I COMPOSTI FENOLICI

I COMPOSTI FENOLICI

I composti fenolici sono una classe di composti che giocano in ruolo primario in enologia. Essi, infatti sono responsabili delle differenze tra i vini bianchi e rossi, in particolare del colore e del gusto di questi ultimi, e sono all’origine del cosiddetto “paradosso francese” per le loro proprietà battericide, antiossidanti, vitaminiche e protettive nei riguardi delle malattie cardiovascolari. Durante la vinificazione vengono estratti dalle differenti parti dell’acino d’uva e subiscono sensibili variazioni di struttura nel corso dell’affinamento del vino, in funzioni delle condizioni in cui tali processi vengono attuati, in quanto substrati di reazioni di polimerizzazione, di ossidazione, di condensazione e di idrolisi. La struttura dei prodotti di reazione, generalmente, risulta tanto complessa da non essere determinabile neanche con le più recenti e sofisticate tecniche cromatografiche. I composti fenolici sono un vasto gruppo di sostanze caratterizzate strutturalmente da almeno un anello aromatico legato ad uno o più ossidrili. Tutte le piante ne contengono in larga quantità, le strutture finora conosciute sono molte migliaia e si possono raggruppare sulla base del numero di C del loro scheletro.

La grande varietà strutturale delle molecole ha una comune origine biosintetica (Figura 35), dove lo scikimato è all’origine di gran parte dei fenoli delle piante, in particolare attraverso la sua trasformazione in fenilalanina, realizzata dall’enzima chiave fenilalanina-ammoniaca liasi (PAL) (Figura 36).

Figura 36. Schema della principale via biosintetica dei flavonoidi nell’uva, con gli enzimi chiave PAL (fenilalanina-ammoniaca liasi), CHS (calcone sintasi), Stsy (stilbene sintasi).

La classificazione dei composti fenolici varia con le conoscenze scientifiche, una prima suddivisione è tra fenoli semplici (non flavonoidi) e polifenoli (flavonoidi): i fenoli semplici comprendono gli acidi fenolici, i loro derivati e gli stilbeni, mentra tra i polifenoli si annoverano gli antociani, i tannini (flavanoli), i flavonoli e i flavononoli (Fregoni, Riberau-Gayon et al. 1998). Acidi fenolici: le uve e i vini contengono acidi fenolici di tipo benzoico e cinnamico la cui concentrazione varia da 100 a 200 mg/l nei vini rossi. Le bucce sono più ricche da 2 a 100 volte della polpa, nelle prime vanno da 50 a 200 mg/kg, nella seconda da 20 a 170 mg/kg. Sono noti sette acidi del tipo benzoico (C6-C1) (Figura 37), ad esempio l’acido vanillico, gallico ecc….. Essi differiscono per il grado e la natura dei sostituenti dell’anello benzenico e si trovano nell’uva soprattutto sotto forma di eterosidi e di esteri (tannini gallici ed ellagici), legati alla parete delle cellule dei fasci fibrovascolari e delle buccia. Gli acidi cinnamici (C6-C3) (es: acido caffeico, p-cumarico, ferulico) si trovano sotto forma esterificata essenzialmente con l’acido tartarico (es acido caftarico) o come eterosidi di glucosio e sono gli unici polifenoli presenti nella polpa. Sul piano sensoriale questi composti non presentano né un sapore né un odore particolare, sono soggetti all’ossidazione (imbrunimento), per azione di certi microrganismi possono dare origine a fenoli

condensed tannins naringenin chalcone naringenin flavanone dihydroflavonols leucoanthocyanidins anthocyanins 2,3-cis proanthocyanidins flavonols stilbenes phenylalanine 4-coumaroyl-CoA

CHI

C4H

DFR

LDOX

UFGT

F3H

StSy

cinnamic esters cinnamate p-coumarate

PAL

4CL

CHS

2,3-trans proanthocyanidins

FLS

LAR

BAN

anthocyanidins

C(Co)OMT

CE ?

condensed tannins naringenin chalcone naringenin flavanone dihydroflavonols leucoanthocyanidins anthocyanins 2,3-cis proanthocyanidins flavonols stilbenes phenylalanine 4-coumaroyl-CoA

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volatili, come ad esempio, soprattutto nei vini rossi, il 4-etil-fenolo, che presenta odore di animale, e il 4-etil-guaiacolo. Nel caso di vini conservati in fusti nuovi di rovere, la tostatura del legno porta alla degradazione delle lignine e alla formazione di diversi fenoli volatili, che presentano differenti odori di fumè, grillè, brulè (Riberau-Gayon et al. 1998).

