Polifenoli nel vino
1
Gli zuccheri residui ovvero quelli non fermentati (glucosio e fruttosio) possono variare da 0 a 250 g/L
3
Antociani Resveratrolo
Flavonoli Tannini
Sostanze fenoliche
Alcuni composti fenolici di origine vegetale
5
Sono composti derivati dall’acido shikimico che possiedono uno o più gruppi ossidrilici legati a un anello aromatico. Le proprietà più importanti dei fenoli comprendono: delocalizzazione della carica negativa dello ione fenossido
I polifenoli includono parecchie classi di composti eterogenei (flavonoidi, acidi fenolici, stilbeni) ma caratterizzati da una struttura chimica derivante dallo stesso precursore
Acido shikimico
Acido benzoico
Acido p-idrossibenzoico
Acido salicilico
Acido protocatechico
Acido vanillico
Acido siringico
Acido cinnamico
Acido o-cumarico
Acido p-cumarico
Acido caffeico
Acido ferulico
Le caratteristiche strutturali consentono a questi composti di svolgere un ruolo attivo come
«spazzini» nella lotta ai radicali liberi, fungendo da agenti riducenti e da chelanti di metalli e da «spegnitori»
dell’O2 singoletto.
Specie anionica stabilizzata per risonanza
Specie radicalica stabilizzata per risonanza
Formazione di legami a idrogeno intermolecolari
7
Caratterizzati da uno scheletro carbonioso a 15 atomi di C (C6-C3- C6) in cui il ponte a tre atomi di C è comunemente ciclizzato con l’O2.
Polifenoli
OH OH OH OH
HO
OH
OH O
R
R1 O
R2 R3
R4
R5 R6 A
B
7
5 4
3 2 1
2' 3' 4'
C 5'
I polifenoli costituiscono un gruppo eterogeno di sostanze naturali particolarmente note per la loro azione positiva sulla salute.
In natura i polifenoli vengono prodotti dal metabolismo secondario delle piante, dove in relazione alla diversità chimica che le caratterizza ricoprono ruoli differenti:
Difesa: dagli animali erbivori (sapore sgradevole) e dai patogeni (fitoalessine come il resveratrolo ad azione antimicrobica)
Supporto meccanico: lignine Colorazione: fiori, frutti e foglie
Attrazione: per gli impollinatori e per la dispersione del frutto (antocianine)
Attività antiossidante e protezione verso gli UV-B
Antociani della buccia sono responsabili del colore rosso del vino
I tannini condensati e i flavanoli delle bucce e dei vinaccioli sono responsabili della struttura del vino e della sensazione di astringenza e amaro Gli acidi fenolici della polpa
sono responsabili delle reazioni di ossidazione e imbrunimento dei vini bianchi
Localizzazione dei principali composti fenolici dell’uva
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La concentrazione di polifenoli nell’acino varia da 4 g/L nelle uve bianche a 5,5 g/L nelle uve rosse. Si concentrano nei vinaccioli e nelle bucce.
Il 65 % dei composti fenolici totali si trova nei vinaccioli, il 30% nelle bucce mentre il 4-5%
nella polpa (mosto)
Polifenoli nei vini bianchi
I flavonoli sono i pigmenti gialli che contribuiscono direttamente al colore dei vini bianchi. Nell’uva si trovano nelle bucce dove agiscono da agenti schermanti verso la radiazione UV
Nella vinificazione del vino bianco, essendo scarso l’utilizzo delle bucce degli acini, passano al vino principalmente i polifenoli contenuti nella polpa, che sono prevalentemente di tipo non flavonoide e polifenoli a struttura flavonoide chiamati flavan-3-oli.
Nella vinificazione del vino rosso sono presenti tutti i polifenoli soprattutto quelli contenuti nelle bucce.
Polifenoli nei vini rossi
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• Flavan-3,4-dioli: leucoantocianidine
• Flavonoli: composti che hanno quasi sempre un residuo di glucosio, tra cui la quercetina, la miricetina e il kaempferolo
• Antociani: sono un sottogruppo di flavonoidi, che nell’uva si accumula soprattutto nella buccia.
• Tannini: composti polimerici di grande importanza nelle caratteristiche organolettiche dei vini, in particolare di quelli invecchiati
Ai fenoli non flavonoidi appartengono gli acidi fenolici:
C6-C1 derivati dell’acido benzoico detti anche acidi idrossibenzoici legati alle pareti delle cellule dei fasci fibrovascolari e della buccia.
