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;

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

Ice and Steam Beer

Dopo le cronache del ghiaccio e del fuoco del sidro, l'avventura prosegue con la birra per avere ice beer e steam beer. 

Bene, chiunque come me, durante la produzione di birra è passato dalla produzione della bock e dell'eisbock, birre lager tedesche ad altra graduazione, dove quella della seconde deve essere più altra della prima. Questo perché l'eisbock, in tedesco "bock di ghiaccio", si produce criodistillando la bock; infatti, la leggenda narra che questo stile sia nato dal caso, quando delle botti di birra bock furono dimenticate all'esterno della birreria durante una notte d'inverno. Di conseguenza a causa delle temperature rigide dell'Europa continentale la birra nelle botti ghiacciò, ma la componente alcolica di questa birra rimase liquida. Andando ad assaggiare il liquido formatosi, il gusto della birra era migliorato in qualcosa di più dolce e corposo, ma soprattutto più alcolico.

Ispirandomi a questo processo sono andato a produrre una cotta di birra zeoconcentrata, quindi una comune barley wine, e parallelamente un'altra cotta di graduazione bassa da crioconcentrare. In modo da avere dei parametri di valutazione e capire e differenze tra i vari processi di produzione di birre ad alta graduazione.

Steam Beer

La birra zeoconcentrata come detto precedentemente di base è una barley wine, quindi nella miscela di cereali ci sono malto pale e qualche fiocco d'orzo.

Ricetta per 6.0l a 20.0Br:

2.00kg di malto pale

0.22kg di fiocchi d'orzo

Per l'ammostamento sono andato a utilizzare 6.5l d'acqua, e una singola pausa a 66°C per 60'. Mentre per il lavaggio delle trebbie altri 6.5l a 75°C. Ottenendo solamente 8.0l a 14.4Br, quindi una resa del 69.0%, un po' bassa per la mia media.

La bollitura è durata 120' per raggiungere 20.0Br, mirando a una luppolatura da 50IBU, con le seguenti gittate:

18.7g di luppolo East Kent Golding A.A. 4.6% a 60'

  5.5g di luppolo Fuggle                   A.A. 4.2% a 15'

Terminata la bollitura e fatto raffreddare il mosto, questo ammontava a 5.6l a 20.0Br, di cui 0.3l sono stati conservati per la rifermentazione in bottiglia. 

I 5.3l messi a fermentare sono stati inoculati con 5.3g di lievito Fermentis S-04, e dopo due settimane ho proceduto al travaso, misurando il grado zuccherino finale, il quale ammontava a 11.4Br, quindi a un'attenuazione apparente del 70.1% e 8.3ABV.

Ice Beer

Per la cotta da crioconcentrare ho utilizzato la stessa miscela di cereali usati per la precedente:

Ricetta per 25.0l a 12.0Br:

4.00kg di malto pale

0.44kg di fiocchi d'orzo

Per l'ammostamento ho utilizzato 13.5l d'acqua, e una singola pausa a 66°C per 60'. Mentre per il lavaggio delle trebbie 20.0l a 75°C. Ottenendo così 28.0l a 11.0Br e quindi una resa dell'89.0%.

La bollitura è durata 60' per raggiungere 12.0Br, mirando a una luppolatura da 24IBU, con le seguenti gittate:

36.0g di luppolo East Kent Golding A.A. 4.6% a 60'

25.0g di luppolo Fuggle                   A.A. 4.2% a 15'

Terminata la bollitura e fatto raffreddare il mosto, esso ammontava a 24.5l a 12.4Br. Ora qui le strade dell'Ice Beer si diramano, in quanto ho voluto vedere come essa cambia effettuando una crioconcentrazione prima e dopo la fermentazione.

Ice Beer crioconcentrata prefermentazione. 

Per la produzione di questa ho preso 12.0l del mosto a 12.4Br e li ho congelati, dopo 24 ore ho lasciato l'enorme ghiacciolo al malto a scongelarsi, rilasciando così la sua parte zuccherina. Andando a raccogliere 5.6l di mosto a 19.6Br, di cui 0.3l sono stati conservati per la rifermentazione. A conti fatti è stato estratto solamente il 78.6% della sostanza secca inizialmente contenuta nel mosto.

Comunque i 5.3l di mosto sono stati inoculati con 5.3g di lievito Fermentis S-04. Dopo due settimane ho proceduto al travaso e a misurare il grado zuccherino finale, il quale ammontava a 11.0Br, quindi un'attenuazione apparente del 70.2% e 8.2ABV.

Ice Beer crioconcentrata postfermentazione. 

Invece per questa ho inoculato i rimanenti 12.0l di mosto con 6.0g di lievito fermentis S-04 e conservato 0.5l per la rifermentazione in bottiglia. Terminata la fermentazione, dopo due settimane ho proceduto al travaso e a misurare il grado zuccherino finale, il quale ammontava a 7.0Br, quindi un'attenuazione apparente del 70.9% e 4.8ABV.

Da qui ho congelato birra e dopo 24 ore l'ho lasciata scongelare, stillando la nuova e corposa birra. Andando così a raccogliere 5.3l di birra con un grado zuccherino finale di 11.4Br e quindi 8.6ABV

Dopo il travaso il colore tra le tre birre era lo stesso, l'unica differenza stava nella torbidità dell'Ice Beer, maggiormente percettibile in quella criodistillata postfermentazione, mentre Steam Beer si presentava limpidissima. Comunque per l'assaggio ci rivediamo tra sei mesi, in modo di avere tempo affinché possano maturare, vi lascio intanto la foto (sopra) delle birre travasate

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