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Testo estratto dall’articolo originale “Wine acidification methods: a review” pubblicato sulla rivista OENO One. Traduzione a cura di Vinidea.
Negli ultimi anni, i cambiamenti climatici e l’aumento delle temperature hanno avuto un impatto significativo sull’industria vinicola. Le vendemmie si sono anticipate notevolmente, influenzando la qualità e rendendo sempre più comune l’uso di pratiche di acidificazione del vino per correggere squilibri dovuti alla maturazione precoce delle uve.
Questi eventi climatici apportano alle uve livelli di zucchero più elevati e concentrazioni più basse di acidi organici. La tendenza verso valori di pH più elevati porta a un aumento del rischio di contaminazione microbica e a vini generalmente instabili. Il pH ha un effetto diretto sull’efficacia dell’anidride solforosa (SO2), che si trova nel vino principalmente in due forme: SO2 libera y SO2 combinata. La SO2 libera esiste in tre forme: SO2 molecolare, bisolfito (HSO3-) e solfito (SO32-); la proporzione di queste tre forme dipende dal pH del vino. Il bisolfito è la principale forma di SO2 libera (94 a 99 %) presente nel vino. Il bisolfito si lega all’acetaldeide, che è un sottoprodotto dell’ossidazione dell’etanolo, un composto di particolare interesse nei vini sherry, ma considerato un difetto nei vini da tavola. I solfiti, invece, sono presenti in quantità molto ridotte (0,01 a 0,12 %) e aiutano a prevenire l’ossidazione diretta rimuovendo l’ossigeno libero e le forme reattive di ossigeno.
I solfiti disattivano anche l’enzima polifenolossidasi, responsabile dell’imbrunimento enzimatico. La SO2 molecolare rappresenta dal 0,5 al 6 % della SO2 libera totale e ha un effetto antisettico. I livelli tipici di SO2 molecular necesarios para lograr la estabilidad microbiana están entre 0,6 y 0,8 mg/L (Ribéreau-Gayon et al., 2012). molecolare necessari per ottenere la stabilità microbica sono compresi tra 0,6 e 0,8 mg/L (Ribéreau-Gayon et al., 2012). Un pH più elevato comporta una minore attività antibatterica della SO2, il che significa che sono necessarie quantità più elevate per proteggere i vini dal deterioramento precoce e dalle alterazioni organolettiche (Lafon-Lafourcade e Peynaud, 1970). Oggi, per ottenere gli stessi livelli di stabilità microbica nel vino (pH 4, 15% di alcol in volume conservato a 15 °C), i livelli di SO2 libera dovrebbero essere compresi tra 95 e 126 mg/L. Questi valori implicano che la SO2 totale nel vino può superare i limiti di legge stabiliti dall’OIV (Risoluzione OENO 09/1998).
Queste caratteristiche (pH e SO2 elevati) rendono molto difficile il controllo della crescita batterica. Un pH elevato (> 3,5) e una bassa quantità di SO2 favoriscono la formazione di composti volatili indesiderati, che producono sgradevoli odori di topo o di panno umido, da parte dei batteri lattici (Costello et al., 1993; Grbin et al., 1996).
Un livello di pH ottimale non è solo necessario per la stabilità del vino e l’equilibrio microbiologico, ma è anche direttamente correlato al colore e alle proprietà sensoriali. È stato dimostrato che il cambiamento climatico influisce sugli antociani, con un conseguente impatto sul colore del vino. Temperature più elevate nei vigneti (30 °C e oltre) portano a una riduzione dei livelli di antociani (Buttrose et al., 1971; Spayd et al., 2002; Tarara et al., 2008). È noto che il pH del vino svolge un ruolo importante nel colore del vino perché influisce sull’equilibrio tra le diverse forme di antociani (Brouillard e Delaporte, 1977). Può anche condizionare alcune reazioni di polimerizzazione o condensazione dei pigmenti del vino rosso (Gil et al., 2012).
Inoltre, il pH del vino ha un grande impatto sulla sua percezione sensoriale. L’acidità totale e il pH sono spesso associati alla freschezza del vino. L’acidità del vino e, soprattutto, il pH del vino svolgono un ruolo importante nella conservazione dell’aroma e del sapore. Il pH del vino può anche svolgere un ruolo importante nella sensazione di acidità e astringenza (Sowalsky e Noble, 1998).
La gestione dell’acidità del vino è quindi una sfida importante, soprattutto di fronte ai cambiamenti climatici. La pratica più frequentemente applicata è l’acidificazione del mosto e del vino, che consiste nell’aumentare l’acidità totale e quindi nel diminuire il pH (OIV, 2017). Tutte le pratiche di acidificazione vengono effettuate in modo tale che l’acidità iniziale non aumenti di oltre 54 meq/L, equivalenti a 4 g/L di acido tartarico (OIV, 2017). In Europa, l’acidità massima consentita per il mosto è di 1,5 g/L e per il vino di 2,5 g/L in equivalenti di acido tartarico (Regolamento UE 1308, 2013).
Questa review si concentra sull’acidificazione chimica, fisica e microbiologica del mosto e del vino.
