-
BIOCHIMISMUL FERMENTAIEI ALCOOLICE
Procesul de fermentaie alcoolic nu se poate desfura fr consum de
enrgie, dar pentru a se obine energie este necesar s se fac mai nti
un consum de energie.
Moleculele de hexoze (glucoz sau fructoz) sunt metabolizate n
celula de levuri, numai dup ce au fost activate. Activarea se refer
de fapt la fosforilarea lor, cu participarea compusului macroergic
ATP, proces catalizat de enzime specifice. Activarea glucidelor
este catalizat de hexokinaz (glucokinaz, fructokinaz). n esen,
activarea const n formarea unei serii de esteri ai glucozei i
fructozei, care, n anumite condiii, se transform succesiv unii n
alii prin izomerizare, fenomen biocatalizat de izomeraze. Reaciile
de activare sau fosforilare a glucidelor, constituie stadiul de
pregtire a eliberrii energiei din moleculele acestora.
n stadiul de activare sau identificat patru esteri ai celor dou
hexoze i anume: esterul glucozo-1-fosfat sau esterul Cori; esterul
glucozo-6-fosfat sau esterul Robinson; esterul fructozo-6-fosfat
sau esterul Neuberg (sub aciunea izomerazei poate fi transformat n
ester Robinson); esterul fructozo-1, 6-difosfat sau esterul
Harden-Young. Dup activarea hexozelor, care reprezint etapa I-a
urmeaz o serie de reacii, grupate n alte patru etape i anume:
Scindarea esterului Harden-Young cu formarea a dou trioze
(aldehida fosfogliceric i fosfodihidroxiacetona).
Oxidarea prin dehidrogenare a unei trioze, cu formarea acidului
piruvic. Decarboxilarea acidului piruvic cu formarea aldehidei
acetice i eliminarea
CO2. Reducerea, prin hidrogenare, a aldehidei acetice cu
formarea alcoolului
etilic. Etapa I Activarea hexozelor i degradarea lor n dou
trioze
Glucoz Esterul glucozo1fosfat Esterul Cori
-
Glucoz Esterul glucozo6fosfat
Esterul Robinson
Fructoza Esterul fructozo6fosfat Esterul Neuberg
Esterul Neuberg Esterul Robinson
-
Esterul fructozo6fosfat Esterul fructozo 1,6 difosfat Esterul
Harden Young
Esterul Harden Young Glicerinaldehid 3 fosfat
Etapa a II-a Oxidarea prin dehidrogenare a glicerinaldehidei
-3-fosfat
Etapa a III-a Transformarea acidului 3-fosfogliceric n acid
piruvic
-
n mod spontan acidul enolpiruvic se transform n acid piruvic i
invers.
Etapa a IV-a Decarboxilarea acidului piruvic i obinerea primului
produs principal al fermentaiei alcoolice CO2
Etapa a V-a Reducerea acetaldehidei cu formare de alcool
etilic
-
n desfurarea lungului lan de reacii specifice fermentaiei, cteva
precizri se impun:
- Dup formarea triozelor, sub aciunea enzimei
fosfat-trioz-izomeraza acestea sunt izomerizate, crendu-se un
astfel de echilibru nct fosfodihidroxiacetona ocup o proporie de
96,5 %, fa de numai 3,5 % ct reprezint aldehida fosfogliceric.
- Caracterul de oxido-reducere biologic al fermentaiei, rezid
din faptul c n etapa a doua are loc oxidarea, iar n etapa a patra
are loc reducerea, ambele laturi fiind determinate de una i aceeai
enzim i anume codehidraza (dehidrogenaza).
- Primul mare produs al fermentaiei alcoolice este CO2 rezultat
n etapa a treia. Acesta se elimin din mediul de fermentare producnd
tumultul sau "fierberea" mustului.
- ntr-o subetap a etapei a doua, se reface compusul macroergic
ATP prin adiia la ADP a acidului fosforic, "nmagazinnd" energia pe
care o furnizeaz apoi altor molecule de hexoze pentru activare.
