Solfito

Dopo averne sentite di cotte e di crude sul vino e i solfiti ho voluto fare delle ricerche. Le frasi più celebri che ho sentito sono: "se il vino è buono non contiene solfiti, se è cattivo li contiene" oppure "questo vino deve contenere solfiti, perché mi è venuto un cerchio alla testa", e se così non fosse? 

Il vino non è l'unica bevanda alcolica a contenere solfiti, poiché questi vengono prodotti naturalmente durante la fermentazione alcolica del saccharomyces cerevisiaee, essi si possono trovare in birra, sidro e idromele, e il Regolamento (CE) n. 1991/2004 della Commissione del 19 novembre 2004 impone l'obbligo di riportare la presenza di solfiti, sotto la dicitura "contiene solfiti" o "contiene anidride solforosa" oppure ancora "contiene biossido di zolfo", se questi sono presenti in una concentrazione superiore a 10mg/l. Tutto ciò perché circa 1% della popolazione è allergica all'anidride solforosa e di conseguenza questa sostanza è stata etichettata come pericolosa per la salute, ma ricordiamo solo se si è allergici. 

Anidride solforosa, Chem Sim 2001 

C'è da aggiungere che l'anidride solforosa è un agente antiossidante e antimicrobico, che viene utilizzato come conservante alimentare, soprattutto per evitare la proliferazione di muffe come nella frutta secca e quella essiccata, per bloccare la fermentazione lattica o acetica permettendo una migliore conservazione delle bevande alcoliche, e per bloccare la fermentazione alcolica, in modo da avere bevande più dolci. In questo caso si avrà in etichetta la dicitura "solfiti aggiunti", che prevede un massimo di 200mg/l di solfiti contenuti per i vini bianchi o rosati e di 150mg/l per quelli rossi. Ma l'anidride solforosa la si può ritrovare anche in altri alimenti come prodotti da forno e crostacei, i quali vengono trattati per evitare la formazione di melanosi.  

Qui devo fare delle aggiunte per una maggiore chiarezza sui solfiti e l'anidride solforosa, poiché in commercio ne esistono di diversi tipi:

• E220 o anidride solforosa, è un gas incolore dall'odore acre che ricorda la puzza di uova marce, il quale una volta solubilizzato in acqua genera lo ione solforoso; questo gas viene utilizzato in piccole quantità per la conservazione di frutta essiccata e della melassa;
• E221 o solfito di sodio, sale sodico dell'acido solforoso, si presenta di colore bianco e inodore, il quale una volta solubilizzato forma ioni solforosi, che come visti in precedenza sono utili per la conservazione degli alimenti;
• E222 o bisolfito di sodio, sale acido sodico dell'acido solforoso, viene utilizzato come alternativa al metabisolfito di sodio, e la sua particolarità non sta solo nella produzione di ioni solforosi una volta solubilizzati, ma trova largo impiego nei succhi di frutta in quanto consuma l'ossigeno in essi disciolti e ne previene l'imbrunimento;
• E223 o metabisolfito di sodio, sale sodico dell'acido disolforoso o metabisolforoso, si presenta come un solido incolore dall'odore pungente. Un volta solubilizzato gli ioni disolforosi tendono a scindersi in anidride solforosa e ioni solforosi, per questo è un buon conservante e antiossidante;
• E224 o metabisolfito di potassio, sale potassico dell'acido disolforoso, che lavora alla stessa maniere di quello di sodio;
• E225 o solfito di potassio, sale potassico dell'acido solforoso, si presenta come un solido incolore ed è utilizzato alla stessa maniera di quello sodico;
• E226 o solfito di calcio, sale calcico dell'acido solforoso, è un solido incolore e inodore, e si usa al pari di quello di sodio;
• E227 o bisolfito di calcio, sale acido calcico dell'acido solforoso, si presenta come un solido incolore e inodore, ed è utilizzato al pari di quello sodico;
• E228 o bisolfito di potassio, sale acido potassico dell'acido solforoso, e lavora allo stesso modo di quello sodico.

Quindi alla base di tutti i solfiti si ha la produzione in soluzione di ioni solforosi dati da sali solfiti come sotto, i quali presentano un'azione antifermentativa e quindi batteriostatica, permettendo una buona conservazione della bevanda.

Reazioni metabisolfito nel mosto. Guerrero and Cantos-Villar, 2015

Viste le premesse, perché il vino, solitamente quello rosso, provoca mal di testa, e tutti questi alimenti no? Perché alla base di tutto vi è una demonizzazione della sostanza, la quale è rafforzata dalla continua presenza delle diciture sopra elencate sulle etichette della maggior parte dei vini. In quanto i solfiti in verità  non provocano mal di testa, a provocare questo malanno è probabilmente l'alcool in esso contenuto [1].

Fatta questa lunga introduzione volevo parlare della via metabolica che porta alla formazione dell'anidride solforosa in fermentazione e cosa comporta la sua presenza nelle bevande alcoliche.

Il saccharomyces cerevisieae oltre provvedere al suo fabbisogno energetico, deve provvedere alla sintesi di una serie di sostanze utili per la sua crescita e sopravvivenza, come gli amminoacidi come l'omocisteina e la metionina. Sostanze le quali contengono dei gruppi tiolici (-SH), utile per creare ulteriori legami all'interno della proteina e conferirli anche una certa elasticità.

