L’uso degli enzimi in enologia: un ausilio biologico alla vinificazione di qualità

Nell’ambito dell’attuale produzione di vino, due sono le principali esigenze che vengono sempre messe in luce dai tecnici:

1. la semplicità e l’economicità del processo;
2. la necessità di ottenere un vino dalle caratteristiche sempre più evidenti e riconoscibili.

La traduzione tecnologica di queste preoccupazioni, non sempre facilmente conciliabili, sta ponendo sempre più in evidenza l’interesse e le potenzialità della “biotecnologia”. Si tratta infatti di conoscere bene i fenomeni naturali che si stanno svolgendo e di scegliere fra i tanti, quelli che si ritengono più interessanti ai propri fini.
In questo contesto gli enzimi possono svolgere in enologia un ruolo decisamente importante. Nel corso degli ultimi trenta anni, l’uso di preparazioni enzimatiche industriali si è rapidamente esteso in tanti campi di applicazione. Le prospettive di sviluppo di questi strumenti biotecnologici, ad elevate prestazioni, sono ancora numerose. Le ragioni del successo degli enzimi si possono spiegare con la loro efficacia, precisione, comodità d’uso e compatibilità con l’ambiente.
D’altronde, le preparazioni enzimatiche, data la loro azione selettiva e ragionata, contribuiscono non solo al mantenimento, o meglio al miglioramento, della qualità dei prodotti ma anche alla riduzione dei costi di produzione.

Nel settore enologico, l’impiego di preparati enzimatici è oggi diventato pratica corrente in tutti i paesi produttori. Le preparazioni enzimatiche permettono di valorizzare il potenziale presente nell’uva estraendone la quintessenza nel corso delle varie fasi della vinificazione. Permettono anche di ridurre i bisogni energetici e i prodotti di trattamento.
Gli enzimi, come pure i lieviti ed i batteri, costituiscono una gamma di ausiliari tecnologici che hanno il loro posto nell’enologia moderna. Il settore delle biotecnologie è vasto e riserverà certamente degli sviluppi prodigiosi nella scoperta di nuove molecole o di nuovi microrganismi. Gli enzimi sono sempre stati utilizzati dall’uomo, sia sotto forma di materie vegetali ricche in enzimi, sia sotto forma di microrganismi utilizzati a scopi diversi (industria birraria, panificazione, produzione di alcol).
La storia della tecnologia enzimatica moderna potrebbe iniziare nel 1874, periodo in cui il chimico danese Christian HANSEN preparò il primo campione di caglio estratto dagli stomachi di vitello disidratati. La possibilità di sfruttare gli enzimi prodotti da alcuni micro-organismi per facilitare alcuni processi nel corso della vinificazione, risale ad un’intuizione del padre della microbiologia enologica Louis Pasteur, ma è solo nel Novecento, a partire dagli anni ’70, che gli enzimi sono stati introdotti in enologia. La ditta Ciba Geigy introdusse allora sul mercato un preparato enzimatico pectolitico Ultrazym 100 G per idrolizzare le sostanze pectiche nei mosti. All’epoca, l’uso di preparati enzimatici riguardava quasi esclusivamente il miglioramento della pressatura e della chiarifica dei mosti e dei vini di pressa.
Dagli anni 80, gli enzimi cominciano ad essere utilizzati per estrarre il colore, facilitare la filtrazione e liberare aromi. I preparati purificati furono introdotti nei primi anni 90. Oggi gli enzimi utilizzati nel settore enologico hanno attività primaria pectolitica e vengono classificati come pectinasi. A questa attività principale si associano attività secondarie specifiche di altro tipo (cellulasi, emicellulasi, proteasi, glicosidasi, glucanasi ecc) che rendono i diversi enzimi adatti ad essere impiegati nelle diverse fasi tecnologiche della vinificazione. Lavori recenti si sono interessati ai nuovi usi, come l’impiego dell’ureasi per ridurre la formazione di carbammato d’etile nei vini, e del lisozima per gestire meglio la stabilità microbiologica dei vini.