Formarea unor produi secundari ai fermentaiei alcoolice n timpul
fermentaiei, n afar de produii principali (CO2 i alcoolul etilic)
se
mai formeaz i ali constitueni cum sunt: glicerolul, aldehida
acetic, acidul acetic, acidul lactic, acidul succinic, acetoina,
2,3 butilen-glicolul .a. considerai a fi produi secundari.
Formarea glicerolului decurge din necesitatea obinerii energiei
de ctre levuri, n primele faze ale procesului de metabolizare a
glucidelor, cnd n mediu nu exist aldehid acetic, constituentul care
asigur n ultima etap acceptarea de hidrogen i, de fapt, desfurarea
ntregului lan de reacii ale catenei respiratorii. La nceputul
fermentaiei alcoolice, neexistnd aldehid acetic intr n reacie
cealalt trioz fosfodihidroxiacetona, care joac ea rolul
acceptorului de hidrogen. Mecanismul biochimic este urmtorul:
Refacerea ATP nseamn asigurarea energiei de care levurile au
nevoie. Aceste reacii se petrec pn cnd n mediu se formeaz aldehid
acetic.
-
Transformarea hexozelor cu formare de glicerol poart numele de
fermentaie glicero-piruvic Neuberg, avndu-se n vedere c din
glucidele fermentescibile rezult glicerol i acid piruvic.
C6H12O6 CH2OHCHOHCH2OH + CH3COCOOH
Aceast fermentaie Neuberg mai poart numele i de fermentaia a
II-a sau secundar, dei prin logic se petrece naintea fermentaiei
principale Gay - Lussac. n realitate, cele dou fermentaii (Gay -
Lussac i Neuberg) se desfoar simultan. La nceput predomin
fermentaia glicero-piruvic, iar apoi domin fermentaia Gay - Lussac,
ambele soldndu-se cu eliberare de energie.
Cunoaterea acestor aspecte poate atrage efecte de ordin practic
i anume: dac n must se adiioneaz aldehida acetic, fermentaia
glicero-piruvic este anulat i drept consecin nu se mai formeaz
glicerol; dac aldehida acetic este blocat cu SO2, (cele dou
substane formnd compusul foarte stabil - acidul aldehido-sulfuros),
se formeaz cantiti mai mari de glicerol, ntruct levurile i procur
energia pe canalul fermentaiei glicero-piruvice. n acest mod se
explic proporiile mai mari de glicerol n vinurile obinute din
musturile n care s-au administrat doze sporite de SO2.
Formarea altor constitueni secundari ai fermentaiei alcoolice se
leag mai ales de prezena n mediul de fermentare a aldehidei acetice
nereduse. Pornind de la aceasta rezult: acid acetic, tioaldehide
(care la rndul lor pot da tioalcooli mercaptanii), acetali,
acetoin, 2,3 butilenglicol, aldehide superioare, acizi grai .a.
Acidul acetic rezult mpreun cu alcoolul etilic din aldehida
acetic:
Acidul succinic rezult din dou molecule de acid acetic:
Acetil-metil carbinolul sau acetoina rezult din dou molecule de
aldehid acetic printr-o reacie de condensare:
-
2,3 butilen-glicolul se formeaz din acetoin printr-o reacie de
oxido-
reducere.
Procesul complex al fermentaiei alcoolice este ilustrat n figura
7.1.
-
Fig. 7.1 Schema general a fermentaiei alcoolice
Transformarea mustului n vin prin fermentaie alcoolic nu se
desfoar n
mod uniform. Ea parcurge trei faze: faza prefermentativ, faza de
fermentaie tumultuoas, faza postfermentativ (lent).