C6-C3 derivati dell’acido cinnamico detti acidi idrossicinnamici presenti anche nella polpa.
Nell’uva sono presenti sotto forma di esteri tartarici (150-400 mg/kg). Questi due acidi sono i più importante tra i tannini idrosolubili.
Le concentrazioni sono nell'ordine di 100-200 mg/L nel vino rosso e 10-20 mg/L nel vino bianco
Fenoli volatili nel vino derivano dall’acido p-cumarico, dall’acido ferulico e dagli acidi cinnamici
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Concentrazioni di 10-100 mg/L
In vini difettati possono arrivare anche a qualche mg determinando sentori fenolici, da medicinale, da farmacia, da fumo, da spezie, ecc.
Possono essere divisi in 2 categorie:
vinilfenoli e gli etilfenoli.
La prima comprende principalmente il 4- vinilfenolo ed il 4-vinilguaiacolo, mentre la seconda comprende le rispettive forme ridotte 4-etilfenolo e 4-etilguaiacolo.
I vini bianchi possono presentare vinilfenoli e solitamente non hanno etilfenoli mentre l’opposto si verifica nei vini rossi. La loro presenza nei vini bianche avviene ad opera di alcuni ceppi di Saccharomyces nel corso della fermentazione alcolica. Nei vini rossi avviene ad opera di lieviti del genere Brettanomyces che non vengono inibiti dai polifenoli. Lo sviluppo del Brettanomyces è dovuto al pH più elevato nei vini rossi e al minor contenuto di anidride solforosa e alla tendenza di lasciare una quantità alta di zuccheri residui.
Giorgio Nicolini, Roberto larcher, Daniela Bertoldi e Christian Puecher. Fenoli volatili dei vini: metodi rapidi per controlli menochimici di processo. L’enologo. Gennaio/febbraio 2008
Fenoli volatili
Gli acidi fenolici sono incolori in una soluzione alcolica diluita, ma possono diventare gialli a causa all'ossidazione.
Quando i vini sono maturati in botti di rovere nuove, la tostatura del legno coinvolto nella fabbricazione provoca la degradazione delle lignine e la formazione di vari componenti:
• Gaiacolo,
• Metile gaiacolo,
• Propile gaiacol,
• Allile gaiacolo (isoeugenolo),
• Siringolo,
• Siringolo di metile, dal caratteristico odore di affumicato, tostato e bruciato.
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Origine biosintetica dei flavonoidi
Coinvolge la via dei polichetidi, per la sintesi degli anelli A e C e la via dell’acido shikimico per quanto riguarda la sintesi dell’anello B.
I polichetidi sono prodotti da diversi organismi e derivano dalla condensazione di acetil-CoA o propionil-CoA con il malonil-CoA.
Dispense del corso di Chimica delle Sostanze Organiche Naturali del Prof. Claudio Trapella. A.A. 2016-2017
++
Acido shikimico
Acido caffeico o cinnamico Polichetidi
Acetil-CoA
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L’anello B e parte dell’anello eterociclico dei flavonoidi sono generati da un estere dell’acido idrossicinnamico, generalmente il p- cumaril-CoA, mentre l’anello viene formato da tre unità carboniose provenienti dal malonil CoA.
La molecola p-cumaril-CoA che genera l’anello B proviene dalla deaminazione della fenilalanina.
Scheletro di Fenilpropanoide-acetato
(C6-C3-C6)
Scheletro di Fenilpropanoide
(C6-C3)
Quercitina
Antocianidina Catechina
Flavone Flavonolo Flavanone Isoflavone
Pirano
Pirone
Da un punto di vista strutturale, i flavonoidi si possono considerare derivati dal fenilpropanoide e dal fenilpropanoide-acetato.
B
A C
Fenilalanina
Cumarato
Cinnammato
Tirosina
p-Cumaroil-CoA
Malonil-CoA
Calcone Stilbene
Flavanone
Flavan-4-olo
Flavone Flavonolo
Flavan-3-olo
Calcone sintasi
Biosintesi dei polifenoli
(PAL) Fenilalanina ammoniaca liasi (C4H) Cinnamato 4-idrossilasi (TAL) Tirosina ammonia liasi (4CL) 4-cumarato:CoA ligasi.
(CHS) Calcone sintasi (CHI) Calcone isomerasi (STS) stilbene sintasi
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La fenilalanina ammoniaca liasi (PAL) è l'enzima che allontana la fenilalanina dalla sintesi proteica (metabolismo primario) verso la produzione di composti fenolici.