Figura 37. Gli acidi fenolici delle uve e dei vini (Riberau-Gayon et al. 1998)

Antociani: sono i pigmenti blu della buccia delle uve rosse, il loro contenuto varia da 500 a 3.000 mg/Kg di bacche. Essi si trovano essenzialmente nei vacuoli delle cellule della buccia, eccezionalmente nella polpa, ma sono anche presenti nelle foglie, in quantità tanto più importante quanto più la vite è alla fine del ciclo vegetativo. Nelle uve e nei vini si distinguono cinque molecole fondamentali; sotto forma eterosidica (antocianine), queste molecole sono molto più stabili che sotto forma di agliconi (antocianidine) (Figura 38). Nelle uve della Vitis vinifera e nei vini corrispondenti sono state identificate solo le antocianidine monglucosilate e i loro derivati acilati con l’acido p-cumarico, caffeico, e acetico (antociani acilati) (Figura 39). Il colore di questi pigmenti è in funzione della composizione del mezzo (pH, SO2) e dipende dalla loro struttura molecolare e da quella delle sostanze insieme ad essi presenti. Infatti la sostituzione del ciclo laterale causa uno spostamento della lunghezza d’onda del massimo assorbimento (che si orienta verso il colore malva), dall’altra la glucosilazione e l’acilazione spostano il colore in senso inverso, cioè verso l’arancio. Si spiegano così i diversi colori delle bacche delle uve nere, anche se tutte le varietà presentano la stessa struttura antocianica di base, con, a volte, qualche piccola variazione di composizione. Gli si antociani ritrovano soprattutto nel succo vacuolare nelle cellule della buccia, insieme ad altri polifenoli (acidi fenolici, flavonoidi…) che ne possono influenzare il colore attraverso il fenomeno della copigmentazione, con spostamento verso il blu (Mazza et al. 1999, Vian et al. 2006).

Figura 39. Struttura: a) degli antociani-3-monoglucosidi; b) degli antociani-3-monoglucosidi acilati dall’acido p-cumarico sulla posizione 5 del glucosio (per il significato di R′3 e R′5 vedere fig

)

(Riberau-Gayon et al. 1998)

Flavanoli (tannini) (Figura 40, Figura 41): si trovano principalmente nei vinaccioli (1.000-6.000 mg/Kg di bacche), nelle bucce (100-500 mg/Kg di bacche) e nei raspi. Sono sostanze in grado di originare combinazioni stabili con le proteine e con altri polimeri vegetali, quali ad esempio i polisaccaridi. La loro ossidabilità e le loro proprietà sensoriali giocano un ruolo importante nel corso dell’affinamento dei vini rossi e dei vini bianchi in fusti di quercia. La possibile esistenza di molecole aventi le più diverse strutture e dimensioni nei vari tipi di uve e di vini spiega le differenti proprietà, in particolare sensoriali, di questi composti. Quando si parla di tannini, pertanto, non si può tener conto solo del loro tenore, ma anche e soprattutto della loro struttura che, sicuramente, ne condiziona le qualità sensoriali. Secondo la natura delle molecole elementari, essi si distinguono in tannini idrolizzabili e in tannini condensati. I tannini idrolizzabili comprendono i gallotannini e gli ellagitannini, non sono tannini naturali dell’uva; al contrario essi costituiscono i principali tannini commerciali utilizzati nel trattamento dei vini o derivanti dall’utilizzo del legno. I tannini condensati sono presenti in tutte le parti solide dell’uva (bucce, semi, raspo) e passano nel vino durante la fase di macerazione. Il loro tenore nel vino dipende dalle condizioni di vinificazione ed è compreso fra 1 e 4 g/l (Gagnè et al. 2006,).

Figura 40. Struttura dei flavan-3-oli, precursori delle procianidine e dei tannini (Riberau-Gayon et al. 1998)

Figura 41. Struttura delle proantocianidine condensate (Riberau-Gayon et al. 1998)

Flavonoli: nelle bacche sono stati riscontrati otto flavonoli monglucosidi e tre flavonoli diglucosidi; essi derivano dal campferolo, quercetolo, miricetolo e isoramnetolo (Figura 42). Il tenore in flavonoli varia con i vitigni, fra i 10 e i 100 mg/Kg di bacche, si trovano nelle bucce e sono caratterizzati da colore giallo.

Flavononoli: caratteristici delle bucce dei vitigni bianchi (Castillo-Munoz et al. 2007, Makris et al. 2006).

