Fermentazione alcolica

La fermentazione alcolica non è un fenomeno puramente chimico, ma piuttosto è di tipo biologico-chimico-fisiologico, vitale ed ambientale, nel quale si vedono coinvolti in qualità di protagonisti del processo dei particolari microrganismi: i lieviti. I lieviti normalmente usati in vinificazione, ad eccezione di alcuni tipi particolari che riescono a convertire pure i disaccaridi e i trisaccaridi in alcool trasformano solo lo zucchero invertito, cioé solo i monosaccaridi, e lo zucchero si denomina “invertito”, poiché devia la luce polarizzata a sinistra, anziché a destra come fa il saccarosio (disaccaride derivato dall’unione del glucosio e del fruttosio). Quindi gli zuccheri composti devono essere dapprima scissi nei loro semplici costituenti, prima della fermentazione. Nella fermentazione alcolica il glucosio e il fruttosio sono prima degradati secondo lo schema della glicolisi, con formazione di due molecole di acido piruvico e liberazione della relativa energia. L’acido piruvico, in anaerobiosi, non può entrare nel ciclo di Krebs o Krebbs ed è ridotto ad alcol etilico, secondo la seguente reazione: CH3-CO-COOH (acido piruvico)  CO2 + CH3-CHO (aldeide acetica) + NADH + H +  NAD + + CH3-CH2OH (alcol etilico) Ebbene, per mezzo della fermentazione alcolica da 100 g. di zuccheri si ottengono circa il 51,34 % d’alcool e il 48,66 % di anidride carbonica. La prima conoscenza dei lieviti è avvenuta con l’invenzione del microscopio ad opera dello studioso Leuvenhoeck nel 1680. Successivamente si deve a Lavoiser il primo contributo determinante sulla comprensione della fermentazione. Altri ricercatori, dopo di lui, sono giunti a teorizzare in modo completo sul fenomeno della fermentazione alcolica. I lieviti esigono una certa quantità di azoto e di elementi minerali, di vitamine e della presenza di ossigeno per moltiplicarsi. La trasformazione da essi compiuta, dello zucchero in alcol e anidride carbonica, non è integrale attuandosi nella proporzione del 94-95 %, la rimanente parte viene trasformata in: acido succinico (0.7%), glicerina (3-5%), acidi volatili e materie grasse, oltre che in altri composti. L’acido succinico e la glicerina, costituiscono dei prodotti normali e sempre presenti nella fermentazione alcolica. In particolari condizioni si possono avere delle fermentazioni diverse da quella alcolica, compiute da speciali microrganismi che attivano la fermentazione lattica, la propionica e altre. I lieviti, come tutti gli altri organismi biologici, necessitano di numerosi elementi nutritivi. Lo zucchero costituisce per essi il principale alimento. In generale tutti i liquidi zuccherini ottenuti dai vegetali, hanno nella loro composizione gli elementi necessari per la moltiplicazione e la vita dei lieviti. Però in alcuni casi è necessario creare le condizioni ideali per la loro vita, regolando ad esempio il pH del mezzo con l’aggiunta di acido tartarico, con l’incremento della quantità di elementi azotati, minerali e vitaminici. A tale proposito è anche da segnalare, che un eccesso di alcune sostanze provoca il blocco dell’attività dei lieviti e nei casi più estremi la loro morte. Lo zucchero, in proporzioni superiori al 24-28 %, provoca tale evenienza, come pure il prodotto da loro stessi formato e cioè l’alcool. La temperatura è un parametro fisico di estrema importanza per l’avvio e l’andamento della fermentazione. Infatti le temperature basse o elevate rispetto all’optimum di 20 °-30 ° C provocano come conseguenza l’arresto della fermentazione. Peraltro tale evento indesiderato molto spesso è di utilità nella defecazione dei mosti d’uva e nella vinificazione in bianco, al fine di impedire col freddo l’avvio della fermentazione e quindi di ottenere la sedimentazione delle particelle in sospensione. In tale caso solo dopo la defecazione, con l’immissione dei lieviti selezionati e del ripristino delle idonee condizioni di temperatura (18-22 ° C), si avvierà la fermentazione. Con la comparsa dell’alcol nel mosto-vino avviene più facilmente la dissoluzione nel liquido dei pigmenti colorati, che è tanto maggiore tanto più lunga risulta la macerazione, e ciò entro certi limiti. Infatti a una macerazione eccessiva non sempre corrisponde un aumento dell’intensità colorante, poiché i pigmenti, in tali circostanze, tendono a fissarsi nelle parti solide del mosto. Il mosto nel divenire vino