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I polifenoli costituiscono un gruppo eterogeneo di sostanze naturali, particolarmente note per la loro azione positiva sulla salute umana (non a caso,

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1 I polifenoli costituiscono un gruppo eterogeneo di sostanze naturali, particolarmente note per la loro azione positiva sulla salute umana (non a caso, sono talvolta indicati con il termine vitamina P). In natura i polifenoli vengono prodotti dal metabolismo secondario delle piante, dove in relazione alla diversità chimica che li caratterizza ricoprono ruoli differenti: difesa dagli animali erbivori (impartiscono sapore sgradevole) e dai patogeni (fitoalessine), supporto meccanico (lignine) e di barriera contro l'invasione microbica, attrazione per gli impollinatori e per la dispersione del frutto (antocianine), inibitori di crescita delle piante in competizione. POLIFENOLI

2 Importanza enologica dei polifenoli I composti polifenolici sono responsabili di importanti caratteristiche sensoriali del vino quali il colore, l'astringenza e l'amaro. Essi vengono estratti dalle diverse parti dell'acino d'uva durante la vinificazione e, poiché sono substrati di un gran numero di reazioni chimiche, subiscono diverse variazioni di struttura nel corso della vinificazione modificando di conseguenza le caratteristiche organolettiche del vino. Pertanto, la conoscenza delle caratteristiche strutturali dei diversi gruppi e la conoscenza della loro ripartizione tra bucce e vinaccioli, la stima della quantità e della qualità dei polifenoli dell'uva che possono essere estratti in funzione del vitigno e dellepoca di vendemmia, la conoscenza della loro evoluzione in funzione delle condizioni ambientali sono elementi indispensabili per la corretta gestione della vinificazione, in particolare di quella in rosso

3 Classificazione dei COMPOSTI FENOLICI DELLUVA

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5 Origine dei COMPOSTI FENOLICI

6 I polifenoli si concentrano nei vinaccioli e nelle bucce. Il 65% ca. dei composti fenolici totali si trova nei vinaccioli, il 30% nelle bucce e il 4-5% nella polpa (e quindi nel mosto). Le uve rosse sono più ricche di polifenoli rispetto alle uve bianche I fenoli contenuti nella polpa sono quasi interamente non flavonoidi, mentre i fenoli delle bucce sono maggiormente flavonoidi e polimeri dei flavonoidi. La concentrazione di polifenoli nellacino varia da 4 g/l nelle uve bianche a 5,5 g/l nelle uve rosse. Ripartizione dei composti fenolici tra le varie parti dellacino

7 Fattori che influenzano il passaggio dei composti fenolici nel mosto La quantità di polifenoli che passa nel vino dipende essenzialmente dal vitigno, dallepoca di vendemmia e dal sistema di vinificazione: da qualche centinaio di mg/l nei vini bianchi a 4-5 g/l nei vini rossi. La quantità di antociani che passa nel mosto puo arrivare al 35% della sostanza colorante contenuta negli acini. La quantità di tannini si aggira, invece intorno al 10-20% dei tannini contenuti negli acini, fino a valori del 40% nel caso di macerazioni molto lunghe. Il tipo di vitigno influenza sia la quantità dei diversi gruppi di polifenoli che la loro estraibilità. È importante, infatti, che la bacca, oltre ad avere un contenuto adeguato ed equilibrato dei diversi tipi di polifenoli, sia caratterizzata da cellule con pareti facilmente degradabili che consentano una rapida diffusione dei composti fenolici nel mosto. I vini bianchi, essendo prodotti in assenza di bucce e vinaccioli, contengono quasi esclusivamente polifenoli non flavonoidi.

8 Le condizioni di macerazione sono un altro elemento decisivo per larricchimento dei vari costituenti polifenolici. La temperatura di macerazione e il tempo di contatto delle bucce con il mosto sono sicuramente i fattori più importanti, anche se un ruolo rilevante va attribuito anche al pH, al grado di ossigenazione, alla presenza di SO 2. Il grado di maturazione delluva influenza notevolmente le quantità delle diverse frazioni fenoliche e la loro estraibilità. Gli antociani, che compaiono all'invaiatura, si accumulano durante tutta la maturazione raggiungendo la massima concentrazione in corrispondenza della maturità tecnologica (se il vitigno è adatto allambiente e le condizioni ambientali sono ottimali). La maturità antocianica si realizza nel periodo della maturazione dell'uva corrispondente a un contenuto totale in pigmenti elevato e a una loro massima capacità di diffusione nel mosto. Gli antociani sono estratti nei primi giorni di macerazione mentre i tannini delle bucce vengono estratti durante l'intero periodo di macerazione. Solo quando il contenuto alcolico è sufficiente, vengono estratti i tannini dei semi. Elevate temperature di macerazione favoriscono l'estrazione delle sostanze fenoliche dalle bucce e dai vinaccioli, in quanto influenzano la permeabilità cellulare e la plasmolisi delle cellule. L'evoluzione dei tannini della buccia è molto simile all'andamento degli antociani, anche se, a differenza di questi ultimi, la concentrazione di tannini è già elevata al momento dell'invaiatura. Il grado di polimerizzazione non subisce grosse variazione, anche se lestraibilità può essere ridotta dalla combinazione con proteine e polisaccaridi. La maturità tannica corrisponde al momento della maturazione dell'uva in cui è minima la reattività nei confronti di sostanze di natura proteica. Maturità tannica e maturità antocianica non sempre coincidono. I tannini presenti nei vinaccioli tendono generalmente a diminuire con il progredire della maturazione dell'uva. In particolare, dopo l'allegagione e fino all'invaiatura si osserva una rapida diminuzione di tali composti, la cui concentrazione rimane poi costante dall'invaiatura alla maturazione. Inoltre, con lavanzare della maturazione aumenta il grado di polimerizzazione.