Acidificazione del vino: metodi chimici
L’acidificazione chimica è un processo utilizzato per regolare i livelli di acidità nel vino ed è il metodo più diffuso per abbassare il pH nella vinificazione. L’acido più comunemente utilizzato in questo processo è l’acido tartarico, che si trova naturalmente nell’uva e svolge un ruolo importante nel sapore e nella struttura del vino. Tuttavia, oltre all’acido tartarico, discuteremo altri possibili e importanti agenti acidificanti, come l’acido malico, citrico, lattico e fumarico, che vengono utilizzati dai produttori di vino per garantire la massima qualità del loro prodotto.
1. Acido tartarico
L’acido diidrossibutandioico (Figura 1), comunemente noto come acido tartarico (AT), è un acido diprotico con due gruppi carbossilici il cui pK (a 25 °C) è 2,98 e 4,34 (Figura 2) (Lide et al., 2005). Viene comunemente utilizzato come acidificante quando sono necessarie piccole correzioni dell’acidità. L’AT ha un sapore amaro e conferisce agli alimenti un sapore aspro e pungente. Viene spesso aggiunto come antiossidante (E334) a prodotti come bevande gassate, gelatine di frutta e compresse effervescenti. Tra tutti gli acidi organici che esercitano un effetto sui microrganismi, l’AT ha il minor potere antimicrobico ed è quello che inibisce meno la crescita microbica (Gurtler e Mai, 2014).
L’AT è l’acido più forte ed è naturalmente presente nell’uva in quantità comprese tra 5 e 10 g/L. L’isomero presente nell’uva è la forma L-(+)-AT ed è sintetizzato dal glucosio (Saito e Kasai, 1978). L’AT è stato il primo acido autorizzato dall’OIV per l’acidificazione.
L’AT viene utilizzato principalmente nella fase post-fermentativa, ma può essere impiegato anche nel mosto quando il pH è superiore a 3,5. Quando viene aggiunto al vino o al mosto, l’acido tartarico si dissocia formando ioni idronio, che aumentano l’acidità totale e il bitartrato. A pH 3,5, il 23,4 % dell’AT è presente nella sua forma non dissociata (H2T), il 67,5 % nella sua forma bitartrato (HT-) e il 9,1 % nella sua forma completamente dissociata (T2-). Il bitartrato (HT-) reagisce spesso con il potassio per formare il bitartrato di potassio, noto anche come idrogenotartrato di potassio (KHT). Il KHT ha una solubilità molto bassa in acqua e può cristallizzare, dando luogo a precipitazioni tartariche. La precipitazione tartarica è un problema ben noto e può verificarsi in modo imprevedibile. I cristalli di KHT sono innocui, ma non sono ben accetti dal consumatore.
Per evitare questo fenomeno, i produttori di vino eliminano il sale in eccesso raffreddando il vino a -4 °C per diversi giorni, in modo da indurre la precipitazione del KHT prima dell’imbottigliamento. Un limite di questo metodo, noto come stabilizzazione a freddo (Maujean, 1994), è che non è possibile avere il pieno controllo della concentrazione residua di KHT. Questo problema ha portato allo sviluppo di altre tecniche di rimozione del KHT, come le resine a scambio ionico (Mourgues, 1993) e l’elettrodialisi (Escudier et al., 1993), descritte di seguito.
L’instabilità del tartrato di calcio (CaT) nel vino è un altro problema legato all’AT. Come il bitartrato di potassio (KHT), il calcio può reagire con lo ione bitartrato (HT-) per formare tartrato di calcio. Il potenziale di precipitazione aumenta quando i livelli di calcio raggiungono 60 mg/L nel vino rosso e 80 mg/L nel vino bianco (Ribéreau-Gayon et al., 2012). Sebbene sia meno comune dell’instabilità del bitartrato di potassio, l’instabilità del tartrato di calcio è più problematica, poiché non è facilmente prevenibile con i metodi di stabilizzazione tradizionali, come il trattamento di stabilizzazione a freddo (Maujean et al., 1984). Un approccio per prevenire la precipitazione dei cristalli di CaT è l’uso dell’elettrodialisi, come per la rimozione del KHT.
Pertanto, mentre l’acido tartarico svolge un ruolo chiave nel gusto e nella qualità del vino, la sua interazione con altri composti presenti nel vino, in particolare il calcio e il potassio, richiede un’attenta gestione per mantenere la stabilità e la gradevolezza estetica del prodotto finale. Inoltre, se aggiunto in grandi quantità, l’AT può indurre un sapore amaro e aumentare l’astringenza del vino ed essere responsabile del gusto tartarico.
2. Acido malico
L’acido malico (MA) (Figura 1), o acido 2-idrossibutandioico, è un acido diprotico, i cui pK a 25 °C sono 3,40 e 5,11 (Figura 3) (Lide et al., 2005). A pH 3,5, il 47% della concentrazione totale di AM è presente nella forma non dissociata (H2M), il 51,7% nella forma dissociata (HM-) e solo l’1,2% nella forma completamente dissociata (M2-) (Usseglio-Tomasset, 1985).
L’AM è l’acido della frutta più diffuso. Ha un sapore che ricorda la mela e contribuisce al gusto amaro delle mele verdi. Per il suo sapore è utilizzato principalmente come acidificante (E296) nei prodotti contenenti mele, come il sidro. L’AM ha un impatto diretto sulle proprietà organolettiche dei vini; aumenta l’acidità e la freschezza dei vini riducendone il pH (Amerine e Ough, 1970; Carvalho et al., 2001).