subisce una profonda trasformazione della sua composizione chimica, fisica e gustativa. Tale trasformazione è il risultato di una serie di fenomeni di natura biologica e chimica; per cui scompaiono dal mosto alcuni costituenti e ne compaiono altri del tutto nuovi, mentre molti altri si modificano rispetto alla loro conformazione originaria. Questo fenomeno prende il nome di fermentazione alcolica, che si differenzia in tumultuosa e lenta. Quella tumultuosa costituisce la prima fase della fermentazione caratterizzata dall’aumento talvolta considerevole della temperatura della massa e dal forte sviluppo dell’anidride carbonica. La fermentazione lenta rappresenta la successiva fase dove i fenomeni prima detti acquistano un andamento più regolare, il cui inizio è collocabile nel momento un po’ dopo la svinatura per poi continuare per circa un mese o più. La fermentazione alcolica è dovuta a particolari microrganismi di natura vegetale appartenenti ai funghi, precisamente al genere Saccaromyces. La trasformazione degli zuccheri in alcol, operata dai lieviti, è da attribuire ad una diastasi detta zimasi alcolica, che compare a seguito dell’attività respiratoria di questi miceti. Tale funzione viene svolta dalle cellule giovani e una piccola quantità di zucchero viene impiegata direttamente per la loro moltiplicazione. I Saccaromyces sono presenti in particolare nella buccia dell’acino e fanno parte della flora microbica indigena e anche tipica dell’ambiente. La loro forma può essere ellittica o allungata, si riproducono, in condizioni favorevoli, per gemmazione allorquando al bordo della cellula madre si forma un rigonfiamento, che ingrossandosi si distacca e dà origine ad una nuova cellula. In condizioni sfavorevoli il lievito si riproduce per spora, una sorta di sacco contenente molte cellule; la spora grazie al rivestimento particolare è in grado di sopravvivere in condizioni ambientali estreme e sotto tale forma si riscontra nel terreno dei vigneti. Comunque pur quando è normale che tale processo si attivi e si svolga con la sola presenza dei lieviti presenti nell’uva, costituisce una buona norma enologica l’aggiungere al mosto i lieviti selezionati, al fine di aiutare la natura a far meglio il suo compito. Per la fermentazione il mosto viene immesso nei recipienti adatti: tini, botti-tini, vasche in acciaio e in cemento, che sempre di più, attualmente, vengono rivestiti con resine epossidiche, le quali garantiscono una perfetta igiene e sono esenti, dal cedere sostanze nocive al mosto o al vino. I recipienti si riempiono col mosto in modo da occupare circa i 4/ 5 del volume. Infatti non si esegue un riempimento completo in modo da favorire l’ingresso dell’aria, e con essa dell’ossigeno in modo da facilitare la moltiplicazione e l’azione dei lieviti. In condizioni favorevoli entro poche ore si avvia la fermentazione, la quale si manifesta con la comparsa alla superficie del mosto delle vinacce sospinte dalle bolle di anidride carbonica che via via si formano. Avviene anche un innalzamento della temperatura di 10 °-15 ° C, poiché la reazione con cui viene formato l’alcol e l’anidride carbonica partendo dallo zucchero è di tipo esotermico. Al gusto si appalesano le modificazioni, che avvengono durante la fermentazione; infatti il gusto dolce del mosto man mano scompare, mentre nuovi profumi, derivati dalla costituzione di eteri e dalla presenza dell’alcol, vengono emanati, l’acidità totale diminuisce poiché a spese dell’acido tartarico si forma il bitartrato di potassio, il quale in presenza dell’alcol precipita. Ed ancora, osservando al microscopio un po’ di liquido sono visibili numerosissimi microrganismi, in predominanza lieviti. Le esperienze acquisite nel campo dell’enologia insieme ai vari studi, dimostrano che una regolare fermentazione avviene allorquando si instaurano nel mosto le seguenti condizioni: a) una temperatura di almeno 15 °-18 ° C, che con il processo esotermico della fermentazione arriva anche a temperature fra i 24 e i 30 ° C. Pertanto considerando l’optimum di 20 ° C è bene termocondizionare il mosto con apposite apparecchiature, per mantenerlo a questa temperatura; b) una adeguata presenza di sostanze nutritive e di elementi minerali, vitamine, necessari per lo sviluppo e la vita dei lieviti; c) una gradazione zuccherina non elevata; infatti la fermentazione avviene bene quando gli zuccheri