9 FENOLI NON FLAVONOIDI I NON FLAVONOIDI sono rappresentati dagli ACIDI FENOLICI. Questi sono costituiti da un anello benzenico sostituito da uno o più gruppi fenolici e metossilici (R1, R2 o R3) e da un gruppo carbossilico legato direttamente (benzoici) o tramite una catena di atomi di carbonio (cinnamici) all'anello. Ai non flavonoidi appartengono i due gruppi: - C6C1 derivati dellacido benzoico detti anche acidi idrossibenzoici legati alle pareti delle cellule dei fasci fibrovascolari e della buccia; - C6C3 derivati dellacido cinnamico detti acidi idrossicinnamici unici polifenoli presenti anche nella polpa. Sono presenti sotto forma di esteri tartarici e si formano nell'ordine di mg/kg di uva Derivati dellacido benzoico Nellacido benzoico R1, R2 ed R3= -H Derivati dellacido cinnamico Nellacido cinnamico R1, R2 ed R3= -H

10 Derivati dellacido benzoico * R1= -H, -OH R2= -H, -OH, -OCH3 R3= -H, -OH, -OCH3 Il derivato più importante è lacido gallico che può essere presente nelluva, ma che deriva in quantità più rilevanti dal legno con cui il vino viene a contatto. * Anche lacido salicilico è un derivato dellacido benzoico

11 Due molecole di acido gallico possono reagire tra di loro attraverso una reazione di esterificazione per formare l'acido digallico, che attraverso una doppio esterificazione, preceduta dalla formazione di un legame C-C tra il carbonio in posizione 2 e 6, per dare l'acido ellagico: Questi acidi (gallico ed ellagico) sono più importanti nella loro forma polimerica costituita dai tannini idrolizzabili. Durante la vinificazione, vengono estratti dalle botti di rovere e contribuiscono al contenuto tannico e al flavor dei vini rossi

12 Derivati dellacido cinnamico R1= -H, -OH R2= -H, -OH, -OCH3 R3= -H, -OH, -OCH3 Uno dei derivati più importanti dellacido cinnamico è lacido caffeico (che si trova abbondante nel caffè ed in altre piante, ad es. cicoria e taràssaco)

13 Nel mosto e nel vino i derivati dellacido cinnamico combinano il loro gruppo carbossilico con il gruppo alcolico di zuccheri o dellacido tartarico mediante legami esteri. Acido cutarico Acido caftarico

14 Nei mosti per la produzione dei vini bianchi, ottenuti senza il concorso delle bucce, i polifenoli non flavonoidi, in particolare alcuni derivati dellacido cinnamico, sono i principali responsabili dei fenomeni di ossidazione, determinando dal punto di vista organolettico l'imbrunimento del colore e, nei casi estremi, alterazione del gusto e del profumo. Nelle forme più avanzate tali processi conducono a macromolecole con conseguenti flocculazioni, precipitazioni e maderizzazione dei vini. Limbrunimento enzimatico del mosto è il fenomeno più importante che vede coinvolti i derivati dellacido cinnamico. Esso ha inizio con lossidazione da parte dellenzima polifenolossidasi (PPO) endogeno delluva dellacido caftarico o dellacido p-cutarico con la conseguente produzione di o-chinoni. Questultimo è un forte ossidante capace di ossidare altri composti del vino (estranei alla reazione di ossidazione enzimatica) in particolare polifenoli di tipo flavonoide In seguito a queste reazioni definita lo- chinone può ridursi nel fenolo originario o produrre dimeri. Gli o-chinoni derivati dallattività enzimatica e dalle successive reazioni di ossidazione a carico dei flavonoidi sono in grado anche di polimerizzare e condensare (anche con altri composti quali amminoacidi e zuccheri) determinando rilevanti cambiamenti nella tonalità e nel colore del vino, attraverso la formazione di pigmenti bruni, e nel gusto con la produziome di odori sgradevoli Imbrunimento enzimatico del mosto

15 Lacido caftarico o-chinone può essere parzialmente intrappolato dal glutatione ossia il riducente più efficace naturalmente presente nelluva, andando in questo modo a diminuire la quantità di pigmenti bruni potenzialmente generabili nel mosto. In particolare il glutatione reagendo con il chinone dellacido caftarico produce lacido 2-S-glutationil caftarico anche conosciuto come Grape Reaction Product (GRP). Il GRP non è soggetto ad ulteriori reazioni di ossidazione per cui in una certa misura limiterà limbrunimento ossidativo nei mosti Lacido 2-S-glutationil caftarico ha dimostrato di resistere bene durante le fasi di preparazione del mosto, alla fermentazione oltre che alla conservazione del vino per diversi anni. Inoltre il rapporto tra acido caftarico e acido S-glutationil caftarico si presenta come un utile indice di previsione dellossidazione del mosto e nei vini bianchi finiti. La modalità più diffusa per il controllo dellimbrunimento enzimatico in mosti e vini è il trattamento con SO2, la quale già a basse dosi è in grado di inattivare la catecolasi. Dallaltra parte però, lSO2 previene la formazione di GRP mantenendo in questo modo gli acidi caftarico e p-cutarico liberi e di conseguenza mantenendo un elevato potenziale di imbrunimento di tipo non enzimatico. Per limitare limbrunimento enzimatico si può ricorrere nei mosti bianchi alla tecnica alliperossigenazione che permette di ridurre il potenziale di imbrunimento attraverso due strade: la scomparsa della tirosinasi e lesaurimento dei substrati fenolici ossidabili durante le reazioni di ossidazione.

16 Derivano dallacido para-cumarico e dallacido ferulico, in seguito ad un processo di decarbossilazione a carico del gruppo carbossilico e, nei vini rossi, in seguito ad un processo di riduzione a carico del gruppo vinilico. Nei vini bianchi avviene ad opera di alcuni ceppi di Saccharomyces nel corso della fermentazione alcolica. Nei vini rossi questi ceppi sono inibiti dai polifenoli Nei vini rossi avviene ad opera di lieviti del genere Brettanomyces che non vengono inibiti dai polifenoli e sono in grado di decarbossilare e successivamente di ridurre i composti cinnamici

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19 Stilbeni Lorigine di questo interesse sta nel fatto che la sua presenza è stata identificata in formulazioni erbali della tradizione popolare giapponese; attualmente, si ritiene che abbia proprietà antiinfiammatorie e anticoagulanti utili per la protezione dallaterosclerosi e dalle malattie cardiovascolari