Prima dell’invaiatura, la concentrazione di AM si trova in quantità fino a 25 g/L. Al momento della raccolta, la concentrazione di acido malico nelle bacche diminuisce drasticamente fino a 1-6,5 g/L (Ribéreau-Gayon et al., 2012; Ruffner et al., 1982). Questa riduzione della concentrazione di AM è dovuta al processo di respirazione durante il quale l’acido malico viene metabolizzato. Nei climi più caldi, la perdita di acido malico attraverso la respirazione è più pronunciata. I livelli di concentrazione di acido malico sono direttamente correlati alla maturità e alla temperatura (Buttrose et al., 1971; Kliewer, 1971).
Durante la vinificazione, l’acido L-malico può essere trasformato in acido lattico durante la fermentazione malolattica (FML) dall’azione dei batteri lattici (LAB). La FML si verifica frequentemente nei vini rossi e raramente nei vini bianchi. La eliminazione dell’acido malico da parte della FML induce di solito un aumento medio del pH compreso tra 0,1 e 0,3 (Margalit, 1997). Quando viene aggiunta prima della fermentazione, si utilizza una miscela racemica di acido malico, da cui la maggior parte dell’acido L-malico viene rimossa dalla FML e, a causa della sua resistenza all’attacco microbico, l’acido D-malico rimane, mantenendo il vino a un pH basso.
L’aggiunta di acido malico al vino finito potrebbe essere utile nel caso di vini rossi provenienti da regioni più calde, dove le alte temperature portano a concentrazioni di acido malico più basse. L’acido malico, tuttavia, è un substrato favorevole alla crescita dei LAB. A causa di questa caratteristica, l’uso di AM per l’acidificazione non dovrebbe essere contemplato per regolare il pH o l’acidità totale; piuttosto, questa sostanza può essere considerata per consentire ai LAB di svolgere le proprie vie metaboliche, aumentando la complessità aromatica e gustativa del prodotto finale. Tuttavia, poiché l’aggiunta di AM può avviare una seconda FML, il vino può diventare torbido e leggermente frizzante.
3. Acido lattico
L’acido lattico (LA) (Figura 1), acido 2-idrossipropanoico, è un acido monoprotico, il cui pKa a 25 °C è 3,86 (Figura 4) (Lide et al., 2005), il che significa che è un acido più debole di AT e AM. Nell’industria alimentare, l’AL è utilizzato come conservante, rassodante e aromatizzante (E270).
I LAB sintetizzano AL dall’acido malico attraverso la FML. Poiché l’AL è meno acido del AM, la FML diminuisce l’acidità totale e, come già detto, induce un aumento medio del pH di 0,1-0,3 (Margalit, 1997). La FML può essere evitata per mantenere più elevata l’acidità dei vini provenienti da zone calde, ad esempio. Tuttavia, consentire ai vini di effettuare la FML prima dell’imbottigliamento ne aumenta la stabilità. L’AL contribuisce ad aumentare l’acidità del vino prolungando la percezione sensoriale dell’acidità (Carvalho et al., 2001).
L’aggiunta di acido lattico al vino presenta tre vantaggi: può essere aggiunto poco prima dell’imbottigliamento senza rischio di precipitazione; produce una sensazione in bocca più rotonda e liscia rispetto all’acido malico; e conferisce al vino un sapore dolce.
Essendo l’acido più debole ammesso dall’OIV per l’acidificazione del vino, l’AL deve essere aggiunto in quantità maggiori per ottenere la stessa diminuzione del pH dell’acido malico o tartarico.
4. Acido citrico
L’acido 2-idrossipropano-1,2,3-tricarbossilico, noto anche come acido citrico (AC) (Figura 1), è un acido triprotico, il cui pKa a 25 °C è 3,13, 4,76 e 6,40 (Figura 5) (Lide et al., 2005). Il CA è un acido presente in natura in molti frutti e verdure, soprattutto negli agrumi. È un acido debole che viene spesso utilizzato come conservante naturale in molti alimenti (E330) o per aggiungere un sapore amaro a bevande e cibi. L’AC è un metabolita molto importante nel ciclo di Krebs (Ribéreau-Gayon et al., 2012).
Nel vino, l’AC si trova normalmente in quantità comprese tra 0,1 e 0,7 g/L. I batteri del vino utilizzano l’AC per il loro metabolismo. Viene prima degradato in acido acetico e acido piruvico (Shimazu et al., 1985), quindi l’acido piruvico viene metabolizzato in acido lattico e in una frazione di diacetile, acetoina e 2,3-butandiolo. Un aumento della concentrazione di AC è correlato a un aumento della concentrazione di diacetile. L’AC può aiutare gli antiossidanti chelando gli ioni metallici e contribuendo così a prevenire l’imbrunimento (Jiang e Fu, 1998).
L’OIV consente l’aggiunta di AC nel mosto solo per prevenire la casse ferrica; il residuo non deve superare 1 g/L (Zoecklein, 2012). Quando viene aggiunto al vino, l’AC esalta il sapore di molti vini bianchi e, allo stesso tempo, contribuisce al carattere agrumato. Il principale svantaggio di questo acido è la sua instabilità microbica, in quanto aumenta la crescita di microrganismi indesiderati nel vino. I LAB possono metabolizzare l’acido citrico per formare acido acetico e diacetile (Capozzi et al., 2021; Sumby et al., 2019).
5. Acido fumarico
L’acido fumarico (Figura 1), acido (2E) -but-2-enodioico, è un acido diprotico i cui pK a 25 °C sono 3,02 e 4,38 (Figura 6) (Lide et al., 2005). L’acido fumarico (AF) deriva originariamente il suo nome dalla pianta Fumaria officinalis, dalla quale questo acido organico è stato isolato per la prima volta (Roa Engel et al., 2008). L’AF è un metabolita intermedio del ciclo dell’acido citrico e viene convertito in acido L-malico dall’azione dell’enzima fumarasi (Akiba et al., 1984; Pines et al., 1996). Grazie al suo basso peso molecolare (116,073 g/mol), l’FA ha una capacità tampone superiore a quella di altri acidi alimentari a un pH intorno a 3,0.
L’AF è il più economico tra gli acidi alimentari e non è tossico; è stato utilizzato come agente antibatterico e acidificante nell’industria alimentare e dei succhi di frutta fin dal 1946 (Das et al., 2016; Straathof e van Gulik, 2012). È classificato come additivo alimentare diverso dagli edulcoranti e dai coloranti con il numero E297 ai sensi del Regolamento della Commissione dell’Unione Europea n. 1129/2011. Ha un sapore simile a quello della frutta.
Grazie al suo gruppo dicarbossilico, l’AF ha un elevato potere acidificante. È naturalmente presente in piccole quantità sia nelle bacche rosse che in quelle bianche dell’uva (da 5,11 a 10,69 mg/L) (Eyduran et al., 2015; García Romero et al., 1993). Oltre che per la riduzione del pH, l’AF può essere utilizzato per le sue proprietà antibatteriche, dimostrate in diversi alimenti e bevande, come verdure non trattate a caldo, sidro di mele inoculato con E.Coli e carne macinata confezionata sottovuoto (Comes e Beelman, 2002; Lu et al., 2011; Podolak et al., 1996). La FA ha anche proprietà antimicotiche (Akao e Kuroda, 1991).
Grazie alla sua azione di abbassamento del pH, la AF limita anche lo sviluppo e la crescita batterica (Gurtler e Mai, 2014). Quando viene aggiunto prima della FML, non solo diminuisce il pH ma inibisce anche l’attività dei LAB influenzando la biosintesi delle pirimidine (Cofran e Meyer, 1970; Pilone et al., 1974; Silver e Leighton, 1982); ciò è stato osservato quando l’AF è stato aggiunto in quantità comprese tra 0,4 e 1,5 g/L dopo la fermentazione alcolica (Bauer e Dicks, 2004).
Più recentemente, è stato dimostrato che l’AF inibisce completamente la crescita di O. Oeni in quantità comprese tra 0,3 e 0,6 g/L a un pH di 3,3 (Morata et al., 2019). Uno studio sull’aggiunta di AF a diverse varietà ha dimostrato che ha un effetto duraturo su O. Oeni e potrebbe quindi essere una soluzione più permanente rispetto alla classica aggiunta di SO2 (Morata et al., 2023).
La soglia di AF nel vino bianco è stata descritta da Ough (1963) come pari a 1 g/L, che è la soglia più bassa rispetto all’acido tartarico e citrico. La soglia sensoriale di AF nel vino rosso è di circa 1387 mg/L (Gancel et al., 2022). L’AF è percepito come più acido rispetto all’acido citrico e all’acido malico (Buechsenstein e Ough, 1979). Uno studio recente ha dimostrato che in concentrazioni di 0,6 g/L l’AF migliora la percezione dell’acidità e del corpo del vino (Morata et al., 2019).
Tuttavia, la AF può essere difficile da lavorare poiché è molto difficile scioglierla in acqua, in quanto la sua solubilità è inferiore a 10 g/L (Yang et al., 2011). La solubilità dell’AF nel vino è di circa 15 g/L a 25 °C, il che lo rende uno degli acidi organici meno solubili nel vino rispetto all’acido tartarico, malico e citrico (rispettivamente 1049,3 g/L, 1047,0 g/L, 1079,7 g/L) (Gancel et al., 2022).
L’AF in concentrazioni fino a 3 g/L è già consentita per l’acidificazione del vino in Paesi come Stati Uniti, Canada e Cile (Smith e Hong-Shum, 2008). L’OIV ha adottato una nuova risoluzione per autorizzare l’aggiunta di AF nel vino (da 300 a 600 mg/L) al fine di prevenire la FML (OIV-OENO 581A-2021). Nei Paesi membri dell’OIV è stata recentemente autorizzata l’aggiunta di AF a scopo di acidificazione del vino e controllo della fermentazione malolattica.
Acidificazione del vino: metodi fisici
Come visto nella sezione precedente, l’aggiunta di acidi organici al vino per ridurne il pH è ormai una pratica comune. Tuttavia, può essere impegnativo controllare questa riduzione del pH, così come superare gli effetti negativi e le difficoltà di lavorare con gli acidi organici, come la precipitazione dell’acido tartarico, il rischio di una seconda FML se si utilizza l’acido malico o la difficoltà di dissolvere l’acido fumarico. Sono stati sviluppati molti metodi di acidificazione fisica che possono essere utilizzati come alternativa ad alcune pratiche enologiche tradizionali.
1. Resine a scambio ionico
L’uso di resine a scambio cationico è un’opzione disponibile per abbassare contemporaneamente il pH, diminuire la concentrazione di cationi e limitare la formazione di sali di tartrato (Esau e Amerine, 1966; Mira et al., 2006).
L’acidificazione mediante resine a scambio ionico è un processo che consiste nel trattare il vino attraverso un mezzo granulare insolubile polimerizzato per scambiare ioni positivi o negativi. Questo mezzo è composto da una matrice polimerica di stirene e divinilbenzene, a cui sono attaccati diversi gruppi funzionali ionizzati (acido carbossilico o solfonico per le resine acide e vari tipi di gruppi amminici per gli scambiatori basici). Esistono tre diverse tecniche che prevedono l’uso di resine a scambio ionico:
i) l’uso di una resina a scambio cationico in cui i protoni (H+) sostituiscono gli ioni potassio nel vino,
ii) l’uso di una resina a scambio anionico in cui lo ione tartrato viene scambiato con l’ossidrile (OH-) e
iii) l’uso di una miscela di entrambe le resine, in cui gli ioni potassio e tartrato vengono scambiati con H+ e OH-, in modo che il bitartrato di potassio venga scambiato con l’acqua.
Ai sensi delle delibere 442/2012 e 443/2012 dell’OIV e del regolamento UE 144/2013, solo il primo metodo che utilizza la resina a scambio cationico è autorizzato come metodo alternativo per l’acidificazione dei vini.
Nel metodo di scambio cationico, una potente soluzione acida, come l’acido solforico o cloridrico, viene utilizzata per attivare le perle di resina durante il trattamento standard del vino. Le perle vengono poi risciacquate con acqua dolce e caricate con il vino. Quando il vino passa attraverso la colonna, gli ioni idrogeno (H+) sulle resine vengono scambiati con i cationi del vino, come il potassio K+. Questo scambio porta a una riduzione della concentrazione di cationi e del pH del vino, oltre a ridurre il rischio di precipitazione dell’acido tartarico attraverso la formazione di sali di tartrato (KTH) (Benı́tez et al., 2002; Ibeas et al., 2015; Lasanta et al., 2013; Mira et al., 2006; Palacios et al., 2001; Walker et al., 2004).
L’uso di resine a scambio cationico nella vinificazione in rosso è uno strumento utile per diminuire il pH e migliorare la stabilità tartarica. Tuttavia, il suo utilizzo può essere problematico a causa della forte affinità della matrice stirene-divinilbenzene per gli antociani e i polifenoli (Ibeas et al., 2015; Lasanta et al., 2013; Mira et al., 2006). È stato riscontrato che il trattamento di scambio cationico del vino rosso determina una leggera diminuzione degli antociani e dei tannini, nonché una diminuzione della tonalità del colore e un aumento dell’intensità del colore, probabilmente a causa della diminuzione del pH del vino. Tuttavia, il trattamento ha avuto un impatto minimo sui composti volatili e i vini trattati con scambiatori cationici sono stati percepiti come di qualità superiore nella valutazione sensoriale (Lasanta et al., 2013).
Le resine a scambio cationico sono state studiate per il loro potenziale di acidificazione dei vini bianchi. Nello studio di Just-Borràs et al. (2022), il vino base utilizzato per lo spumante è stato trattato con resina a scambio cationico, ottenendo una significativa diminuzione del pH e un aumento dell’acidità titolabile. Cisilotto et al. (2019) si sono concentrati sul mosto di Chardonnay, che è stato trattato con resina a scambio cationico e fermentato per produrre vini con un pH ridotto da 3,15 (controllo) a 2,97. I risultati hanno mostrato un miglioramento della stabilità ossidativa dei vini trattati e cambiamenti significativi nella concentrazione di diversi composti volatili, che potrebbero influenzare le proprietà sensoriali dei vini.
Dopo il trattamento, le resine a scambio cationico possono essere rigenerate utilizzando soluzioni concentrate di acido solforico e cloruro di sodio (Ribéreau-Gayon et al., 2012). Tuttavia, questo processo richiede una quantità significativa di acqua e gli effluenti risultanti devono essere trattati e riciclati come rifiuti speciali, il che significa che la tecnologia è piuttosto costosa per l’ambiente e non sostenibile.
2. Electrodialisi
L’elettrodialisi è un processo elettrochimico che sposta gli ioni disciolti da una soluzione all’altra con l’aiuto di un potenziale elettrico. La differenza tra l’elettrodialisi e un processo di scambio classico è che l’elettrodialisi utilizza membrane semipermeabili ioni-selettive per segregare gli ioni in base alla loro carica. Esistono tre tipi di membrane a scambio ionico utilizzate nell’elettrodialisi: membrane a scambio anionico, membrane a scambio cationico e membrane bipolari. Le membrane a scambio ionico sono sottili e dense e hanno pareti insolubili composte da materiale polimerico permeabile agli ioni, mentre le membrane cationiche e anioniche sono permeabili rispettivamente solo ai cationi e agli anioni (El Rayess e Mietton-Peuchot, 2016).
Le membrane cationiche sono composte da copolimeri di stirene-divinilbenzene con gruppi funzionali solfonici (SO32-), mentre le membrane anioniche sono costituite da copolimeri di stirene-divinilbenzene funzionalizzati con ammonio quaternario (NR4+) (International Organization of Vine and Wine, 2017). Le membrane bipolari comprendono una membrana a scambio cationico laminata con una membrana a scambio anionico, attraverso la quale i cationi o gli anioni non possono permeare.
L’elettrodialisi è stata utilizzata per la prima volta in enologia per la stabilizzazione tartarica del vino (Escudier et al., 1993). Il principio dell’elettrodialisi per la stabilizzazione del tartrato si basa sulla migrazione di anioni (come TH- e T-) verso gli elettrodi positivi (anodo), mentre i cationi (K+) sono attratti dall’elettrodo negativo (catodo) sotto l’influenza di un campo elettrico.
L’elettrodialisi con membrane bipolari (EBM) può regolare con precisione il pH del mosto o del vino con una precisione di 0,05 unità, indipendentemente dal pH iniziale, senza alterare il contenuto di acido tartarico e malico e i composti della matrice del vino (come alcol, aromi e polifenoli). L’EBM può essere utilizzata sia per l’acidificazione che per la disacidificazione; quando viene utilizzata per l’acidificazione, le membrane bipolari sono accoppiate a membrane cationiche (Figura 7). Il processo di acidificazione del vino tramite EDM prevede la circolazione del vino all’interno di un pacco di membrane, facendolo scorrere tra le membrane cationiche e il lato cationico delle membrane bipolari.
L’acqua scorre in un compartimento adiacente. Quando viene applicato un campo elettrico, gli ioni di potassio si spostano verso il catodo, attraversano le membrane cationiche e vengono estratti dal vino, concentrandosi nell’acqua, che viene trasformata in salamoia. All’interno del compartimento del vino, il potassio viene sostituito dai protoni (H+) che si formano nella giunzione bipolare della membrana. Allo stesso modo, gli ioni bitartrato tendono a muoversi verso l’anodo, ma non riescono ad attraversare lo strato cationico della membrana bipolare e quindi rimangono nel vino. Di conseguenza, il vino conserva il bitartrato (e le basi coniugate di altri acidi organici) e si arricchisce di ioni H+, con conseguente diminuzione del pH e aumento dell’acidità totale.
È stato riportato che i trattamenti con EBM hanno effetti positivi sulla composizione del vino, come il miglioramento dell’equilibrio della frazione acida, in particolare in relazione all’aggiunta di acido tartarico. I vini trattati con EBM sono percepiti come più freschi e leggeri al palato rispetto ai prodotti non trattati. Inoltre, i vini trattati non presentano la sensazione di asprezza in bocca comunemente associata all’aggiunta di acido tartarico (Moutounet et al., 2005). Altri parametri classici, come gli zuccheri del mosto, il contenuto alcolico e i composti polifenolici, non sono influenzati dal trattamento con EBM (Granès et al., 2008). Tuttavia, questa tecnica è associata a un notevole consumo di acqua (Halama et al., 2015).
Approfondisci il funzionamento delle membrane per la gestione dell’acidità in mosti e vini.
Acidificazione del vino: metodi microbiologici
Per affrontare il problema della bassa acidità del vino si possono utilizzare approcci microbiologici. L’uso di ceppi di S. cerevisiae è una di queste opzioni, in quanto possono produrre piccole quantità di acido malico, lattico o succinico. Un altro approccio è l’uso di L. thermotolerans, che può aumentare i livelli di acido lattico di diversi grammi per litro e abbassare il pH di diverse unità decimali. S. bacillaris, invece, può generare acido α-chetoglutarico e acido piruvico, mentre C. stellata è nota per la produzione di quantità significative di acido succinico.
1. Saccharomyces
Diversi metodi biologici possono migliorare l’acidità del vino. Il genere Saccharomyces è in grado di aumentare l’acidità elevando la concentrazione di acido malico o lattico, tipicamente inferiore a 1 g/L per i ceppi naturali. Sebbene i ceppi di Saccharomyces geneticamente modificati possano influire in modo sostanziale sull’acidità, il loro uso è limitato dalle normative vigenti nella maggior parte dei Paesi (Benito, 2019; Maicas, 2021).
Alcuni ceppi di S. cerevisiae possono produrre piccole quantità di acido malico (meno di 1 g/L) durante la fermentazione alcolica (Su et al., 2014; Yéramian et al., 2007). In genere, i ceppi di S. cerevisiae provenienti da regioni calde mantengono o addirittura aumentano i livelli di acido malico durante la fermentazione, mentre quelli provenienti da regioni fredde tendono a consumarlo.
La produzione di acido malico è influenzata anche da varie condizioni di fermentazione, tra cui bassa temperatura, pH elevato e basso contenuto di zuccheri. Inoltre, concentrazioni più elevate di piruvato e fumarato possono portare a un aumento dei livelli di acido malico alla fine della fermentazione. Recentemente, una selezione di ceppi di S. cerevisiae è stata in grado di produrre fino a 3 g/L di acido malico (Vion et al., 2023). Al contrario, alcuni ceppi selezionati di Saccharomyces, come S. paradoxus e S. pombe, sono stati in grado di degradare fino al 40% di acido malico (Redzepovic et al., 2003)
S. cerevisiae può generare piccole quantità di acido lattico durante la fermentazione alcolica (Dequin et al., 1999). Tuttavia, la produzione di acido lattico da parte dei ceppi di S. cerevisiae è molto limitata e ha un impatto trascurabile sull’acidità totale, a meno che non si utilizzino ceppi geneticamente modificati.
Il genere Saccharomyces ha il potenziale per produrre diversi acidi organici, oltre all’acido malico, acetico e lattico, che possono influire sull’acidità totale del vino (Volschenk et al., 2017). Gli acidi succinico, α-chetoglutarico, piruvico e fumarico sono tra i principali acidi organici rilasciati dal genere Saccharomyces durante la produzione del vino. Questi acidi sono intermedi o sottoprodotti del ciclo TCA o della glicolisi (Chidi et al., 2015).
2. Lachancea thermotolerans
Lachancea thermotolerans, precedentemente noto come Kluyveromyces thermotolerans, è un lievito non Saccharomyces comunemente utilizzato nella vinificazione, soprattutto per la produzione di vini bianchi. Negli ultimi anni L. thermotolerans ha guadagnato attenzione come potenziale strumento per l’acidificazione nella vinificazione (Morata et al., 2018; Porter et al., 2019). Uno studio recente ha evidenziato la diversità genetica e l’adattabilità di L. thermotolerans, suggerendo che potrebbe essere utilizzata in una varietà di contesti enologici (Hranilovic et al., 2017).
I primi studi sull’acidificazione del vino con L. thermotolerans sono stati condotti nei paesi mediterranei della Grecia e dell’Italia, regioni vinicole interessate dai cambiamenti climatici (Benito, 2018b; Vicente et al., 2021). Uno studio su vini bianchi provenienti da zone calde dimostra che l’uso di L. thermotolerans può ridurre efficacemente il pH, migliorando al contempo la freschezza e i profili aromatici dei vini (Vaquero et al., 2020).
Grazie alla sua capacità di aumentare la concentrazione finale di acido lattico nel vino di diversi grammi per litro, influenzandone significativamente l’acidità e il pH, L. thermotolerans è diventato l’approccio biologico più affidabile per l’acidificazione del vino (Vicente et al., 2021). L. thermotolerans ha una capacità acidificante da 1 a 9 g/L in acido lattico e da 1 a 6 g/L in acidità totale (Benito, 2018b).
L’acido L-lattico prodotto durante la fermentazione alcolica induce una riduzione del pH, che può variare da 0,1 a 0,5 unità. Diversi studi scientifici hanno riportato che L. thermotolerans produce quantità inferiori di acido acetico rispetto ai vini di controllo fermentati con S. cerevisiae. In genere, la concentrazione di acido acetico generata da L. thermotolerans è inferiore a 0,2 g/L (Benito, 2018b; Vilela, 2018).
Sebbene L. thermotolerans abbia un vantaggio competitivo significativo in quanto aumenta l’acidità del vino, vi sono anche limitazioni al suo utilizzo. L. thermotolerans ha un potere fermentativo moderato, non essendo in grado di fermentare etanolo in concentrazioni superiori al 9-10 % (v/v). Pertanto, deve essere combinato con un lievito più fermentativo. In uno dei primi studi sull’argomento, l’uso di L. thermotolerans e S. cerevisiae in co-fermentazione è stato studiato come strategia per aumentare l’acidità e migliorare la qualità complessiva del vino (Gobbi et al., 2013).
Per garantire la fermentazione totale degli zuccheri nel mosto, generi come Saccharomyces o Schizosaccharomyces possono essere utilizzati in combinazione con L.thermotolerans (Benito, 2020).
Un altro studio ha rilevato che L. thermotolerans può influenzare in modo significativo la progressione della FML nei vini bianchi e rossi, a seconda della produzione di acido lattico (Snyder et al., 2021).
La resistenza di L. thermotolerans all’anidride solforosa è limitata: di solito tollera solo fino a 20 mg/L di anidride solforosa libera, anche se alcuni ceppi possono tollerare fino a 40 mg/L (Benito, 2018a, 2018b; Vicente et al., 2021). Pertanto, è più adatto a uve con buone condizioni igienico-sanitarie e bassi requisiti di aggiunta di SO2.
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3. Altri non-Saccharomyces
Oltre ai lieviti convenzionali, anche alcuni ceppi non convenzionali possono essere utili per acidificare il vino. Candida zemplinina, precedentemente nota come Starmerella Bacillaris, è un lievito che è stato inizialmente scoperto in uve da vino Tokaj e si trova spesso in uve sovramature o botritizzate (Ciani et al., 2016).
C. Zemplinina è nota per la sua capacità di produrre acido piruvico in condizioni anaerobiche, in quanto preferisce la via glicerolo-piruvica. Alcuni ceppi di C. Zemplinina possono generare fino a 100 mg/l di acido piruvico, mentre i controlli di S. Cerevisiae ne producono in genere solo circa 20 mg/l. Ciò suggerisce che in condizioni di basso ossigeno C. Zemplinina genera vari acidi organici attraverso il ciclo TCA (Goold et al., 2017; Magyar et al., 2014).
A causa della riduzione del pH associato, l’uso di C. zemplinina può anche influenzare il colore del vino. Inoltre, l’acido piruvico può reagire con gli antociani per produrre la piroantocianinaVitisina, un pigmento colorante altamente stabile derivante dall’ossidazione del vino (Romboli et al., 2015). Inoltre, C. Zemplinina è nota per la produzione di bassi livelli di acido acetico. In un approccio di co-inoculo con S. Cerevisiae, il contenuto di acido acetico risultante era inferiore di 0,3 g/L rispetto al controllo puro di S. Cerevisiae (Rantsiou et al., 2012).
Secondo Englezos et al. (2018), quando C. Zemplinina e S. Cerevisiae sono stati utilizzati in fermentazioni combinate di quattro diversi mosti di uve bianche, le concentrazioni di acidità totale risultanti sono state superiori a quelle ottenute con i controlli di S. Saccharomyces puro. Un approccio di fermentazione sequenziale che coinvolge C. Zemplinina e Saccharomyces Cerevisiae ha prodotto il contenuto alcolico più basso e l’acidità totale più elevata tra tutte le fermentazioni con Saccharomyces puri, così come le fermentazioni sequenziali che hanno utilizzato L. thermotolerans, Torulaspora delbrueckii e Metschnikowia fructicola (Castrillo et al., 2019; Comitini et al., 2011).
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Conclusioni
L’acidificazione chimica, la tecnica di acidificazione del vino più comunemente utilizzata, è ben nota e sono disponibili diverse opzioni. L’acido tartarico è ampiamente utilizzato dai produttori di vino per ridurre il pH e aumentare l’acidità totale. Tuttavia, l’uso dell’acido tartarico può portare alla precipitazione del sale tartarico e, se aggiunto in concentrazioni troppo elevate, può dare origine a vini squilibrati e aspri.
Se aggiunto al vino, l’acido malico aumenta l’asprezza e la freschezza dei vini giovani; tuttavia, poiché l’acido malico è un buon substrato per i LAB, non dovrebbe essere considerato per la regolazione del pH. L’acido lattico, invece, produce vini più rotondi e morbidi. Essendo l’acido più debole ammesso dall’OIV per l’acidificazione del vino, deve essere aggiunto in quantità maggiori per ottenere la stessa diminuzione del pH degli acidi malico e tartarico.
Sebbene l’acido citrico esalti il gusto dei vini bianchi, non è microbiologicamente stabile e il suo utilizzo comporta l’elevato rischio di produrre composti indesiderati come l’acido acetico. L’acido fumarico è un promettente agente acidificante, in quanto ha il maggior potere acidificante di tutti gli acidi organici citati. Il suo uso è già autorizzato dall’OIV per prevenire la FML.
Mentre l’aggiunta di acidi organici è una pratica comune per ridurre il pH del vino, sono stati sviluppati metodi di acidificazione fisica come le resine a scambio ionico e l’elettrodialisi con membrane bipolari come alternative alle pratiche enologiche tradizionali.
Le resine a scambio cationico sono utilizzate per trattare il vino scambiando ioni per abbassare il pH, diminuire la concentrazione di cationi e limitare la formazione di sali di tartrato. Tuttavia, l’uso di resine a scambio cationico può causare alcuni problemi, come la riduzione del colore e dei tannini nei vini rossi. L’elettrodialisi con membrana bipolare, invece, utilizza membrane semipermeabili iono-selettive per segregare gli ioni in base alla loro carica.
L’elettrodialisi si è dimostrata efficace nel ridurre il pH del vino senza influire sui parametri enologici classici e nel migliorarne le proprietà organolettiche, rendendolo più fresco e leggero al palato. Tuttavia, entrambe queste tecniche hanno un impatto ambientale dovuto alla rigenerazione delle resine e all’elevato consumo di acqua.
Infine, esistono diversi approcci microbiologici per affrontare la bassa acidità del vino. I ceppi di Saccharomyces, come S. Cerevisiae, possono produrre basse quantità di acidi organici, tra cui acido malico, lattico e succinico, mentre Lachancea thermotolerans è un lievito non-Saccharomyces che può aumentare i livelli di acido lattico e abbassare il pH di diverse unità decimali. Anche altri ceppi non-Saccharomyces, come Candida zemplinina, possono produrre acidi organici che possono influire sull’acidità totale del vino.
La scelta dei ceppi di lievito per la fermentazione del vino dipende da vari fattori, tra cui la varietà dell’uva, il clima e lo stile di vino desiderato. Tuttavia, questi approcci microbiologici possono fornire ai produttori di vino strumenti utili per controllare l’acidità del vino e migliorarne la qualità.
Articolo di riferimento:
Payan, C., Gancel, A.-L., Jourdes, M., Christmann, M., & Teissedre, P.-L. (2023). Wine acidification methods: a review. OENO One, 57(3), 113–126. https://doi.org/10.20870/oeno-one.2023.57.3.7476
Referenze bibiliografiche: https://oeno-one.eu/article/view/7476#
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