Per considerare alcuni possibili ruoli fisiologici di queste molecole, è utile ricordare alcune loro proprietà: i fenoli sono comunemente di natura acida e formano facilmente legami ad idrogeno, è in virtù di questa proprietà che si possono formare legami tra di essi e proteine strutturali ed enzimatiche con probabili importanti cambiamenti metabolici. La loro rilevanza biologica può essere imputata anche ad altre caratteristiche quali la facilità a chelare metalli o la suscettibilità ad ossidarsi. Ma se il ruolo biologico dei fenoli è, come per tutti prodotti secondari, difficile da accertare, così non si può dire del significato ecologico. Un ruolo dei pigmenti flavonoidici dei fiori e dei frutti nell’attrazione di animali (soprattutto insetti) per l’impollinazione e la disseminazione è accettato da tempo; non solo le antocianine, intensamente colorate, svolgerebbero questo ruolo, ma anche i flavonoli privi di colore. Infatti la diffusa presenza di quest’ultimi nei fiori verrebbe spiegata sulla base delle loro capacità di assorbire la radiazione ultravioletta nella zona 240-380 nm; questa radiazione è rilevabile dagli occhi degli insetti che quindi possono essere guidati alle zone di deposito del nettare dalla distribuzione strategica di flavonoli nei fiori. Altre funzioni ecologiche sono dovute ad un ruolo allelopatico che alcuni fenoli manifestano se secreti dalla pianta stessa; altri rappresentano un deterrente alimentare verso probabili predatori animali; infine vi è un ruolo tossico verso funghi e batteri che può essere naturale o stimolato dall’infezione stessa (fitoalessine): ad esempio il resveratrolo, trovato nella buccia dell’uva, funziona da fungicida naturale e la sua produzione è più abbondante in climi umidi per combattere la muffa, si ritrova nel vino perché viene estratto durante la macerazione e sembra avere proprietà salutistiche a livello cardiovascolare. In virtù di queste considerazioni la vecchia idea che i fenoli fossero prodotti finali e quindi si accumulassero nelle cellule delle piante è stata abbandonata, in quanto anche studi accurati hanno dimostrato la loro continua sintesi e degradazione (Alpi et al. 2004, Maffei 1999, Mattivi et al. 2006).

La maturazione polifenolica

A titolo indicativo la distribuzione dei composti fenolici nelle diverse parti del grappolo è la seguente: 6% nella polpa, 36% nella buccia, 38% nei vinaccioli e 20% nel raspo; si nota che queste sostanze sono ripartite nei tessuti dell’acino in accordo con le loro proprietà antifungine, in quanto esse si oppongono allo sviluppo del micelio di funghi privi di laccasi, unico enzima in grado di degradare i tannini senza essere inattivato .

Dopo l’invaiatura le bacche perdono la colorazione verde, dovuta alla clorofilla, e assumono il colore tipico della varietà. I pigmenti che colorano la buccia degli acini sono dei polifenoli e precisamente i flavonoidi. I pigmenti che si trovano nelle uve bianche sono di colore giallo e prendono il nome di flavonoli, mentre quelli che sono nelle uve rosse si chiamano antociani. La loro sintesi avviene nelle buccia partendo dagli zuccheri, i quali, attraverso la via dell’acido scikimico e dell’acetil-coenzima-A, originano monoglucosidi. Date le dimensioni delle loro molecole non vengono traslocati nella pianta; sono sintetizzati nei vacuoli delle cellule di accumulo e normalmente sono localizzati nella buccia; infatti, solo pochi vitigni hanno uve a polpa colorata e per questo vengono definite uve tintorie. L’accumulo di antociani è strettamente correlato all’accumulo di glucidi, anche se il loro aumento nella bacche inizia con un leggero ritardo rispetto all’accumulo degli zuccheri; appaiano dall’invaiatura e si accumulano durante tutta la maturazione; il loro tenore passa attraverso un massimo in prossimità della maturità, poi sono degradati nel corso della sovramaturazione. Bisogna tener presente che tutte le pratiche colturali che stimolano la vigoria della pianta non sono favorevoli all’accumulo di sostanze coloranti, poiché rallentano i processi di maturazione, dirottando i prodotti della fotosintesi verso la sintesi proteica. Il clima influisce nettamente sul contenuto di antociani delle uve; temperature e luminosità troppo basse e troppo elevate non sono favorevoli (da cui le difficoltà di coltivazione delle uve rosse nei climi caldi e freddi). Il contenuto in antociani è correlato ai vitigni, tanto che alcuni di essi vengono impiegati per estrarre enocianina (es. Ancellotta). Alcune varietà (es. Cabernet Sauvignon) hanno un numero elevato di antociani (circa 15) mentre altre a frutto rosa (es. Moscato rosa) possiedono solo uno o