20 FENOLI FLAVONOIDI Flavonoli (più precisamente flavon-3oli) Antociani Flavanoli (più precisamente flavan -3-oli) Flavandioli (più precisamente flavan 3,4-dioli) Tannini derivanti dalla condensazione di flavanoli e di flavandioli). I FLAVONOIDI caratterizzati da gruppi fenolici presenti nei due anelli aromatici, A e B, legati tra di loro da un eterociclo C. La radice flavone significa giallo in latino. L'espressione composti flavonoidi indica generalmente l'intera classe dei fenoli vegetali, che hanno struttura C6–C3–C6, che significa due anelli aromatici legati da una catena di 3 atomi di carbonio (o anello eterociclico). I flavonoidi del grappolo duva si trovano localizzati nelle bucce. Alcuni tipi di flavonoidi sono presenti anche nei semi e nei raspi. Sono, tranne qualche eccezione, assenti nella polpa. I flavonoidi delluva appartengono ai seguenti gruppi:

21 Il gruppo dei 3-flavonoli è il gruppo della quercetina. Lanello eterociclo è un derivato del γ-pirone (in posizione 4 dellanello C3 è presente un gruppo carbonile) Si trovano nelle bucce nell'ordine di mg/kg. Hanno una sequenza di doppi legami coniugati (anche nellanello C3) che conferisce alla molecola un colore giallo. Sono in proporzioni diverse fra loro nelle uve bianche e nere. 4 Flavonoli Come gli antociani possono essere presenti in forma di monoglucosidi, ossia uniti a una molecola di monosaccaride attraverso un legame alfa glicosidico che impegna lossidrile in posizione 3 3

22 Antociani Sono flavonoidi caratterizzati da un anello centrale (chiamato ione pirilio) con carica positiva sullossigeno. L'intero molecola è detta anche ione flavilio. Il catione è abbastanza stabile in quanto la carica positiva è delocalizzata su tutto lanello eterociclico. Questi pigmenti vegetali sono noti per essere i responsabili dell'ampia gamma di colori (dal rosso al blu ) nei fiori, nei frutti e nelle foglie. Nelluva determinano si trovano nella buccia (in particolare nei vacuoli delle cellule dellipoderma) e nelle foglie alla fine della ripresa vegetativa. In alcune varietà tintorie (Alicante, Colorino, Teinturier, etc.) e in alcuni ibridi produttori diretti sono presenti anche nelle cellule della polpa. La tonalità del colore dipende dai sostituenti R e R. Allaumentare del livello di sostituzione la tonalità di colore delle uve varia dal rosso (pelargonidina) al violetto (malvidina).

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24 La sintesi dei diversi tipi di antociani (quindi il rapporto tra le loro concentrazioni) è sotto il controllo genetico, influenzando le diverse tonalità di colore dei vini rossi La quantità assoluta di antociani presenti nelle bacche è molto variabile (può raggiungere anche i 3000 mg/kg) e dipende dal vitigno, dalle condizioni climatiche e dal grado di maturazione Gli antociani possono essere presenti in forma aglicona ossia non legati a molecole di glucosio (o altri monosaccaridi). In questo caso sono chiamati antocianidine. Più frequentemente si trovano sotto forma di glucosidi ossia legati a molecole di glucosio attraverso legami glicosidici. In questo caso sono chiamati antocianine. Nella Vitis vinifera si riscontrano solo antociani in forma di monoglucosidi, ossia legati ad una molecola di glucosio attraverso il loro gruppo ossidrilico in posizione 3. Negli ibridi produttori diretti gli antociani si trovano in forma di diglucosidi, in quanto sono legati anche ad unaltra molecola di glucosio attraverso il loro OH in posizione 5. E possibile in questo modo individuare i vini derivanti dagli ibridi produttori diretti. I legami glicosidici sono idrolizzabili. Le forme glucosidiche degli antociani sono più stabili delle forme aglicone, in quanto lunione con lo zucchero favorisce una migliore solubilità.

25 Talvolta lo zucchero delle antocianine si trova legato con un'altra molecola di zucchero oppure esterificato con acido acetico o con un derivato dell'acido cinnamico (p-cumarico, caffeico o ferulico). In questo caso si parla di antocianine acilate. Il legame estere viene rapidamente idrolizzato nei primi mesi di conservazione, per cui nel vino esistono soltanto antocianine e antocianidine.

26 Reazioni degli Antociani Gli antociani reagiscono con l'anidride solforosa. I carboni nelle posizioni 2 e 4 hanno una parziale carica positiva e pertanto possono attrarre gruppi nucleofilici quali l'HS0 3 - per produrre acidi solfonici incolori. La reazione porta allinterruzione della sequenza dei doppi legami coniugati e quindi alla perdita del colore. Non è raro, infatti, osservare una più o meno intensa diminuzione del colore del mosto e del vino, dopo una solfitazione. Reazione con lo ione bisolfito

27 Reazione con ioni metallici La complessazione* di ioni metallici con le antocianidine che presentano almeno due gruppi OH in posizione orto determina un netta intensificazione del colore dei pigmenti. Allo stesso tempo questa reazione blocca il metallo nel suo stato di ossidazione, impedendogli di partecipare alle reazioni di ossido-riduzione *La reazione di complessazione tra antociani e ioni metallici è sfruttata per intensificare il colore dei fiori. * I complessi di queste molecole con uno ione ferroso sono responsabili del colore blu-violaceo di alcuni funghi

28 I vari colori degli antociani dipendono non solo dal tipo di sostituente R ma anche dal pH. Solitamente a pH bassi (attorno a 1) predomina il colore rosso dovuto al catione flavilio. Aumentando il pH compaiono delle specie incolori: le pseudobasi carbinoliche. A pH 5-7 cominciano a formarsi le basi chinoniche porpora e blu. A pH superiori a 8 le antocianine vengono degradate dando composti di colore verde e poi (a pH ancora più alti) giallo. I valori precisi di pH dipendono, ancora una volta, dai vari sostituenti e il colore risultante dipende da tutti questi equilibri. Reazione con ioni H + e OH - (effetto del pH)

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30 Riduzione degli antociani in ambiente riducente In ambiente riducente, ad esempio nel corso della fermentazione, gli antociani possono essere utilizzati come accettori di idrogeno ed elettroni. Si ottengono derivati incolori, che giustificano la riduzione dellintensità di colore del mosto durante la fermentazione. La reazione è reversibile.

