L'anidride solforosa in enologia

La diffusione dell’impiego del diossido di zolfo (altrimenti chiamato anidride solforosa e, qualche volta, designato semplicemente come ” SO₂ “) nella produzione dei vini risale verosimilmente alla fine del XVIII secolo. 
Le sue numerose proprietà lo rendono uno strumento indispensabile della pratica di cantina. Forse vini possono essere vinificati in assenza totale o, quasi di SO₂ tuttavia sarebbe sicuramente presuntuoso pretendere di vinificare in questo modo la totalità dei vini prodotti nelle diverse zone viticole del mondo. Non bisogna dimenticare che anche il lievito in fermentazione produce deboli quantità di SO₂. 
Le dosi sono generalmente inferiori ai 10 mg/l e solo in alcuni casi possono superare i 30 mg/l. L’assenza totale del diossido di zolfo nel vino risulta di conseguenza eccezionale, anche in mancanza di solfitazione.

Sono qui di seguito elencate le principali proprieta del diossido di zolfo: 

1. è un antisettico, inibisce lo sviluppo dei microrganismi. La sua attività è maggiore nei confronti dei batteri che dei lieviti. A basse dosi l’inibizione è transitoria; dosi elevate provocano la distruzione di una certa percentuale della popolazione microbica; l’efficacia di una determinata dose risulta accresciuta quando si riduce la popolazione iniziale, per esempio con una filtrazione. 
   Durante la conservazione, l’anidride solforosa si oppone allo sviluppo di tutti i microrganismi (lieviti, batteri lattici, batteri acetici) ed evita, in questo modo, la formazione di intorbidamenti dovuti alla presenza di lieviti, la rifermentazione dei vini dolci, lo sviluppo dei lieviti filmogeni (fioretta) e le diverse alterazioni di origine batterica

2. è un antiossidante, esso combina, in presenza di catalizzatori, l’ossigeno disciolta secondo la reazione:

   SO₂ + ½ O₂ —–> SO₃ 

   Questa reazione è lenta, consente di proteggere i vini dall’ossidazione di natura chimica, tuttavia è senza effetto nella protezione dei mosti la cui ossidazione di natura enzimatica, è molto più rapida.
   La SO₂ preserva i vini da una eccessiva ossidazione dei composti fenolici e di alcune sostanze aromatiche; previene la maderizzazione, contribuisce a mantenere un livello di ossidoriduzione sufficientemente basso, favorevole all’evoluzione delle caratteristiche sensoriali durante la conservazione e l’invecchiamento

3. è un antiossidasico, inibisce istantaneamente l’azione degli enzimi ossidasici (tirosinasi, laccasi) e, se necessario, ne consente la successiva distruzione. Attraverso questo meccanismo, la SO2 protegge i mosti dall’ossidazione, prima dell’avvio della fermentazione. Evita anche la comparsa della casse ossidasica nei vini bianchi e nei vini rossi ottenuti da uve botrizzate
4. combina l’etanale ed altri composti simili, protegge l’aroma dei vini ed elimina la nota di svanito. Sulla quantità di SO₂ da impiegare nei vini si sono sollevate numerose questioni. Occorre assolutamente evitare dosi eccessive, principalmente per ragioni igieniche, e dosi elevate possono interferire anche con l’aroma del vino, provocando l’attenuazione del profumo; dosi ancora superiori trasmetterebbero difetti caratteristici, quali un odore soffocante ed irritante ed una sensazione di bruciore a fine degustazione. 
   Al contrario, quando la quantità è insufficiente ad assicurare la stabilita totale, un’ossidazione eccessiva o uno sviluppo microbico possono compromettere l’aspetto e la qualità complessiva del vino. 
   La regolazione delle dosi non è affatto semplice se si considerano i complessi equilibri chimici a cui questa molecola partecipa nel vino: al variare della composizione del mezzo essa si trova sotto forme diverse che possiedono anche proprietà differenti. 
   I notevoli progressi nella conoscenza della chimica del diossido di zolfo e delle sue proprietà hanno permesso di razionalizzare il suo impiego nel vino e di diminuire in maniera considerevole le dosi di impiego, regolate dalla legislazione della UE.

