Scopri il Segreto dell'Autolisi dei Lieviti: Il Passo Fondamentale per un Vino Perfetto!

Gli spumanti metodo classico sono considerati “vini speciali”, non solo per la legislazione italiana, ma anche perché il processo produttivo è del tutto peculiare e crea, sia dal punto di vista chimico che microbiologico, situazioni difficilmente riscontrabili nelle altre produzioni enologiche.

Tale assunto si conferma già dall’inizio del processo di produzione di un vino spumante, in quanto il metodo champenoise e il metodo charmat creano ambienti considerevolmente differenti, puntando produzioni enologiche altrettanto diverse. Vi sono dunque alcuni caratteri comuni, ma anche alcune peculiarità dei lieviti da impiegarsi in queste due produzioni.

Lieviti e Fermentazione

I lieviti si trovano naturalmente nell’aria e vengono trasportati dal vento e dagli insetti, depositandosi sulla superficie delle piante e sulle bucce dell’uva, dalla quale entreranno in contatto con il succo dopo la pigiatura, provocando una fermentazione spontanea. Questi lieviti sono generalmente definiti come autoctoni, indigeni o selvaggi.

In ogni vigneto potranno esservi diverse specie di lieviti autoctoni, alcuni utili, altri meno o addirittura anche dannosi potendo dar vita a sostanze indesiderate come l’acido acetico e altri elementi tali da compromettere la stabilità del vino. La soluzione è stata trovata creando in laboratorio delle colture selezionate di lieviti con lo scopo di ottenere un migliore controllo sulla fermentazione e vini di qualità più fine.

Nonostante la fermentazione svolta con i lieviti autoctoni possa essere vista come più naturale o tradizionale, l’impiego di lieviti selezionati consente di ottenere vini di maggiore qualità, finezza ed eleganza e dotati di migliore stabilità. In enologia si utilizzano lieviti della specie Saccharomyces cerevisiae, della stessa famiglia di quelli utilizzati per la birra. I lieviti sono quindi microorganismi fungini unicellulari, di forma sferica, ovale o ellittica, di circa 5-30 μm di lunghezza e 1-5 μm di larghezza.

I lieviti sono presenti già sulle bucce dell’uva, meno sugli acini immaturi, ma con la maturazione e fino alla vendemmia, gli zuccheri arrivano alla superficie degli acini fornendo nutrimento ai lieviti facendone aumentare la popolazione. I cosiddetti lieviti indigeni (presenti in natura) appartengono a famiglie diverse da quelli selezionati artificialmente (Saccharomyces cerevisiae).

Nella fase iniziale della trasformazione degli zuccheri, i lieviti svolgono una respirazione aerobica (utilizzando l’ossigeno dell’aria), che trasforma gli zuccheri in CO2 e H2O. Questa fase metabolica permette ai lieviti di ottenere la quantità di energia necessari alla loro rapida crescita. L’insieme delle reazioni di trasformazione degli zuccheri (glucosio e fruttosio) sia per via anaerobica che aerobica, viene definita glicolisi.

La glicolisi avviene all’interno delle cellule dei lieviti, portando ad ottenere l’ATP (adenosin trifosfato), molecole con alto contenuto energetico usato dalle cellule e come sottoprodotti l’acido piruvico, a sua volta molecola di partenza per reazioni successive e intermedi di biosintesi fra cui il glicerolo. Durante la fermentazione alcolica gli zuccheri contenuto nel mosto vengono convertiti dai lieviti in alcol etilico e anidride carbonica.

I lieviti sono microorganismi unicellulari che utilizzano gli zuccheri presenti nel mosto per crescere e moltiplicarsi. Nelle fasi iniziali di questo processo che che si sviluppa in oltre trenta reazioni successive i lieviti svolgono una respirazione aerobiotica, si servono cioè dell’ossigeno presente nel mosto per trasformare gli zuccheri in acqua e anidride carbonica.

Presto il poco ossigeno presente nel mosto si esaurisce ed è a questo punto, in condizioni anaerobiche, che inizia la fermentazione vera e propria. In questa fase i lieviti provocano l’ossidazione degli zuccheri e la loro trasformazione. A seconda del lievito utilizzato circa il 50% dello zucchero si trasforma in alcol, il 45% in anidride carbonica, il 3% in glicerolo e il 2% in altre sostanze di diversa natura che svolgono come già accennato un ruolo essenziale nel determinare le qualità aromatiche e gustative del vino.