Il p-cumaril-CoA rappresenta il più importante punto di ramificazione essendo il precursore di un’ampia varietà di prodotti fenolici, di natura sia flavonoide che non flavonoide.
L’enzima calcone sintasi catalizza la reazione chiave nella biosintesi di flavonoidi, forma il calcone che è il precursore per la biosintesi della maggioranza dei flavonoidi.
Gli stilbeni sono sintetizzati in una reazione diretta catalizzata dall’enzima stilbene sintasi che utilizza come substrato il p-cumaroil CoA e malonil CoA.
Fenilalanina ammoniaca
liasi
Naringenina
Principali classi di flavonoidi
Per convenzione l’anello aromatico di sinistra viene definito anello A, mentre quello di destra che deriva dall’anello carbonioso della fenilalanina e designato come anello B. L’anello eterociclico posto fra i due è l’anello C.
Calcone Flavanone
Flavone Flavonolo
Antocianidina Isoflavone
Scheletro di un generico flavonoide
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La naringenina è il primo flavonoide che si forma ed un intermedio di partenza per la biosintesi di molti altri flavonoidi. Può subire diverse trasformazioni di ossidrilazione, glicosilazione, metilazione.
Flavoni Flavonoli
Flavanoni
Diidroflavonoli (flavanonoli)
Isoflavoni Leucoantocianidine
(flavandioli)
Antocianidine Catechine (flavan-3-oli)
Dispense del corso di Chimica delle Sostanze Organiche Naturali del Prof. Claudio Trapella. A.A. 2016-2017
Tra le diverse classi di flavonoidi, quelle di maggior interesse sono:
• flavoni,
• flavanoni,
• flavonoli,
• flavanonoli,
• flavan-3-oli,
• antocianidine
• isoflavoni
A questi composti si devono in gran parte i colori delle piante, dei fiori e dei frutti, in particolare le sfumature brillanti di blu, rosso scarlatto e arancione.
Dispense del corso di Chimica delle Sostanze Organiche Naturali
Fenoli flavonoidi
I flavonoidi dell’uva sono i seguenti gruppi:
• Antocianidine
• Flavanoli (flavan-3-oli)
• Flavandioli (flavan 3,4-dioli)
• Tannini condensati
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I flavonoidi si trovano principalmente nelle bucce. Alcuni tipi di flavonoidi sono presenti anche nei semi e nei raspi, mentre sono generalmente assenti nella polpa.
I flavonoidi sono composti aromatici in genere colorati che hanno proprietà antiossidanti.
Queste molecole, in natura, sono polifenoli ubiquitari e vengono suddivisi, a seconda della struttura chimica.
Le antocianidine sono flavonoidi delle piante, hanno colore variabile dal rosso al violetto a seconda del pH e dell’eventuale gruppo OH e CH3 presente nella molecola.
Antocianidine
Sono l’unico gruppo cationico tra i flavonoidi. L’anello centrale chiamato ione pirilio, ma poiché appartiene al gruppo dei flavonoidi è meglio conosciuto come ione flavilio. Il catione ossonio coinvolto è stabilizzato per la risonanza della carica.
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Antocianine
L’antocianina non è altro che un’antocianidina, sulla quale è legato, all’ossidrile in posizione 3, uno zucchero.
Il legame formato è di tipo C-O-C tra carboni idrossilati.
Il carbonio coinvolto dello zucchero è sempre quello b-anomerico.
Oltre alla posizione 3, le antocianidine possono essere glicosilate in posizione 5 o 7 o più raramente i tutte e due.
Per quanto riguarda lo zucchero questo è con maggior incidenza il D-glucosio, altrimenti può essere:
L-ramnosio, L-arabinosio, o D-galattosio.
Antocianina 3 glucoside
I flavonoidi liberi dallo zucchero sono detti anche agliconi.
La glicosilazione conferisce agli antociani maggiore solubilità in acqua e rafforza la loro stabilità contro l’ossidazione enzimatica.
3 5
7
Nell’uva Vitis vinifera si riscontrano solo antociani in forma di monoglucosidi, ossia legati ad una molecola di glucosio in posizione 3.
