Fermentaciones Alcohólicas y Maloláctica I: Elaboración de Vinos Tranquilos PDF

Tema 2 Fermentaciones alcohólica y maloláctica I: Elaboración de vinos tranquilos. 1. Definición de vino Código Alimentario Español (CAE:) Alimento transformado fruitivo, se toma por necesidad o por placer. Definición legal en Europa: El...

Tema 2 Fermentaciones alcohólica y maloláctica I: Elaboración de vinos tranquilos. 1. Definición de vino Código Alimentario Español (CAE:) Alimento transformado fruitivo, se toma por necesidad o por placer. Definición legal en Europa: El producto obtenido, exclusivamente, por la fermentación alcohólica total o parcial de los racimos, pisados o no, o del mosto de la uva. Por encima de 5% de alcohol. Composición nutricional: Disolución hidroalcohólica, ácida,, tamponada, formada por sustancias minerales y orgánicas. El vino tinto es astringente, por eso a los niños no les suele gustar. España es el primer país del mundo en la ciencia del vino. 2. Historia. Todo comienza en el Neolítico o antes, es decir, cuando el hombre se hizo agricultor, en la creciente o media luna fértil, Egipto e India. Con un papel de la mujer muy relevante, como en el café de Colombia. Probablemente es la zona más antigua datada, aunque existen indicios de la agricultura en diferentes regiones del planeta son áreas de desarrollo primario. Según los arqueólogos la zona que comenzó a crear vino fue en la zona del mar Negro, zonas donde la vid silvetre crecía de froma espontánea. Alguien encontró en unas excavaciones unos recipientes de barro con pepitas de uva cultivada, no silvestre, Quien realmente desarrolló la práctica actualmente conocida fue la civilización mediterránea, es decir, el Imperio romano. La uva blanca es una mutación de la tinta y es lo que le gustaba a los griegos y romanos, se extendió la práctica de hacer vino blanco, Se piensa que la profesión de enólogo se inició en la zona bética del imperio romano. En el caso de los romanos, el vino era muy importante en el caso económico, se hizo muy fundamental. Al llegar los musulmanes al mediterráneo la elaboración del vino se concentró en monasterios y todo lo cristianos, por las misas. 2.1 Historia de las levaduras. El nombre de levadura proviene de levare (levadura)+ ura (actividad). Así es la llamada levadura del pan. 1678-Leeuwenhoek observó levaduras en sedimentos de vino. 1837- C. Cagniard-Latour, Th. Schwann y F. Kützing, la levadura que aparece en la fermentación alcohólica era una planta microscópica que convertía los azúcares en alcohol y CO2. Atacados por químicos de vanguardia ( J.J. Berzelius, J. Liebig y F. Wohler), quienes mantenían que la putrefacción y fermentación eran procesos químicos. Pasteur, demostró que todas las fermentaciones son el resultado de actividad microbiana, por medio del descubrimiento de la síntesis de la urea. Tema 2 Debido a problemas de picado láctico de los destiladores de Lille, Pasteur demostró que el azúcar se convierte en ácido. láctico, e identificó a los microorganismos responsables que habían sustituido a las levaduras en los tanques de fermentación (coco y bacilos). En 1860 hubo bastantes problemas de putrefacción en los viñedos franceses, por ello, Pasteur observó en vino putrefacto bacterias similares a las responsables de la fermentación del ácido láctico y acético. Descubrió que calentando a 55-60º morían dichas bacterias y se conservaba así el vino durante periodos de tiempo largo, es decir se inventó la pasteurización. Las principales plagas de la vid son Filoxera, oídio y mildiu. La mayoría del viñedo europeo ha sido mezclado con el americano el cual es resistente a esas plagas. En 1878 Pasteur observó la ausencia de fermentación espontánea del mosto si se impide el desarrollo de las levaduras en la piel de las uvas. En 1876, Christian Hansen estudió las levaduras del suelo de las viñas para preparar cultivos puros utilizados en la fabricación de cerveza. Se reconoce a las levaduras como organismos vivos responsables de la fermentación alcohólica, es decir, que ya es reconocida la fermentación como proceso biológico. Aquí empezó el interés de algunos vinateros por mantener sus levaduras e impedir la actividad de otros organismos indeseables. En sí no hay desarrollo evidente de la microbiología enológica pero sí de la investigación en levaduras (pan y cerveza). 