Faza prefermentativ se desfoar de la introducerea mustului n
recipient pn la nceperea eliminrii CO2. Se caracterizeaz prin
tulburarea mustului, creterea lent a temperaturii, pn la 17-180C,
nceperea scderii coninutului n glucide i implicit a densitii,
eliminare slab de CO2. Dup 1, 2, 3 zile la suprafaa mustului apare
spum (format de CO2 care prsete mediul de fermentare). Levurile se
nmulesc intens prin nmugurire. La un milion cel./ml mustul este
vdit tulbure. Numrul maxim de celule se situeaz ntre 50 i 100
milioane/ml. n aceast faz a fermentaiei levurile desfoar cu
precdere metabolismul de tip respirator:
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 673 kcal/mol
Levurile au nevoie de mult energie pentru fortificarea
sistemelor enzimatice, pentru nmulire i pentru sintetizarea
factorilor de supravieuire. Oxigenul n aceast faz este preluat din
must i din golul de fermentaie. Un aport de aer se poate aduce i
prin remontri periodice, operaiuni recomandate n vinificaia
modern.
Faza de fermentaie tumultuoas corespunde etapei de deceleraie a
populaiei (scderea ritmului nmulirii levurilor) i a celei
staionare. Este delimitat de nceputul i sfritul degajrii evidente a
CO2. n aceast faz levurile desfoar o activitate foarte intens,
temperatura evolueaz rapid atingnd 25-300C (i chiar mai mult),
proporiile n glucide fermentescibile scad n ritm susinut, crete
evident coninutul n alcool, se formeaz cantiti mari de CO2 prin
transformarea zaharurilor. Acesta prsind vasul produce un zgomot,
uierat de unde i numele
Enzime
Constituenti azotati Acizi ficsi si volatili
Vitamine Esteri
Aldehide
Aminoacizis.a.
Saruri minerale
s.a.
Influenta factorilor
de crestere si supravietuire Influenta factorilor
fizici, chimici, biologici
Celula levuriana
Hexoze Alcooli
- Polifenoli
- Ozide
- Acizi
- Pentoze
MUST VIN
-
de "fierbere" sau de faz zgomotoas (tumultoas). Faza dureaz 5-6
zile pn la 14-15 zile, uneori 1-2 luni cnd coninuturile n zaharuri
sunt foarte mari i temperaturile sczute (Cotea D.V., Pomohaci N.,
Gheorghi M.- 1982).
O fermentaie de mai lung durat i la temperaturi sczute se
soldeaz cu o zestre mai bogat de constitueni aromatici i de buchet
n vin. n aceast faz, energia de care au nevoie levurile este
eliberat din glucide, prin fermentaie, adic n anaerobioz.
C6H12O6 2 CH3 CH2OH + 2 CO2 + 33 kcal./mol.
Faza postfermentativ (fermentaie linitit) se manifest prin:
degajare de CO2 foarte slab, nceperea depunerii diferitelor
particule i a levurilor, scaderea treptat a temperaturii pn la o
valoare egal cu temperatura mediului. Dac timpul este friguros au
loc i unele depuneri de tartrai. ncepe i limpezirea vinului, ca
urmare a acestor fenomene.
Sub aspect biochimic are loc transformarea ultimelor urme de
glucide, proces ce decurge greu datorit alcoolului format i
mbtrnirii levurilor. Exist riscul de stagnare (oprire) nainte de
epuizarea glucidelor, ceea ce reprezint un pericol cnd vinurile
trebuie s fie seci. De aceea, se practic rensmnri, aerisiri,
rscolirea sedimentelor. Aceste dificulti pot fi evitate, n mare
msur, dac n faza prefermentativ se practic aerisiri, care
favorizeaz formarea sterolilor (factori de supravieuire). n aceast
faz ncep i fenomenele de exorbie i autoliz.
Evoluia unei culturi de levuri. Se cunoate faptul c levurile se
nmulesc prin nmugurire i prin spori, cele dou ci avnd importan sub
raport biologic. Din punct de vedere practic, tehnologic prezint
interes populaia de levuri care exprim totalitatea celulelor i
modul cum evolueaz aceasta pe parcursul fermentaiei alcoolice.
Considerndu-se c n must se pleac de la un anumit numr de celule,
din microflora spontan sau adiionate ca levuri selecionate,
populaia potrivit experimentului efectuat de Monod (1940), ntr-o
soluie zaharat model parcurge etapele reprezentate grafic n figura
7.2.