Esistono cinque tipi di antocianine: cianidina, delfinidina, malvidina, peonidina e petunidina
Evoluzione degli antociani nel corso della vinificazione: gli antociani sono estratti all’inizio della macerazione pre-fermentativa e successivamente durante la fermentazione alcolica. Quando il grado alcolico raggiunge un certo livello, si osserva una diminuzione del contenuto di questi composti. Nel corso della vinificazione la concentrazione degli antociani liberi tende a diminuire in maniera significativa.
I valori medi che si ritrovano nei vini sono di 200- 300 mg/L.
Nei vini invecchiati particolarmente colorati i valori si aggirano intorno ai 1500 mg/L. La concentrazione dipende dal vitigno, dalle condizioni climatiche e dal grado di maturazione delle uve.
Antocianine
Gli antociani si trovano in strutture diverse a seconda del pH
Equilibrio tra le forme
Produzione di antociani nell’uva
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Flavanoli o flavan 3-oli: I gruppi R possono contenere H oppure OH. La catechina è il flavanolo più importante dell’uva dove è presente con due stereoisomeri: catechina ed epicatechina. Sono incolori e sono presenti soprattutto in forma di polimeri detti proantocianidine o tannini condensati, derivanti dall’unione di due o più unità. Solo nei semi esistono quantità significative di flavonoidi in forma di monomeri.
Flavandioli (flavan 3,4-dioli): I gruppi R possono contenere H o OH. Costituiscono il gruppo delle leucoantocianidine (incolori). Nell’uva, nel mosto e nel vino non si ritrovano come monomeri, ma entrano a far parte, assieme alle catechine, della struttura dei tannini condensati. Se trattati a caldo con acidi si trasformano in antociani.
Dopo l’imbottigliamento può capitare che il vino bianco vada soggetto ad arrossamento, sembra sia dovuto alla trasformazione della leucoantocianina in antocianina, specialmente nei vini conservati in assenza di ossigeno e che vi vengono esposti improvvisamente.
Calore/H+
leucoantocianidina antocianidina
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Sono composti polifenolici, che nell’uva si trovano nella buccia, nei semi dell’acino, oltre che nel raspo (la parte legnosa del grappolo). le bucce delle uve a bacca bianca contengono tannini, ma in misura di molto inferiore rispetto alle uve a bacca scura.
I tannini reagiscono con le proteine della saliva, creando la classica astringenza, tuttavia non tutti i tannini si comportano in questo modo. I tannini nobili (quelli contenuti nelle bucce), hanno un carattere meno astringente.
I tannini
I tannini si distinguono dagli antociani per avere l’anello eterociclico ossigenato saturo.
Chimicamente sono oligomeri e polimeri prodotti alla fine della via dei flavonoidi, derivano dalla catechina e dall’epicatechina.
Caratteristiche chimico fisiche:
• solubilità in acqua
• peso molecolare compreso tra 500 e 3000 g/mol
• capacità di interagire con le proteine e polisaccaridi.
Struttura chimica dei flavan-3-oli
Nelle piante superiori i tannini sono rappresentati da due gruppi di polimeri:
- Tannini idrolizzabili - Tannini condensati
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I tannini presenti nell'uva sono tannini condensati e sono maggiormente presenti nelle bucce e nelle vinacce. Si ritrovano nei vini rossi nell’ordine di grandezza dei mg/L e sono 20 volte più concentrati rispetto ai bianchi. Con l'invecchiamento del vino si ossidano, preservandolo, e passano dal colore giallo al rosso bruno.
- Florotannini (alghe brune)
costituiti da unità di
fluoroglucinolo.
In base alla composizione chimica i tannini enologici sono suddivisi in due gruppi: tannini condensati e tannini idrolizzabili. I primi, anche detti proantocianidine, sono estratti da bucce e vinaccioli di uva, dalla pianta del tè oppure in legni esotici come il quebracho e l’acacia. Ai tannini idrolizzabili, invece, si ascrivono i gallotannini, estratti dalle galle di quercia, frutti di somacco e tara, e gli ellagitannini, le cui principali fonti sono il legno di quercia e castagno.
Giovanni Bitelli et al., i tannini esogeni e il loro utilizzo in vinificazione.
Enologia VITENDA 2020,
Tannini idrolizzabili: costituiti da una frazione glucidica (solitamente glucosio), i cui ossidrili sono esterificati con l’acido gallico, digallico e trigallico. Sono così definiti perché in presenza di acidi forti a caldo si idrolizzano in uno zucchero (glucosio) e in molecole di acido ellagico o acido gallico. Questi composti possiedono numerosi gruppi ossidrilici (-OH) che si ossidano facilmente, ciò gli permette di esercitare un forte potere antiossidante.