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La qualità e la quantità dei prodotti della fermentazione dipendono ovviamente da come il processo viene condotto. È di fondamentale importanza che il mosto non abbia subito fenomeni ossidativi prima della partenza della fermentazione, per cui è un bene che questa sia fatta partire il prima possibile, dopo le normali operazioni di stabilizzazione, decantazione e chiarificazione del mosto.

Essendo il mosto altamente zuccherino è infatti particolarmente sensibile agli attacchi di batteri ma anche ad alterazioni microbiche e ossidative. La fase prefermentativa deve essere il più possibile di breve durata e il mosto può essere ulteriormente protetto aggiungendo anidride solforosa, che permette di svolgere le operazioni di decantazione e chiarificazione senza rischiare l’alterazione del mosto.

Anche la temperatura deve essere mantenuta nel giusto intervallo. Se la temperatura è troppo bassa (<15°C) il processo potrebbe non partire affatto. La fermentazione è un processo esotermico, cioè genera calore, che a sua volta aumenta la velocità delle reazioni.

Autolisi: Processo Chiave nella Produzione di Spumanti

L'autolisi è un processo naturale che avviene al termine del ciclo vitale di una popolazione microbica, è dunque autoindotto da cellule ancora vive. Nei processi industriali quali la presa di spuma, o più comunemente la produzione di lisati cellulari per l’industria, l’autolisi può essere indotta modulando alcuni fattori ambientali quali la temperatura, la pressione osmotica, la disponibilità di ossigeno e la presenza di composti antibiotici.

L’autolisi è dunque importante nella maturazione di un vino spumante. Durante l'affinamento avvengono diverse reazioni chimiche e biochimiche che modificano la struttura della cellula e la composizione del mezzo. Questo processo prende in nome di autolisi. La composizione del vino e le condizioni di affinamento sono abbastanza sfavorevoli all'autolisi, questo indica che per avere un certo risultato finale occorre un contatto prolungato con le fecce.

Durante autolisi, le strutture cellulari del lievito subiscono importanti cambiamenti con riflessi sulla cinetica di rilascio e di trattenimento di diversi composti. Si è visto che la cessione di una determinata sostanza dipende principalmente dalle sue proprietà chimico-fisiche. Dopo un certo periodo, buona parte delle sostanze vengono idrolizzate a composti di massa molecolare minore.

Questo fenomeno riguarda particolarmente proteine e peptidi che vengono idrolizzati ad amminoacidi, mentre i polisaccaridi si idrolizzano in oligo e monosaccaridi. Questi fenomeni possono essere visti come reazioni chiave dell'autolisi, in quanto influenzano particolarmente la qualità del vino, visto che hanno importanti proprietà sensoriali.

Con l'autolisi il profilo aromatico subisce dei profondi cambiamenti. Fino a 24÷36 mesi dal tirage vengono ceduti principalmente composti con sensazioni fresche, floreali e fruttate dovute a terpeni, esteri a media o lunga catena e acetati. Con un contatto sulle fecce più prolungato si avrà un vino più complesso e maturo con note che variano dal miele, alla frutta secca e sotto spirito, dovute a esteri a corta catena, C13 norisoprenoidi e lattoni.

Molti composti presentano proprietà tensioattive, e influenzano quindi le caratteristiche della schiuma. La capacità di produrre la schiuma è correlata principalmente a polimeri come proteine e peptidi, quando questi si idrolizzano questo effetto diminuisce.

Autofagia

Il processo di autolisi vede due step successivi, il primo è detto autofagia, il secondo propriamente autolisi. L’autofagia è dunque un meccanismo di sopravvivenza che viene attivato dalla carenza ambientale di fattori essenziali alla vita cellulare, come ad esempio succede al termine della fermentazione alcolica in bottiglia quando zuccheri e composti azotati scarseggiano.