Quindi il nostro lievito che  fa? Assorbe dal substrato di crescita, come il nostro mosto, del solfato, il quale viene ridotto attraverso una serie di reazioni enzimatiche inizialmente a solfito e successivamente a solfuro, questo viene poi unito all'omoserina per produrre omocisteina, come nell'immagine a destra [2].

Questa è chiamata via di assimilazione dello zolfo o SAP, e da quello che si può osservare in figura è che la riduzione del solfuro porta al consumo di ATP e NADPH-H+, quindi è un processo metabolico dispendioso in termini energetici. Oltre a ciò si può notare che parte del solfito se prodotto in elevate quantità può essere espulso dalla cellula.

SO4-- + 2ATP + NADPH-H+ => SO2 + 2ADP + 2Pi + NADP+

Il solfito espulso può essere riassorbito in un secondo momento. Mentre quello utile per la sintesi degli amminoacidi viene ulteriormente ridotto attraverso l'ausilio di altro NADPH-H+ ad acido solfidrico, il quale tende a fuggire facilmente dalla cellula (odore di uova marce in fermentazione), in compenso buona parte di questo viene utilizzato per la sintesi di amminoacido solforati.

 SO2 + 3NADPH-H+ => SH2 + 3NADP+ + 2H2O

Amminoacido-OH + S2H + => Amminoacido-SH + H2O

Quindi la presenza di solfiti in una bevanda alcolica è normale, e la loro presenza non è dannosa alla salute se non per i soggetti allergici, o meno che non si superi una dose di assunzione di 0.7mg/kg di peso corporeo.

Bibliografia

[1] Costanigro, M., Appleby, C., Menke, S. D.; The wine headache: Consumer perceptions of sulfites and willingness to pay for non-sulfited wines; Food Quality and Preference; Volume 31, January 2014, Pages 81-89;

[2] De Guidi, I., Farines, V., Legras, J., Blondin, B.; Development of a New Assay for Measuring H2S Production during Alcoholic Fermentation: Application to the Evaluation of the Main Factors Impacting H2S Production by Three Saccharomycescerevisiae Wine Strains; Fermentation 2021, 7(4), 213;

Le informazioni presenti su questo blog sono a scopo informativo, quindi mi esento da qualsiasi responsabilità per i danni che potreste causare.

Bloody cider

Siamo in autunno inoltrato e dopo uva e vendemmia è ora del fratello minore del vino, il sidro; solo che quest'anno ho voluto aggiungere una variante, il mirtillo, creando un sidro sanguigno, come già fatto da Homebrewing Condor.

Come sempre sono partito da mele gala, mi ritrovo ad acquistare sempre questa varietà perché è la più facile da reperire in questo periodo, anche se in futuro ho intenzione di variare un po'.

Partendo da 10.5kg di mele, le ho lasciate maturare per una settimana; infatti, una cosa che consiglio a tutti è di avere sempre tempo e pazienza nel produrre qualcosa. Anche perché le mele appena acquistate sono state raccolte quasi acerbe, per essere successivamente cellate, e di conseguenza possono risultare un po' acide oltre ad essere molto dure da macinare, rendendo poco in succo.

L'ideale per un buon sidro è di aggiungere a delle mele dolci e aromatiche delle mele acide e amare, ad esempio una buona base di partenza sarebbe nel mio caso 2/3 di mele gala e 1/3 di mele renetta, che nel mio caso non sono riuscito a reperire.

Dopo una settimana passata a maturare le mele si presentano farinose e succose, quindi ho proceduto alla macinatura, in questo caso essendo poche, esse sono state velocemente frullate con un mixer, previa eliminazione dei piccioli.

La poltiglia prodotta è stata lasciata riposare per una notte intera, chiusa all'interno di una damigiana, in modo che i lieviti selvatici iniziassero il loro lavoro e permettendo anche una degradazione ulteriore della polpa. Questa poltiglia occupava 12.0l, due terzi di damigiana, e quindi aveva una densità dello 0.875 kg/l.

All'indomani dopo una doppia spremitura da essa ho ottenuto 8.5l di mosto a 13.0°Br, ottimo, con una resa dell'81.0% e un grado zuccherino al di sopra della media.

Da questo è stato prelevato 1.0l per la rifermentazione, che una volta pastorizzato, è stato riposto in frigo. Mentre ai rimanenti 7.5l, una volta che la fermentazione si è avviata, vi ho aggiunto 1.0l di succo di mirtillo a 12.0°Br. Volevo aggiungere dei mirtilli freschi in fermentazione, ma non sapendo del risultato, ho preferito optare per il succo, più pratico da gestire.

Partendo da 9.0l di mosto a 12.8°Br, dopo due settimane, una volta terminata la fermentazione, mi sono ritrovato 7.4l di sidro a 5.8°Br, avente quindi 5.6% ABV e un'attenuazione apparente dell'80.3%. Dopo di che si sa altre due settimane di decantazione e poi imbottigliamento con l'aggiunta del mosto pastorizzato per stimolare la rifermentazione. Ottenendo così un piacevole sidro dal colore cremisi come un vino, battezzandolo Bloody Cider.