2.1.1 Biotecnología Microbiana y levaduras. - 1897. Fermentación con extracto de levaduras. Zymasa. Eduard Buchner. - 1915. Producción de glicerol con levaduras. Nitroglicerina. Neuberg - 1920. Revisión de fisiología, sexualidad y filogenia. Guillermond. - 1930s-1940s. Comienzo de estudios genéticos. Se descubre la reproducción sexual y el cambio de tipo sexual. Winge, Lausten y Lindergren. - 1930-1960. Primera Taxonomía de levaduras. Kluyver y la escuela de Delft 1960s. Universidad de Davis CA: Se relanza la Microbiología enológica. Especialmente estudios de ecología microbiana en viñedos y fermentaciones para controlar el proceso biológico de elaboración de vino (calidad). Ingeniería genética: En 1970 se descubren fenómenos como: citoducción, fusión de protoplastos, rare mating, transformación de levaduras (Hinnen, Hicks y Fink -USA-, Beggs -UK-). Mejora de levaduras por reprogramación genética. 1980s-1990s. Primeros fármacos comerciales obtenidos con levaduras transgénicas (vacuna hepatitis B). 1990. Aprobada la primera levadura panadera transgénica (UK). 1994. Levadura cervecera (UK). Poco azúcar para diabéticos. 2005. Levadura de sake ( Japón,) productora de ethyl caproato (aroma manzana) mediante self-cloning. Se saca el gen de la levadura, se modifica y se vuelve a introducir, es decir, no se introduce DNA o secuencias foráneas. La levadura de la fermentación alcohólica, Saccharomyces cerevisiae, se convierte en modelo para el desarrollo de la ingeniería genética en eucariotas. Tema 2 3. Elaboración del vino y calidad nutricional. Se da una fermentación alcohólica: Glucosa + 2ADP → 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP Mosto —→ Vino 3.1 Características del mosto y el vino. La uva es un fruto muy especial, es un alimento muy completo, y el mosto presenta éstas características. - Azúcar, pocas frutas pueden presentar sin pacificar un 20-24% de azúcar como hexosas y pentosas. - Nitrógeno fácilmente asimilable. Presentando aa (Gln, Pro, Ala yArg)+ amonio. - pH normalmente bajo (3-3.5%). - Presenta distintos tipos de ácidos como tartárico, málico y cítrico. - Vitaminas: tiamina, riboflavina, piridoxina, ac. pantoténico, entre muchas. - Cationes y aniones. - Polifenoles como las flavonas presentes en la uva blanca, antocianos en uva negra y taninos responsable de la astringencia. - Pesticidas y herbicidas. - Compuestos añadidos como sacarosa o SO2, éste último utilizado para evitar contaminaciones. Se le llama uva medicada, es para mejorar la viña - Otros compuestos añadidos. - La cantidad de Saccharomyces cerevisiae es tan poca en el mosto, en el viñedo que a veces se duda de su existencia. - Puede haber muchos microorganismos, conforme va pasando el tiempo y va fermentando y aumentando el grado alcohólico La levadura crecida en el mosto se le añade a las sopas de enfermos o en pastillas dietéticas, por la cantidad de vitaminas que presenta. El pH es bajo y la gran cantidad de azúcar son dos problemas dentro de la formación del vino (factores limitantes en el crecimiento de la levadura) ya que: - pH, filtra la cantidad de microorganismos que pueden crecer en el medio. - El azúcar aumenta la presión osmótica. Dentro del vino se puede observar distintos componentes: - Etanol 10-14º - Un aumento de CO2 - Glicerol 5-10g g/l - Aminoácidos DISTINTOS a los del mosto. - Alcoholes superiores - Ácidos grasos, aromas, ésteres de los dos anteriores, etc. - Ácidos como el málico, tartárico (precipita) y acético (volátil). - Resto de polifenoles y otros compuestos minoritarios Para convertir el ácido málico a ácido láctico (para el sabor) utilizan bacterias lácticas, estas bacterias son capaces de hacer la fermentación maloláctica. Tema 2 3.2 Tecnología enológica, elaboración del vino. Proceso: I. Maceración. La