due composti antocianici. I vitigni mantengono costante il loro contenuto antocianico (salvo mutazioni genetiche). Il numero di antocianidine è costante nelle stessa varietà, ma la loro quantità varia con le annate, il clima (latitudine, altitudine), la produzione, le forme di allevamento e le tecniche colturali in genere. Il rapporto antociani/polifenoli totali può caratterizzare un vitigno; in alcune varietà il colore è dominante sul tannino, mentre in altre si verifica l’inverso oppure sono a carattere intermedio. Le concimazioni possono giocare un ruolo fondamentale, in quanto l’azoto deprime la colorazione (ombreggiamento, ritardo della maturazione, diminuzione degli zuccheri ecc.), mentre il fosforo, il potassio, il magnesio, il boro, il manganese e altri microelemneti stimolano la sintesi degli antociani, dato che favoriscono gli zuccheri. Oltre certi livelli il rapporto K2O/MgO del terreno deprime la sintesi di antociani, perché il magnesio diviene fattore limitante.

Un effetto particolare va assegnato al terreno, in quanto la composizione chimica e fisica può influire sul contenuto di antociani e di polifenoli in genere; rilevante sembra essere il contenuto di calcare attivo, in quanto a elevati livelli si riscontra un elevato contenuto di polifenoli e una riduzione degli antociani. Il pH acido del terreno è generalmente favorevole al colore rosso delle bacche. La disponibilità idrica gioca un ruolo rilevante nella sintesi di antociani, in quanto negli stress idrici (umidià eccessiva, siccità) si riducono gli antociani e i polifenoli in genere, nonché la qualità.

Parallelamente agli antociani, si constata una simile evoluzione dei tannini della buccia, la cui concentrazione, gia importante all’invaiatura, aumenta durante tutta la maturazione e passa attraverso un massimo in prossimità della maturità. I tannini delle bucce sono molecole che possiedono proprietà colloidali, inoltre, man mano che ci si avvicina alla maturità, diventano sempre meno reattivi nei riguardi delle proteine; tutto avviene come se, nel corso della maturazione, i tannini delle bucce vengono progressivamente inattivati e, di conseguenza, perdano la loro aggressività e astringenza. Le bucce sono particolarmente ricche in complessi tannini-polisaccaridi e tannini-proteine che comunicano un sapore delicato. La concentrazione dei tannini dei semi diminuisce generalmente nel corso della maturazione dell’uva, a partire dall’invaiatura; il grado di polimerizzazione è poco elevato all’invaiatura e aumenta nel corso della maturazione. Si tratta di molecole allo stato libero, non colloidali e molto reattive nei riguardi delle proteine; queste caratteristiche conferiscono loro sensibili proprietà tannanti (astringenza) (Figura 43). I fattori ambientali hanno limitata influenza sul contenuto dei tannini dei semi, così come la vigoria della pianta, mentre il contenuto di tannini della buccia è influenzato da questi fattori; la riduzione della vigoria della vite favorisce l’accumulo di questi composti, probabilmente per una maggiore esposizione alla luce. La quantità di luce intercettata è un fattore determinante per la qualità delle uve perché influenza la capacità fotosintetica dell’intera pianta, il bilancio idrico e la ripartizione del carbonio tra attività vegetativa e atiività riproduttiva; il bilancio source/sink è un parametro importante che controlla il contenuto in zuccheri, acidi organici e metabolici secondari. I fotorecettori nel rosso, blu e UV attivano gli enzimi chiavi della via biosintetica dei flavonoidi, come la PAL, la calcone sintasi e la stilbene sintasi; il metabolismo fenolico è controllato dalla qualità della luce, i grappoli esposti hanno un contenuto in flavonoidi delle bucce superiore rispetto a quelli ombreggiati. L’incemento dei flavonoidi è quindi dovuto alla luce tramite un effetto fotochimico e non alla temperatura, che ha come conseguenza la degradazione dell’acido malico; se però la temperatura raggiunge un livello alto (40°), allora si assiste ad una diminuzione di antociani e zuccheri. Le bacche esposte, inoltre, sono più piccole. Quindi la sfogliatura porta ad bacche con un contenuto più alto di polifenoli rispetto ad un controllo non sfogliato.