Nella pratica, le dosi di impiego sono ancora più basse. L’Office International la Vigne et du Vin (O.I.V.) raccomanda ai propri Stati membri valori un po’ più elevati di quelli stabiliti dalla UE. 
In alcuni Paesi, la regolamentazione del diossido di zolfo prevede un limite comune per tutti i vini: per esempio questo valore di 350 mg/l negli Stati Uniti, in Canada, in Giappone ed in Australia. Tenuto conto dell’esistenza di un equilibrio variabile tra la forma libera e la forma combinata, la legislazione dei diversi paesi prende, generalmente, in considerazione esclusivamente la dose di diossido di zolfo totale; alcuni paesi tuttavia hanno una regolamentazione anche per la frazione libera. 
Attualmente, in particolare per motivi di salute del consumatore, si ricerca la possibilità di una ulteriore riduzione dei contenuti autorizzati nei diversi tipi di vini. Ciò dipende sia dal miglioramento nel controllo delle condizioni di impiego di questo prodotto che dalla più approfondita conoscenza delle proprietà chimiche, così come del ruolo enologico della molecola di diossido di zolfo. 
Può anche essere interessante valutare la possibilità di impiego di prodotti di sostituzione; se si considera la molteplicità degli effetti, totalmente differenti, che il diossido di zolfo possiede, è poco probabile immaginare l’esistenza di un’altra sostanza in grado di assolvere alle medesime funzioni, senza presentare inconvenienti. 
Al contrario, si può sicuramente ipotizzare l’esistenza di sostanze in grado di completare l’effetto della SO₂ limitatamente ad alcune delle sue proprietà. L’individuazione di un prodotto o di una tecnica di sostituzione è stata una costante preoccupazione della ricerca enologica. 

È consuetudine esprimere il contenuto nel vino in mg/L (o ppm) di diossido di zolfo, SO₂, benché questa sostanza esista nel vino sotto molteplici forme. Si può dunque indifferentemente parlare di “diossido di zolfo”, oppure di “anidride solforosa” oppure di “anidride solforosa gassosa” ed eventualmente di “acido solforoso” benché la molecola corrispondente non possa essere isolata; tuttavia l’espressione “zolfo del vino”, e decisamente scorretta, che è da riservare ai prodotti utilizzati in viticoltura per il trattamento contro l’oidio. 
Le aggiunte al vino sono sempre indicate in m/L, o in g/hL di anidride, qualunque sia la forma effettivamente impiegata, diossido di zolfo gassoso o in soluzione liquida, soluzione di bisolfito di potassio (KHSO₃) o, ancora, di metabisolfito di potassio (K₂S₂O₅). 
L’effetto di un’aggiunta è il medesimo, indipendentemente dalla forma impiegata; l’equilibrio che si stabilisce tra le diverse forme è identico e dipende dal pH e dalla presenza di molecole che combinano il diossido di zolfo. In conclusione, il diossido di zolfo consente la conservazione di numerosi tipi di vino attualmente conosciuti che diversamente non esisterebbero. In particolare, permette la conservazione prolungata in fusti, seguita dall’invecchiamento in bottiglia. 
Tenuto conto della molteplicità delle reazioni chimiche cui partecipa, non è sempre facile stabilirne le dosi di impiego in modo da poter beneficiare quanto più possibile dei suoi vantaggi senza doverne temere gli effetti negativi. Il margine di errore negli apporti non dovrebbe superare ± 10 mg/l. 

L’anidride solforosa (SO₂; PM = 64 g/mole) è un gas incolore, non infiammabile, solubile in acqua e con un forte odore pungente .

Nella tabella seguente vengono riportati i valori relativi ad alcune tra le principali caratteristiche chimico-fisiche di questa sostanza (Handbook of Chemistry and Physics, 1974).