La feccia di questo sidro, con l'occasione ha avuto un seguito diverso dal solito essere buttata. Infatti, l'ho voluta riutilizzare per produrre altro sidro. Quindi dopo aver raccolto 1.6l di feccia, essa è stata unita a 6.4l di acqua pastorizzata, per il suo lavaggio. Da qui ho raccolto 0.6l di lievito pulito da residui di mela e cellule morte, il quale è servito per la produzione di Ice e Steam Cider di quest'anno

Ice and Steam Cider '23

Dopo il successo dello scorso anno di questi due sidri fortificati, ho deciso di rifarli, partendo per praticità come sempre da succo di mela di facile reperimenti in commercio.

Per Ice Cider, sono partito da 12.0l di succo di mela 11.0°Br, ricavando 5.3l a 20.0°Br con il solito processo congela e scongela, di questi, 0.5l sono stati pastorizzati e conservati per l'imbottigliamento. Mentre i rimanenti 4.8l sono stati inoculati con 0.75l di starter prodotto il giorno prima con 0.5l di mosto crioconcentrato e 0.25l di lievito di sidro lavato.

Simile sorte si ha avuta per Steam Cider, che partendo da 10.0l di succo di mela a 11.0°Br, ho ricavato 5.3l a 20.0°Br tramite evaporazione. Anche qua 0.5l sono stati pastorizzati e conservati per l'imbottigliamento. Mentre i rimanenti 4.8l sono stati inoculati con 0.75l di starter prodotto il giorno prima con 0.5l di mosto zeoconcentrato e 0.25l di lievito di sidro lavato.

I risultati dell'utilizzo di lievito lavato e dello starter sono stati strabilianti, i mosti hanno iniziato a fermentare dopo appena 6 dopo l'inoculazione. Procedendo con una fermentazione vigorosa, e sfociando in dei sidri con un grado zuccherino intorno a 10.0°Br e di conseguenza un'attenuazione apparente dell'80.8% e 9.4% ABV.

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Aldeidi e chetoni

Gli esteri non sono i soli composti responsabili degli aromi, infatti, esiste un'ampia classe di composti odorosi chiamati aldeidi, simili agli alcoli in quanto sono degli ottimi solventi organici. Anziché contenere un gruppo ossidrilico (-OH), presentano un gruppo carbonilico legato ad un idrogeno (-CH=O), queste sostanze vengono utilizzate molto nell'industria profumiera, per le loro caratteristiche odorose. Le aldeidi leggere come la formaldeide, l'acetaldeide, la propionaldeide e il butanale, presentano aromi pungenti e fruttati, mentre quelle alifatiche presentano aromi leggermente floreali e fruttati, ma fortemente grassi.

L'anisaldeide, si presenta in diverse forme quella para conferisce il suo tipico aroma all'anice che la contiene, mentre la forma orto è contenuta nella liquirizia ne conferisce l'aroma tipico della radice.

La benzaldeide (sopra a sinistra [1]) presenta un aroma di mandorle amare, infatti, la forma glucosidica (amigdalina, sopra a destra [1]) è il principale costituente dell'olio essenziale di mandorle, oltre a dare il suo caratteristico odore ad esse.  La benzaldeide si trova naturalmente nelle albicocche, nelle ciliegie e nelle foglie di alloro, mentre l'amigdalina nei semi del genere Prunus.

L'aldeide cinnamica, è responsabile dell'aroma ed anche della leggera piccantezza della cannella. Infatti, è presente nella corteccia di tutte la piante appartenenti al genere Cinnamomum.

La citrale è l'aldeide monoterpenica aciclica responsabile dell'aroma lemongrass (citronella), e principale costituente del suo olio essenziale. Ma è presente anche nell'olio essenziale di petitgrain, nelle foglie di verbena e melissa, come pure nella buccia di molti agrumi, soprattutto in quella del lime.

La citronellale, aldeide monoterpenica aciclica anch'essa contenuta nella lemongrass, dall'aroma citrico simile alla citrale è il principale costituente dell'olio essenziale della limette di Kaffir.

La furfurale è un'aldeide ciclica presente nella crusca dei cereali e presenta un leggero aroma di mandorla.

La liliale è un'aldeide aromatica contenuta nel pomodoro e nel Ban Xia, dove l'enantimero (R) presenta un aroma di ciclamino e mughetto, mentre quello (S) ha un profumo leggermente floreale.

L'isovaleraldeide è un'aldeide, prodotto dal degrado della leucina durante la fermentazione alcolica, essa presenta un aroma maltoso ed è presente nel formaggio, nel pesce, nel pollo, nel caffè, nel cioccolato, nell'olio d'oliva e nel tè.

Il piperonale è un'aldeide aromatica presente nell'aneto, nella vaniglia, nelle viole e nel pepe nero, è un'aldeide che presenta un aroma tra la vanillina e la ciliegia. 

L'aldeide salicilica è un'aldeide aromatica, responsabile dell'aroma del grano saraceno, che presenta un odore di mandorle tostate.

La vanillina è un'aldeide aromatica, responsabile dell'aroma vaniglia, di cui è il principale costituente.