31 Reazioni di ossidazione e di condensazione Inoltre la molecola degli antociani sono caratterizzate da zone a maggiore densità di elettroni (quindi zone nucleofile, che attirano parti scoperte di elettroni di altre molecole) e zone a minore densità di elettroni * (zone elettrofile, che attirano parti cariche di elettroni di altre molecole). Questo spiega la facilità di formazione dei polimeri a base di chinoni e, soprattutto, di complessi antociani - tannini secondo vari schemi di reazione. Gli antociani con due ossidrili in posizione orto nellanello B possono essere ossidati a chinoni con conseguente incupimento del colore. La malvidina, metossilata (-OCH 3 ) in B, è la meno reattiva degli antociani. Anologamente a quanto avviene per gli altri polifenoli, lossidazione può essere di tipo enzimatico o di tipo chimico attraverso lintervento di specie radicaliche a base di ossigeno. I chinoni possono successivamente condensare fra di loro o con altre molecole formando polimeri di colore bruno soggetti precipitazione *Anche la reazione con lacqua per formare la base carbinolo incolore e la reazione con lo ione bisolfito sono reazioni (viste in precedenza) che si basano sulla presenza di zone elettrofile (carbonio 2 e carbonio 4) nella molecola dellantociano

32 Degradazione degli antociani per effetto del calore e dellossigeno Due sono i meccanismi di degradazione per gli antociani: la degradazione termica, e la degradazione ossidativa, mediate rispettivamente da temperatura e ossigeno. In generale possiamo dire che questa distinzione non appare poi così netta; è plausibile che il meccanismo di degradazione sia legato a un effetto sinergico di temperatura, ossigeno e altri fattori, quali luce e catalizzatori (Cu 2+ ; Fe 3+ ); il fenomeno infatti, si presenta già ad una temperatura di conservazione del vino superiore a 20 °C (temperatura largamente raggiunta in fase di macerazione) e si osserva in misura maggiore in ambiente ossidante. Il risultato è una diminuzione irreversibile del colore, con spostamento dello stesso verso una tonalità arancione.

33 Evoluzione degli Antociani nel corso della vinificazione Nel corso della vinificazione la concentrazione degli antociani liberi tende a diminuire in maniera significativa. I valori medi che si ritrovano nei vini sono di mg/l, con valori minimi di 50 mg/l nei vini invecchiati e valori massimi dellordine di 1500 mg/l per vini particolarmente colorati (Syrah, Cabernet, Sauvignon). La diminuzione è dovuta ad un serie di reazioni (in parte già viste) cui gli antociani vanno incontro nel corso della vinificazione: Degradazione termica e ossidativa Ossidazione e condensazione, con la formazione di polimeri di colore scuro soggetti a precipitazione Complessazione con ioni metallici Copolimerizzazione con i tannini Copigmentazione

34 Copolimerizzazione tra antociani e tannini (Stabilizzazione del colore) Nel vino contenente antociani e tannini, si osserva, in presenza di ossigeno ed in funzione del tempo, una condensazione dei due tipi di flavonoidi, che porta a combinazioni tannini- antociani (T-A) di colore rosso con tonalità araciate e rosso-mattonate, caratterizzati da una maggiore stabilità rispetto agli antociani liberi nei confronti del pH, dellossigeno e dell'anidride solforosa. Polimerizzazione diretta*. Le molecole coinvolte sono caratterizzate da zone elettrofile e zone nucleofile che reagiscono tra di loro. Polimerizzazione mediata* Avviene attraverso la formazione di ponti di acetaldeide (etanale), che si origina dall'ossidazione dell'etanolo, in seguito all'intervento di perossidi originati dall'ossidazione di polifenoli (soprattutto derivati dellacido gallico) *I dettagli delle reazioni saranno trattati dopo aver parlato della struttura dei tannini

35 La reazione viene favorita da condizioni di microssigenazione, ad esempio durante la conservazione in barrique La temperatura gioca un ruolo non trascurabile in tale stabilizzazione; se troppo elevata, infatti, fa in modo che i tannini polimerizzino prevalentemente fra loro, senza inglobare le antocianine. Per tale motivo, è bene differenziare la gestione della temperatura, aumentandola (valori più prossimi ai 20 °C) solo nelle fasi finali dell' affinamento, quando cioè i pigmenti si presentano già in uno stato di combinazione tale da garantirne la protezione; moderando la temperatura nelle prime fasi dell'affinamento, infatti, si riduce anche la degradazione termica degli antociani, mentre un blando aumento in fase avanzata, consentirà l'ammorbidimento dei tannini, in una fase in cui i pigmenti sono ormai protetti.

36 E' dovuta a reazioni deboli (legami a idrogeno e interazioni idrofobe) tra gli antociani e altri composti fenolici non colorati: ne risulta un aumento di assorbanza degli antociani e di conseguenza dell'intensità colorante dei vini. Questo fenomeno porta peraltro ad uno spostamento dello spettro di assorbimento verso lunghezze d'onda più elevate, che si traducono in tonalità tendenti al violetto. Nell'uva i copigmenti sono per lo più tannini solubili, procianidine o flavonoli. La copigmentazione Una percentuale variabile dal 30 al 50% del colore dei vini rossi giovani, sarebbe da ascriversi alla copigmentazione; essa, tuttavia, viene meno nel corso dell'affinamento, ed in particolare decade dopo la fermentazione; l'etanolo infatti, presenta un effetto destabilizzante nei confronti dei complessi di copigmentazione, portandoli alla dissociazione. Tuttavia, la copigmentazione potrebbe facilitare l'insorgenza di reazioni di condensazione fra antociani e copigmenti, in virtù dello stretto "contatto" fra le due specie chimiche all'interno di questi aggregati.

37 Flavanoli (Flavan-3-oli) I flavanoli o flavan-3-oli delluva costituiscono il gruppo delle catechine. Hanno la caratteristica di aver lanello eterociclico saturo (derivante dal pirano). Per questo motivo sono incolori. I gruppi R1 ed R2 possono contenere H oppure OH, per cui esistono tre flavanoli. Nella molecola esistono due atomi di carbonio asimmetrici (in posizione 2 ed in posizione 3) per cui flavonolo può avere 4 stereoisomeri. La catechina (propriamente detta) è il flavonolo più importante delluva, dove è presente con due stereoisomeri: (+) catechina e (-) epicatechina. Presente sono pure la gallocatechina e epicatechina-3-O- gallato (epicatechina unita attraveso lOH in posizione 3 allacido gallico attraverso legame glicosidico) * * Le catechine sono presenti nelluva soprattutto in forma di polimeri, detti proantocianidine o tannini condensati, derivanti dallunione di due o più unità. Solo nei semi esistono quantità significative di flavonoli in forma di monomeri.

