviti (Guillaume et al., 2007).
I RISULTATI
L’utilizzo del fruttosio da parte dei lieviti è essenziale per avere un tasso di fermentazione ottimale anche a fine
fermentazione alcolica. Nelle fasi finali infatti i lieviti sono costretti a fermentare questo zucchero “poco amato” in
presenza di grandi quantità di etanolo ed in condizioni esasperate da squilibri nutrizionali che possono portare a
fermentazioni lente o incomplete (Guillaume et al., 2007).
Come spiegato sopra, alcuni lieviti per la vinificazione mostrano una differente affinità nell’utilizzo del fruttosio. Questa
abilità viene misurata tramite l’ “indice fruttofilo”, che rappresenta l’area compresa tra le curve di utilizzo del glucosio e
del fruttosio rispetto alla CO2 emessa. Si tratta di un criterio utilizzato per valutare la capacità di ogni lievito di consumare
fruttosio nella seconda metà della fermentazione. Più piccola è l’area, più simili sono le cinetiche di utilizzo del fruttosio
e del glucosio (Dumont et al., 2009) e quindi più elevato sarà questo indice (Fig. 1).
Figura 1: Indice fruttofilo di alcuni ceppi enologici Lallemand: esperimento svolto in mezzo sintetico MS300
(zuccheri 260 g/L, rapporto glucosio/fruttosio=1; APA 400 mg/L; T° 24 °C, dose d’inoculo 25 g/hL).
5
4.5
IF: Indice fruttofilo
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
n
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La
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0
La Figura 2 mostra la variazione dell’indice fruttofilo in funzione del GFR che varia da 1 (valore ottimale) a 0,33 (valore
critico). In pratica in quest’ultimo caso, la concentrazione del glucosio nel mosto risulta più bassa di quella del fruttosio,
obbligando il lievito a consumare quest’ultimo. In entrambi i casi è Uvaferm 43® ad avere le migliori prestazioni tra i
lieviti testati; quando il GFR è pari a 0,33 (glucosio = 65 g/L, fruttosio = 195 g/L), si osserva per tutti i lieviti una riduzione
dell’indice fruttofilo (Fig. 2).
Nei casi in cui l’APA è un fattore limitante come nel mezzo di crescita MS70 (100 mg/L di APA) si sono osservati tempi di
fermentazione circa quattro volte più lunghi rispetto alle condizioni ottimali (MS300=400 mg/L APA). Il livello iniziale di
azoto influenza dunque l’attività fermentativa ma sembra non incidere in modo significativo sulla capacità di utilizzare il
fruttosio. Con entrambi i livelli di azoto è sempre Uvaferm 43® YSEO® a mostrare la migliore capacità di utilizzo del fruttosio (Fig. 3).
I RISULTATI (continua)
Figura 2. Impatto del GFR sull’indice fruttofilo di diversi lieviti selezionati: esperimento svolto in mezzo sintetico MS300 (zuccheri 260 g/L, APA 100 mg/L; T° 24 °C, dose d’inoculo 25 g/hL).
16
MS300 24ºC GFR=1
MS300 24ºC GFR=0.33
14
IF: Índice fructofílico
12
10
8
6
4
2
0
Uvaferm 43®
YSEO®
Ref. 1
Ref. 3
Ref. 2
Ref. 4
Figura 3. Classifica di alcuni lieviti selezionati in base alla differenza del consumo di zuccheri in un mezzo con GFR=0,33 e con diversi livelli di azoto: MS70 (mezzo carente in azoto) o MS300 (mezzo ricco in azoto)
12
MS300 24ºC GFR=0.33
MS70 24ºC GFR=0.33
10
IF: Índice fructofílico
8
6
4
2
0
Uvaferm 43®
YSEO®
Ref. 1
Ref. 3
Ref. 2
Ref. 4
Dr. JÜRG GAFNER
PAROLA ALL’ESPERTO
Jürg Gafner è microbiologo presso la Stazione di Ricerca ACW (Agroscope
Changins-Wädenswil) di Wädenswil, in Svizzera. Dal 1990 conduce progetti di
ricerca in ecologia dei microrganismi enologici e in modo particolare studia
le fermentazioni lente o incomplete. Uno degli aspetti su cui si focalizzano
i suoi progetti riguarda la composizione e le dinamiche di popolazione dei
microrganismi desiderati ed indesiderati, nonché la produzione di metabolici
positivi e negativi durante la vinificazione. I risultati di Jürg Gafner sono
stati pubblicati in oltre 30 pubblicazioni scientifiche e 100 articoli di ricerca
applicata, e sono stati presentati in oltre 100 conferenze in cui è stato invitato
in veste di relatore.
Secondo Gafner «le fermentazioni incomplete sono, a livello mondiale, il
secondo problema più importante nella vinificazione. Le nostre osservazioni
hanno messo in luce che una fermentazione ha il 95% di probabilità di non
giungere a termine se il rapporto glucosio/fruttosio (GFR) è inferiore a 0,1.
Abbiamo potuto dimostrare che, semplicemente aumentando il GFR, la
fermentazione prosegue senza problemi.
«Nel corso di uno studio condotto nel 2008, abbiamo analizzato sei ceppi
di Saccharomyces cerevisiae caratterizzati da genotipo e fenotipo fruttofili
contenuti in vecchie bottiglie di vino. Dopo aver caratterizzato fenotipicamente
il lievito, abbiamo studiato anche il genotipo, ottenendo la sequenza dei geni
responsabili per la codifica dell’esochinasi I e dell’esochinasi II (enzimi chiave
coinvolti nella prima tappa della glicolisi). All’interno della regione per la
codifica dell’esochinasi I è stato verificato che avveniva una mutazione alla
posizione 513, che portava ad avere un diverso aminoacido: valina anziché
alanina. Per quanto concerne la regione di codifica dell’esochinasi II, una
mutazione alla posizione 1267 portava ad avere l’aminoacido valina anziché
l’isoleucina. Si tratta di cambiamenti di piccolo conto. Al momento sono in
corso numerosi studi sulle “sostituzioni geniche” e di “analisi delle sequenze
di interi genomi” per la caratterizzazione dei genotipi fruttofili».
IN BREVE
I lieviti selezionati hanno diverse capacità di consumare il fruttosio e questo può avere importanti ripercussioni sulle
prestazioni della fermentazione, specialmente in condizioni difficili. Il lievito Uvaferm 43 Ysco® mostra il più alto
indice fruttofilo, ciò significa che questo lievito ha la migliore capacità di utilizzo del fruttosio, indipendentemente
dal GFR, dai livelli di azoto e dalla temperatura in questione. L’indice fruttofilo di un lievito è un indicatore di
performance nei mosti potenzialmente problematici, dove il GFR è basso e/o le condizioni del mosto sono difficili.
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