L’autofagia (dal greco “mangiare se stessi”) è un processo catabolico che interviene nel turnover di macromolecole ed organelli non più funzionanti, in S. cerevisiae l’autofagia è attivata in condizioni di carenza nutrizionale ed è considerata una risposta adattativa che permette la sopravvivenza delle cellule a seguito del riciclaggio di macromolecole, derivanti dalla loro stessa degradazione.

Studi genetici condotti sul S. cerevisiae hanno permesso di identificare più di 30 geni (Atg) coinvolti nel processo di autofagia. Molti di questi geni intervengono anche nel traffico vescicolare intracellulare, indicando una stretta correlazione tra questi due processi.

Il Ruolo dei Composti Rilasciati Durante l'Autolisi

L’autolisi è dunque importante nella maturazione di un vino spumante, ma perché? Qual è il ruolo dei diversi composti liberati dalle cellule nella definizione del profilo organolettico del vino?

Composti Azotati

Per quanto riguarda i composti azotati, possiamo distinguere tre contributi. Il tasso di proteine rilasciate dal lievito aumenta nel vino spumante fino a 3 mesi dalla fine della fermentazione alcolica, vengono poi idrolizzate a peptidi che costituiscono la frazione più rappresentativa per quantità, stima fino al 60% del totale dei composti azotati, e durata nel tempo, raggiungendo il massimo intorno ai 15 mesi di affinamento.

I peptidi hanno differenti funzioni sia verso le cellule ancora vitali che nei confronti del vino, le più rilevanti sono le funzioni antimicrobiche e antiossidanti. La loro composizione, intesa come peso molecolare, ma anche l’idrofobicità e dunque l’interazione con il vino, mutano nel tempo, mano a mano che procede l’invecchiamento del vino.

I peptidi tendono poi a ridursi in aminoacidi liberi, frazione che rappresenta circa il 10% dell’azoto nel vino spumante in affinamento con un aumento progressivo a partire dai 9 mesi di affinamento.

Polisaccaridi e Mannoproteine

Polisaccaridi e mannoproteine arricchiscono il vino durante l’autolisi, essendo prodotti di disgregazione delle pareti cellulari. Le mannoproteine riducono la torbidità e influenzano positivamente schiuma e corpo del vino, la loro efficacia è mantenuta fino ai 18 mesi di invecchiamento, trascorsi i quali la qualità della schiuma tende a decrescere per l’accumulo di composti antagonisti, come il fruttosio.

Le cellule di lievito morte al termine della fermentazione iniziano infatti un processo di autolisi (autodigestione) che porta alla parziale rottura della parte cellulare del lievito che è ricca in mannoproteine, mannani ed altri polisaccaridi che ricoprono un ruolo importante sia a livello organolettico, sia a livello di stabilizzazione del vino. La sosta del vino sui lieviti consente un aumento della corposità grazie alla cessione dei polisaccaridi.

Lipidi, Esteri, Alcoli Superiori e Aldeidi

I lipidi derivano in buona parte dalla degradazione delle membrane cellulari, la loro funzione è variabile in base alla lunghezza della catena carboniosa. Esteri, alcoli superiori e aldeidi sono le principali classi di composti aromatici liberati dall’autolisi del lievito, il rilascio avviene tipicamente all’inizio dell’autolisi per poi osservare una progressiva diminuzione, sia per fenomeni di adsorbimento sulle pareti cellulari, in particolare nel caso degli alcoli superiori, che di degradazione meramente chimica, come nel caso delle aldeidi.

Infine, l’imbrunimento che caratterizza i vini spumanti lungamente affinati è dovuto a fenomeni ovvero l’ossidazione dei composti fenolici e l’azione di enzimi citoplasmatici.

Fattori Influenzanti l'Autolisi

Non sempre le condizioni della spumantizzazione sono ideali per far esprimere al meglio i lieviti sia nella fermentazione in bottiglia che nella autolisi in affinamento. Nella presa di spuma in bottiglia etanolo, pH e pressione parziale di CO2 sono i fattori più limitanti, al limite della sopravvivenza per i lieviti. Per quanto riguarda gli spumanti metodo charmat non è da trascurare che le fermentazioni secondarie avvengano a basse temperature e con dosi non trascurabili di anidride solforosa.