I dati riportati in tabella sottolineano l’elevata tendenza di questo gas a disciogliersi in acqua e soprattutto la sua affinità per l’alcol etilico, per cui la sua solubilità in un mosto/vino tenderebbe ad aumentare con il procedere del processo di vinificazione. 
La SO₂ viene commercializzata in bombole di diverse dimensioni, riempite rispettivamente con 10-12 kg o 45-47 kg di prodotto utile. 
Operando in condizioni standard (25°C, 1 atm), dalla completa gassificazione di un litro di SO₂ liquida (d SO_{2 liq, T=25°C} = 1,314 g/mL) si generano circa 50 litri di vapore. 
La SO₂, anche se presenta un’elevata tossicità acuta (DL₅₀ = 1,5 g/kg di peso corporeo), trova molteplici applicazioni nella conservazione degli alimenti (Comuzzo e Tat, 2003a). 
Sebbene l’ampia diffusione dell’utilizzo del freddo in conservazione (congelamento e surgelazione) ne abbia notevolmente ridimensionato l’impiego, la SO₂ rimane tuttora un additivo insostituibile di uso generale nel settore delle bevande fermentate e in quello enologico in particolare (Garoglio, 1980). 
Nella tabella seguente sono riportati i derivati che vengono comunemente impiegati come fonti di SO₂, unitamente ad alcune loro caratteristiche chimico-fisiche.

La combustione dello zolfo (S) forma un gas, la SO₂ . 
La SO2 gassosa si dissolve nell’acqua dove dovrebbe produrre l’acido solforoso:

ma poiché l’acido solforoso non è mai stato isolato come specie pura, l’anidride solforosa disciolta in acqua viene più correttamente indicata come SO₂H₂O. 
In soluzione acquosa questo composto si ripartisce in tre forme tra loro in equilibrio e più precisamente come molecola indissociata, l’acido solforoso (H₂SO₃ o SO₂H₂O), che essendo biprotico darà origine, attraverso i relativi equilibri di dissociazione (pK_a1= 1,78; pK_a2 = 7,06), allo ione bisolfito (HSO^3– ) e allo ione solfito (SO₃^-- ):

Queste tre forme H₂SO₃, HSO₃^– e SO₃^-- costituiscono, per definizione, la “SO2 libera”.

Data la presenza di un numero elevato di composti di diversa natura, l’anidride solforosa disciolta in un mosto/vino tende a interagire con una molteplicità di componenti, per cui si ritrova in forma sia libera sia combinata, in proporzioni variabili in funzione della composizione e delle condizioni chimico-fisiche del mezzo (Salati, 1999).

Un’importante aliquota della solforosa totale tende, infatti, a legarsi ad alcuni composti e in particolare a quelli che presentano una funzione carbonilica (aldeidica o chetonica). La frazione combinata, in forme più o meno stabili, non sviluppa né l’odore né il gusto caratteristico del gas solforoso e non è più in grado di ossidarsi riducendo lo iodio. 
La SO2 combinata non possiede le proprietà della SO₂ se non coi batteri; pertanto è senza interesse enologico. Questa inattivazione è il risultato di equilibri chimici con numerose sostanze caratterizzate ciascuna da una “costante di dissociazione” K_d. 

SO_{2 libera} + composti carbonilici <===> SO_{2 combinata} 

Una costante molto bassa corrisponde ad un’inattivazione molto stabile e praticamente totale (es: SO₂ e etanale); una costante elevata corrisponde ad un’inattivazione poco stabile, che rilascia la SO₂ libera quando quest’ultima viene a diminuire (es: SO₂ e glucosio o, in modo intermedio, SO₂ e acido piruvico). 
D’altronde, solo la frazione di SO₂ libera presente allo stato molecolare SO₂ è attiva. Questo valore d’attività (rapporto SO₂ molecolare/SO₂ libera) cresce molto quando il pH si abbassa, la temperatura si alza e il titolo alcolometrico cresce (passaggio dal mosto al vino). 

Alla concentrazione acidica del vino, solo una piccola frazione della quantità totale rimane indissociata (forma molecolare). 

E’ questa forma, non ionizzata, ad essere attiva dal punto di vista pratico-applicativo, mentre la frazione dissociata (ione bisolfito) ha un’attività relativamente modesta (anche se reagisce direttamente con lo iodio). 
Il rapporto fra queste due frazioni, che insieme rappresentano la SO₂ libera, è regolato dal pH, per cui nel mosto/vino (pH = 3,2 – 3,4) la prima funzione acida (pK_a1= 1,78) risulterà quasi completamente dissociata e quindi può essere facilmente neutralizzata, formando bisolfiti o sali monobasici (Maujean, 2000).