Sono idrosolubili.
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b 1,2,3,4,6 pentagaloil D-glucosio a) pentadigalloilglucosio, b) acido digallico, c) ellagitannini idrolisi
Tannini condensati: Si chiamano tannini condensati perché derivano dalla condensazione di flavandioli tramite legami C-C (il carbonio 4 lega il carbonio 8, oppure il carbonio 6, di un’altra unità) con eliminazione di molecole di acqua. I flavan-3-4 dioli sono molto reattivi e condensano fra loro o con i flavan-3-oli per dare origine ad oligomeri di procianidine.
Man mano che aumenta il peso molecolare delle procianidine aumenta il loro grado di insolubilità e la loro astringenza al palato.
Per trattamento con acidi a caldo vengono scissi ed ossidati generando antociani, da cui il nome di protoantocianidine (o leucoantocianidine)
Tannini condensati
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I tannini condensati si dividono anche in funzione dei gruppi ossidrili nella loro struttura di base:
1. Quelli presenti nella buccia sono le prodelfinidine, costituite da unità di gallocatechine
2. Quelli presenti nei semi sono le procianidine derivate dalle catechine; alcune molecole sono legate all'acido gallico (AcG).
Prodelfinidine B3
le forme più semplici di procianidine sono i dimeri di tipo A e B:
Procianidine A che possiedono oltre al legame interflavanico C4-C8 o C4-C6, un legame tipo etereo tra i carboni C7 dell’unità inferiore con il C2 dell’ unità superiore.
Procianidine B che risultano dalla condensazione di 2 unità di flavan-2-oli legati tra loro per mezzo di un legame C4-C8 o C4-C6
Similmente le procianidine trimeri possono essere divise in:
Procianidine C, i cui legami interflavanici corrispondono al tipo B dei dimeri Procianidine D, in cui un legami interflavani cioè di tipo B e l’altro di tipo A
A
Dimeri di tipo A e B B
Le molteplici proprietà
chimico fisiche dei tannini
1- capacità di combinarsi con le proteine 2- capacità antiossidante
3- stabilizzazione del colore
4- influenza la struttura e l’aroma dei vini
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1- capacità di combinarsi con le proteine: questa denaturazione dipende esclusivamente dall’assorbimento dei tannini.
Meccanismo di precipitazione delle proteine ad opera dei tannini (galloilglucosio) in due tappe. Influenza delle condizioni fisico-chimiche.
Galloilglucosio
Proteine Proteine
Concentrazione
Precipitati
(Riberéau-Gayon et al., 2018)
Il complesso che si forma è un colloide idrofilo elettronegativo: esso rimane stabile nella soluzione limpida, se questa non contiene sali, ma floccula in loro presenza
37 elettronegativo
ed idrofobo
Legami idrofobici tra zone apolari dei tanni e zone apolari delle proteine.
Secondo una teoria più recente sul comportamento colloidale dei tannini, l’idratazione dei colloidi è trascurabile, l’associazione delle molecole dei tannini determina un considerevoli aumento delle forze di Van der Waals tra tannini e proteine che provoca fenomeni di adsorbimento non specifici.
I meccanismi interessati sono: 1) i tanni formano delle particelle colloidali per interazione idrofobiche; 2) le particelle dei tannini possono essere destabilizzate dalle proteine attraverso le interazioni attrattive di Van der Waals per formare degli aggregati che precipitano; 3) i cationi, in particolare il Fe, favoriscono l’associazione dei tannini in particelle colloidali; 4) in presenza di polisaccaridi può essere ostacolata la formazione di aggregati tra le particelle dei tannini.
1- capacità di combinarsi con le proteine
procianidine B2
Tannini colorazione
gialla
Antociani colorazione rosso-violacee
Polimeri antociani- tannini colorazione
rosso-mattone
+ →
Effetto dei tannini sul colore 2- capacità antiossidante,
3- stabilizzazione del colore
4- influenza sulla struttura e aroma dei vini.
In generale i tannini esogeni (gallotannini ed elagiotannini) reagiscono più velocemente e con maggior efficacia con l'ossigeno, rispetto ai tannini endogeni. Alcuni composti fenolici del vino, come le procianidine B2 presentano una più spiccata capacità di reagire e catturare radicali liberi che derivano dall'ossigeno molecolare, (O2-).
I tannini derivati dall'uva partecipano direttamente alle reazioni di polimerizzazione fra tannini ed antociani, formando polimeri colorati che rendono molto più stabile il colore.