maceración es carbónica y se realiza con el racimo de uva. - 2’% de las uvas se rompen, lo normal. - 20% queda la uva entera, muy bueno para la fermentación intracelular con las propias enzimas de la uva, esto es lo que le da el aroma. - 60% ambos tipos de uva II. Después de la fermentación. - Presado. Dando lugar a 3 tipos de vinos: a) Vinos yema, son los de mejor calidad, básicamente porque son los que presentan menos impurezas (restos de piel de uva y a veces, depende de la bodega, restos de racimos). Son los utilizados para vinos suaves. b) Vinos corazón, de calidad media. c) Vinos prensa, los de peor calidad supuestamente, son utilizados para vinos tintos crianza o gran reserva. III. Tras éste proceso se dan vinos jóvenes, muy afrutados. 4. Fermentación espontánea. Es frecuente que se aisle una levadura que, aparentemente, no tiene ciclo sexual y a la que se le denomina hongos imperfectos. La levaduras en unas condiciones muy específicas son capaces de presentar una fase sexual dándole dos nombres a la levadura: - Levadura teleomorfa, produce esporas sexuales. - Levaduras anamórficas, que no las produce. Los mohos tienen también esporas asexuales. En rasgos generales se puede observar una disminución de microorganismos conforme vamos avanzando en la producción del vino tranquilo. Tema 2 4.1 A nivel microbiológico. - Mosto. En el anterior esquema se puede observar en rojo los microorganismos que son interesantes mejorar para una buena producción del vino. En una uva sana puede haber en torno a 1000-10000 cfu/mL, la mayoría de éstas son apiculares, las cuales tienen forma de limón. Son las levaduras que presentan nomenclatura dual. Las levaduras del vino son entre un 50/75%, y tienden a mantenerse de forma efectiva en la superficie de la uva. Su crecimiento se da gracias al escape de azúcar a través de los estomas de la uva, a pesar de ser poca cantidad. S. cerevisiae es muy difícil de detectar, y si lo está en cantidades muy pequeñas. No es una levadura que esté unida al aire y que sea frecuente, sin embargo, es la que va a predominar durante la fermentación. La proporción de levaduras dependerá de muchos factores: la temperatura, al madurez de la uva (cuando la fruta está más madura hay mas levaduras), la presencia de fungicidas (que ataca principalmente a levaduras fermentativas), los pájaros, la vendimia, los insectos (las avispas toman especial importancia. Pueden introducir microorganismos en la uva, pero esto no tiene por qué ser negativo necesariamente), el equipo de bodega , principio o final de vendimia, el tiempo de transporte de la uva … Hay bacterias que dependen del estado sanitario de la uva (menos estado sanitario son más bacterias). Esto es negativo. Los mohos se relacionan más bien con cosechas ya en podredumbre. - Mosto-Vino Al avanzar la fermentación las levaduras pasan a un cfu/ml de 10^8-10^9. Ésto se da debido a que ciertas levaduras no son capaces de soportar la presencia de alcohol provocando así una sucesión de especies. En dicho estado, con un 4-5% de alcohol más del 90% de las levaduras son S. cerevisiae Dependiendo de las condiciones de cultivo pueden llegar a aparecer otras especies como Brettanomyces o Dekkera, las cuales no son beneficiosas en la fermentación ya que producen acético, octanoico y decanoico, compuestos inhibidores de S. cerevisiae por lo que retardan la fermentación y dañan (pican) el vino. El alcohol, en humanos, es capaz de actuar sobre los lípidos y las sinapsis neuronales y dicho efecto varía con la temperatura. La relación entre el grado de alcohol y la temperatura son proporcionales, a más Tº, mayor efecto tiene el alcohol. A bajas temperaturas los microorganismos suelen tolerar mejor un grado mayor de alcohol siendo capaces de aromatizar el vino ya que las bacterias lácticas son capaces de sobrevivir. La mayoría de las bacterias y los mohos mueren al haber presencia de alcohol. - Vino. Al llegar éste punto S. cerevisiae toma gran importancia, casi el 100% ya que es capaz de soportar las condiciones del vino: I. ⬆ [Alcohol], (5-10%). II. Presión