Παραπροϊόντα αλκοολικής ζύµωσης Τα παραπροϊόντα της αλκοολικής ζύµωσης είναι χηµικές ενώσεις που προέρχονται είτε από τον ίδιο το µηχανισµό της αλκοολικής ζύµωσης, είτε από το µεταβολισµό της ζύµης, είτε από την πρώτη ύλη, δηλαδή το γλεύκος. Κυριότερα παραπροϊόντα της αλκοολικής ζύµωσης είναι η µεθανόλη,, οι ανώτερες αλκοόλες,, η γλυκερίνη,, η ακεταλδεΰδη,, τα οξέα,, οι εστέρες και οι ακετάλες. Η µεθανόλη δεν προέρχεται από το µηχανισµό της αλκοολικής ζύµωσης, αλλά παράγεται από την υδρόλυση των πηκτινικών υλών που υπάρχουν στο γλεύκος. Το µόριο των πηκτινών είναι ένας πολυσακχαρίτης που έχει ως µονοµερές γαλακτουρονικό οξύ µε ελεύθερες και εστεροποιηµένες µε µεθύλιο καρβοξυλικές οµάδες. Οι τελευταίες υδρολύονται σε µεθανόλη µε την καταλυτική δράση του ενζύµου πηκτινοµεθυλεστεράση, το οποίο βρίσκεται στη φλούδα του σταφυλιού. Πηκτινολυτικά ένζυµα που προστίθενται στο κρασί για να διευκολυνθεί η διαύγαση, αυξάνουν την περιεκτικότητά της. Έχει παρατηρηθεί ότι η ποικιλία των σταφυλιών και ο τρόπος οινοποίησης επηρεάζει τη συγκέντρωση της µεθανόλης στα κρασιά. Ειδικότερα, όταν η φλούδα των σταφυλιών αποµακρύνεται αµέσως από το µούστο, έχουµε µείωση της µεθανόλης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η πηκτινοµεθυλεστεράση, η οποία βρίσκεται στη φλούδα δεν εκχυλίζεται στο γλεύκος. Η θερµική επεξεργασία του γλεύκους, επίσης, µειώνει τη συγκέντρωση της µεθανόλης επειδή έχουµε απενεργοποίηση της πηκτινοµεθυλεστεράσης σε υψηλές θερµοκρασίες. 1
Η µεθανόλη περιέχεται στα κρασιά σε πολύ µικρές ποσότητες (0.1-0.2g/L). 0.2g/L). Το περιεχόµενό της εξαρτάται από το χρονικό διάστηµα κατά το οποίο τα στερεά του σταφυλιού και ιδίως τα στέµφυλα που περιέχουν µεγάλες ποσότητες πηκτίνης, παραµένουν στο γλεύκος. Έτσι, τα κόκκινα κρασιά περιέχουν µεγαλύτερες ποσότητες µεθανόλης από τα ροζέ και τα λευκά. Η µεθανόλη είναι τοξική σε µεγάλες ποσότητες. Η τοξική της δράση οφείλεται στην οξείδωσή της προς φορµαλδεΰδη και φορµικό οξύ, ουσίες τοξικές για τον άνθρωπο. Οι ανώτερες αλκοόλες σχηµατίζονται από την αποκαρβοξυλίωση και απαµίνωση των αµινοξέων, καθώς και από τα σάκχαρα µε σύνθεση από τις ζύµες των αντίστοιχων α-κετοξέων τα οποία στη συνέχεια αποκαρβοξυλιώνονται και ανάγονται προς αλκοόλες. R CH COOH NH 2 -H 2 H2 O R C COOH NH R C COOH O α- κετοξύ - CO 2 R CH αναγωγή R CH 2 OH O Σχ.16. Μηχανισµός απαµίνωσης και αποκαρβοξυλίωσης των αµινοξέων κατά το σχηµατισµό των ανώτερων αλκοολών. 2