Le aldeidi soprattutto quelle più semplici sono tossiche, ma siccome sono fortemente aromatiche, bastano piccole concentrazioni per far sentire i loro aromi.

Una classe di composti simili alle aldeidi ma meno pericolosa è quella dei chetoni. Si tratta di sostanze simili per forma alle aldeidi in quanto possiedono un gruppo carbonilico (>C=O), con l'eccezione che è legato a due radicali, anziché a uno solo e a un idrogeno, come nell'immagine sopra [2]. I chetoni più semplici come l'acetone e il metiletilchetone presentano un aroma dolciastro e di solvente. Ma bisogna ricordare l'acetoino e il diacetile, sottoprodotti della fermentazione, che conferiscono alle bevande alcoliche sentori burrosi.

Il benzilacetone è un chetone aromatico, che presenta un'aroma dolce e floreale ed è uno dei costituenti dell'aroma del cacao.

La canfora è un chetone ciclico che si trova principalmente nell'omonima piante, a cui ne conferisce il tipico aroma, ma la si può trovare nel basilico, coriandolo, maggiorana, rosmarino e salvia.

Il β-damascenone è il chetone maggiormente presente nell'essenza di rose e che ne conferisce il caratteristico aroma, insieme al β-damascone.

Il tujone è presente principalmente nelle foglie di assenzio, ma si trovano tracce anche nel tanaceto, nell'issopo e nella salvia. Questo chetone presenta un aroma di menta.

Bibliografia

[1] https://commons.wikimedia.org/wiki/?uselang=it

[2] https://www.chimica-online.it/organica/aldeidi-e-chetoni.htm

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Esteri

Gli esteri sono sostante fortemente odorose, che derivano dalla condensazione di un acido carbossilico con un alcole, la cui reazione si può vedere nell'immagine sottostante [1]. Queste sostanze sono le stesse che danno profumo alla frutta e a fiori, ma soprattutto ad ogni bevanda o cibo e senza di essi quello che andremo a mangiare saprà solo dei cinque gusti che percepiamo con la lingua.

Dunque come introdotto precedentemente con il metabolismo degli amminoacido del saccharomyces cerevisiae, durante la fermentazione alcuni amminoacidi vengono trasformati in alcoli superiori. Parte di questi viene esterificato con il radicali acetilici per mezzo dell'enzima alcol acetil-transferasi (AAT), per produrre il corrispettivo estere acetilico. Avremo così:

L'Acetato di metile, è poco presente, e si genera in presenza di metanolo, quindi quando si fermenta della frutta, esso presenta un odore di solvente;

L'Acetato di etile, è tra i più presenti, e si forma con l'unione dell'etanolo (alcol più presente), ha un odore di solvente;

L'Acetato di propile, è dato dall'unione con il propanolo, e presenta un odore di pera;

L'Acetato di isopropile, è dato dall'unione con l'isopropanolo, e presenta un odore fruttato;

L'Acetato di butile, è dato dall'unione con il butanolo, e presenta un odore di mela e miele;

L'Acetato di isobutile, è dato dall'unione con l'isobutanolo, e presenta un odore di frutta rossa, come ciliegie, lamponi e fragole;

L'Acetato di amile, è dato dall'unione con il pentanolo o amile, e presenta un odore tra la mela e la banana;

L'Acetato di isoamile, è tra gli esteri più percepiti in fermentazione, ed è dato dall'unione con l'isoamile, il quale presenta un marcato aroma di banana, infatti, ne conferisce l'aroma al frutto;

L'Acetato di metionile, dato dall'unione con il metionolo, alcole prodotto dalla metionina, presenta un odore erbaceo, come quello di cavolo o asparago;

L'Acetato di benzile, dato dall'unione con l'alcol benzilico, presenta un odore che ricorda quello di pera, fragola e gelsomino.

L'Acetato di feniletile, è dato dall'unione con il feniletanolo, alcole prodotto dalla fenilalanina, e presenta un odore di rosa;

L'Acetato di tirosile, è dato dall'unione con il tirosolo, alcole prodotto dalla tirosina, di cui non ho dati sul suo odore;

L'Acetato di triptofile, è dato dall'unione con il triptofolo, alcole prodotto dal triptofano, di cui non ho dati sul suo odore;

Ma per conoscere meglio le combinazioni di acidi carbossilici e alcoli, vi invito a consultare la tabella sottostante, presa dal sito https://jameskennedymonash.wordpress.com/.

Infatti, possiamo avere diversi esteri provenienti da altre fermentazioni oppure che sono presenti naturalmente negli ingredienti che utilizziamo come base o come additivo per le nostre bevande. Come ad esempio:

L'Acetato di ottile, dato dalla condensazione dell'acido acetico con l'ottanolo, il quale da all'arancia il suo aroma;

L'Acetato di geranile, dato dalla condensazione dell'acido acetico con il geranolo, presenta un aroma di rosa, ed è presente nei gerani, petit grain e nerole;

L'Acetato di linalile, dato dalla condensazione dell'acido acetico con il linalolo, è componente principale dell'essenza di lavanda e di bergamotto;

Il Lattato di etile, dato dalla condensazione tra acido lattico ed etanolo, è presente soprattutto nel kefir e nelle birre acide, presenta un odore di burro e panna.

