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Fermentazione alcolica, come va?

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Gestire la fermentazione alcolica

La fermentazione alcolica è il processo chiave della trasformazione dell’uva in vino: per ogni molecola di zuccheri, glucosio o fruttosio, si producono due molecole di etanolo e due di anidride carbonica.

C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2

Protagonista di questa trasformazione (nella quale come sottoprodotti del processo fermentativo o prodotti di altre vie metaboliche si producono anche molti altri composti fondamentali per la qualità dei vini) è il lievito Saccharomyces cerevisiae.

Una fermentazione si considera corretta quando la popolazione dei lieviti, siano quelli indigeni presenti nel mosto o meglio quelli inoculati da una coltura selezionata, prevale velocemente sui microorganismi non desiderati (come i batteri ad esempio), ha un buon avvio e procede regolarmente nel consumo degli zuccheri fino al loro completo esaurimento.

Per il loro metabolismo i lieviti hanno bisogno (oltre che naturalmente degli zuccheri) di sostanze azotate (sono in grado di assimilare sia azoto inorganico in forma di ione ammonio, sia amminoacidi), di fattori di crescita (le vitamine e i sali minerali che funzionano da cofattori di molte attività enzimatiche) e di fattori di sopravvivenza (acidi grassi saturi e insaturi e steroli che formano la membrana cellulare garantendone la funzionalità).

Il rischio principale, quando la carenza di alcuni di questi elementi provoca uno stress ai lieviti, è che questi cessino di consumare zuccheri e che progressivamente le cellule muoiano. Si parla in questi casi di fermentazione stentata e nei casi peggiori di arresto di fermentazione.

In cantina produttori ed enologi dispongono di alcuni strumenti per gestire i fabbisogni dei lieviti ed evitare i rischi: i nutrimenti azotati (sali di ammonio e derivati del lievito ricchi in amminoacidi e lipidi di membrana), l’ossigeno (necessario per la sintesi di acidi grassi insaturi e steroli) e la temperatura (che deve mantenersi in un range, tipico per ogni ceppo, ottimale per lo sviluppo del lievito).

Il controllo prima di tutto

Ma come devono essere utilizzati questi strumenti? Per una gestione corretta della fermentazione e dello stato di salute dei lieviti il controllo è alla base di tutto e risponde alle domande: come sta andando la mia fermentazione? Come stanno i miei lieviti?

Il controllo della fermentazione più frequente in cantina è la misura indiretta del consumo degli zuccheri determinato per via densimetrica: passando da soluzione zuccherina a soluzione idroalcolica il mosto diminuisce progressivamente la sua densità e tale diminuzione è proporzionale alla riduzione degli zuccheri in soluzione.

La densità espressa su scale diverse (Babo, Oeschle ecc) viene misurata su un campione, considerato rappresentativo della massa in fermentazione (assumendo che vi sia omogeneità all’interno di una vasca), prelevato una o più raramente due volte al giorno.

Le ricerche svolte soprattutto nelle due scuole più attive nello studio della gestione della fermentazione alcolica, quella di Jean Marie Sablayrolles all’INRA di Montpellier in Francia e quella di Linda Bisson all’Università di Davis in California, hanno messo in evidenza a partire dalla fine degli anni 90 del secolo scorso che il parametro che meglio descrive le caratteristiche di qualità e i punti critici del processo fermentativo è la velocità istantanea di fermentazione.

La velocità di fermentazione ha un andamento tipico per ogni fase della curva di sviluppo della popolazione dei lieviti (fase di avvio, di crescita esponenziale, stazionaria e di morte). In una curva tipica (ed ottimale) nella fase iniziale essa cresce fino a raggiungere un picco massimo a circa 1/4 del consumo degli zuccheri per poi diminuire, mantenersi costante e decrescere rapidamente al momento del completo esaurimento degli zuccheri.

ADCF

Il controllo della cinetica fermentativa realizzato con la misura giornaliera della densità (sopra) e con la misura puntuale e continua della velocità di fermentazione ADCF (sotto)

Alcuni punti tipici della curva di velocità di fermentazione possono dare informazioni fondamentali per la valutazione della qualità della fermentazione e per una sua corretta gestione: la velocità massima raggiunta al termine della fase esponenziale, il tempo impiegato per raggiungere tale velocità e lo slope della curva di velocità di fermentazione nel punto di transizione dalla fase di massima velocità alla fase stazionaria.