Distribuzione dei tannini condensati nell’acino
Acidi fenolici Antociani Flavonoli
Prodelfinidine Procianidine
Procianidina gallato Procianidina
Fasci centrali
cercine
pennello
pruina
vinaccioli
stigma Buccia
(6 a 10 strati di cellule)
polpa pedicello
Fasci periferici
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Gli antociani si trovano principalmente nelle bucce dell’uva e sono presenti anche nelle foglie, principalmente alla fine della stagione di crescita (le foglie diventano rosse in autunno). Sono completamente assente dalla maggior parte delle uve bianche.
Nei semi i flavonoli si trovano in gran parte sotto forma di monomeri (catechina ed epicatechina) in genere esterificati con acido gallico.
Nella buccia le prodelfinidine sono costituite da unità di gallocatechine, e le procianidine costituite da unità di catechine, alcune molecole sono legate all’acido gallico
combinate con l’acido gallico
Nella polpa ci sono zuccheri e acidi polifenoli
Tannini nelle uve mature
Gli antociani si trovano principalmente nelle bucce dell’uva, anche se possono essere presenti nella polpa producendo uve molto ricche di colore. Sono presenti anche nelle foglie, principalmente alla fine della stagione di crescita (autunno).
I tannini nei semi sono localizzati nella parte esterna ed hanno un ruolo di difesa dell'embrione. Vengono rilasciati all’esterno solo se la cuticola del seme è solubilizzata.
Nella pelle sono stati identificati tre tipi di tannini:
• localizzati nei vacuoli, formano all’interno della cellula grappoli densi vicino all'epidermide con granulazioni diffuse nelle cellule interne del mesocarpo. Le cellule esterne che hanno la parete spessa sono note come
"cellule di tannino"
• I tannini legati alla membrana proteofosfolipidica (tonoplasto).
• Tannini della parete di cellulosa-pectina.
Evoluzione dei polifenoli durante la maturazione dell’uva
41
Gli antociani compaiono all’inizio della maturazione dei frutti, si accumulano durante tutta la maturazione raggiungendo la massima contrazione in corrispondenza della maturità tecnologica. L’evoluzione dei tannini della buccia è simile all’andamento degli antociani, solo che la concentrazione è già elevata al momento dell’inizio della maturazione dei frutti. La maturità tannica e antociana non sempre coincidono. Gli antociani sono estratti durante i primi giorni di maturazione mentre i tannini durante l’intero periodo macerazione. Solo quando il contenuto alcolico è sufficiente vengono estratti i tannini dai semi. Elevate temperature di macerazione favoriscono l’estrazione delle sostanze fenoliche dai vinaccioli in quanto influenzano la permeabilità cellulare e la plasmolisi delle cellule.
La fenilalanina ammoniaca liasi: il primo enzima della via di sintesi dei polifenoli, si trova nelle cellule epidermiche dell’uva, così come nei semi. Ha massima attività durante la fase di crescita, diminuisce all’inizio della maturazione dei frutti fino a diventare molto bassa durante la maturazione.
La calcone sintetasi: aumenta la sua attività all’inizio della maturazione dei frutti per diminuire rapidamente. Le vie biosintetiche sono già attive, di conseguenza, la concentrazione totale di fenoli continua ad aumentare. Inizialmente c’è un rapido incremento della concentrazione di tannini, man mano procede la maturazione l’accumulo è più lento. I tannini procianidinici raggiungono la massima concentrazione nei semi prima dell’inizio della maturazione per diminuire quando sono maturi. All’inizio della maturazione la concentrazione di tannini nell’epidermide è alta. La comparsa degli antociani sembra sia collegata alla presenza di zucchero nell’uva.
Produzione di fenolico nell’uva
43
Le mannoproteine sono i principali costituenti della parete cellulare del lievito
Il vino si arricchisce di mannoproteine nel corso dei processi di autolisi, tuttavia non sono soltanto le mannoproteine a passare nel vino, passa anche il contenuto citoplasmatico e va a influenzare alcune proprietà organolettiche come la sapidità, la dolcezza o l‘espressione aromatica.
L’interazione colloidale tra le mannoproteine e i polifenoli attenuerà la sensazione di astringenza dei vini.
Le mannoproteine stabilizzano gli antociani proteggendoli dai fenomeni di precipitazione colloidale e permette ai vini di conservare più a lungo il loro potenziale aromatico.