Il Propionato di butile, dato dalla condensazione dell'acido propilico con il butanolo, esso da alle albicocche il loro tipico aroma;

Il Butirrato di metile, dato dalla condensazione dell'acido butirrico con il metanolo, da alle mele il loro tipico aroma;

Il Butirrato di etile, dato dalla condensazione dell'acido butirrico con l'etanolo, da al succo d'arancia il suo aroma;

Il Butirrato di butile, dato dalla condensazione dell'acido butirrico con il butanolo, da all'ananas il suo tipico aroma, anche se è presente nella maggioranza della frutta;

Il Butirrato di amile, dato dalla condensazione dell'acido butirrico con l'amile, presenta un aroma di pera e albicocca.

Il Benzoato di metile, dato dalla condensazione dell'acido benzoico con il metanolo, conferisce ai frutti di fejioa il suo caratteristico aroma.

Il Benzoato di etile, dato dalla condensazione dell'acido benzoico con l'etanolo, è presente in quasi tutta la frutta e presenta un'aroma fruttato e balsamico. Come per il resto degli esteri del suddetto acido.

Il Salicilato di metile, dato dalla condensazione dell'acido salicilico con il metanolo, presenta un aroma di menta ed è naturalmente presente nelle foglie di wintergreen o tè del Canada, il quale dona il suo caratteristico odore alla rootbeer. Questa pianta oltre a contenere quello di metile, contiene anche il Salicilato di etile, dato dalla condensazione del medesimo acido con l'etanolo, e che presenta lo stesso aroma mentolato della rootbeer, infatti, tutti gli esteri dell'acido salicilico presentano aromi balsmici di menta.

Il Fenilacetato di metile, dato dalla condensazione dell'acido fenilacetico con il metanolo, presenta un forte odore di miele e si trova naturalmente nel brandy, nei peperoni, nel miele, nel caffè e nel vino. Tutti gli esteri dell'acido fenilacetico presentano un'aroma di fiori e miele, poiché lo stesso acido odora di miele.

Il Cinnamato di metile, dato dalla condensazione dell'acido cinnamico con il metanolo, presenta un aroma balsamico di fragola, nella quale si trova naturalmente, come pure nell'eucalipto olida e nel pepe Sichuan.

Il Cinnamato di etile, dato dalla condensazione dell'acido cinnamico con l'etanolo, è presente nella cannella il quale ne conferisce l'aroma, insieme all'acido cinnamico. Gli esteri di questo sono caratterizzati da note balsamiche e speziate.

Il Antranilato di metile, dato dalla condensazione dell'acido antranilico con il metanolo, è responsabile dell'aroma volpino dell'uva fragola, ma si trova soprattutto nelle zagare, nella buccia di bergamotto e nelle fragole;

Al mondo esistono svariati esteri e per evitare di annoiarvi ulteriormente non proseguo oltre, spero comunque di essere stato abbastanza esaustivo.

Bibliografia

[1] https://www.chimica-online.it/organica/esterificazione-fischer.htm

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Fermentazione alcoli superiori

Gli aromi che compongono il complesso bouquet di un vino, di una birra o di qualsiasi altra bevanda alcolica derivano da diversi sottoprodotti metabolici dei lieviti in fermentazione. Tra questi vi sono quelli prodotti dalla sintesi e dalla metabolizzazione degli amminoacidi (elenco sotto [5]).

Questi amminoacidi sono sostanze essenziali per la produzione delle proteine, infatti, possono essere visti come i mattoni utilizzati per la costruzione di tutte le proteine. Ciò è possibile grazie alla presenza nella loro molecola di un gruppo amminico (-NH2) e di un gruppo carbossilico (-COOH), che si possono unire per creare un legame ammidico (-NH-OC-), andando così a creare lunghe catene di amminoacidi, come illustrato nell'immagine sopra [5]. Siccome sin ora abbiamo visto come il gruppo carbossilico e la catena carboniosa vengono costruite dalla cellula, volgeremo lo sguardo al gruppo amminico.

Il complesso meccanismo illustrato sopra [2], permette alla cellula di regolare i livelli ammonio (NH4+) all'interno di essa, utilizzando come molecole accettori l'α-ketoglutarato e il glutammato, mentre come molecole donatrici il glutammato e la glutammina. Secondo le seguenti equazioni:

α-ketoglutarato + Amminoacido + NADPH-H+ <=> Glutammato + α-ketoacido + NADP+

α-ketoglutarato + NH4+ + NADPH-H+ => Glutammato + NADP+

Glutammato + NAD+ => α-ketoglutarato + NH4+ + NADH-H+

Glutammato + NH4+ + ATP => Glutammina + ADP + Pi

Così facendo la cellula può utilizzare l'ammonio presente nel substrato per sintetizzare gli amminoacido che servono in quel momento, oppure prenderlo da un amminoacido che in quel momento non serve e trasferirlo alla sintesi di un altro aminoacido.