Al contrario, la seconda funzione dell’acido solforoso (pK_a2 = 7,06), è praticamente indissociata per cui il vino risulta privo di solfiti.

La formazione dell’anione disolfito o metabisolfito (S₂O₅^-2; ) può essere spiegata, in accordo con l’equazione di equilibrio riportata di seguito (Salati, 1999), partendo dallo ione bisolfito (HSO₃^– ):

Lo ione S₂O₅^-2 presenterebbe una struttura ditetraedrica, dissimmetrica, quale conseguenza di un legame diretto S-S . Quest’ultima relazione assume particolare rilevanza nel caso in cui venga aggiunto al mosto o al vino, come fonte di SO₂, il metabisolfito di potassio (K₂S₂O₅). 
In un ambiente acido quale il vino, dalla dissociazione del disolfito di potassio si libererebbe prontamente SO₂ attraverso una reazione del tipo (Garoglio, 1980):

Tuttavia, a parte l’effetto del catione potassico, non esisterebbe identità nell’uso di SO₂ e K₂S₂O₅ , come verificato in ripetute esperienze di desolfitazione dei mosti e dei vini (Salati, 1999), in quanto l’uso anche parziale di metabisolfito di potassio rende assai più difficoltosa la desolfitazione, come risultato della formazione di combinazioni organiche stabili, formabili in quantità più ridotta nel caso dell’uso diretto di SO₂. 
I composti che combinano la SO₂ hanno diverse origini:

• l’uva sana contiene alcuni acidi carbonilici (acido piruvico e α -chetoglutarico…) che possono combinare da 5 a 30 mg/l di SO₂
• la muffa grigia da Botrytis cinerea da sola può aumentare questo valore di combinazione fino a 50-100 mg/l
• le muffe volgari, acide…, con sviluppo di batteri acetici e lieviti ossidativi possono arrivare a valori di SO2 combinata da 100 a 500 mg/l
• una fermentazione alcolica corretta forma piccole quantità d’etanale, d’acido piruvico e α-chetoglutarico
• le fermentazioni stentate e/o con uve ammuffite, male illimpidite possono portare a importanti aumenti di combinazioni sia nel mosto che nel vino, fino a 50 a 200 mg/l

Tornando alle sostanze organiche presenti nel mosto/vino che legano la SO2 , oltre ai composti di natura carbonilica (Ribéreau-Gayon etal., 2000):

• a funzione aldeidica, in particolare aldeide acetica o acetaldeide
• a funzione chetonica o acidi chetonici, ossia acido piruvico ed acido 2-chetoglutarico
• derivanti dall’ossidazione di zuccheri: acido 2-chetogluconico, acido chetogluconico, 5-chetofruttosio, 2-desossixilosio
• zuccheri: glucosio, arabinosio; 
  si ritrovano altre sostanze di natura polare, quali le antocianine (addizione al carbonio 2 e 4 dell’anello pirossonico, Bakker e Timberlake, 1997), acidi uronici (acido galatturonico e mucico, Comuzzo eTat, 2003b).

In quanto specie largamente favorita ai valori di pH di un vino, è l’anione solfito acido (HSO₃^– ), dove lo zolfo assume uno stato di ossidazione +IV, il composto solforoso coinvolto in queste trasformazioni che portano alla formazione di acidi α-idrossisolfonici. 
Questi composti di natura carbonil-solfitica, godono di una significativa stabilità ai pH tipici del vino, anche se si evidenziano notevoli differenze in funzione della struttura molecolare che ospita il gruppo carbonilico. 
Tra i composti presenti nel vino che vengono coinvolti in queste trasformazioni, l’acetaldeide (etanale), in quanto importante intermedio della fermentazione alcolica, è il prodotto più significativo (Ribéreau-Gayon et al., 2000). La concentrazione dell’acetaldeide in un mosto/vino può raggiungere valori pari a 400/600 mg/L, con punte superiori in caso di fermentazioni che decorrano in condizioni critiche e in ambiente ossidante. 
L’acetaldeide costituisce un importante accettore di SO₂, con cui reagisce prontamente e vivacemente quando la temperatura assume valori superiori ai 20°C. 
La SO₂ addizionata volontariamente o eventualmente generata dai lieviti andrà a interagire con il gruppo carbonilico (-CHO) di questa aldeide, per produrre un acido aldeido-solforoso che risulta stabile a pH acido, rendendo questa trasformazione praticamente irreversibile, in accordo con quanto indicato dal valore assunto dalla costante di dissociazione di questo acido (K = 2,4•10^-6), che tende a evidenziare come la quasi totalità (99%) di questa specie risulti combinata con l’acido solforoso (Salati, 1999).