Masako Osumi. Visualization of yeast cells by electron microscopy Journal of Electron Microscopy 61(6): 343–365 (2012)
Tannini
Astringenza
Amarezza
Tannini (catechine, leucoantociani) Vinaccioli, bucce, raspi
Tannini (gallici) Contenitori in legno di
quercia, castagno
Polifenoli ossidati (chinoni)
Poco
Poco tannico
Abbastanza tannico Tannico
Astringente
La quantità di polifenoli che passa nel vino dipende essenzialmente dal vitigno, dall’epoca di vendemmia e dal sistema di vinificazione.
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Passaggio dei composti fenolici nel mosto
Tutti i composti fenolici all'interno delle cellule della buccia e nei semi, in seguito alla pigiatura, fuoriescono. In questa fase ogni molecola va considerata come un prodotto intermedio; i tannini dei semi sono più reattivi perché il loro peso molecolare è più basso.
Anche le prodelfinidine e procianidine delle bucce diffondono nel mosto più rapidamente delle procianidine dei semi.
Tannini e antociani possono polimerizzare tra di loro formando molecole che hanno caratteristiche colloidali che interagiscono con proteine e polisaccaridi.
Nel corso della vinificazione avvengono due tipi di reazioni a carico degli antociani e flavonoli: reazioni enzimatiche e reazioni chimiche. Le reazioni enzimatiche avvengono all’inizio della macerazione, mentre quelle chimiche iniziano in un secondo tempo, al diminuire delle attività enzimatiche.
Le reazioni enzimatiche sono catalizzate da polifenolossidasi, perossidasi, glicosidasi ed esterasi di origine vegetale.
47
Le reazioni chimiche sono una sorta di addizione antociani-tannini che può essere diretta o coinvolgere anche l’acetaldeide, l’acido piruvico e il gliossalico.
Si tratta di processi di addizione nucleofila nei quali gli antociani e i tannini possono essere sia elettrofili che nucleofili: infatti gli antociani che hanno la carica positiva dello ione flavilio si comportano da elettrofili, e l’anello aromatico di un tannino, si comporta da nucleofilo con legami 4-6 o 4-8
Prodotti di condensazione tra flavanoli con acetaldeide (A) e acido gliossalico (B)
A B
Sono più reattivi i tannini dei semi rispetto a quelli delle bucce perché il loro peso molecolare medio è più basso
4
8
L’antociano si comporta da elettrofilo
Il tannino si comporta da nucleofilo
Copigmentazione
Fenomeno di copigmentazione tra antociani e 3-flavonoli (A) e gruppi galloillici del b-1,2,3,4,2,6-pentagalloil-glucosio (B)
Questa reazione offre protezione nei confronti delle ossidazioni e modifica le caratteristiche cromatiche con un aumento dell’assorbanza e, di conseguenza, dell’intensità del colore del vino.
Il fenomeno di copigmentazione è una reazione che coinvolge legami a idrogeno ed interazioni idrofobiche fra antociani e altre molecole, di solito non colorate che sono presenti in soluzione. La copigmentazione può essere sia intermolecolare che intramolecolare. Nel primo caso la reazione avviene con molecole diverse, mentre nel secondo caso l’interazione avviene con sostanze che fanno parte della molecola dell’antociano e coinvolge le antocianine glicosilate.
Il più importante tra i polifenoli è sicuramente il composto 3,5,4’-triidrossistilbene, più noto come trans-resveratrolo, appartenente alla classe degli stilbeni.
È presente prevalente nella buccia e nelle foglie dell’uva.
Stilbeni: il resveratrolo
Gli stilbeni sono sintetizzati in una reazione diretta catalizzata dall’enzima stilbene sintasi che utilizza come substrato il p-cumaroil CoA e malonil CoA.
Si tratta di uno dei composti più nobili presenti nel vino e sono importanti dal punto di vista degli effetti benefici sulla salute.
49
Chimicamente queste molecole possiedono due anelli benzenici legati tra loro da una catena etilenica.
Il resveratrolo è presente nella forma trans e cis, anche se dal punto di vista biologico la forma trans è più attiva.
• Dal punto di vista biochimico, nell’uva, la sintesi del resveratrolo è indotta come risposta a infezioni microbiche o stress (è una fitoalessina), ma paradossalmente si produce anche per trattamenti chimici come l’applicazione di erbicidi e fungicidi o per esposizione alla luce UV.