In questo modo si verrà a creare un'α-ketoacido, cioè un acido carbossilico che presenta un atomo di ossigeno legato al primo atomo di carbonio seguente quello carbossilico (carbonio alfa). Questo tipo di molecole più essere utilizzata per la sintesi d'intermedi di produzione di altri amminoacidi, oppure nella produzione di alcoli superiori.

La sintesi degli amminoacidi può portare come è illustrato sopra [1], alla produzione di alcoli superiori, cioè alcoli con una catena carboniosa più lunga di quella dell'etanolo. I quali sono il componente principale del fusel oil o meglio conosciuto come olio di flemma, che altro non è che la coda di distillazione di una bevanda alcolica.

In questa miscela avremo propanolo, isopropanolo, butanolo o alcol butilico, alcol second-butilico, alcol terz-butilico, isobutanolo, pentanolo o amile, isoamile, ecc...

Ma principalmente la produzione di alcoli superiori avviene attraverso la metabolizzazione degli amminoacidi, infatti, come si può vedere sopra [4], questi vengono, inizialmente come detto prima trasformati in α-ketoacidi, per poi essere ridotti nella rispettiva aldeide e successivamente nel rispettivo alcole. Mella tabella sottostante vi sono elencati alcuni amminoacidi con i rispettivi sottoprodotti [5].

Comunque il metabolismo e la sintesi degli amminoacidi oltre all'assorbimento o al rilascio di ammonio da parte della cellula di lievito, porta anche all'assorbimento di solfati e alla produzione di solfiti. Questo meccanismo di regolazione dello zolfo è illustrato nell'immagine accanto [3], e serve alla sintesi di due amminoacidi, la cisteina e l'omocisteina, che oltre ai gruppi amminico e carbossilico, sono funzionalizzati con quello tiolo (-SH). 

Il quale serve a legarsi a un altro gruppo tiolo e conglomerare meglio la lunga catena di amminoacidi della proteina. 

La reazione di sintesi consiste nell'assorbimento del solfato da parte della cellula e della sua riduzione in solfito, attraverso l'intervento dell'APS e del PAPS, con il consumo di un ATP. E successivamente ridurlo in solfidrico:

SO4-- => SO3-- => S--

Lo ione solfidrico può essere legato all'omoserina, un altro amminoacido e produrre omocisteina:

Omoserina + S-- + H+ => Omocisteina + H2O

Mentre dall'omocisteina insieme alla serina si andrà a produrre cisteina e α-ketobutirato:

Omocisteina + Serina => Cisteina + α-ketobutirato + H2O + NH4+

Un effetto collaterale di questa via metabolica è che lo ione solfito è instabile e tende a uscire dalla cellula, per diventare anidride solforata. Questa in fermentazione tenderà ad uscire insieme all'anidride carbonica dal mosto, dando il caratteristico odore di uova marce a essa. Mentre parte di essa rimarrà in soluzione andando a costituire i così detti solfiti della benanda.

Con ciò volevo introdurre una piccola nota sui solfiti. Il vino e le altre bevande fermentate da saccharomyces ceravisiae, contengono naturalmente solfiti e i produttori di vini sono tenuti a dichiarare la loro presenza se nel vino vi sono più di 10mg/l, a meno che non li aggiungono loro, in quel caso vi è la dicitura di "solfiti aggiunti".

Bibliografia

[1] Li W., Chen S., Wang J., Zhang C., Shi Y., Guo X., Chen Y., Xiao D., Genetic engineering to alter carbon flux for various higher alcohol productions by Saccharomyces cerevisiae for Chinese Baijiu fermentation, Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature 2018;

[2] Magasanik B., Kaiser C. A., Nitrogen regulation in Saccharomyces cerevisiae, Gene 290 (2002) 1–18;

[3] Mendes-Ferreira, A., Barbosa, C., Jiménez-Martí, A., del Olmo, M., Mendes-Faia, A.,The Wine Yeast Strain-Dependent Expression of Genes Implicated in Sulfide Production in Response to Nitrogen Availability, J. Microbiol. Biotechnol. (2010), 20(9), 1314–1321;

[4] Tse, T. J., Wiens, D. J., Chicilo, F., Purdy, S. K., Reaney, M. J. T., Value-Added Products from Ethanol Fermentation—A Review, Fermentation 2021, 7, 267;

[5] https://www.chimica-online.it/organica/legame-peptidico.htm

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Fermentazione acido-mista

La fermentazione acido-mista è una processo metabolico impiegato principalmente da batteri appartenenti alla famiglia degli enterobacteriaceae come gli escherichia coli; questi per ricavare energia dai carboidrati producono vari sottoprodotti come etanolo, acido formico, acido acetico, acido lattico e acido succinico, dove i vari percorsi sono riassunti nell'immagine sottostante [2].

Come sempre alla base di tutto c'è la glicolisi che scinde il glucosio in piruvato, producendo ATP e NADH-H+ che deve essere rigenerata.

Glucosio => 2Piruvato + 2NADH-H+ + 2ATP

Il piruvato prodotto può prendere diverse vie in base alla quantità di NADH-H+ da rinnovare e si avranno così le seguenti possibilità:

Via lattica

Altro non è che quella omolattica, con formazione di acido lattico:

Piruvato + NADH-H+ => Lattato + NAD+

Via formica

Non essendo presente il complesso enzimatico del piruvato deidrogenasi (PDH), il piruvato viene convertito in acetil-CoA attraverso l'enzima piruvato-formiato liasi (PFL), che come lascia intendere produce formiato come prodotto secondario.