Anche la cinetica associata a questa trasformazione risulta piuttosto rapida, per cui si completa in alcuni minuti o al massimo in qualche ora. Il rapporto di combinazione tra le due specie è di 70 mg/L di acetaldeide per 100 mg/L di SO₂, un valore che non sembra risentire delle variazioni di pH e della temperatura che, al contrario, appare in grado di influenzare i tempi necessari per completare la trasformazione. 
Operando, infatti, a temperature più ridotte, si allungano i tempi di questa trasformazione, fino a impedirne il completo decorso nei tempi classici di vinificazione, per cui sarebbe opportuno condurre la fermentazione alcolica a temperature più basse (Comuzzo e Tat, 2003a). Gli acidi chetonici, come il piruvico e il 2-chetoglutarico, si formano quasi esclusivamente nel corso della fermentazione alcolica, specialmente quando questa decorre a temperatura superiore, pH più elevati o in condizioni ossidanti (Maujean, 2000). 
Mentre il maggior accumulo di acido piruvico si verifica nel corso delle fasi iniziale del processo fermentativo, quello del 2-chetoglutarico (dell’ordine di qualche centinai di mg/L), che si ottiene anche a seguito dalla transaminazione dell’acido glutammico promossa dai lieviti (metabolismo proteico cellulare), risulta più regolare. 
Il prodotto della combinazione con la SO₂ risulta più stabile per l’acido piruvico che per il 2-chetoglutarico, che, data l’elevata tendenza a dissociarsi ripristinando i due prodotti di partenza, può rappresentare una vera e propria riserva di SO₂ nel mezzo di reazione.

Un altro gruppo di composti carbonilici di natura chetonica, in grado di combinarsi con l’anidride solforosa, deriva dall’ossidazione di gruppi ossidrilici (in posizione 2 e/o 5) degli zuccheri, promossa da alcuni batteri aerobi (Gluconobacter). 
La presenza di questi composti diviene significativa nelle uve alterate e quindi nei mosti da queste prodotti (Dal Cin, 1991). 
Il 5-chetofruttosio rappresenta il prodotto che reagisce più significativamente con la SO₂ generando un derivato solfitico che, essendo caratterizzato da un ridotto valore della costante di dissociazione (K = 3•10^-4) (Salati, 1999), risulta relativamente stabile. 
Il prodotto della combinazione SO₂/2-desossixilosio viene ritrovato in concentrazioni minori a causa della più ridotta affinità (K_{dissociazione} = 1,4•10^-3) e della minor presenza di questo derivato zuccherino nelle uve. 
Nelle uve botritizzate, una certa attività nei confronti dell’acido solforoso è mostrata dall’acido 5-chetogluconico, che si combina con la SO₂ in forma labile, al contrario di un suo isomero, l’acido 2-chetogluconico, che apparirebbe insensibile alla presenza della SO₂. 
Tra gli acidi uronici assume una certa rilevanza l’acido galatturonico, derivante principalmente dalla degradazione delle sostanze pectiche, che può raggiungere concentrazioni significative (2 g/L), nelle uve alterate o nei vini liquorosi prodotti con uve surmature, appassite o “infavate” (Maujean, 2000). Interagendo con la SO₂, l’acido galatturonico produce un addotto piuttosto instabile, caratterizzato da un’elevata costante di dissociazione (K = 1,7•10^-2) (9).
Anche alcuni zuccheri dell’uva tendono a legarsi con l’anidride solforosa e tra questi solo l’arabinosio presenta una significativa percentuale di combinazione (1,8%), anche se la costante di dissociazione del suo addotto con la SO₂ non risulta certo trascurabile (K= 4•10^-2). Il glucosio, al contrario, evidenzia una scarsa attitudine a legarsi con la SO2 (% di combinazione con la SO₂ = 0,08%) mentre il fruttosio non sembra in grado di interagire con questo additivo.