Fig. 7.2 Evoluia unei populaii de levuri pe parcursul
fermentaiei
I, II, III Faza prefermentativ; IV, V Faza fermentaiei
tumultuoase VI Faza fermentaiei lente (postfermentaie)
Etapa I este de adaptare a levurilor la mediu. Pe o anumit
perioad numrul
iniial de levuri rmne constant sau cunoate o uoar diminuare.
Etapa a II-a este de accelerare a ritmului de nmulire a celulelor.
Etapa a III-a este cea de cretere "exploziv" a populaiei, numit
exponenial sau logaritmic. Etapa a IV-a cunoate o deceleraie, de
scdere a ritmului de nmulire a celulelor, n comparaie cu etapa
VIV
III VI
III
Nr.
levuri
timp
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
-
exponenial. Etapa a V-a este cea staionar i se caracterizeaz
prin aceea c numrul de celule care se "nasc" este, n general, egal
cu numrul celulelor care mor. Bineneles, cele viabile situndu-se,
ca numr, la cel mai nalt nivel. Etapa a VI-a este cea n care
populaia intr n declin, att ca numr de celule, ct i ca potenial
fiziologo-biochimic al lor. n aceast etap populaia devine
neproliferant, iar numrul celulelor care mor crete continuu, pe
msura scurgerii timpului.
n etapele I, II i III levurile desfoar preponderent metabolismul
de tip respirator, celulele avnd nevoie de cantiti mari de energie
pentru nmulire i fortificarea sistemelor enzimatice.
n etapele IV i V levurile i procur energia prin fermentaie,
formndu-se masiv alcool etilic i ali constitueni secundari.
n etapa a VI-a fermentaia se desfoar greoi, fiind posibil i
oprirea metabolizrii glucidelor. Sub raport biotehnologic, etapele
I, II i III corespund cu faza "prefermentativ", etapele III i IV
corespund fazei "tumultoase", etapa a VI-a exprim faza
"postfermentativ" sau "lent".
Se menioneaz c cea mai mare parte din coninuturile n glucide
sunt metabolizate (cu formare de alcool) n etapa de deceleraie i
cea staionar.
7.1.7 TEHNOLOGIA FERMENTAIEI ALCOOLICE
Fermentaia este considerat "naterea" vinului. De modul cum se
desfoar aceasta depinde, n mod hotrtor, evoluia ulterioar a vinului
i calitatea lui. Pentru aceasta n must trebuie s existe factorul
biologic (levurile) i s li se asigure condiiile optime de nmulire i
activitate fermentativ (temperatur, compui azotai, sruri minerale,
factori de cretere). Mustul prelucrat se introduce n recipient,
lsndu-se golul de fermentare i se aaz plnia de fermentare.
Dup modul cum se declaneaz fermentaia deosebim: fermentaie
spontan i fermentaie provocat, iar dup modul cum se influeneaz
fermentaia, ea poate fi: fermentaie nedirijat i fermentaie
dirijat.
Fermentaia spontan se produce de la sine, fiind determinat de
levuri din microflora spontan, existent pe struguri. n acest caz
fermentaia este declanat de levurile din genul Kloeckera (Kloeckera
apiculata) care activeaz pn la 3-4 %vol alcool. Urmeaz levurile din
genul Torulopsis (n special Torulopsis bacillaris) care activeaz pn
la 7-8 %vol alcool. n continuare, Saccharomyces ellipsoideus
activeaz pn la 12-13 %vol, iar Saccharomyces oviformis produce
alcool pn la 17-18 %vol. Aceast succesiune de genuri i specii de
levuri indigene formeaz ceea
ce s-a numit conveerul levurian spontan (Bernaz D. i col.-
1962). n podgorii cu o mare vechime, n care microflora levurian s-a
consolidat
de-a lungul timpului i la vinificarea unor recolte bine maturate
i n perfect stare fito-sanitar, succesiunea menionat poate
contribui la obinerea unei bune caliti a vinurilor. n alte situaii
nu prezint siguran.