Il colore dei vini rossi dipende, oltre che da gli antociani, dai tannini, dai loro polimeri, dal pH e dall’età del vino, dato che gli antociani si degradano prima dei tannini, tramite idrolisi, che genera glucosio e antocianidine (instabili). I polifenoli di basso peso molecolare forniscono vini che maturano presto (di pronta beva). Le proprietà tanniche diminuiscono con l’aumento del peso molecolare, ma spesso si ha un incremento dell’ ossidabilità e la possibilità di formare chinoni, aventi sapore amaro e colore bruno. Questi fenomeni (ossidazioni, imbrunimenti, maderizzazioni, sapori amari) sono principalmente correlati al contenuto di flavanoli, che sono polifenoli ossidabili.

I tannini partecipano al colore del vino e il sapore è correlato alle diverse frazioni di tannini: vi sono tannini rotondi o vellutati e tannini erbacei, duri, aggressivi e astringenti (soprattutto in certe varietà, nei climi caldi, nella viticoltura di pianura e in quella con alte produzioni per ceppo). E’ noto, comunque, che i tannini possono combinarsi con le proteine; nelle viti vigorose il metabolismo proteico favorisce sia i composti azotati polimerizzati che i tannini aggressivi erbacei, per cui anche i composti tanno-proteici aumentano, dando sapore grossolano. I polifenoli nel loro complesso (totali) e le varie frazioni dipendono dall’annata e dal clima (in quelli temperati vi sono meno polifenoli ossidabili); la somma antociani + tannini delle bucce e dei vinaccioli aumenta nei climi siccitosi, è influenzata dal vitigno, più o meno ricco di polifenoli nobili o grossolani. In effetti la qualità del vino non dipende solamente dalle variazioni degli zuccheri e degli acidi (a volte minime), ma dal contenuto e dalle frazioni dei polifenoli, dal vitigno al portinnesto, al clima, terreno, dal grado di maturazione delle bacche e dalla permeabilità delle cellule della buccia. In effetti, in funzione dell’ambiente, il massimo dei polifenoli (maturità fenolica) può coincidere con quello del rapporto zuccheri/acidità totale che definisce la maturità ottimale (maturità tecnologica), ma può anche essere situato prima, dopo o addirittura essere assente. La maturità fenolica è lo stato fisiologico dell’uva caratterizzata da un particolare tenore e da un particolare struttura dei composti fenolici della buccia e dei semi, da cui dipende la loro diffusione nel mosto nel corso della vinificazione. Teoricamente le uve più ricche in antociani dovrebbero condurre, sotto condizioni di vinificazione confrontabili, a vini più colorati, ma questo non sempre accade in quanto l’uva possiede, in dipendenza dalle condizioni di maturità e degradazione delle cellule delle buccia e dalla varietà, un potenziale di estrazione o estraibilità variabile. Tenendo costanti tutti i parametri ambientali e colturali, quando l’uva raggiunge una perfetta maturità o una leggera surmaturazione, il vino presenta un contenuto antocianico più elevato di quello che avrebbe avuto se fosse stato ottenuto da uve non mature, anche se il livello assoluto di questi composti nell’uva è inferiore. In condizioni di maturità, anche il tenore in composti fenolici totali del vino raggiunge i valori più elevati. E’ possibile, in vigneto, farsi un’idea dello stato di degradazione della buccia attraverso l’osservazione della colorazione delle dita, pressando fortemente un acino fra il pollice e l’indice. Per avere un vino colorato, allora, l’accumulo di antociani nella buccia costituisce una condizione necessaria ma non sempre sufficiente; è necessario infatti che le cellule siano sufficientemente degradate perché queste sostanze siano facilmente estraibili attraverso una tecnica di vinificazione soffice. La maturità fenolica corrisponde all’ottenimento simultaneo di un potenziale importante in pigmenti nell’uva e di una loro buona capacità di diffusione nel vino (Berqvist et al 2001, Cortell et al. 2005, Cortell et al. 2006, Crippen et al. 1986, Downey et al 2004, Fournand et al. 2006, Haselgrove et al. 2000, Harbertson et al. 2005, 2000, Mattivi et al. 2006, Mazza et al. 1999, Ortega-Regules et al.2006, Pereira et al. 2006, Price et al. 1995, Riberau-Gayon et al 1998, Fregoni).

Figura 43. Evoluzione della concentrazione in antociani e in tannini nelle bucce e nei semi nel corso della maturazione dell’uva (Riberau-Gayon et al. 1998).