Infine è indispensabile fare riferimento alle combinazioni organico-solfitiche irreversibili che si generano a seguito dell’interazione della SO₂ con i ponti disolfuro delle proteine, che vengono denaturate, per cui perdono anche l’eventuale attività catalitica (inibizione enzimatica aspecifica, Salati, 1999):

Questa reazione rende conto dell’elevata aggressività che caratterizza questo composto e che ne condiziona l’impiego in campo alimentare.

Al variare della temperatura variano i risultati del dosaggio della SO₂ libera contenuta in campioni di un medesimo vino liquoroso prodotto con uve colpite da marciume nobile ed avente un forte potere di combinazione, quelli relativi alla SO₂ totale rimangono, invece, perfettamente costanti.

Esiste, dunque, una cena incertezza nei risultati del dosaggio della SO₂ libera al variare delle condizioni, gli scarti possono raggiungere i 20 mg/L. Per lo stesso motivo, si consiglia di considerare la temperatura di conservazione del vino, quando si voglia valutare l’efficacia di una solfitazione, almeno per quanto riguarda i vini dolci. Infine, l’influenza della temperatura assume una particolare importanza durante il riscaldamento dei vini nel corso del quale il tenore in SO₂ libera può aumentare del doppio ed anche più. La liberazione di diossido di zolfo accentua, in modo significativo, l’efficacia del riscaldamento e contribuisce a spiegare come la sterilizzazione dei vini possa essere ottenuta, al momento dell’imbottigliamento, con temperature relativamente basse, comprese, ad esempio, tra 45 e 50 °C. 

Da tempo l’enologia si è preoccupata di definire delle regole di combinazione applicabili sia alla solfitazione di un vino nuovo a fine fermentazione, sia al controllo della SO2 libera durante la conservazione. Il procedimento che consente di ottenere i risultati più precisi consiste nell’effettuazione di una prova preliminare su diversi campioni del medesimo vino a cui vengono aggiunte dosi crescenti di SO2 al fine di tracciare una curva come quella riportata sotto.

Si tratta di un’operazione lunga e delicata e per questo non sempre realizzabile. È comunque sempre raccomandabile effettuare queste prove di laboratorio prima di operare aggiunte di SO₂ subito dopo la fermentazione a vini sconosciuti; se si considerano le differenze esistenti tra le uve, una dose standard di SO₂ può portare, secondo i casi, ad un tenore in SO₂ libera insufficiente ad assicurare la conservazione, o al contrario, ad un tenore troppo elevato e difficile da ridurre. 
La curva combinazione evidenzia chiaramente come il contenuto di diossido di zolfo combinato aumenta al crescere del diossido di zolfo libero, tuttavia questo incremento risulta tanto minore, quanto maggiore è la concentrazione di diossido di zolfo già presente allo stato libero. 
Se si vuole aumentare il contenuto di SO₂ libera di un vino che già ne contiene, occorre considerare che una parte della SO₂ aggiunta passerà allo stato combinato e che questa combinazione sarà tanto maggiore quanto minore è il contenuto di SO₂ libera già presente nel vino. Come regola generale si considera che, nei vini normali contenenti già SO₂ libera, i due terzi di un’aggiunta supplementare restano allo stato libero ed un terzo si combina: ne deriva che per aumentare il tenore in SO₂ libera di 20 mg/l bisogna aggiungerne 3 g/hl. 
Occorre, tuttavia, considerare eventuali casi anomali che corrispondono a tassi di combinazione molto più elevati. Nella pratica, si raccomanda fortemente, trascorso qualche giorno dall’aggiunta di SO₂, di verificare che la dose di SO₂ libera corrisponda effettivamente alla dose ricercata e che le condizioni della stabilizzazione siano state adeguatamente raggiunte.