Fermentaia provocat se desfoar sub aciunea levurilor
selecionate, cu nsuiri fiziologo-biochimice corespunztoare
tipurilor i categoriilor de vinuri ce urmeaz a se obine. Exemplu:
pentru obinerea vinurilor seci albe, roii i roze i a vinurilor
materie prim pentru spumante se vor folosi rase aparinnd speciei
Saccharomyces oviformis (bayanus); pentru obinerea vinurilor cu
zahr rezidual (demiseci, demidulci, dulci) se vor implica rase din
specia Saccharomyces ellipsoideus. Tot levuri selecionate, cu
nsuiri cunoscute, se vor folosi n cazuri de recolte infectate
(avariate) i cnd musturile provin din plantaii noi i rzlee.
Levurile selecionate pun rapid stpnire pe mediu, devenind de la
nceputul i pn la sfritul procesului de fermentaie principalul
factor de metabolizare a glucidelor, realiznd aa-zise fermentaii
pure. Levurile selecionate sunt pstrate pe diferite medii de cultur
sau, mai nou, pregtite sub form liofilizat i sub form uscat
(L.S.A.) sau granulat. Indiferent cum se pstreaz, levurile
selecionate se
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
-
adiioneaz sub form de maia 5-7 mil./ml. La ora actual se
folosesc pe scar larg levurile sub form uscat. Ele se reactiveaz
(cu puin timp nainte de inoculare n must sau mustuial), conform
instruciunilor de pe ambalaje.
Fermentaia nedirijat se desfoar la voia ntmplrii i prezint
numeroase riscuri.
Fermentaia dirijat presupune un control riguros a temperaturii
de fermentaie, a densitii, a evoluiei populaiei de levuri, a
structurii microbiene. n funcie de situaii se iau msuri de reglare
a temperaturii, aerri, rensmnri .a.
7.2 MACERAIA N TEHNOLOGIA OBINERII VINURILOR
Maceraia este un proces biofizic i biochimic complex i n acelai
timp o verig tehnologic indispensabil n practica obinerii vinurilor
roii, roze i aromate. Dup cum se tie, la aproape toate soiurile
negre (Cabernet Sauvignon, Merlot, Pinot noir, Burgund mare),
pigmenii roii antocianii sunt stocai n pielie, mustul fiind
incolor. Din strugurii acestor soiuri vinificai n mod obinuit nu se
pot obine dect vinuri albe sau ptate. La fel, la soiurile aromate,
cum sunt: Muscat Ottonel, Tmioas romneasc .a. substanele odorante
se gsesc n cea mai mare proporie localizate tot n pielie. n aceste
situaii, pentru a obine vinuri roii, roze i aromate, n afara
operaiunilor cunoscute se impune, cu necesitate, nc una menit s
determine extragerea din prile solide ale strugurilor a substanelor
roii i aromate i ncorporarea lor n masa mustului. Aceast operaiune
tehnologic, bazat pe un ntreg complex de fenomene, poart numele de
maceraie. De fapt, vinurile roii, roze i aromate se numesc, pe
drept cuvnt, vinuri de maceraie.
Practic, maceraia, ca verig tehnologic, urmeaz dup obinerea
mustuielii i const n meninerea la un loc, pe o anumit durat timp, a
prilor solide ale strugurilor (faza solid) cu mustul (faza lichid).
Extragerea antocianilor i, n general, a polifenolilor decurge mai
greu, necesitnd, n funcie de mai muli factori 3-5-7 zile n
condiiile tehnologiei clasice i 48 60 de ore n condiiile aplicrii
la vinificaia n rou a unor procedee moderne, cum este spre exemplu
procedeul cu
cisterne rotative metalice (Gheorghi M.- 1997). Substanele
aromate se extrag ns mai rapid, mbogirea mustului n aceti
constitueni asigurndu-se n 24-36 ore.
n general, la vinificaia n rou, macerarea prilor solide ale
strugurilor se desfoar concomitent cu o parte din transformarea
mustului n vin prin fermentaie alcoolic. De aceea acest proces
complex care asigur extragerea polifenolilor, a aromelor i a altor
constitueni din prile solide ale mustuielii poart numele de
macerare-fermentare. Se menioneaz c la vinurile roii i aromate,
calitatea acestora depinde, n mod esenial, de modul cum se desfoar
procesul de macerare-fermentare i de momentul separrii celor dou
faze ale mustuielii.