osmótica alta. III. pH bajo Capacidad de tolerancia y adaptación increíble para un organismo unicelular, además de muy rápida Raramente se da sucesión de especies, aunque pueden darse la presencia de cepas de levaduras asesinas, con virus capaces de matar a las especies presentes. Si se dan, las temperaturas bajas propician que se mantengan. Hay pocas bacterias, y si las hay son malolácticas (útiles en zonas frías para acabar con el ácido málico, que no se puede consumir) en zonas con bajas temperaturas (no las hay en Extremadura porque son altas y el ácido málico pasa a ser azúcar en consecuencia) o alteraciones. Tema 2 No se da la presencia de mohos. 4.2 En placa. En el mosto, como anteriormente explicado, existen microorganismos de todo tipo. En el caso del mosto-vino las levaduras apiculares tienen gemación bipolar. Algunas son azules porque o mueren o su pared está dañada y no son capaces de expulsar bien el colorante. Al final de la fermentación solo hay colonias blancas pero a bajas temperaturas pueden aparecer levaduras apiculares. 5. Origen de las levaduras. Fermentación espontánea. El origen en el viñedo se da en la superficie de la uva madura, a partir del envero (de verde a color) que, al hincharse y abrir los poros de la piel de las uvas, puede así aumentar la cantidad de levaduras contaminantes En la imagen podemos observar un estoma abierto. el cual propicia la entrada de levaduras al interior de la uva además de que, dicho estoma, al abrirse expulsa azúcar. Todavía no se sabe bien de dónde vienen exactamente las levaduras de fermentación espontánea del mosto. Las levaduras fermentativas no suelen estar en el suelo y en distintas zonas existen levaduras que pueden vivir en el estómago de unas avispas y así poder traspasarse a los viñedos. Existen las denominadas “levaduras unidas al viento”, levaduras que PUEDEN estar transportadas por el viento por medio de unas especies de esporas. Entre ellas se encuentran S. cerevisiae la cual aparece únicamente en la vendimia. También pueden ser transportadas por animales. 5.1 Ciclo biológico S. cerevisiae. Levadura haplodiplonte con sexo, “hongo perfecto”. Tiene dos tipos sexuales: - Alfa - Beta. Durante la vendimia, la levadura se reproduce por gemación multilateral, organismo que se reproduce de forma vegetativa en forma diploide. Cuando no tiene para comer o tiene un problema de estrés ésta esporula (forma ascas) y dentro queda los cuatro productos meióticos, es básicamente la fase de resistencia (en invierno). Cuando llega la vendimia siguiente (verano) el asca se rompe, germinan las esporas, generan una célula haploide que se multiplican por mitosis: - Dos alfa - Dos beta Al encontrarse con el tipo sexual contrario, conjuga, dando lugar a un cigoto diploide y volvemos al principio del ciclo. Tema 2 Las Saccharomyces naturales, aunque aislemos una espora, tienen la capacidad de cambiar el tipo sexual. De esta forma puede conjugar entre ellas y rápidamente se constituye su forma diploide. Las cepas de laboratorio son heterotálicas (mutación en el gen HO que controlan el cambio en el tipo sexual y son siempre haploides). En la naturaleza, sin embargo, solo hay homotálicas. En HO intacto, se sintetiza una endonucleasa que puede producir un cambio de sexo, de tal forma que aunque tengamos una colonia clon, que solo proviene de una célula, habrá posibilida de diploidia. Hay una tendencia accidental, por tanto, a la consanguinidad, a hacerse homocigóticas para todos los locus EXCEPTO para el locus MAT, que es el que controla el tipo sexual a o alfa). Este proceso anterior ocurre muy rápidamente, dificultando la mejora genética. HETEROTÁLICAS NO VALEN EN LA INDUSTRIA. 