Οι πιο σηµαντικές είναι η 1-προπανόλη, η ισοπροπυλική, η ισοβουτυλική, η 1- εξανόλη και οι αµυλικές (2-µέθυλο µέθυλο-1-βουτανόλη και 3-µέθυλο-1-βουτανόλη). Συχνά αποτελούν το 50% των πτητικών ουσιών στα κρασιά. CH 3 CH 2 CH 2 OH CH 3 CHCH 3 CH 3 CHCH 2 OH CH 3 (CH 2 ) 4 CH 2 OH 1-Προπανόλη OH Ισοπροπυλική αλκοόλη CH 3 Ισοβουτανόλη 1-Εξανόλη CH 3 CH 2 CHCH 2 OH CH 3 2- µέθυλο-1-βουτανόλη CH 3 CHCH 2 CH 2 OΗ CH 3 3- µέθυλο-1-βουτανόλη Αµυλικές Αλκοόλες Σχ.17. Σηµαντικότερες ανώτερες αλκοόλες που απαντώνται στα κρασιά. 3
Οι ανώτερες αλκοόλες και οι εστέρες τους παίζουν σηµαντικό ρόλο στο άρωµα και στη γεύση του κρασιού. Οι περιεκτικότητές τους εξαρτώνται από τις συνθήκες της ζύµωσης και κυρίως από τις ζύµες. Γενικά, παράγοντες που αυξάνουν το ρυθµό της ζύµωσης, όπως υψηλή συγκέντρωση βιοµάζας, οξυγόνωση και υψηλή θερµοκρασία ζύµωσης, αυξάνουν και την παραγωγή των ανωτέρων αλκοολών. Το ποσό των ανώτερων αλκοολών στο κρασί µπορεί να αυξηθεί και ύστερα από µόλυνση από ζύµες ή βακτήρια. Σε αυτήν την περίπτωση η οσµή των αµυλικών αλκοολών µπορεί να είναι ιδιαίτερα έντονη. Οι ανώτερες αλκοόλες παραµένουν και στα αποστάγµατα (κυρίως στα µπράντυ) καθώς µεταφέρονται µε την απόσταξη και συνεισφέρουν στο χαρακτηριστικό τους άρωµα. Μετά την αιθανόλη και το CO 2, η γλυκερίνη είναι η ουσία µε τη µεγαλύτερη συγκέντρωση στο κρασί. Η ελάχιστη συγκέντρωσή της στα κρασιά είναι 5g/L, αλλά έχουν αναφερθεί συγκεντρώσεις µέχρι και 15-20g/L. Παράγεται από τις ζύµες στην αρχή της ζύµωσης. Είναι σηµαντικό παραπροϊόν της αλκοολικής ζύµωσης και η συγκέντρωσή της εξαρτάται από το στέλεχος της ζύµης και από τις συνθήκες ζύµωσης. Κρασιά που προέρχονται από γλεύκη που έχουν κατεργαστεί µε θειώδες παρουσιάζουν µεγάλες συγκεντρώσεις γλυκερίνης, καθώς το θειώδες ενώνεται µε την ακεταλδεΰδη και έτσι προάγεται η γλυκόλυση. 4
Λόγω της υψηλής συγκέντρωσης που απαντάται στα κρασιά, πιστευόταν µέχρι πρόσφατα ότι η γλυκερίνη επιδρά στη γεύση του κρασιού δίνοντας µια αίσθηση απαλότητας. Στην πραγµατικότητα όµως, πολύ υψηλότερες συγκεντρώσεις από αυτές που βρίσκονται στα κρασιά απαιτούνται για να επηρεαστεί η γεύση σε σηµαντικό βαθµό. Η γλυκερίνη έχει γλυκιά γεύση και ενισχύει τη γλυκύτητα της αιθυλικής αλκοόλης στα ξηρά κρασιά, αλλά µάλλον δεν είναι υπεύθυνη για τη γλυκύτητα στα γλυκά κρασιά. Η ακεταλδεΰδη είναι παραπροϊόν της αλκοολικής ζύµωσης και προκύπτει από το µηχανισµό της αλκοολικής ζύµωσης από την αποκαρβοξυλίωση του πυροσταφυλικού οξέος. Η προσθήκη θειώδους κατά την οινοποίηση έχει ως αποτέλεσµα την δέσµευση της ακεταλδεΰδης λόγω αντίδρασης προσθήκης και κατά συνέπεια την παρουσία της σε υψηλά ποσοστά στα κρασιά. SO 3 H CH 3 CHO + H 2 SO 3 CH 3 CH Σχ.18. έσµευση της ακεταλδεΰδης από το θειώδες. OH 5