Gli enzimi sono molecole proteiche con struttura quaternaria, che svolgono una funzione di catalizzatori nelle reazioni biochimiche, prodotte da qualsiasi cellula viva. La maggior parte delle reazioni che avvengono nel mondo vivente prevedono l’intervento di un enzima senza il quale queste avverrebbero ugualmente ma in tempi estremamente più lunghi (superiori anche di un milione di volte) e con enorme fabbisogno di energia.
Come le altre proteine, gli enzimi sono delle macromolecole biologiche le cui unità elementari sono gli amminoacidi mantenuti assieme da legami peptidici. Vista la loro natura, sono biodegradabili. Con la loro sola presenza e senza essere consumati nel processo, gli enzimi possono accelerare le reazioni chimiche che si svilupperebbero troppo lentamente oppure non avverrebbero. Visto la loro limitata stabilità (durata di vita), non possono essere riutilizzati.
Gli enzimi sono altamente specifici per ogni reazione (cioè per sintetizzare, scindere, idrolizzare, ossidare, ridurre un determinato substrato, funziona un solo enzima) e la loro struttura rimane immutata al termine delle reazioni. Ogni enzima può degradare o sintetizzare un composto particolare, oppure limitarne l’azione a dei legami specifici nei composti con i quali reagisce. Così per degradare la pectina, polisaccaride complesso, sono necessarie più attività enzimatiche.
Gli enzimi funzionano in condizioni moderate. In quanto coinvolti in reazioni di tipo biochimico, la loro attività è fortemente influenzata da fattori ambientali quali, la temperatura, il pH e il tempo di contatto con il substrato. Ogni reazione enzimatica avviene in tempi estremamente brevi quando pH e temperatura sono quelli ottimali per l’enzima stesso: man mano che ci si allontana da questi valori (da uno o da entrambi), tanto più i tempi di reazione aumentano.
Le caratteristiche principali degli enzimi sono quindi:

• la specificità d’azione, e perciò un intervento mirato, ben preciso e senza azioni collaterali. Per rendere evidente questa specificità si paragona spesso l’enzima ad una chiave che apre soltanto la “propria serratura”;
• la velocità d’azione: gli enzimi agiscono velocemente, in enologia, a seconda della concentrazione e della temperatura il tempo di azione si misura da qualche decina di minuti a qualche ora;
• la semplicità d’uso: non sono richiesti macchinari né grandi attrezzature, né modifiche particolari delle abituali operazioni, semmai, qualche piccolo aggiustamento per sfruttare appieno tutti i benefici possibili.

L’enzima industriale è un prodotto commerciale, ottenuto dalla purificazione e formulazione di un mezzo di fermentazione (o di un estratto tessutale animale o vegetale) standardizzato confrontato ad una data attività enzimatica. La maggioranza degli enzimi industriali è attualmente prodotta da fermentazioni di microrganismi (batteri, funghi filamentosi).
Il metodo maggiormente utilizzato è la coltura in ambiente sommerso.
Il ceppo di microrganismi utilizzato industrialmente deve esprimere l’attività enzimatica ricercata. Non deve essere patogeno e né produrre tossine. Se si deve migliorare il ceppo, il microrganismo deve essere geneticamente stabile. È necessario assicurarsi della purezza della coltura. Il succo di fermentazione deve contenere l’enzima in concentrazione importante per delle ragioni di resa. L’enzima è poi recuperato e purificato in funzione dell’applicazione usata.
È importante limitare le perdite di attività enzimatica. L’enzima o il preparato enzimatico sono formulati in funzione dei bisogni dell’industria in questione e devono rispondere a delle norme di sicurezza nell’uso (forma fisica, stabilizzanti). Questa fase, dalla selezione del microrganismo fino all’uso dell’enzima, è regolamentata. Le varie fasi sono riassunte in figura.

I preparati enzimatici utilizzati in vinificazione sono ottenuti da fermentazioni di colture di ceppi selezionati della specie Aspergillus niger per le pectinasi e della specie Trichoderma harzianum per le glucanasi. I microrganismi sono coltivati su substrati agricoli come la farina di soia, l’amido di patate.
La fermentazione di questi microrganismi, in condizioni molto definite, permette la sintesi e la liberazione di varie attività enzimatiche desiderate. In campo enologico la tecnica di produzione con fermentazione di superficie su substrato solido consente, con un’attenta selezione dei substrati di crescita e il controllo delle condizioni di fermentazione (a pH 3.5, più basso di quello di 3.8 ottimale per la moltiplicazione industriale di Aspergillus niger) di ottenere un’elevata purezza delle attività enzimatiche desiderate, la cui attività risulta stabile ai pH del vino, e la contemporanea assenza di quelle indesiderate (come le cinammil esterasi e le antocianasi).
Dopo il recupero e la purificazione, il preparato enzimatico è standardizzato. Gli enzimi selezionati per l’enologia sono dunque delle miscele di varie attività enzimatiche, ad esempio pectinesterasi, poligalatturonasi, pectinliasi. La natura e la ripartizione di queste attività determinano il ruolo e l’efficacia di ciascuno dei preparati. È possibile ottenere delle attività uniche (pectinesterasi ad esempio) altamente purificate facendo produrre ai microrganismi una sola ed unica attività. È necessario per questo utilizzare dei microrganismi geneticamente modificati (MGM).