Il tempo è un fattore chiave nell’autolisi perché questo processo prevede differenti fasi e può essere influenzato da diverse variabili ambientali. Nei processi industriali quali la presa di spuma, o più comunemente la produzione di lisati cellulari per l’industria, l’autolisi può essere indotta modulando alcuni fattori ambientali quali la temperatura, la pressione osmotica, la disponibilità di ossigeno e la presenza di composti antibiotici.

Flocculazione

La flocculazione è un fenomeno biologico che vede l’aggregazione di diverse cellule di lievito, appartenenti alla stessa specie, in modo transitorio, ovvero reversibile. In altre parole, i flocculi, una volta formatisi, possono anche sciogliersi. Tale carattere è fondamentale perché semplifica notevolmente la separazione delle cellule dal vino nella presa di spuma in bottiglia.

La flocculazione dei lieviti per spumantizzazione è un processo differente da altre forme di aggregazione come i biofilm o la co-aggregazione tipica, ad esempio, dei lieviti della flor: in questi casi infatti possono essere coinvolte anche differenti specie di lievito. Nel caso dei lieviti per spumantizzazione la flocculazione è resa possibile da proteine di membrana che riconoscono, legandosi, i residui glucidici presenti nelle mannoproteine di altre cellule di Saccharomyces cerevisiae.

Vi sono tuttavia alcuni fattori ambientali che possono interferire con questo meccanismo, quali la presenza di zuccheri (Mannosio, maltosio, glucosio o saccarosio), il basso pH, la presenza di glicerolo, la concentrazione di diversi cationi e in particolare di Ca2+.

Da queste poche righe si deduce che la floculazione dei lieviti è un fenomeno decisamente complesso: sono stati osservati almeno tre differenti fenotipi coinvolti, ognuno con diversi meccanismi e fattori inibitori o stimolanti. Pertanto, per ovviare a questa complessità sono stati proposti sistemi artificiali di immobilizzazione dei lieviti che consentirebbero di aggregare le cellule in un substrato inerte, riducendo a pochi minuti la fase di sboccatura.

Lieviti Specifici per la Presa di Spuma

Altre caratteristiche fondamentali per un lievito da presa di spuma sono il fattore Killer K2, una forte resistenza all’alcol, la debole produzione di SO2 e di acidità volatile ed un’ottima cinetica fermentativa con fasi di latenza piuttosto basse. L’altro aspetto molto importante, e da non sottovalutare ai fini della produzione di un metodo classico di qualità, è l’attitudine del lievito ad andare in autolisi al termine della rifermentazione, liberando delle componenti aromatiche e mannoproteine che influiscono positivamente sulle caratteristiche organolettiche del vino.

Molte nuove tecniche enologiche e applicazioni sono state introdotte per ottimizzare la produzione dei vini spumante. Alcune di queste nuove importanti applicazioni includono procedure per accelerare il processo di autolisi e il miglioramento dei lieviti utilizzati per la fermentazione secondaria. Poiché l’autolisi è un processo lento, si è cercato di acceleralo aggiungendo al vino autolisato lievito insieme al liquor de tirage, e aumentando la temperatura durante l’invecchiamento.

È chiaro che un lievito con una nota capacità autolitica può migliorare decisamente la qualità di un vino spumante rispetto ad un lievito con scarsa capacità. Pertanto questo è diventato un importante carattere di selezione per la spumantizzazione.

Noi ricercatori abbiamo svolto diversi studi per migliorare l’autolisi di ceppi di Saccharomyces attraverso diverse mutazioni indotte generalmente da UV, su geni coinvolti nel processo o attraverso ingegneria genetica, attraverso l’ottenimento di ibridi interspecifici tra ceppi flocculanti di S. cerevisiae e non flocculanti di S. uvarum.

Pertanto l’autofagia sembra essere un meccanismo importante per migliorare le proprietà autolitiche dei ceppi enologici. Il carattere è strettamente legato alla tendenza delle cellule al galleggiamento e alla prerogativa delle stesse di aderire alle bollicine di gas che si formano durante la fermentazione. Il risultato è la formazione di grandi schiume che riducono il volume dei contenitori.

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Autolisi dei Lieviti nel Processo di Vinificazione