38 Flavandioli (Flavan-3,4-dioli) I flavandioli costituiscono il gruppo delle leucoantocianidine. Come le catechine hanno lanello C saturo, per cui sono incolori. I gruppi R ed R possono contenere H o OH, determinando lesistenza di tre flavandioli. Sono detti leucoantocianidine perché trattati a caldo con acidi si trasformano in antociani.* Nelluva, nel mosto e nel vino non si ritrovano come monomeri, ma entrano a far parte assieme alle catechine della struttura dei tannini condensati *ARROSSAMENTO DEI VINI BIANCHI (PINKING) Anche se la cosa può sorprendere, a volte accade che durante la lavorazione o appena dopo l'imbottigliamento il vino bianco va soggetto ad arrossamento. I vitigni più sensibili a questo fenomeno sono il Sauvignon bianco, il Muscat, il Riesling e il Sémillon. L'ipotesi più diffusa attribuisce la responsabilità di tale fenomeno alla trasformazione della leucoantocianina (che è incolore) in antocianina, specialmente nei vini conservati in assenza di aria e che vi vengono esposti improvvisamente.

39 Tannini condensati o protoantocianidine Il termine tannini proviene dall'industria del pellame, nella estratti vegetali ricche di sostanze polifenoliche venivano utilizzate per trattare conciare le pelli. Il trattamento si basa su un interazione tra gli idrossili polifenolici ed le proteine (collagene) della pelle e crea stabilità e resistenza all'acqua, al calore e al deterioramento microbico. Il prodotto di tale reazione è il cuoio in commercio. Esistono due classi di tannini: Tannini idrolizzabili, polimeri che contengono acidi gallici o ellagici esterificati con uno zuccheri. Questi legami possono essere parzialmente idrolizzabili in condizioni normali. Possono essere presenti nel vino in seguito al contatto con alcuni tipi di legno o perché aggiunti nel corso della vinificazione Tannini condensati o protoantocianidine. Si trovano nelluva, in particolare nelle bucce, nei semi e nei raspi e passano nel mosto (e quindi nel vino) in seguito ai processi di maturazione. Si chiamano tannini condensati perché derivano dalla condensazione di flavanoli e di flavandioli tramite legami C- C nelle posizioni 4, 6 e 8. Per trattamento con acidi a caldo vengono scissi ed ossidati generando antociani, da cui il nome di protoantocianidine (o leucoantocianidine). La reazione produce anche pigmenti insolubili di colore rosso bruno detti flobafeni Reazione di decomposizione in ambiente acido e a caldo.

40 Esiste un grande numero di molecole ascrivibili ai tannini condensati che si distinguono in funzione dei gruppi ossidrili nella loro struttura di base, in base alla lunghezza della catena (al numero di monomeri), ai legami tra i carboni (che possono essere C4-C8 o meno frequentemente C4-C6). I tannini condensati più comuni sono polimeri del 3-flavanolo (gruppo delle catechine), mentre meno diffusi sono i 3,4-flavandioli (gruppo della leucocianidina). La massa molecolare e quindi il grado di polimerizzazione dei tannini è maggiore nelle bucce rispetto ai semi I tannini condensati presenti nella buccia sono le prodelfinidine, costituite da unità di gallocatechine, e le procianidine costituite da unità di catechine; alcune molecole sono legate all'acido gallico (AcG). I tannini condensati presenti nei semi sono procianidine e procianidine combinate con acido gallico.

41 Reazioni dei tannini condensati Reazione con le proteine I tannini condensanti (come anche quelli idrolizzabili) reagiscono con le proteine attraverso vari tipi di legame: legami a ponte di idrogeno tra i gruppi ossidrilici delle proteine ed il gruppo carbonilico delle proteine (il gruppo carbonilico deriva dal residuo dei gruppo carbossilici uniti ai gruppi amminici attraverso il legame peptidico) legami ionici tra le cariche negative dei tannini* (i gruppi –OH dei tannini sono debolmente acidi e sono quindi parzialmente dissociati) e le cariche positive delle proteine (derivanti dalla protonazione dei gruppi amminici) legami idrofobici tra zone apolari dei tannini e zone apolari delle proteine *I tannini hanno un punto isoelettrico di 2,11 perciò nel mosto e nel vino hanno una carica negativa dovuta alla parziale dissociazione dei gruppi OH. I tannini si comportano quindi da acidi deboli

42 I complessi tanno-proteici sono stabili solo se i tannini hanno un peso molecolare variabile tra 500 e Nel caso dei tannini condensati i complessi si formano soltanto con polimeri di monomeri. Le catechine monomere (il cui peso molecolare è circa 300 D) non fomano complessi stabili perché i legami con le proteine non sono sufficientemente forti da sostituire linterazione delle proteine con le molecole di acqua. Se i polimeri hanno più di dieci monomeri, la dimensione delle molecole ostacola lavvicinamento ai siti di legame delle proteine, per cui i legami che si formano non sono sufficienti a tenere insieme i complessi tanno-proteici Linterazione tra i tannini e le proteine è responsabile della sensazione di astringenza dei vini tannici, perché determina linattivazione delle proteine della saliva e quindi la perdita del loro potere lubrificante. Questa reazione ha un significato biologico, in quanto permette alla pianta di bloccare gli enzimi di patogeni e di parassiti. Dal punta di vista tecnologico questa caratteristica dei tannini viene sfruttata nelle operazioni di chiarifica dei colloidi proteici e per la riduzione della carica enzimatica del mosto e del vino

43 Reazione con i metalli pesanti Al pari degli antociani i tannini formano complessi con metalli pesanti poco solubili. Quelli con il ferro trivalente sono di colore blu e sono responsabili della casse tannato- ferrica.