Τα οξέα που απαντώνται στα κρασιά διακρίνονται σε πτητικά και µη πτητικά οξέα. Το σηµαντικότερο πτητικό οξύ είναι το οξικό οξύ. Έχει διπλή προέλευση. Ένα µέρος της περιεκτικότητάς του οφείλεται στην οξείδωση της ακεταλδεΰδης, ενώ ένα άλλο µέρος οφείλεται στη δράση των οξικών βακτηρίων που οξειδώνουν την αιθυλική αλκοόλη σε οξικό οξύ µε τη βοήθεια του ενζύµου αλκοολοξειδάση παρουσία ατµοσφαιρικού οξυγόνου. Η παρουσία του δηµιουργεί όξινη γεύση και παρέχει δυσάρεστη οσµή σε συγκεντρώσεις µεγαλύτερες των 1.0g/L. Άλλα πτητικά οξέα που απαντώνται σε µικρότερες ποσότητες είναι το γαλακτικό, το µυρµηγκικό,, το βουτυρικό και το προπιονικό οξύ. Τα σπουδαιότερα µη πτητικά οξέα είναι το τρυγικό και το µηλικό οξύ. εν είναι προϊόντα της αλκοολικής ζύµωσης, αλλά οφείλουν την προέλευσή τους στην πρώτη ύλη, δηλαδή στο γλεύκος. Η παρουσία τους στο γλεύκος ασκεί ευεργετική επίδραση στη ζύµωση. ηµιουργούν ευνοϊκό ph, ικανό να παρεµποδίσει την ανάπτυξη των βακτηρίων, τα οποία µε δευτερογενείς ζυµώσεις θα δώσουν προϊόντα µε δυσάρεστη οσµή και γεύση. 6
Ένα άλλο µη πτητικό οξύ που απαντάται στα κρασιά είναι το ηλεκτρικό οξύ. Παράγεται κατά την αλκοολική ζύµωση, είτε από τον κύκλο του Krebs, είτε από το γλουταµινικό, το οποίο υφίσταται οξειδωτική απαµίνωση και µετατρέπεται σε α- κετογλουταρικό. Αυτό µε τη σειρά του µετά από αποκαρβοξυλίωση µετατρέπεται σε ηλεκτρική αλδεΰδη, η οποία οξειδώνεται σε ηλεκτρικό οξύ. HOOC-CH 2 CH 2 CHCOOH γλουταµινικό οξύ NH 2 HOOC-CH 2 CH 2 COCOOH α-κετογλουταρικό οξύ HOOC-CH 2 CH 2 CHO ηλεκτρική αλδεΰδη Σχ.19. Σχηµατισµός ηλεκτρικού οξέος από γλουταµινικό οξύ. HOOC-CH 2 CH 2 -COOH ηλεκτρικό οξύ 7
Οι εστέρες σχηµατίζονται µέσω της αµφίδροµης αντίδρασης της εστεροποίησης, όταν µια αλκοόλη αντιδρά µε ένα οξύ. Λόγω του µεγάλου αριθµού οξέων και αλκοολών που υπάρχουν στο κρασί, έχουµε µια µεγάλη ποικιλία εστέρων που απαντώνται στα κρασιά. Παρόλα αυτά, οι εστέρες της αιθυλικής αλκοόλης είναι οι πιο σηµαντικοί, καθώς η σηµαντικότερη και η πιο δραστική αλκοόλη του κρασιού είναι η αιθυλική αλκοόλη. Σηµαντικοί είναι όµως και οι οξικοί εστέρες των ανώτερων αλκοολών που δίνουν φρουτώδη γεύση και άρωµα. Για παράδειγµα, ο οξικός εστέρας της 3-µέθυλο-1- βουτανόλης δίνει άρωµα µπανάνας και ο οξικός εστέρας της βενζυλικής αλκοόλης δίνει άρωµα µήλου.. Οι εστέρες του κρασιού σχηµατίζονται είτε κατά τη ζύµωση, είτε κατά την παλαίωση. Ο σηµαντικότερος εστέρας είναι ο οξικός αιθυλεστέρας.. Παίζει σηµαντικό ρόλο στις οργανοληπτικές ιδιότητες των κρασιών, των οινοπνευµάτων και των αποσταγµάτων. Ο σχηµατισµός του στα κρασιά έχει διπλή προέλευση. Ένα µέρος προέρχεται από µικροοργανισµούς, ενώ ένα άλλο προέρχεται από την αντίδραση παλαίωσης, µεταξύ αλκοόλης και οξικού οξέος. C 2 H 5 OH + CH 3 COOH CH 3 COO C 2 H 5 + H 2 O Σχ.20. Σχηµατισµός οξικού αιθυλεστέρα µέσω αντίδρασης παλαίωσης, µεταξύ αιθανόλης και οξικού οξέος. 8.