Gli studi svolti da Sablayrolles hanno definito anche che il periodo migliore per l’aggiunta di nutrimenti azotati e per le ossigenazioni necessarie per la sintesi dei composti lipidici di membrana va dal momento di massima velocità (a circa 1/4 della fermentazione alcolica) fino a metà fermentazione.

Quando la velocità di fermentazione diminuisce in modo anomalo soprattutto dopo che ha raggiunto il suo picco massimo e durante la fase stazionaria, deviando da questo andamento tipico, può darsi che il lievito stia andando incontro ad una situazione di stress e non sia più in grado (a causa della carenza di sostanze azotate o di uno stato di inefficienza della membrana cellulare) di assimilare e trasformare gli zuccheri.

Un monitoraggio svolto con un intervallo di tempo giornaliero, come quello realizzato con le misure densimetriche, spesso non è in grado di rilevare né il momento in cui il picco di massima velocità viene raggiunto (e quindi il momento migliore per gli interventi tecnologici di nutrizione e di ossigenazione) né il suo livello, né tantomeno di intervenire tempestivamente in caso di rallentamento.

Analisi Dinamica della Cinetica Fermentativa (ADCF)

Dalla necessità di misurare parametri come la velocità di fermentazione e gli altri punti critici in modo puntuale e tempestivo, Parsec ha sviluppato, con uno studio avviato già nel 2004 in collaborazione con il DEISTAF dell’Università di Firenze, un sistema adatto a monitorare in continuo l’andamento fermentativo, attraverso la misura diretta di uno dei prodotti della trasformazione degli zuccheri, la CO2. 

Il sistema ADCF (Analisi Dinamica della Cinetica Fermentativa) fornisce una misura continua e molto precisa di quanto avviene in tutta la massa in fermentazione misurando in ogni momento le quantità di CO2 prodotte dai lieviti, senza essere influenzata dall’effetto del campionamento.

Per dare un’idea dei volumi di CO2 che devono essere misurati possiamo considerare che nella fermentazione di un mosto contenente 220 g/l di zuccheri (circa 13°V/V in alcol potenziale) vengono prodotti circa 55 litri di CO2 per litro di mosto. Un volume altissimo, se si tiene conto che solo l’1% viene trattenuto in forma disciolta all’interno del liquido, mentre tutto il resto viene liberato esternamente.

Con dei volumi di gas di questo tipo si è portati a pensare che la misura non debba essere difficile. In effetti non è così. I volumi di CO2 che si producono nella fermentazione non vengono liberati con velocità costante e un sistema affidabile necessita di un’identica precisione nel rilevare il gas prodotto in ogni intervallo (dai più bassi ai più elevati) e per tutto il periodo nel quale deve essere monitorato il processo. Un sistema in grado di monitorare con precisione solo la fase iniziale quando i volumi prodotti sono elevati ad esempio non è utile in quanto non consente di rilevare eventuali rallentamenti nelle fasi finali e più critiche per il completamento del consumo degli zuccheri.

Dopo una valutazione approfondita dei sensori disponibili sul mercato e dei sistemi di misura del flusso dei gas, affidabili e precisi ma efficienti solo in range limitati di CO2 e non in grado di garantire un’uguale precisione e affidabilità in tutto l’intervallo nel quale era necessario misurare l’andamento fermentativo, è stato messo a punto il sistema attuale ADCF: un sistema chiuso, applicabile su qualsiasi tipo di serbatoio (purché dotato di chiusino) che mantenendo la vasca in leggera sovrapressione misura anche le più piccole variazioni di pressione e temperatura dovute alla produzione di CO2.

La velocità di fermentazione di ogni vasca può essere monitorata con ADCF in tempo reale; la gestione dei dati avviene attraverso il sistema integrato Saen5000 che non soltanto permette di visualizzare ed archiviare in remoto le curve ma anche di far dialogare ed interagire i parametri della fermentazione con le altre funzioni gestite dal sistema, dal controllo della temepratura alla ossigenazione o le operazioni di rimontaggio.

ADCF2

 

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