Fermentarea fazei lichide mpreun cu prile solide ale strugurilor
comport o simultaneitate de fenomene, pe de-o parte fenomene de
transformare biochimic a glucidelor n alcool, CO2 i ali compui
secundari, iar pe de alt parte, de macerare a pielielor, pulpei i
seminelor, cele dou componente ale fermentrii-macerrii
influenndu-se reciproc. De fapt, reciprocitatea se manifest astfel:
prin fermentaie rezult alcool i o cantitate important de cldur,
factori care determin, n msur hotrtoare, macerarea i extragerea
constituenilor din prile solide, iar macerarea mbogete mustul-vin n
unele substane necesare nutriiei levurilor, stimulnd, la rndul ei,
fermentaia alcoolic. Pe parcursul fermentrii-macerrii, din prile
solide ale strugurilor, alturi de polifenoli sunt extrai i ali
constitueni care mbogesc vinurile n extract i substane minerale,
conferindu-le astfel corpolen, plintate i valoare igieno-alimentar
sporit.
Macerarea prilor solide ale strugurilor, ca proces deosebit de
complex implic, n etapa de extragere a diferiilor constitueni i
ncorporarea lor n faza lichid, fenomene de osmoz, dializ i
difuziune. Dizolvarea polifenolilor i a
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
-
celorlalte substane i difuzia pot fi accelerate prin ncorporarea
periodic a prilor solide n faza lichid sau prin recircularea unei
pri din mustul-vin peste
aglomerarea de pri solide de la partea superioar a recipientului
(Peynaud E.- 1984). Extragerea antocianilor i intensitatea colorant
cresc treptat pn la atingerea unui maxim, dup care se produce o
descretere a lor, datorit adsorbiei i refixrii unei pri din acetia
pe fraciunile solide ale mustuielii, dar i prin unele
transformri
ireversibile suferite de materia colorant (Nicolini G., Mattivi
F.- 1995). Avnd n vedere aceste aspecte, se recomand ca separarea
fazei lichide de cea solid s se fac nainte de a ncepe procesele de
refixare a antocianilor i cele de transformri ireversibile a lor n
forme incolore.
Procesul de macerare-fermentare este influenat de o serie de
factori cum sunt: temperatura, SO2, coninuturile n acizi liberi ai
mustului, coninutul n acizi liberi, coninutul n alcool, durata de
contact ntre cele dou faze, aciunea mecanic de ncorporare a fazei
solide n cea lichid .a.
n ultimele dou decenii se folosesc tot mai mult preparatele
enzimatice n diferite scopuri oenologice. Pentru o ct mai bun
extragere a antocianilor din pieliele strugurilor n timpul macerrii
fermentrii la vinificaia n rou rezultate mulumitoare se pot obine
prin folosirea enzimelor pectolitice din preparate autorizate de
legislaiile
n vigoare (Celotti E. i col.- 1997, Bduc-Cmpeanu C.- 1999).
Enzimele pectolitice exogene degradeaz pectinele din pereii
celulari facilitnd extractibilitatea antocianilor i a altor
constitueni, din fraciunea solid a mustuielii, ntr-un timp mai
scurt. Dintre preparatele comerciale cu enzime pectolitice s-au
remarcat, n mod deosebit, cele care poart numele de Lallzyme i
Vinozim G, folosite n doze de 3 g/hl. Alte aspecte privind procesul
de macerare i macerare-fermentare se prezint n cadrul Tehnologiei
de obinere a vinurilor roii, cap.9.
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere
LiviuEvideniere