44 Reazione di scissione dei legami di condensazione In determinate condizioni (pH acido, temperature relativamente elevate), il legame interflavanico, ossia i legami C4-C6 e C6-C8 tra le molecole flavaniche, puà essere scisso. Questo comporta la formazione di una catechina monomero o polimero e di un residuo di catechina con un carica positiva sul C4, detto carbocatione flavanico. Questa molecola è molto reattiva è può avviare nuove reazioni di condensazione tra flavani e tra flavani e antociani, oppure può condensarsi con altre molecole nucleofile (ossia molecole dotate di coppie di elettroni libere) come ad esempio alcuni gruppi tiolici (-SH), che si formano in ambiente riducente. In questi casi i tannini possono concorrere a attenuare alcune sensazioni organolettiche legate ai processi di riduzione che avvengono nel vino in ambiente povero di ossigeno

45 Reazione di ossidazione I tannini condensati, così come i monomeri da cui derivano vanno incontro a reazioni di ossidazioni, comportandosi in questo modo come antiossidanti. I composti coinvolti in questa reazione sono quelli che presentano almeno due ossidrili adiacenti (pertanto solo lanello B può essere coinvolto nellossidazione) Le reazioni di ossidazione dei tannini condensati possono essere di tipo enzimatico o di tipo chimico. Le ossidazioni enzimatiche avvengono nel mosto e nel vino in presenza di polifenol-ossidasi derivanti da muffe e portano alla formazione di chinoni di colore giallastro che tendono a polimerizzare formano pigmenti bruni poco solubili. Le ossidazioni di tipo chimico sono dovute alla presenza di ossigeno e di agenti chimici e fisici che funzionano da attivatori dellossigeno. Queste reazioni infatti avvengono attraverso lintervento di specie radicaliche a base di ossigeno (ione superossido, radicale perossido) in seguito allintervento di agenti (ioni metallici, luce) che facilitano la formazione di elettroni spaiati sullatomo dellossigeno. Questi radicali comportano la trasformazione delle sostanze polifenoliche in specie radicaliche e/o in chinoni che tendono a formare dei polimeri di colore bruno sempre più grandi e meno solubili (detti flobafeni).

46 Reazioni di polimerizzazione I flavanoli (catechine), i flavandioli (leucoantociani) hanno la capacità di polimerizzare (condensare) tra di loro per formare i tannini condensati. Una volta formatisi, anche i tannini condensati possono reagire tra di loro formando polimeri ancora più grandi, soggetti a precipitazione man mano che le dimensioni aumentano e a seconda delle condizioni ambientali (presenza di ossigeno, proteine) Così come visto per gli antociani, la capacità di polimerizzare dei tannini dipende dalla presenza nelle stessa molecola di zone nucleofile sullanello A e di zone elettrofile sullanello C. Due molecole di flavani o di polimeri da loro derivati possono condensare tra di loro attraverso linterazione della zona nucleofila delluna (C6 o C8) e la zona. elettrofila dellaltra (C4). Lossidazione dei flavani o dei tannini condensati accentua la tendenza alla polimerizzazione attraverso la formazione di radicali e di chinoni. Esistono diverse modalità di polimerizzazione, che portano a molecole molto diverse tra di loro, che influenzano in maniera differente la qualità del vino.

47 Polimerizzazione ordinata, attraverso la formazione di carbocationi. Avviene in ambiente acido, in assenza di ossigeno. Sul carbonio C4 si viene a creare una carica positiva, con la formazione di un carbocatione che si attacca su un carbonio nucleofilo (C8 o meno frequentemente C6) di unaltra molecola flavanica. Si formano così catene ordinate di lunghezza variabile, con legami C4-C8 e C4- C6, non colorate o a colorazione giallastra, molto reattive nei confronti delle proteine, responsabili delle sensazioni di amaro e di astringenza dei vini. Man mano che le catene si allungano diminuisce il carattere tannico e aumenta la tendenza alla precipitazione. Polimerizzazione ossidativa non ordinata. In ambiente fortemente ossidante, soprattutto in presenza di enzimi ossidasici, la polimerizzazione con i prodotti dellossidazione visti in precedenza (radicali e chinoni). Si formano una molteplicità di polimeri, a struttura poco definita di colore bruno, di sapore amaro e fortemente instabili (precipitano facilmente). La polimerizzazione non ordinata porta ad un impoverimento delle componenti strutturali e di quelle aromatiche.

48 Polimerizzazione mediata da acetaldeide. In condizione di ossigenazione controllata (microssigenazione), soprattutto in presenza di polifenoli gallici, si forma acqua ossigenata che ossida lalcol etilico ad acetaldeide. In ambiente acido, lacetaldeide forma un carbocatione che per stabilizzarsi si fissa su un carbonio nucleofilo C8 o C6 di un flavano o di un suo polimero. Il composto che si forma da origine ad un nuovo carbocatione che reagisce con la posizione C6 o C8 di un altro flavano. In questa maniera si formano polimeri eterogenei caratterizzati da ponti etilici tra le varie parti che li compongono. Questi polimeri sono anchessi responsabili dellastringenza dei vini, sebbene diversa da quella determinata dai polimeri omogenei. La polimerizzazione per mezzo del ponte acetaldeide, invece, induce un ammorbidimento gustativo e le molecole che così si formano sono molto meno reattive. Tendono a precipitare più facilmente perché le interazioni idrofobiche fra i polimeri sono più forti. La polimerizzazione mediata da acetaldeide ha un decorso più veloce di quella ordinata.

49 Reazioni di condensazione con gli antociani Come già visto i tannini condensati reagiscono con gli antociani favorendone la stabilità nei confronti del pH e della SO 2 e determinando una maggiore intensità di colore ed il passaggio da una colorazione rosso- violacea ad una colorazione rosso-mattone fino ad una colorazione bruno aranciata La reazione di condensazione può essere diretta o indiretta (mediata da acetaldeide). I prodotti risultanti differiscono per la tonalita del colore. Nel caso della condensazione indiretta, analogamente a quanto visto per la condensazione tra i flavani, la prima fase è la produzione di acetaldeide da alcol etilico in seguito allazione ossidante dellacqua ossigenata. Lacqua ossigenata deriva a sua volta dallossidazione di polifenoli con gruppi -OH in posizione orto. Lacetaldeide, in ambiente acido, si carica positivamente, unendosi ad un carbonio nucleofilo (C8 e C6) di un flavano. Il composto che si forma da origine ad un nuovo carbocatione che reagisce con la posizione C6 o C8 di una molecola di antociano nella sua forma di pseudobase. Se la concentrazione di antociani è elevata lacetaldeide si attacca prima allantociano (sempre nella sua forma di pseudobase) e poi alla molecola flavanica