I preparati enzimatici destinati all’enologia sono dei preparati prodotti dalle fermentazioni di colture di funghi filamentosi, standardizzate su un’attività enzimatica definita dal produttore e che rende conto abitualmente dell’efficacia del preparato. Le pectinasi sono prodotte per coltura di ceppi di Aspergillus niger e le β-glucanasi per coltura di ceppo di Trichoderma harzianum.
Questi preparati enzimatici devono essere sufficientemente purificati per assicurare al vinificatore il rispetto delle qualità organolettiche del vino. Così i preparati pectolitici, utilizzati nella vinificazione in bianco, devono essere esenti da attività cinnamilesterasi.
Quest’enzima prodotto da Aspergillus niger e dal Botrytis cinerea è responsabile dell’idrolisi degli acidi cutarico e feruliltartarico, che liberano nel mosto gli acidi paracumarico e ferulico. Queste due molecole sono substrati di decarbossilazione per attività cinnamato decarbossilasi dei lieviti di vinificazione, Saccharomyces cerevisiae.
La formazione di vinil-4-fenolo e di vinil-4-guaiacolo, proveniente di questa decarbossilazione enzimatica è la causa di odori farmaceutici o di “cerotto” nei vini da uve bianche (carattere fenolico dei vini). I preparati enzimatici per l’enologia sono molto efficaci e si utilizzano generalmente in dosi ridotte da 1 a 5 g/hl. Gli enzimi presenti nell’uva hanno un ruolo fondamentale nel corso della maturazione dell’acino. Tuttavia il loro ruolo nel corso della vinificazione è troppo limitato (attività enzimatiche troppo scarse od incomplete) per soddisfare le esigenze produttive.

I preparati enzimatici esistono sotto forma granulare, liquida o in polvere.
I preparati granulari possono essere fissati su un supporto di malto-destrina. Presentano il vantaggio di essere generalmente concentrati e sono sprovvisti di agenti conservanti, contrariamente a certi preparati liquidi. Si conservano più anni a temperatura ambiente e sono facilmente solubili.
Viste le polveri che esse generano, le preparazioni in polvere presentano dei rischi potenziali di allergia.
I preparati liquidi devono essere imperativamente conservati a freddo tra 0 e 5°C. Non sono sempre esenti da agenti di conservazione (benzoato di sodio, metilparabene).
Qualsiasi sia la loro forma, è consigliabile fare una diluizione dei preparati prima del loro uso.

Gli enzimi sono usati sull’uva, nel mosto e nel vino giovane a fine fermentazione alcolica. Vista la loro specificità, permettono sia di liberare delle molecole che intervengono nelle caratteristiche organolettiche del vino (colore, aromi e struttura), sia di idrolizzare delle molecole, ad esempio dei polisaccaridi con alto peso molecolare, come le sostanze pectiche o glucani che impediscono le operazioni tecnologiche (pressatura, chiarifica, filtrazione).
Dagli anni 90, la comunità scientifica s’interessa agli aspetti vino/salute. Gli enzimi hanno certamente un ruolo positivo da giocare nel favorire la liberazione nel vino di molecole con potere antiossidante come i polifenoli.
È stato pure dimostrato che il ramnogalatturonano di tipo II, polisaccaride di scarsa massa molecolare, agirebbe nel vino come un chelante del piombo.
Le principali applicazioni degli enzimi in enologia sono:

• Chiarificazione controllata dei mosti
• Liberazione, nella vinificazione in bianco, dalle parti solide dell’uva, di sostanze molto utili per la regolarità della fermentazione e la qualità del vino
• Migliore gestione della macerazione durante la vinificazione in rosso
• Estrazione selettiva dei tannini “non aggressivi”
• Liberazione di aromi a partire da precursori tipici della varietà dell’uva
• Facilitazione delle operazioni di pressatura
• Facilitazione della chiarificazione di alcuni vini “difficili” (pectine e destrani)
• Facilitazione della filtrazione di alcuni vini “difficili” (destrani)

Gli enzimi selezionati per l’enologia sono sempre più apprezzati per l’aiuto che portano a varie fasi della vinificazione. Costituiscono, con i lieviti e i batteri selezionati, i nuovi strumenti dell’enologia moderna. Quando il loro uso viene adattato al bisogno dell’annata e alla materia prima, rendono possibile una minore intensità dei trattamenti meccanici durante la macerazione, la pressatura, la chiarifica o la filtrazione.
Gli enzimi permettono di preservare e di esprimere le qualità intrinseche dell’uva avendo pure un impatto non trascurabile al livello economico e qualitativo. Non producono residui e devono permettere di limitare l’uso di prodotti di chiarifica non specifici come la bentonite o certi mezzi filtranti. Provenienti dalle biotecniche, sono prodotti naturali, biodegradabili e specifici.
Però, viste la diversità e la natura delle attività enzimatiche in ciascuna preparazione, la loro composizione, e pertanto il loro modo di fabbricazione hanno un ruolo preponderante sui meccanismi descritti e sulla qualità dei vini ottenuti.
È dunque importante che i preparati siano selezionati e purificati per rispettare le qualità sensoriali del vino. In futuro, le biotecnologie permetteranno di sviluppare nuove attività enzimatiche per nuove applicazioni.
Le ricerche fatte in questo settore dell’ingegneria genetica, producendo delle attività enzimatiche pure, aiuteranno a meglio capire le reazioni catalizzate dalle varie attività enzimatiche presenti nelle preparazioni.