• Nell’uva, la sintesi del resveratrolo è prevalentemente a livello delle cellule della buccia. Nella vinificazione del vino, la macerazione con le bucce fa sì che i vini rossi derivati abbiano livelli di resveratrolo maggiori rispetto ai vini bianchi.
• Il resveratrolo nel vino è presente nell’ordine di grandezza dei mg/L ed è mediamente di 10-100 volte maggiore nel vino rosso rispetto al bianco.
• Il contenuto di resveratrolo nel vino dipende soprattutto dalle caratteristiche genetiche del vitigno e dalle condizioni enologiche. Nei vini americani il livello di resveratrolo è inferiore a 1 mg/l, mentre nei vini europei la concentrazione è maggiore, soprattutto per quelli italiani, francesi e spagnoli.
Il resveratrolo nel vino
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Spettri di assorbimento UV del trans- e cis-resveratrolo
trans-resveratrolo
cis-resveratrolo
Lo spettro di assorbimento del cis-resveratrolo ha un massimo a 295 nm mentre per il trans è tra 306 a 320 nm
Benefici dei polifenoli
• Attività antiossidante: proteggono le cellule dai radicali liberi che si sviluppano con il metabolismo cellulare a causa delle radiazioni, agenti inquinanti, additivi chimici, infezioni virali e batteriche
• Attività anticancerogenica: proteggono le cellule contro l’attacco diretto da carginogeni oppure alterando il loro meccanismo di azione
• Attività antiaterogeno: è largamente condivisa la teoria che il vino abbia una notevole azione cardioprotettiva e l’ossidazione delle lipoproteine LDL causa lo sviluppo dell’aterosclerosi e delle malattie cardiovascolari. L’inibizione dell’ossidazione delle lipoproteine
• Attività antinfiammatoria: inibisce la cascata infiammatoria dell’acido arachidonico che porta alla formazione di prostaglandine, trombossani e leucotrieni.
Polifenoli nella birra
I composti fenolici del luppolo sono secreti dalle ghiandole di luppolina insieme agli olii essenziali del luppolo, contribuisce all’80% dei polifenoli totali della birra.
Alcuni autori hanno rilevato il trans-resveratrolo nel luppolo, suggerendo che gli stilbeni potrebbero essere trovati anche nella birra, (Callemien et al., 2003).
Principali classi di composti presenti nei coni di luppolo essiccati (da European Brewery Convetion, 1997)
53 Michela Tironzelli. Gli antiossidanti nelle materie prime dell’ industria birraria. Il caso del
luppolo. Dottorato XIX ciclo, AA 2005/2006
Polifenoli
Polimerici Monomerici
Acidi Fenolici Flavonoidi A basso PM Ad alto PM
Ac. Benzoico e derivati Ac. Cinnamico e derivati
Calconi:
- XAN
- Desmetil XAN
Flavanoni:
- Iso XAN - 6 PN - 8 PN
Flavani:
- Catechine
Flavanoli glicosidici:
- Kempferolo - Quercetina
Proantocianidine Tannini
Classificazione dei principali composti fenolici nel luppolo
XAN: xantoumolone
Desmetil XAN: desmetilxantoumolone Iso XAN: isoxantoumolone
6 PN: 6-prenilnaringenina 8 PN: 8-prenilnaringenina PM: peso molecolare
Struttura chimica della xantoumulone (XAN)
Anche i flavanoni del luppolo
Trans-resveratrolo
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Lo xantoumolone (XAN) è il principale calcone contenuto nell'inflorescenza femminile della pianta del luppolo.
Sono state isolate altre 13 forme di calconi, ma ad una concentrazione da 10 a 100 volte minore di quella dello XAN
Isoxantoumulone 8-prenilnaringenina 6-prenilnaringenina
Michela Tironzelli. Gli antiossidanti nelle materie prime dell’ industria birraria. Il caso del luppolo.
Dottorato XIX ciclo, AA 2005/2006
• Sebbene XAN sia abbondante nel luppolo, nella birra è tra i flavonoidi meno presenti a causa della sua isomerizzazione termica durante il processo tecnologico.
• Tra i flavonoli glicosidici, il kempferolo e la quercetina sembrano essere quelli maggiormente rappresentati negli estratti acquosi e alcolici di coni di luppolo.
• La quantità di quercetina e kempferolo presente nella birra contribuisce in buona parte al suo potere antiossidante.
• Si stima che le proantocianidine della birra derivino dall’orzo, mentre solo una piccola parte origina dal luppolo.