sono dal 15 al 20 %. Allorché la concentrazione zuccherina risulta elevata è bene, nella produzione di vini secchi, ricorrere alla inseminazione del mosto con il lievito Saccaromyces r.f.bayanus( r.f.: razza fisiologica), capace di  svilupparsi e di essere attivo in queste condizioni; d) una buona aerazione del mosto, al fine di impedire la moltiplicazione dei microrganismi anaerobi, che provocano malattie e di favorire la moltiplicazione dei Saccaromyces; altresì l’ossigenazione spinta del mosto, prima della fermentazione, dà luogo a dei vini più stabili nel colore e meno influenzabili dall’ossidazione durante il periodo della conservazione; in tale contesto l’ossigenazione del mosto, prima della fermentazione, con la tecnica della iperossigenazione e senza o con ridotto uso dell’SO2, è da considerarsi positiva, in quanto determina la polimerizzazione delle sostanze fenoliche con la costituzione di composti tanno-proteici, che così si riducono nel prodotto finito con i vantaggi intuibili, soprattutto nell’elaborazione dei vini bianchi; l’iperossigenazione dei mosti può essere realizzata insieme alla flottazione; e) una luce diffusa, perché quella diretta ostacola la vita dei lieviti; f) una acidità totale non inferiore ai 5-6 g./ l., in quanto l’ambiente acido favorisce da un lato i lieviti mentre dall’altro ostacola i microbi patogeni. L’aggiunta di acido tartarico, considerando i limiti sopra indicati e della diminuzione naturale dell’acidità (da 2 a 3-4 g./ l.) col formarsi dell’alcol e della conseguente precipitazione di bitartrato di potassio, alle dosi di 50-100-200 g. x hl., a seconda del titolo dell’acidità totale, costituisce una valida pratica enologica; g) un contenuto di alcol non eccessivo, perché come l’anidride carbonica, è una sostanza non favorevole ai lieviti quando raggiunge determinati livelli; infatti già alla proporzione del 7-8 % svolge un’azione inibitrice dell’attività dei lieviti, mentre col 12 % d’alcol la stessa viene bloccata, ad eccezione che in alcuni tipi di lievito. Inoltre con la formazione dell’alcol la fermentazione dimostra un andamento sempre più lento, che continua dopo la svinatura e tale stadio si individua come fermentazione lenta. Quindi per favorire una regolare fermentazione si opera in modo da determinare, prima della fermentazione, una buona aerazione del mosto anche per facilitare la moltiplicazione dei lieviti. Le pratiche delle follature, eseguite con un apposito attrezzo, che prevedono la rottura del cappello delle vinacce sormontanti il mosto, provocano l’aerazione e impediscono alle vinacce di acetire a seguito dello sviluppo dei microrganismi aerobi acetici. Il rimontaggio, eseguito spillando il mosto dalla valvola inferiore della vasca con una pompa per immetterlo, con il ricircolo di 1/ 3 o 1/ 4 del suo volume complessivo, al di sopra del cappello è anch’esso un ottimo sistema per areare il mosto; però è consigliabile eseguirlo con una certa regolarità e solo nelle prime fasi della fermentazione, in numero massimo di 2-3 in quanto l’aerazione non deve essere eccessiva, perché in questo caso gli effetti che si determinano consistono in una diminuzione dell’alcol, nel raffreddamento del mosto, nel rallentamento della fermentazione e nell’ossidazione delle materie coloranti e dell’etanolo. L’impiego del Tino “Anfora” favorisce sia l’aerazione del mosto e sia la dissoluzione dei pigmenti coloranti, senza la formazione del cappello galleggiante . Per quanto riguarda i lieviti sono da evidenziare le fasi della respirazione aerobica e di quella anaerobica. In quella aerobica i prodotti derivati dalla combustione dello zucchero, per ogni molecola unita a 6 molecole di ossigeno, sono: 6 molecole di CO2 e 6 H2O, con rilascio di calorie. Nella respirazione anaerobica, ossia in assenza di ossigeno, la molecola di zucchero reagisce con 2 molecole di anidride carbonica, formando 2 molecole di alcool etilico più calorie. In altri termini è evidente, che un’adeguata aerazione è necessaria prima della fermentazione e in alcuni casi nel corso della stessa, per favorire la moltiplicazione dei lieviti. Invece l’aerazione non è più necessaria successivamente, dove anzi è preferibile determinare delle condizioni anaerobiche non rigorose al fine di facilitare la formazione dell’alcool. Queste condizioni si realizzano, ad esempio, collocando sopra la vasca riempita di mosto un