Efecto de la temperatura en la cinética de acumulación del acetaldehído

En el vino, el acetaldehído libre puede formar combinaciones más o menos estables con otras moléculas para producir acetaldehído combinado; la suma del acetaldehído libre y combinado corresponde al acetaldehído total. Normalmente, en presencia de anhídrido sulfuroso, el nivel de combinación es del 50 al 60% al final de la fermentación. La concentración de acetaldehído total en los vinos varía generalmente entre 10 y 200 mg/L, con un umbral de percepción sensorial de alrededor de 100 a 125 mg/L para el acetaldehído libre. A altas concentraciones de acetaldehído confieren a los vinos propiedades organolépticas no deseadas.

El acetaldehído presente en los vinos tiene origen microbiológico y/o químico. De hecho, durante la fermentación alcohólica en condiciones reductoras, el acetaldehído es el compuesto carbonílico más importante producido por las levaduras después del etanol. La acumulación de acetaldehído difiere según la especie y cepa de levadura. Además, en condiciones oxidativas, el acetaldehído también se puede producir después de la fermentación mediante oxidación química del etanol cuando el vino se expone al aire.

El acetaldehído es un compuesto clave del metabolismo de la levadura y un intermediario de la glucólisis que tiene lugar durante la fermentación alcohólica. El acetaldehído tiene un papel central en el metabolismo de la levadura como precursor de muchas moléculas, como etanol, acetato, acetoína, α-acetohidroxibutirato y α-acetolactato. El acetaldehído también se utiliza para generar acetil-CoA citoplasmático necesario para la biosíntesis de lípidos. La reducción de acetaldehído a etanol depende en gran medida de la actividad de la ADH en estrecha relación con el cofactor NADH. En comparación con su elevada producción, la acumulación de acetaldehído en el medio de fermentación es insignificante, ya que se transforma directamente en etanol (principal flujo de la fermentación alcohólica). Sin embargo, la acumulación de acetaldehído podría ser una forma de orientar el metabolismo; en particular, induciendo la síntesis de ciertos subproductos (ácidos orgánicos) manteniendo al mismo tiempo el equilibrio redox.

La dinámica de producción de acetaldehído durante la fermentación alcohólica se puede dividir en tres fases. La formación temprana de este compuesto se observa durante la fase de latencia al comienzo de la fermentación antes de cualquier crecimiento detectable de levadura. La acumulación de acetaldehído continúa durante toda la fase de crecimiento. Por último, su concentración disminuye durante la fase estacionaria hasta el final de la fermentación alcohólica. La comparación de la cinética del acetaldehído y la cinética del consumo de azúcar muestra una posible relación entre el momento en que se alcanza la concentración máxima de acetaldehído y la divergencia de la velocidad de degradación de la glucosa y la fructosa. Por tanto, la concentración de azúcar influye en la cinética del acetaldehído. Esta cinética también depende en gran medida del equilibrio redox de la célula.

Sin embargo, hasta la fecha, la acumulación de acetaldehído, incluidos sus aspectos metabólicos y fisicoquímicos, sigue estando poco descrita y demostrada. Queda mucho trabajo por hacer, en particular sobre el impacto de los parámetros de fermentación en la síntesis y el consumo de este compuesto por la levadura, ya que las hipótesis de la literatura divergen, especialmente con respecto a la temperatura de fermentación. De hecho, aunque contradictorios, los estudios coinciden en considerar la temperatura de fermentación como un punto clave en la producción de acetaldehído

El objetivo principal de este estudio fue describir y analizar la evolución de la concentración de acetaldehído durante la fermentación alcohólica y arrojar luz sobre el impacto de la temperatura en la dinámica de esta molécula.

Gracias a nuevos enfoques de monitorización online que permiten desarrollar balances completos de producción de acetaldehído durante la fermentación -y que también permitieron disociar el consumo biológico de la evaporación física- fue posible conocer en detalle los diferentes fenómenos implicados en la cinética de producción de acetaldehído.

En primer lugar, desde un punto de vista biológico, las altas temperaturas de fermentación condujeron a una producción importante de acetaldehído al final de la fase de crecimiento, pero también implicaron un mejor consumo de esta molécula por parte de la levadura, lo que condujo a un menor contenido de acetaldehído residual. Además, la evaporación física era aún más importante a altas temperaturas debido al bajo punto de ebullición de la molécula. Por otro lado, gracias al uso de balances de producción, se pudo observar que el consumo desempeño un papel más importante en la disminución de acetaldehído en la fase estacionaria que el efecto físico de evaporación.

Esto fue corroborado por el uso de perfiles de temperatura anisotermales, lo que permitió disociar los efectos de la temperatura de los fenómenos biológicos y físicos. Siendo el factor consumo el más importante en la disminución de la concentración de acetaldehído, se pudieron revelar vínculos metabólicos entre el acetaldehído y los marcadores del metabolismo, como los ácidos orgánicos. Se han planteado hipótesis sobre la implicación del consumo de acetaldehído y el mantenimiento del equilibrio redox celular, pero deben ser todavía validadas

Por último, desde un punto de vista aplicativo, quedó claramente establecido que el uso de un perfil anisotérmico con pendiente descendente, como 30-18 °C, provocaba un consumo permanente de acetaldehído; sin embargo, el aspecto aromático queda por estudiar y optimizar. Trabajos sucesivos tratarán de estudiar el valor de los perfiles de temperatura anisotérmica para la síntesis de alcoholes superiores, ésteres de acetato y ésteres etílicos utilizando la misma estrategia experimental. Además, también se estudiará el contenido aromático de las lías de los correspondientes vinos para conocer si el impacto de la temperatura es similar para los compuestos retenidos en el interior de la célula. Sin embargo, hay que tener en cuenta que tal pendiente de temperatura no es favorable a nivel tecnológico, ya que representa una mayor duración de la fermentación y un mayor gasto energético.

Se aconseja la lectura del texto original:
Guittin, C.; Maçna, F.; Picou, C.; Perez, M.; Barreau, A.; Poitou, X.; Sablayrolles, J.-M.; Mouret, J.-R.; Farines, V. New Online Monitoring Approaches to Describe and Understand the Kinetics of Acetaldehyde Concentration during Wine Alcoholic Fermentation: Access to Production Balances. Fermentation 2023, 9, 299. https://doi.org/10.3390/fermentation9030299