Ο οξικός αιθυλεστέρας είναι επιθυµητός σε συγκεντρώσεις µέχρι 150-200mg/L, γιατί σε µεγαλύτερα ποσά δίνει δυσάρεστη οσµή και αίσθηση αλλοιωµένου προϊόντος. Τα κρασιά που έχουν αυξηµένη πτητική οξύτητα παρέχουν µε την πάροδο του χρόνου οξικό αιθυλεστέρα σε µη επιθυµητές περιεκτικότητες. Τα κρασιά αυτά µπορούν να βελτιωθούν σηµαντικά, αν υποβληθούν σε επίδραση κενού. Ο ρόλος των εστέρων στα κύτταρα των ζυµών δεν έχει γίνει πλήρως κατανοητός ακόµα. Κατά την αναερόβια ζύµωση, τα κύτταρα του Saccharomyces cerevisiae απελευθερώνουν µεγάλες ποσότητες µεσαίου µεγέθους αλυσίδας λιπαρών οξέων και τους αντίστοιχους εστέρες. Γνωρίζοντας ότι αυτά τα λιπαρά οξέα είναι τοξικά για τις ζύµες, πιστευόταν µέχρι σήµερα, ότι η µετατροπή τους σε εστέρες αποτελούσε έναν αµυντικό µηχανισµό. Πρόσφατες µελέτες όµως, έδειξαν ότι η µετατροπή αυτή είναι αποτέλεσµα της παρεµπόδισης της βιοσύνθεσης των λιπιδίων λόγω έλλειψης οξυγόνου. Οι ακετάλες σχηµατίζονται κατά την παλαίωση των κρασιών και αποτελούν συστατικό που αποδίδει χαρακτηριστικό άρωµα. Η συνηθέστερη σχηµατίζεται από τη βραδεία αντίδραση της ακεταλδεΰδης και της αιθυλικής αλκοόλης. 9
ΟCH 2 CH 3 CH 3 CHO + 2CH 3 CH 2 OH CH 3 CH + H 2 O ΟCH 2 CH 3 Σχ.21. Σχηµατισµός 1,1-διαιθόξυ διαιθόξυ-αιθανίου αιθανίου (ακετάλης) µέσω αντίδρασης της ακεταλδεΰδης και της αιθυλικής αλκοόλης. Η παραπάνω αντίδραση είναι αργή και αµφίδροµη. Ολοκληρώνεται σε µερικές ώρες σε ph 2-3, ενώ χρειάζονται µερικές µέρες σε ph 4. Σε 10% (v/v) αλκοολικό διάλυµα αντιδρά το 3% της ακεταλδεΰδης, ενώ αντιδρά το 6.5% όταν η συγκέντρωση της αιθανόλης είναι 20% (v/v). Λόγω της µικρής συγκέντρωσης της ακεταλδεΰδης στα κρασιά, οι συγκεντρώσεις των ακεταλών βρίσκονται σε πολύ χαµηλά επίπεδα. Μόνο κρασιά που έχουν σηµαντικές ποσότητες ακεταλδεΰδης δίνουν σηµαντικά ποσά ακεταλών. Οι ακετάλες έχουν άρωµα βοτάνων και συνεισφέρουν στον αρωµατικό χαρακτήρα των κρασιών και ιδίως της ποικιλίας Sherry. 10