50 La polimerizzazione diretta può avvenire in due modi: Condensazione Tannino - Antociano (T-A): i carbocationi originati dai flavani (C4 + possono reagire con le posizioni 6 o 8 nucleofile delle antocianine in forma di pseudobase (AOH). Il complesso è incolore e diventa colorato in seguito a disidratazione (lanello C, riacquista la sua carica positiva e la sua sequenza di doppi legami coniugati). La reazione non richiede lintervento dellossigeno. La conservazione del vino in vasca senza contatto con laria e linvecchiamento in bottiglia si rivela favorevole a questo tipo di condensazione Condensazione Antociano - Tannino (A-T): lantociano può reagire in posizione 4, con i carboni 6 e 8 di una molecola di flavano (T) più o meno polimerizzato, portando ad un flavene incolore (AT); questo, per ossidazione diventa colorato (lanello C, riacquista la sua carica positiva e la sua sequenza di doppi legami coniugati); lossigeno è pertanto fondamentale per il decorso della reazione. La ripresa del colore dei vini rossi alla svinatura è probabilmente dovuta a questultima reazione

51 Reazione con i polisaccaridi I tannini condensati reagiscono con i polisaccaridi verosimilmente attraverso legami a ponte di idrogeno tra i gruppi –OH. I polisaccaridi sono quelli derivanti dalluva e dallautolisi delle cellule di lievito. I complessi con i polisaccaridi a volte includono molecole proteiche, che in questo modo vengono protette dalla precipitazione. I tannini derivanti dalle bucce sono meno astringenti di quelli derivanti dai semi, perché durante la maturazione delluva e i processi di macerazione delle vinacce si combinano con i polisaccaridi delluva. La reazione con i polisaccaridi contribusce a ridurre laggressività dei tannini e a dare morbidezza e struttura al vino.

52 Evoluzione dei tannini nel corso della vinificazione

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55 Evoluzione della frazione fenolica nei vini rossi

56 Effetto dei tannini condensati sulla qualità I tannini condensati sono i principali responsabili dellastringenza dei vini. Lastringenza dei tannini condensati non dipende solo dalla loro concentrazione, ma dalle loro caratteristiche strutturali che dalle loro interazioni con altre sostanze del vino. Grado di polimerizzazione della catena. Lastringenza raggiunge i valori massimi con polimeri di 8 unità, poi tende a diminuire. È da notare che i tannini di piccole dimensioni (dimeri, trimeri e tetrameri) hanno un sapore amaro che prevale su quello astringente. I tannini delle bucce sono meno astringenti di quelli dei semi perché hanno un grado di polimerizzazione (mediamente di 15) più elevato di quello dei semi (mediamente inferiore a 10) Modalita di polimerizzazione. La polimerizzazione ordinata comporta la formazione di molecole più astringenti di quelle che si formano quando la polimerizzazione è mediata da acetaldeide e avviene con linclusione di altri flavanoidi Grado di ossidazione dei polimeri. La polimerizzazione ossidativa comporta la formazione di composti di sapore amaro I tannini condensati danno corpo e struttura al vino. Particolarmenta adatti in questa funzione sono i tannini della buccia, in seguito al loro maggiore grado di polimerizzazione e alla loro complessazioe con polisaccaridi glucidici. Laffinamento del vino e linvecchiamento concorrono altresi ad esaltare questo ruolo dei tannini.

57 Formazione di complessi con proteine e polisaccaridi. La formazione di complessi con i polisaccaridi e con le proteine riduce lastringenza. I tannini delle bucce sono meno astringenti e più morbidi di quelli dei semi perché sono legati a molecole glucidiche e a proteine. Esterificazione con acido gallico (grado di galloilazione). I tannini possono essere esterificati con acido gallico attraverso un legame estere con lidrossile in posizione 3. Questi composti monto più abbondanti nei semi che nelle bucce rendono i tannini più astringenti e ruvidi Con opportuni interventi in vari momenti nel corso della vinificazione (scelta dellepoca di vendemmia, durata e temperatura della macerazione, temperatura ed ossigenazione nel corso della conservazione, contatto con il legno, aggiunta di SO 2 ) è possibile regolare il grado ed il tipo di astringenza dei tannini. Questi interventi hanno anche effetti sul colore del vino

58 I tannini favoriscono la precipitazione delle proteine. I tannini si legano alle proteine formando complessi poco stabili che tendono a precipitare. La presenza di polisaccaridi attorno a questi complessi può rallentare o impedire la precipitazione. La reazione tra tannini e proteine avviene spontaneamente nel corso della vinificazione e contribuisce allillimpidimento del prodotto. Nel caso dei vini bianchi si ricorre talvolta allaggiunta di tannini per favorire la stabilizzazione proteica. Stabilizzazione del colore. I tannini stabilizzano il colore degli antociani su tonalità rosso-mattone o rosso aranciato, in seguito alla formazione di copolimeri. Il meccanismo di condensazione (diretta o mediata da acetaldeide) influenza la tonalità del colore e la stabilità dei copolimeri

59 I tannini rallentano lattività degli enzimi ossidasici. I tannini sottraggono ossigeno dal mosto o da vino incorporandolo nelle loro molecole (attraverso la formazione di chinoni). In questo modo viene ridotta lattività catalitica della polifenolossidasi. Inoltre,grazie alla loro capacità di legarsi alle proteine e di modificarne la struttura, i tannini hanno un potere denaturante nei confronti degli enzimi presenti nel mosto e nel vino, in particolare della laccasi. Laggiunta di tannino viene fatta anche per questa finalità. I tannini svolgono unazione antiradicalica e antiossidante. Per la loro capacità di neutralizzare i radicali liberi (responsabili di reazioni a catena che portano alla decomposizione e/o ossidazione di alcuni componenti del vino) e di reagire con lossigeno incorporandolo nelle loro molecole i tannini proteggono altri composti del vino (ad esempio le sostanze aromatiche) dallossidazione. Particolarmente attivi in questo ruolo sono i tannini idrolizzabili.

