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.
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;
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