6. Microorganismos relacionados con el vino: - Mohos. Cuando hay infección. - Levaduras - Virus levaduras. Levaduras asesinas (gen Killer), hacen que las propias levaduras se maten entre ellas. Dificultad en la industria o ventaja, para hacerla dominar en la fermentación industrial - Bacterias. Maloláctica, alteraciones del vino - Virus bacterias. Forma lisogénica, se despiertan y matan la bacteria, paran la fermentación maloláctica. No se multiplican bien en el pH y % de alcohol del vino. Comportamiento dual: S. cerevisiae puede dar flor, es decir, levaduras crecen anaeróbicamente disminuyendo el sustrato del vino aligerando así la bebida. Produce, entre muchos, acetaldehído dándoles un sabor y color más suave al vino debido a que dichas levaduras utilizan el 02 creando acetaldehído éste aporta olor a miga de pan se les llama vinos con solera/crianza bajo flor. Las levaduras en flor son las responsables de la fermentación espontánea en las superficie del mosto, mientras que la fermentativas son las que fermentan en el mosto, en la masa del vino. La forma de evitar las levaduras de flor es quitar la mayor cantidad de O2 posible Muchas bodegas fuera del sur de Europa consideran la creación de flor en el vino como una enfermedad del vino.. Hay de dos tipos de levaduras (sin carácter taxonómico): - Levaduras de flor: cándidas, pichia y hansenula. - Levaduras sin flor: son fermentativas pero aguantan bastante bien el oxígeno. Saccharomyces, Lachancea. Schizosaccharomyces pombe es una levadura capaz de degradar el málico, generando alcohol; en España no ha tenido éxito porque no aporta aromas al vino. Podredumbre noble moho (Botrytis cinerea): Este hongo patógeno capaz de producir la podredumbre ácida, p.gris… en fresa, vid, etc. Básicamente es capaz de coger la uva sana y comenzar a picar la piel de la uva dando paso a otras enfermedades. Éste tipo de enfermedad se da en zonas en la que la temperatura baja y aumenta la humedad en una parte del día habilitando el paso del patógeno y, al salir el sol, deja de crecer pero la uva ya queda permeabilizada. La uva pierde agua poco a poco concentrando el glicerol (15 g/L). Con éste mosto se crean unos vinos muy caros propios de las zonas de Rumanía o Burdeos. Lo que se suele hacer es vendimiar el viñedo, y se seleccionan en ocasiones las uvas una a una. De un mismo racimo pueden vendimiar unas y otras no. El mosto producto de la podredumbre noble no fermenta muy bien, por lo que sólo determinadas levaduras son capaces de hacerlo, levaduras osmófilas (S. pombe), suelen tardar unos 20 años, Tema 2 En general los vinos no suelen producir toxinas ya que en el proceso se limpian mucho, y dichos mohos no aguantan tanta limpieza. Sin embargo, existen algunos provenientes de las pasas que sí son capaces de sobrevivir y es dónde aparecen éstas toxinas. Actualmente la toxina más problemática es Ocratoxina A, cancerígena, y puede aparecer en algunos vinos. En el norte de España es más probable que aparezca por la latitudes de la zona.. Zygosaccharomyces bailii es cosmófila, y aparece en las bodegas que están limpias. Aguanta en casi todo, incluso puede darse en aceites lubricantes de coches. Crece muy lentamente, pero cuando crece puede dar muchos problemas. Volátil: olor a pegamento y medio, olor a acetato de etilo (a esmalte) Las bacterias pueden ser: Lácticas, anaerobias o microaerófilas, son las más temidas por los enólogos. Pueden producir hasta 9 alteraciones diferentes en el vino. Entre ellas Lactobacillus, Pediococcus y Leuconostoc, los dos últimos son los responsables de las aminas biogénicas pueden causar una reducción del aroma global del vino, dando como resultado vinos sin carácter varietal. Los altos niveles de aminas biógenas pueden derivar en la formación de aromas metálicos, cárnicos o pútridos. Algunas lácticas producen Carbamato de etilo. Provocan un avinagrado, un picado desagradable, dulce y amargo a la vez. Acéticas NO tiene comportamiento dual, da un sabor avinagrado, son fundamentalmente aerobias, crecen en la superficie del vino. Utilizan 02. Acetobacter y Gluconobacter, no tienen intereses en la elaboración. Tema 2 7. Fermentación dirigida con levaduras seleccionadas. 