Piruvato + CoA => Acetil-CoA + Formiato

Il formiato prodotto a sua volta viene scomposto in anidride carbonica e idrogeno per mezzo dell'enzima formico idrogenasi, utilizzato principalmente per evitare che all'interno della cellula il pH si abbassi troppo.

Formiato => CO2 + H2

Ne consegue che nel complesso la via metabolica assume la seguente reazione:

Piruvato + CoA => Acetil-CoA + CO2 + H2

Via etanolica

Simile a quella utilizzata dai lieviti, con la differenza che si utilizza l'acetil-CoA, il quale viene inizialmente idrogenato in acetaldeide e a sua volta idrogenata ancora in etanolo.

Acetil-CoA + NADH-H+ => Acetaldeide + CoA + NAD+

Acetaldeide + NADH-H+ => Etanolo + NAD+

Via acetica

Un'altra sorte dell'acetil-CoA è quella di divenire acido acetico con la sintesi di ulteriore ATP, nel seguente modo:

Acetil-CoA + Pi => Acetil-Pi + CoA

Acetil-Pi + ADP => Acetato + ATP

Via succinica

Infine, si ha la via della produzione di acido succinico. Per questa si parte da un prodotto intermedio della glicolisi che è il fosfoenolpiruvato (PEP) che viene carbossilato per mezzo dell'enzima fosfoenolpiruvato carbossilasi, per avere ossalacetato, il quale segue aritroso un parziale ciclo di Krebs per la produzione di succinato e la rigenerazione della NADH-H+

Fosfoenolpiruvato + HCO3- => Ossalacetato + Pi

Ossalacetato + NADH-H+ => Malato + NAD+

Malato => Fumato + H2O

Fumato + NADH-H+ => Succinato + NAD+

Globalmente la reazione sarà:

Fosfoenolpiruvato + HCO3- + 2NADH-H+ => Succinato + Pi + H2O + 2NAD+

Conclusione

La combinazione di queste vie porta alla produzione in media di 2.5 molecole di ATP per ognuna di glucosio. Quindi una possibile combinazione è la seguente:

2Glucosio + 5(ADP + Pi) => CO2 + H2 + Formiato + Acetato + Etanolo + 2Lattato + 5(ATP + H2O)

Dove il rapporto di molecole acide su quelle neutre deve essere di 4:1, e quella di CO2 e H2 deve essere di 1:1 [1].

Bibliografia

[1] Ciani M., Comitini F, e Mannazzu I; Fermentation; Encyclopedia of Ecology, Volume 2, 2013, Pages 310-321;

[2] Metabolismo microbico: concetto di fermentazione. Esempi di fermentazioni degli zuccheri e degli aminoacidi

Le informazioni presenti su questo blog sono a scopo informativo, quindi mi esento da qualsiasi responsabilità per i danni che potreste causare.

Fermentazione malolattica

Chi produce vino avrà sicuramente sentito parlare della fermentazione malolattica del vino, fermentazione secondaria che può avvenire parallelamente a quella alcolica oppure in un secondo momento, tipicamente a primavera quando si vanno ad alzare le temperature e il vino della precedente vendemmia matura. Infatti, affinché essa avvenga si devono avere le seguenti condizioni: 

• temperatura compresa tra 18°-20°C;
• tenore alcolico al di sotto del 15% in volume;
• pH sopra i 3.3 nel caso di vini rossi, o i 3.1 nel caso dei vini bianchi;
• livelli si solfiti al di sotto 20-30ppm nei vini bianchi, o 30-50ppm in quelli rossi.

Questa fermentazione avviene grazie a lattobacilli appartenenti al genere dei lactobacullus, pediococcus e oenococcus. Essi fermentano l'acido malico, acido bicarbossilico dal sapore molto aspro, naturalmente presente nel mosto d'uva, soprattutto in quello proveniente da uve coltivate in climi relativamente freddi e nel succo di mela, in acido lattico dal sapore più rotondo e dolce rispetto al primo. Come nella figura sovrastante [3].

Malato => Lattato + CO2

Vedendo la formula della reazione salta subito all'occhio che non si ha produzione di ATP, quindi i nostri batteri lo fanno solo per offrirci bevande meno acide perché gli va di farlo? No, anche se la risposta sta pure in ciò, l'acido malico è un acido bicarbossilico, di conseguenza può cedere due protoni (H+), mentre quello lattico è (mono)carbossilico e può cedere un solo protone. Ebbene questo cambiamento all'interno della cellula fa muovere un meccanismo di chemiosmosi dei protoni, cioè un equilibrio chimico nello scambio di ioni H+, il quale porta alla produzione di ATP.

Malato + H+ => Lattato + CO2

Il consumo di un protone porta al suo reintegro da parte della cellula, prelevandolo dall'ambiente e questo spostamento porta alla sintesi di ATP. Quindi la reazione può essere scritta nel seguente modo:

Malato + H+ + ADP + Pi => Lattato + CO2 + ATP + H2O

Questo meccanismo di chemiosmosi dei protoni è lo stesso che si attiva all'interno dei mitocondri con la fosforilazione ossidativa, come si può osservare nell'immagine sottostante [2].