coperchio provvisto di foro o, nel caso di utilizzo di serbatoi in acciaio inox, col socchiudere il coperchio, in modo da consentire la permanenza della CO2, che è un gas più pesante dell’aria, all’interno del recipiente, permettetendo allo stesso tempo la fuoriuscita della quantità esuberante, che si forma durante la fermentazione. L’anidride carbonica che così permane all’interno del recipiente, protegge il mosto-vino, ostacolandone l’ossidazione e lo sviluppo dei microbi nocivi e l’acetimento. L’immissione nel mosto dei lieviti selezionati, scelti in base alla gradazione zuccherina e quindi in relazione al futuro grado alcolico del vino, viene attuata almeno 2 ore dopo la solforazione. L’anidride solforosa, aggiunta al mosto durante la fermentazione ed alle dosi comunemente adottate, svolge un’azione selettiva in quanto elimina dalla flora microbica i lieviti dannosi, mentre lascia indenni i Saccaromyces svolgendo così un’utile selezione. Le dosi usuali di SO2 impiegate variano da un minimo di 5 g./ hl., sino a 20-25 g./ hl. nel caso di uve non sane. Sulla modalità della fermentazione a cappello sommerso ed emerso sono stati compiuti numerosi studi e il primo a sollevare tale problema è stato il Pollacci, che eseguendo una piccola prova si convinse che il miglior sistema di vinificazione era quello a cappello sommerso, ossia con le vinacce non emergenti alla superficie libera del mosto, bensì tenute sommerse mediante un fondo bucherellato a circa 2/ 3 dell’altezza del recipiente. Però altri studiosi considerarono il problema in modo differente, non riscontrando con tale sistema i vantaggi indicati dal Pollacci. Quindi il sistema con le vinacce emerse o a cappello emerso, insieme a numerose follature e a qualche rimontaggio sembra essere il metodo più razionale per condurre la fermentazione classica in rosso, dalla quale si ottengono dei vini più saporiti, più serbevoli e più colorati. Per quanto riguarda la temperatura è consigliabile controllarla e mantenerla, per la vinificazione in bianco intorno ai 18 °- 20 ° C e a circa 23 ° C per quella in rosso. Pertanto la temperatura ambientale dovuta al clima particolare della zona è un elemento condizionante. Molto spesso nei climi freddi, a causa delle basse temperature, succede l’arresto della fermentazione, per la cui ripresa non rimane che riscaldare la cantina o il recipiente contenente il mosto. Nei climi caldi invece i problemi sono peggiori, perché può succedere che un eccessivo riscaldamento del mosto sino a delle punte estreme provochi, nel caso si superino i 30 °-40 ° C, il blocco dell’azione dei lieviti e la predisposizione alla fermentazione mannitica per lo sviluppo, in tali condizioni di microrganismi patogeni. Infatti a temperature superiori ai 30 ° C, i lieviti mostrano delle difficoltà e rallentano il loro metabolismo, lasciando spazio d’attività ai batteri e in particolare a quelli lattici, i quali si distinguono in omofermentanti, che trasformano gli zuccheri in acido piruvico e in eterofermentanti, che provocano dopo alcune trasformazioni, la produzione di acido lattico e di acido acetico (agrodolce). L’acido citrico, la glicerina e l’acido tartarico possono essere degradati pure da tali batteri. In queste condizioni quindi è meglio refrigerare il mosto, sia facendo percolare lungo l’esterno dei serbatoi dell’acqua corrente, o mediante dei rimontaggi o, quando la cantina è provvista degli idonei impianti, di termocondizionarlo alla temperatura idonea. Le sostanze che favoriscono la fermentazione sono il fosfato ammonico, usato in dose non superiore ai 30 g. x hl., che fornisce le sostanze nutritive azotate utili alla vita dei lieviti o il solfato ammonico, che si usa nel caso si tema per la vinificazione l’instaurarsi della casse fosfato-ferrica o bianca, agevolata per l’appunto dai sali fosfatici. La Tiamina o vitamina B1 è utile impiegarla nel mosto alle dosi di 50-60 mg./ hl., anche al fine di ridurre le dosi di SO2, in quanto l’SO2 è più attiva in presenza di tale vitamina, poiché essa provoca una riduzione dei chetoacidi originatisi dal metabolismo fermentativo e respiratorio del lievito; inoltre secondo alcuni studi, l’aggiunta di tiamina realizza un minore contenuto di acetaldeide, di idrogeno solforato ed abbrevia il periodo della fine fermentazione.

Castroreale, Marcello. Manuale di enologia: Marcello Castroreale (Italian Edition)