7.1 Ventajas. I. Mayor velocidad de fermentación. Especialmente cuando se usan mostos con pocas levaduras fermentativas. II. Máximo consumo de los azúcares reductores III. Mayor reproducibilidad en la calidad de los vinos. Se puede mantener una cierta calidad del vino de una campaña a otra muy distinta. IV. Reducción de los problemas causados por levaduras silvestres. V. Mayor flexibilidad en el control de la calidad sensorial del vino. Uso de cepas que produzcan menor cantidad de compuestos desagradables y mayor cantidad de compuestos agradables. Ya seleccionadas las levaduras y para mantenerlas vivas por más tiempo se secan (sobre todo si tienen que aguantar viajes largos). Se vuelven a activar hidratándolas. 7.2 Procedencia de las levaduras seleccionadas. Aislamiento de levaduras de zonas vinícolas prestigiosas, zonas de Francia y poco de España. Levaduras seleccionadas y modificadas genéticamente en cervezas y pan. Se seleccionan en base a características enológicas interesantes para cada zona o tipo de vino y se suelen utilizar para uso en bodega. El uso de cultivos puros de levaduras para fermentar comenzó con Pasteur y Hansen (1876-1880) CERVEZA. En Europa comienza la vinificación a principios del siglo XX. California 1960s LSA. Extremadura 1990s. Las levaduras respiran, y la mayoría de la glucosa va a biomasa y no a alcohol. Desde entonces, las levaduras que se usaban para cerveza y pan empezaron a ser diferentes. Con la revolución enológica, se pusieron a punto los mecanismos de secado de levaduras, la forma en la cual se venden de forma comercial en la actualidad 7.3 Propiedades deseables en las levaduras vínicas. 1. Producción mínima de acidez volátil. Interés en Extremadura. 2. Producción de etanol según la riqueza azucarada de los mostos de granel. 3. Alto vigor fermentativo, que fermente rápido y bien. 4. Tolerancia a temperaturas extremas (altas o bajas). 5. Resistencia al anhídrido sulfuroso (SO2 ), antiséptico y antioxidante muy utilizado, se utiliza en la fermentación para eliminar microorganismos no deseables. 6. Baja producción de anhídrido sulfuroso (SO2 ), ese anhídrido presenta límites legales, existen levaduras capaces de formar SO2. 7. Baja producción de sulfhídrico (H2S), huele a huevo podrido. 8. Alta velocidad de sedimentación y capacidad de flocular. Muy importante en el cava. 9. Baja formación de espuma. Por la sobreproducción de espuma los bidones derraman el vino de su interior además de que bajan la calidad del vino. Se baja esa producción y aumenta el aprovechamiento del bidón también. 10. Presencia de fenotipo asesino (killer). 11. Baja producción de acetaldehído. 12. Producción de glicerol adecuada. El vino llora más en la copa y además le da su suavidad característica. 13. Producción adecuada de acetato de etilo y alcoholes superiores. Olor a esmalte de uñas. 5mg/L, da un toque a piña. Tema 2 14. Asimilación de sustancias nitrogenadas. Síntesis y excreción de algunos aminoácidos y derivados amínicos. Etc…….. 3.5.4 Uso de levaduras seleccionadas. Fermentación dirigida. Al hacer vinos con levaduras seleccionadas da como resultado vinos muy parecidos por lo que, expertos enólogos, comienzan a demandar personalidad y tipicidad de los vinos de antes. Todo ésto ha desencadenado en la creación de fermentaciones dirigidas pero con las características de las espontáneas buenas con toques distintivos como aromas interesantes. La última levadura en entrar al mercado de las NO-convencionales es K. thermotolerans, levadura que fermenta peor que T. delbrueckii, por ejemplo, pero es capaz de bajar el pH de los vinos ahorrando en tartárico, que es un ácido débil utilizado para acidificar el vino. Los vinos productos de ésta fermentación son MUY ácidos. 8. Fermentación maloláctica. El ácido málico y tartáricos son los principales ácidos del vino, produciendo bebidas demasiado ácidas. Para contrarrestar esa producción de ácido se utilizan bacterias lácticas (desacidificación biológica). Fermentación maloláctica: Ác. málico (diácido) → Ác. láctico (monoácido). El ácido málico da frescor, si hay una gran cantidad da sensación a manzana verde. En las zonas frías se utiliza mucho ya que es capaz de producirse en Tº bajas. Características: - Suele ser espontánea. - pH del vino: a) 3,3 normal. d) 4,5 óptimo. - Temperatura: