La Fermentación Maloláctica - inv.gov.ar · Las bacterias lácticas son los agentes causales de este cambio. ... hexosas y pentosas Oenococcus, Leuconostoc y algunos Lactobacillus

La Fermentación Maloláctica

Cambios organolépticos

Ing. Agr. Silvia Paladino

Conversión de ác málico en ác lácticoConversión de ác.málico en ác. láctico,catalizada por la enzima maloláctica

COOHCOOCH2 NAD CH3

COCHOHCOOH Mn+2

CHOH + CO2COOHCOOH

ác. L(-)Málico ác. L(+)Láctico

Las bacterias lácticas son los agentes causales de este bicambio

Ácido málicoÁcido málico

Propio de las uvasPropio de las uvasLa concentración depende de la zona donde se cultivaron las uvasse cultivaron las uvasZonas templado- fríasp

2 a 8 g/LZ álidZonas cálidas

< de 2 g/Lg/Bartowsky, 2005

áBacterias Lácticas

l b h l l bEl vino es un ambiente hostil para las bacterias

Bajo pHAlta concentración de EtanolAlta concentración de EtanolBaja concentración de nutrientesSOSO2

Bacterias LácticasBacterias Lácticas

Sólo 4 géneros son capaces de sobrevivir en las g pcondiciones del vino:

OenococcusOenococcusLactobacillusP diPediococcusLeuconostoc

Pero sólo Oenococcus oeni soporta pH < 3,5Pero sólo Oenococcus oeni soporta pH < 3,5

G m +Gram +

Metabolismo de las bacterias lácticas

H f t tiHomofermentativo

Azúcares ác. Láctico y CO2

Glicólisis: glucosa piruvatoGlicólisis: glucosa piruvato

Pediococcus y algunos LactobacillusPediococcus y algunos Lactobacillus

Glicólisis glucosa ATPGlicólisis glucosa

glucosa-6-fosfatofructosa

ATP

fructosa-6-fosfato

fructosa 1 6-difosfato

ATP

fructosa 1,6-difosfato

Dihidroxiacetona fosfatoGliceraldehido 3 fosfato

1,3 –difosfogliceratoNAD+

NADHATP

3-fosfoglicerato

2-fosfoglicerato

fosfoenolpiruvato

i tATP

piruvato Lactato

Metabolismo de las bacterias lácticasMetabolismo de las bacterias lácticas

Heterofermentativo

Azúcares ác láctico etanol glicerolAzúcares ác. láctico, etanol, glicerol ác. acético, manitol y CO2

Á id ít i á éti CO áÁcido cítrico ác. acético, CO2 y ác. láctico

Vía pentosa fosfato para degradarVía pentosa fosfato para degradar hexosas y pentosas

Oenococcus, Leuconostoc y algunos Lactobacillus

Vía Pentosa Fosfato

Glucosa Fosfo-6-gluconatoATP ADP

Ribulosa 5-FosfatoCO2

NADP+

NADPH

ATP ADP

Ribulosa 5 Fosfato

Xil l 5 f f t

NADP+

NADPHXilulosa 5-fosfato

Gliceraldehido 3- fosfatoAcetil-fosfato

A t t Acetaldehido(glicolisis)

NADH

NAD+ ADP

ATP

ADP

ATP

Piruvato

Lactato

Acetato Acetaldehido

Etanol

NADH

NAD+

LactatoEtanol

Oenococcus oeni

Heterofermentativo: forma ác. Láctico, CO2 y , 2 yetanol o ácido acético a partir de azúcares

Resiste pH < 3,5

Casi todas las FML espontáneas

Comercialmente disponible

Oenococcus oeniOenococcus oeni

Oenococcus oeniOenococcus oeni

Oenococcus retenido en filtro de 0,45 micrones

ó l d bInteracción levadura -bacteria

LevadurasNegativosNegativos

Competencia por nutrientesFormación y combinación de SO2

Formación de ácidos grasos de cadenaFormación de ácidos grasos de cadena larga

PositivosPositivosLiberación de polisacáridos de la pared y

t í (li i )proteínas (lisis)

Evolución del crecimiento bacterianoEvolución del crecimiento bacteriano

Factores que influyen sobre el crecimiento q ybacteriano

• pH• pH• Temperatura• SO2, Lisozima• Alcohol• Alcohol• Nutrientes• Oxígeno

Á id á i• Ácidos orgánicos• Bacteriófagosg

Factores que influyen sobre el crecimientoFactores que influyen sobre el crecimiento bacteriano

• pHMínimo pH 3 1Mínimo pH=3,1Oenococcus resistente a pH<3,5p ,Lactobacillus y Pediococcus pH>3,5C t b li H 3 2 Á MáliCatabolismo: pH 3,2 Ác. Málico

pH 3,5 Azúcaresp ,Velocidad de FML


• Temperatura<15ºC FML no progresa<15ºC FML no progresa20-25ºC óptimop• SO2

30 /L SO T t l<30 mg/L SO2 TotalHasta 0,5 mg/L SO2 Molecular, g/ 2

Ataque al acetaldehído y ác. pirúvico


• Lisozima• LisozimaAutorizada por INV Res.33/2009Dosis máxima acumulada: 500 mg/LControla bacterias Gram (+)( )

ataca la pared celular.No controla levaduras ni bacterias acéticasNo controla levaduras ni bacterias acéticas.Efectiva a pH alto.No modifica características organolépticas.Problemas: blancos (proteínas); tintos (taninos y color) (p ); ( y )

Factores que influyen sobre el crecimiento bacteriano:lisozima

Yun Cai Gao et al, AJGWR, 8, 76-83, 2002


• Alcohol13 5% limitante13,5% limitanteMayor cont. Alcohol, FML más lentay ,• NutrientesR i i t l jRequerimientos complejosAutólisis de levaduras


• OxígenoLas bacterias lácticas son microaerófilasLas bacterias lácticas son microaerófilasAireación moderada: estimula FMLAireación intensa: ácido acético

• Acidos orgánicosgFumarato y ác. Grasos: inhibidores


• Bacteriófagos

Partículas semejantes a virus , que infectanPartículas semejantes a virus , que infectan y lisan bacteriasEncontrados sobre bacterias de la FMLEncontrados sobre bacterias de la FML

P ibl bilid d FML bl átiPosible responsabilidad en FML problemáticas

Consecuencias de la FML

Modificación de la acidez

Descriptores para un vino que ha completado la p p q pFML exitosamente

Manteca Nuezd lLevadura Miel

Vainilla CueroEspecias Tostado

Mayor volumen en bocaMayor persistencia en bocaMayor persistencia en bocaMenor astringenciaReducción de los aromas vegetales,herbáceos

Descriptores para un vino que ha completado la p p q pFML sin control a pH > 3,5

Aromas lácticos intensosAromas lácticos intensosYogurt rancioNotas de sudorAc. AcéticoNotas animalesCuero mojadoCuero mojadoFósforo quemadoFruta en descomposiciónAmargo intenso al final de bocag

Consecuencias de la FML

C bi lé tiCambios organolépticos: sabor, aroma, color, textura

Modificaciones higiénico sanitariasEstabilidad microbianaEstabilidad microbiana

FML: cambios organolépticosFML: cambios organolépticosSabor

Modificación de la acidezModificación de la acidez

Acidez total y pHAcidez volátilAcidez volátil

FML: cambios organolépticosSabor

Acidez total: disminuye hasta 2g/L

pH: aumenta 0,1-0,25 unidades

Acidez volátil: aumenta aprox 0 2 g/LAcidez volátil: aumenta aprox. 0,2 g/L

FML: cambios organolépticosFML: cambios organolépticosSabor

Málico (diácido) Láctico (monoácido)

Málico es un ácido más fuerte que lácticoMálico es un ácido más fuerte que lácticopK1 = 3,45 pK = 3,781

Málico: duro Láctico: untuoso

FML bi lé tiFML: cambios organolépticos

Sabor y AromayColor

FML: cambios organolépticosFML: cambios organolépticosAroma y sabor

Modificación del carácter floral ó frutalIncorporación de aromas lácticosIncorporación de aromas lácticos, manteca (diacetilo), nueces

áMayor complejidad aromáticaMenor percepción de la astringenciaMenor percepción de la astringenciaMayor untuosidadPotencialmente: Gusto a “ratón”

Gusto a geranioGusto a geranio

DiacetiloDiacetilo

C H3 1 - 4 mg/L positivoC H3 1 4 mg/L positivoC O 5 - 7 mg/L defectoC O manteca, manteca ranciaC H3 movie pop-corn C 3 o pop o

Umbral de detección en vino 0.2 mg/L para Chardonnay 0.9 mg/L para Pinot Noir hasta 2.8 mg/L para Cabernet0.9 mg/L para Pinot Noir hasta 2.8 mg/L para Cabernet Sauvignon (Martineau et al., 1995a).

Bartowsky & Henschke, 2004

DiacetiloDiacetilo

Catabolismo del ác. Cítrico

Contenido de ácido málico en mostos1 a 8 g/L

Contenido de ácido cítrico en mostos0,1 a 0,7 g/L

Metabolismo del ácido cítrico en Oenococcus oeni (Ramos et al, 1995, en Bartowsky & Henshke, 2004)(Ramos et al, 1995, en Bartowsky & Henshke, 2004)

Citrato liasaCitrato liasa

Diacetilo

Clave del gráfico metabolismo del ácido cítrico

Diacetilo

Clave del gráfico metabolismo del ácido cítrico

1.Citrato liasal2. Oxaloacetato

3. Piruvato decarboxilasa4. Alfa acetolactato sintasa5. Alfa acetolactato decarboxilasa6. Diacetil reductasa7. Acetoina reductasaceto a eductasa8. Lactato deshidrogenasa9. Complejo Piruvato deshidrogenasa10 Acetato quinasa10. Acetato quinasa11. Decarboxilación no enzimática del alfa acetolactato12. Aspartato aminotransferasa, TPP, Tiamina PP

DiacetiloDiacetilo

Las levaduras pueden formar tambiéndiacetilo pero debido al ambientediacetilo, pero debido al ambientereductor de la FA, es reducido a acetoina

2 3 b til li ly 2, 3 butilen glicol.

Los productos reducidos son menostóxicos (para la levadura) que el diacetilotóxicos (para la levadura) que el diacetilo,y además esta reducción aumenta la

óconcentración de NAD Y NADP

DiacetiloDiacetilo

El metabolismo del ácido cítrico no se inicia hasta que se haya metabolizado más de la mitad del ácido málicomás de la mitad del ácido málico.

(B t k & H hk 2004)(Bartowsky & Henshke, 2004)

FML en Cabernet Sauvignong

Factores que afectan la producción deFactores que afectan la producción de diacetilo en vino

Caso real: El vino tenía 1 8 mg/L de diacetiloCaso real: El vino tenía 1,8 mg/L de diacetilo,producto de la FA.

El diacetilo producido en la FML llegó a un máximop gcuando se consumió el 95% del ácido málico, quecoincide con el 75% del ácido cítrico metabolizado.

Cuando todo el ác cítrico (día 20) se ha consumidoCuando todo el ác. cítrico (día 20) se ha consumido,la concentración de diacetilo ha decrecidoprácticamente al nivel inicialprácticamente al nivel inicial.

Factores que afectan la producción deFactores que afectan la producción de diacetilo en vino

¿Que ha ocurrido?

Umbrales de detecciónDiacetilo 0,2 a 2,8 mg/LA t í 150 /LAcetoína 150 mg/L2,3 butanodiol 600 mg/LNo contribuyen organolépticamente, por estar debajo del umbral

Bartowsky & Henshke, 2004

Factores que afectan la producción de q pdiacetilo en vino

La cantidad final de diacetilo en un vino dependede la cantidad producida (FA y FML) y de lade la cantidad producida (FA y FML) y de laintensidad de la reducción posterior sufrida.

La intensidad de la reducción del diacetilo dependede la cepa de bacterias que interviene en ausenciade la cepa de bacterias que interviene, en ausenciade levaduras.

Factores que afectan la producción de diacetilo en vino

El metabolismo de los ácidos málico y cítrico dependeEl metabolismo de los ácidos málico y cítrico depende de la etapa de crecimiento de las bacterias presentes.

No hay degradación de ácido málico hasta que la bl ió l 0 5 1 106 f / Lpoblación no alcanza 0,5 a 1 x 106 ufc/mL.


Gran número de bacterias 108 ufc/mL/No hay multiplicación de bacteriasLos ácidos málico y cítrico son degradados y gsimultáneamente por actividad de las células no proliferantes.Menor producción de diacetilo.

Bajo número de bacterias 106 ufc/mLHay multiplicación de bacteriasy pSe degrada inicialmente el ácido málico, posteriormente es atacado el ác. cítrico. Mayor producción de diacetilo.


Pinot Noir Contenido de diacetilo después de FA=0,5 mg/LContenido de diacetilo después de FA 0,5 mg/L

Inoc lado con 2 X 104 fc/mLInoculado con 2 X 104 ufc/mLDiacetilo producido en FML = 3,9 mg/L

Inoculado con 2 X 106 cfu/mLDiacetilo producido en FML = 1,7 mg/LDiacetilo producido en FML 1,7 mg/L


Bartowsky & Henshke, 2004


TemperaturaTemperaturaEn general, óptimo para LAB: 27°CEn vino: 15 a 25°C

óptimo para O oeni : 20 a 22°Cóptimo para O. oeni : 20 a 22°C18°C menor concentración de diacetilo27°C mayor concentración de diacetiloPero : Menor velocidad de remetabolismo delPero : Menor velocidad de remetabolismo del diacetilo a menor temperatura


pHpHMenor pH p

mayor concentración de diacetilo

La formación de ácido acético a partir de ácidocítrico se ve favorecida a pH elevados


Concentración de ácido cítrico en el vinoConcentración de ácido cítrico en el vino

Contenido de ácido cítrico en mostos 0,1 a 0,7 g/L , , g/Bauer y Dicks, 2004

La degradación del ácido cítrico requiere glucosa, ya que O.oeni no puede emplear el ác. Cítrico como única fuente de carbono.

Mayor concentración de ác. cítrico se asocia con mayor concentración de diacetilo, pero también con mayor conc. de ác acéticode ác. acético

Factores que afectan la producción de diacetilo en vinoq p

Presencia de azúcares fermentescibles en el vino


3 fasesFase I:Fase I:Crecimiento celular, consumo de azúcares, producción de lactato Limitada producción de acetato No hay ataque allactato. Limitada producción de acetato. No hay ataque al ác. Málico ni al ác. Cítrico.

Fase II:Fase II:Cesa el consumo de azúcares. Fase estacionaria del c ecimiento cel la Se inicia el catabolismo del ác Málicocrecimiento celular. Se inicia el catabolismo del ác. Málico y la producción de lactato. No hay producción de acético.

F IIIFase III: Fase estacionaria del consumo de malato. Se inicia

t b li d l it t d ió d t tcatabolismo del citrato y producción de acetato.

Factores que afectan la producción de diacetilo en vinoq p

La citrato liasa es reprimida por glucosaLa citrato liasa es reprimida por glucosa

Citrato liasa

El crecimiento de las bacterias durante la FML, puede provocar una considerable , p pproducción de ácido acético, si hay suficientes azúcares durante la FML.


SO2SO2El SO2 reacciona con las funciones aldehído y cetona

Combina con diacetilo en forma reversible y exotérmica, el diacetilo combinado pierde su aroma característico.p

El SO reduce la cantidad de diacetilo libre disminuyendoEl SO2 reduce la cantidad de diacetilo libre, disminuyendo el descriptor manteca en el vino. Disminuye el SO2 libre, aumenta el carácter manteca.

Mayor percepción de diacetilo a mayor temperatura.y p p y p


Contacto con el aire durante la fermentación

La conversión de acetolactato a diacetilo es una decarboxilación no enzimática, se ve favorecida en presencia de oxígeno.Diacetilo formado en anaerobiosis= 2 mg/LDiacetilo formado en anaerobiosis 2 mg/LDiacetilo formado en semiaerobiosis= 12 mg/LDiacetilo presente 20 días después de finalizada FML= 0,5 mg/LVino chardonnayVino chardonnay

Nielsen, J. C.; Richelieu; M.; 1999. Citado por Bartowsky & Henshke, 2004


Contacto con borras de levadurasS h i i d d i dSaccharomyces cerevisiae es capaz de producir y de degradar diacetilo.La presencia de borras de levaduras especialmente si sonLa presencia de borras de levaduras, especialmente si son agitadas, disminuye el tenor de diacetilo.Vino Pinot noirVino Pinot noir

Fin de FA= 0,5 mg/L de diacetiloFin de FML =3 9 mg/L de diacetiloFin de FML =3,9 mg/L de diacetiloDespués de filtración y sulfitado=1,7 mg/LConservación sobre borras por 4 semanas = 0 2 mg/LConservación sobre borras por 4 semanas = 0,2 mg/L

Las borras son bioquímicamente activas y reduce el diacetilo a acetoína y butanodiol.

Krieger et al, 2000 citado por Bartowsky & Henshke, 2004

Reacciones del diacetilo con otrosReacciones del diacetilo con otros compuestos

Diacetilo + malv 3 glucósido = derivados delDiacetilo + malv. 3 glucósido = derivados del tipo Castavinol (incoloros)

Diacetilo + cisteína = aromas azufrados, ,florales, frutados, tostados, carnes asadas

Casta inolCastavinol

Antociano

Diacetilo

C t i lCastavinol

Castagnino et al 1996Castagnino et al,1996

Otras modificaciones del aromaOtras modificaciones del aroma

Acetato de etiloUmbral : 10 mg/L descriptor: frutal pdescriptor: solvente, a mayores concentraciones

Lactato de etilo Umbral:90 mg/LUmbral:90 mg/Ldescriptor: frutal

Producción de glicosidasas

Precursores aromáticos

Depende de la cepa de bacterias y de la variedad de uvas. p p yViognier vs Muscat

Azúcar + monoterpenos = inodoro

Azúcar + monoterpenos + β glicosidasa = hidrólisis = = terpeno libre aromáticop

Ejemplos: 3 hidroxidamascenona, alfa terpineol, vainillina, metil vainillato, linalol, nerol y geraniol

Producción de glicosidasasProducción de glicosidasas

Oenococcus oeni hidroliza precursores aromáticos glicosilados, por acción de β- glucosidadas.

A pH más elevado, mayor actividad de la enzima

U li l J A F d Ch 2003 1 0 3 0 8Ugliano et al. J. A.Food Chem., 2003, 51, 5073-5078

Producción de glicosidasasProducción de glicosidasas Ataque a los antocianinas

s

β li idβ glicosidasa

El aglucón es incoloro o pardo Se pierde el color rojo original

Gusto (olor) a “Ratón”Gusto (olor) a RatónMetabolismo de aminoácidos Lisina

Ornitina

HeterofermentativosOenococcus oeni,L t t idHeterofermentativos

2 til t t hid i idi

Leuconostoc mesenteroidesalgunos Lactobacillus

2-acetil tetra hidro piridina2-acetil 1-pirrolidina

2 l h d d

Gusto (Olor) a Ratón Mousy off flavors

2- etil tetra hidropiridina

HomofermentativosMínima o nula producción

PediococcusLactobacillus plantarump

Gusto (olor) a geranioGusto (olor) a geranio

COOHCHCHCH No tóxico para seres humanos

CHCH

Fungistático:inhibe levadurasno afecta a las bacteriasCH

CH3

no afecta a las bacterias

Límite legal: 200 mg/L (INV R N° C.8/2010)

Ác.sórbico

Gusto (olor) a geranio

At d l á Só bi l b t Lá tiAtaque del ác. Sórbico por las bact. Lácticas

Sorbil alcohol

2,4 hexadien 1 ol + etanol

2-etoxi-hexa 3,5 dieno : olor a geranioUmbral de percepción: 100 ng/LOcurre cuando no hay suficiente SO2 para controlar a las bacteriasEste defecto no se puede corregir

•

Producción de fenoles volátilesProducción de fenoles volátiles

Degradación de ác. cinámicos

Pediococcus (algunas cepas)Lactobacillus brevisactobac us b e sLactobacillus plantarumOenococcus (algunas cepas)Oenococcus (algunas cepas)

Producción de fenoles volátilesProducción de fenoles volátiles

Degradación de ác. tartárico

Lactobacillus

En condiciones aeróbicas

P d ió d á éti lá tiProducción de ác. acético, láctico y succínico

D d ió d l ld hid

Algunas cepas de Oenococcus oeniDegradación del acetaldehido

Algunas cepas de Oenococcus oeniLactobacillus

AcetaldehidoAcetaldehido

Potencial liberación de SOácido acético

Potencial liberación de SO2

FML incompleta o prolongada

etanol

Degradación del glicerol

Solo: Lactobacillus brevis

g g

Lactobacillus hilgardiiPediococcus pentosaceusp

Glicerol

3 hidroxi propionaldehidoConservación prolongada en medio ácido

AcroleínaReacción con fenoles del vino

Compuesto amargoCompuesto amargo

Sensaciones táctiles asociadas a laSensaciones táctiles asociadas a la producción de polisacáridos

Pediococcus damnosusBiosíntesis de polímeros exocelularesBiosíntesis de polímeros exocelularespolisacáridos β -d- Glucano

Oenococcus oeni tiene actividad de tipo β -d-Gl idGlucosidasa

Sensaciones táctiles asociadas a laSensaciones táctiles asociadas a la producción de polisacáridos

ConsecuenciasNiveles excesivosNiveles excesivos Vinos siruposos, desagradablesDificultades en las filtraciones

Niveles moderadosMayor cuerpo y volumen en boca

S Q Liu 2002S.Q. Liu, 2002

Cambios en el color

La intensidad colorante disminuye un 25%La intensidad colorante disminuye un 25% -30%

El pH aumenta 0,1 a 0,25 unidades

Los antocianos varían su color según el pH

FML y el color de los vinos

Testigo FML

pH 3,82 4,01p , ,AV g/L 0,19 0,36 AT /L 5 01 3 90AT g/L 5,01 3,90IC 1,026 0,764, ,Antoc. mg/L 673,6 657,8

Paladino, Galiotti, Formento, Rev. Fac. C. Agrarias, 2001

Perfil organoléptico del vino MalbecPerfil organoléptico del vino Malbec con y sin FML

C l

3

4C olor

Nariz F ru tadoB oc a Am argo

1

2Nariz E s pec iasB oc a Herbác eo

0

B oc a Ac idezB oc a Alc ohólic o

B oc a As tringenc iaB oc a Untuos idad

B oc a F rutado

T es tigo F MLg

M difi i hi ié i it iModificaciones higiénico sanitariasDecarboxilación de los aminoácidos

• Producción de Aminas biógenas : histamina1 /L i ibl>1 mg/L provoca reacciones en personas sensibles

Causa picazón, problemas respiratorios, secreción nasal

Vinos de pH alto, más histamina.Bacterias en contacto con el vino luego del fin de FML, más histamina.

P d ió d til b t• Producción de etil carbamato

Arginina urea etil carbamato

Estabilidad microbiana

Consumo de NutrientesConsumo de NutrientesProducción de Toxinas

A t d HAumento de pHDesarrollo posible de bacterias acéticasp

b l d d bEstabilidad microbiana

La FML solo confiere estabilidad ante unLa FML solo confiere estabilidad ante un nuevo ataque de bacterias lácticas.

No surgirán problemas en la botellaNo surgirán problemas en la botella

Finalmente:

¿Permitir la realización de FML ó no?¿Permitir la realización de FML ó no?¿FML espontánea ó Inocular bacterias?p¿Cuándo inocular?¿Có t l l ?¿Cómo controlar el proceso?¿Permitir que se degrade el ác. Cítrico?q g¿Cuándo y cómo finalizar la FML?

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