60 I tannini chelano i metalli eliminandoli dal mezzo. I tannini formano complessi poco solubili e quindi allontanano dal vino alcuni metalli pesanti che possono essere responsabili di intorbidimenti (casse ferrica e casse rameica) e che possono catalizzare (soprattutto il ferro), le reazioni di ossidazione. Lazione antiossidante dei tannini è dovuta anche a questa loro proprietà. Eliminazione dei sentori di ridotto. Poiché i tannini hanno delle zone nucleofile (povere di elettroni), possono combinarsi con il gruppo -SH (ricco di elettroni) di alcuni tioli volatili che si formano in ambiente ridotto e che sono responsabili anche di odori sgradevoli.

61 Lo studio dei composti fenolici dell'uva e del vino si presenta alquanto complesso e articolato per l'ampia diversità di strutture che ne fanno parte e del diverso contributo sensoriale da queste fornite. Il colore dei vini rossi dipende principalmente dal contenuto di antociani, dalla loro composizione, dal pH, dall'anidride solforosa e dai fenomeni di copigmentazione in cui tali molecole sono coinvolte. In un vino rosso invecchiato la stabilità del colore dipende dalla formazione di pigmenti polimerici ottenuti principalmente dalla condensazione tra antociani e proantocianidine condensate e da tutte quelle reazioni che conducono alla formazione di strutture molecolari in grado di preservare la carica positiva degli antociani e stabilizzare così il colore del vino. La struttura e il corpo del vino rosso, ma anche il gusto amaro e la sensazione di astringenza sono dovuti a una importante classe di composti fenolici, le proantocianidine o tannini condensati. Tali composti sono una miscela di oligomeri, costituiti da catene di monomeri di flavan-3-oli, legati principalmente attraverso legami tra il carbonio C4 di una unità e il carbonio C8 (o C6) di un'altra unità. Le proprietà delle proantocianidine dipendono dalla loro struttura e, in particolare, dal loro grado di polimerizzazione. I monomeri sono più amari che astringenti, all'aumentare del peso molecolare aumentano le proprietà astringenti. La sensazione di astringenza (dovuta all'interazione tra i polifenoli e le proteine e glicoproteine della saliva, con conseguente perdita delle proprietà lubrificanti di quest'ultima) è strettamente correlata alla natura molecolare dei tannini. Per avere alta affinità con le proteine, i tannini devono avere: dimensioni opportune per legare tra loro molecole proteiche adiacenti; un numero di gruppi fenolici sufficienti a permettere la formazione di legami con le catene proteiche in più di un punto. Se le molecole tanniche sono troppo grandi, esse non riescono a penetrare nella regione interfibrillare della molecola proteica; se, invece, sono troppo piccole, possono entrare nella struttura proteica ma non sono in grado di formare legami stabili con la proteina. I composti polifenolici più importanti per i vini bianchi sono gli acidi cinnamici. Una delle proprietà più importanti dei polifenoli del vino è la loro capacità di ossidarsi a chinoni in presenza di ossigeno. Tale reattività è molto importante per gli esteri degli acidi cinnamici ed è alla base dei fenomeni di imbrunimento dei mosti e dei vini bianchi a seguito dell'azione di enzimi ossidasici. Per riassumere……….

62 L'«acido tannico» in commercio è una miscela di questi polimeri dell'acido gallico glucosidato Tannini idrolizzabili

63 In natura troviamo moltissimi tipi di polifenoli, caratterizzati da una spiccata variabilità strutturale e funzionale. In linea di massima, comunque, l'attività dei polifenoli può essere riassunta nei seguenti punti: ANTIOSSIDANTE: proteggono le cellule dai danni causati dai radicali liberi, che si sviluppano con il normale metabolismo cellulare e a causa di eventi stressogeni, come radiazioni, fumo, agenti inquinanti, raggi UV, stress emotivo e fisico, additivi chimici, attacchi virali e batterici ecc.radicali liberi ANTICANCEROGENICA :in generale mostrano un impatto sullo step di iniziazione dello sviluppo del cancro, proteggendo le cellule contro l'attacco diretto da carcinogeni o alterando il loro meccanismo di attivazione (in vitro). ANTIATEROGENA: è ampiamente riportato come l'ossidazione dei lipidi ed in particolare delle LDL sia la causa dello sviluppo dell'arteriosclerosi e delle malattie ad essa correlate. Il principale meccanismo è la riduzione della coagulazione delle piastrine e delle LDL; altri meccanismi sono l'inibizione dell'ossidazione delle lipoproteine, l'azione radical scavenger e la modulazione del metabolismo degli eicosanoidi.LDLpiastrinelipoproteineeicosanoidi ANTINFIAMMATORIA: inibizione sulla cascata dell'acido arachidonicoacido arachidonico ANTIBATTERICA e antivirale Azioni generali dei polifenoli sulla salute

64 I chinoni hanno una duplice importanza biologica. Si ritrovano nel nucleo di diverse sostanza organiche fondamentali per il funzionamento del metabolismo, come ad esempio il coenzima Q coinvolto nel trasporto di elettroni a livello dei mitocondri. Sono anche i nuclei costituenti delle varie forme chimiche dellavitamina K (menadione, fillochinoni, ecc.).coenzima Qmitocondrivitamina Kmenadionefillochinoni Dall'altro lato, i chinoni sono al tempo stesso molecole molto reattive. I loro doppi legami sono dotati di proprietà elettrofile e possono formare legami covalenti con gruppi chimici vari (tioli, ammine, ecc.). Questo molto spesso ne fa delle sostanze dotate di potere battericida, antifungino, anti-infiammatorio, citotossico ed anche mutageno. In natura vi sono moltissimi esempi di composti derivati dal benzochinone e dotati di proprietà biologiche o farmacologiche molto potenti: Si combinano direttamente con anilina ed altre basi, e anche con fenoli: specialmente interessanti sono i composti profondamente colorati che si formano per addizione dei fenoli ai chinoni. Importanza biologica dei chinoni La PPO, enzima endogeno catalizza la produzione di chinoni dai costituenti fenolici, composti altamente instabili in grado di polimerizzare e condurre alla formazione di melanine, sostanze dotate di attività antibatterica e antifungina. Sono gli o-chinoni che interagendo con i gruppi ossidrilici presenti negli enzimi fungini, provocano la riduzione della capacità dei funghi stessi di penetrare i tessuti eventualmente danneggiati.


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