In questo caso l'ossidazione della NADH-H+ a NAD+, fa spostare nello spazio intermembranico tre protoni, il cui reintegro nella matrice porta alla sintesi di tre molecole di ATP, una per ogni protone. Mentre l'ossidazione del FADH2 a FAD, utilizzata per ossidare il succinato in fumarato, porta allo spostamento di due protoni e conseguentemente alla sintesi di due molecole di ATP.

Fermentazione dell'acido malico e dell'acido citrico

La fermentazione malolattica non è l'unica via per ricavare energia dall'acido malico, diciamo che è la più semplice. Ma i batteri capaci della malolattica possono convertire l'acido malico in acido piruvico o in acido ossalacetico, e l'acido citrico in acido acetico o acido ossalacetico. Tutto ciò muove i meccanismi della chemiosmosi e quindi la sintesi di ATP, come si può vedere sotto [1], dal quale si deduce che si possono avere svariati sottoprodotti.

Produzione di acido lattico

L'acido malico viene decarbossilato e ossidato ad acido piruvico, il quale viene successivamente ossidato in acido lattico.

Malato + NAD+ => Piruvato + CO2 + NADH-H+

Piruvato + NADH-H+ => Lattato + NAD+

Oppure l'acido malico può essere ossidato inizialmente ad acido ossalacetico e successivamente decarbossilato ad acido piruvico e diventare acido lattico come in precedenza.

Malato + NAD+ => Ossalacetato + NADH-H+

Ossalacetato => Piruvato + CO2

Piruvato + NADH-H+ => Lattato + NAD+

Allo stesso modo dell'acido malico può essere processato l'acido citrico, acido tricarbossilico naturalmente presente in quasi tutta la frutta. Esso viene scisso in acido acetico e acido ossalacetico che viene convertito in acido lattico.

Citrato => Acetato + Ossalacetato

Ossalacetato + NADH-H+ => Lattato + CO2 + NAD+

Queste reazioni portano tutte al trasporto di un protone e quindi alla produzione di una molecola di ATP per molecola processata.

Malato + ADP + Pi => Lattato + CO2 + ATP + H2O

Citrato + NADH-H+ + ADP + Pi => Acetato + Lattato + CO2 + NAD+ + ATP + H2O 

Produzione di acido acetico

L'acido piruvico può essere convertito in acetil-fosfato, per dare acetato e ATP, come segue:

Piruvato + NAD+ + CoA => Acetil-CoA + CO2 + NADH-H+

Acetil-CoA + Pi => Acetil-P + CoA

Acetil-P + ADP => Acetato + ATP

Quindi sia acido malico che citrico possono essere decomposti in acido acetico con produzione di due molecole di ATP per molecola processata.

Malato + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi => Acetato + 2CO2 + 2NADH-H+ + 2ATP + H2O

Citrato + NAD+ + 2ADP + 2Pi => 2Acetato + 2CO2 + NADH-H+ + 2ATP + H2O

Un'alternativa per l'ultima può essere la seguente:

2Citrato + 4ADP + 4Pi => 3Acetato + Lattato + 4CO2 + 4ATP + 2H2O

La quale da comunque due molecole di ATP per molecola di acido citrico, in compenso non si hanno NADH-H da rigenerare.

Produzione di diacetile

Praticamente identica a quella dei saccharomyces, due molecole di acido piruvico vengono condensate per produrre acetolattato, il quale verrà poi ossidato a diacetile, acetoino e 2,3-butandiolo.

2Piruvato => Acetolattato + CO2

Acetolattato => Diacetile + CO2 (spontanea e lenta)

Acetolattato => Acetoino + CO2 (catalizzata e veloce)

Diacetile + NADH-H+ => Acetoino + NAD+

Acetoino + NADH-H+ <=> 2,3-butandiolo + NAD+ 

Queste reazioni vista la neutralità dei prodotti porta alla produzione di due molecole ATP per molecola di acido malico o citrico processato.

2Malato + NAD+ + 4(ADP + Pi) => 2,3-burandiolo + 4CO2 + NADH-H+ + 4(ATP + H2O)

2Citrato + NADH-H+ + 4(ADP + Pi) => 2Acetato + 2,3-burandiolo + 4CO2 + NAD+ + 4(ATP + H2O)

Bisogna dire che tutte le reazioni avvengono secondo l'equilibrio osmotico della cellula, quindi alcune saranno più favorite altre meno, come pure la cellula non potrà consumare tutto l'acido citrico o produrre troppo acido acetico, altrimenti comprometterebbe l'equilibrio chimico dell'ambiente. Resta di fatto che principalmente l'acido malico viene degradato in acido lattico, donando alla bevanda rotondità e sentori burrosi.

Bibliografia

[1] Paramithiotis S., Stasinou V., Tzamourani A., Kotseridis Y. e Dimopoulou M.; Malolactic Fermentation — Theoretical advances and practical considerations; Fermentation 2022, 8(10), 521;

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Chemiosmosis;

[3] https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Vinification;

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