Metabolismo dei batteri lattici

BATTERI LATTICI: microorganismi che dalla fermentazione degli zuccheri producono prevalentemente acido lattico In ambito alimentare : - utilizzati per la produzione industriale di ac lattico; - agenti della maturazione dei formaggi e dei foraggi insilati; - insieme ai lieviti costituenti della lievitazione dei prodotti da forno. In ambito enologico: agenti della fermentazione malolattica, causa anche di alcuni difetti del vino conosciuti con il termine «girato»o «filante»

Alcuni generi di batteri lattici

CARATTERISTICHE DEI BATTERI LATTICI: Non sono in grado di utilizzare l’azoto inorganico Non possiedono attività idrolitica quindi non possono utilizzare le proteine (mezzo di coltura con miscele di aa o peptidi) Richiedono la presenza di vitamine come la biotina, la riboflavina e la tiamina I BATTERI LATTICI DEL VINO sono specie mesofile : pH ottimale 7-5; di interesse enologico quelle che riescono a crescere ai pH bassi del vino (circa 3) METABOLISMO FERMENTATIVO anche in presenza di O2 Ottengono energia da fermentazioni che producono ATP mediante fosforilazioni a livello di substrato

METABOLISMO DEGLI ZUCCHERI DA PARTE DEI BATTERI LATTICI METABOLISMO DEGLI ESOSI: via omofermetativa e via eterofermentativa a seconda della specie batterica METABOLISMO DEI PENTOSI: via metabolica dei pentosi fosfati

FERMETAZIONE OMOLATTICA I BATTERI OMOLATTICI (Pediococcus) trasformano il glucosio e il fruttosio in acido lattico (85%) con produzione minima di prodotti secondari

Dal punto di vista energetico si ha la produzione di 2 molecole di ATP per ogni molecola di zucchero metabolizzata (come nella glicolisi)

FERMENTAZIONE ETEROLATTICA FOSFOCHETOLASI RIOSSIDAZIONE DI 2 NADH I batteri eterolattici (Leuconostoc, Lactobacillus, ecc) mancano dell’enzima aldolasi per cui degradano il glucosio attraverso la VIA DEI PENTOSI FOSFATI Tale degradazione comporta la formazione di 3 NADH: Ox glucosio ad ac. Gluconico Decarboss. Dell’ac. Gluconico a ribulosio Ox aldeide 3-fosfoglicerica al corrispettivo acido Vengono riossidate per: riduzione dell’ac. Piruvico a lattico (1 mol) Riduzione dell’acetilfosfato ad alcool etilico (2 mol)

I batteri eterolattici responsabili di molte alterazioni : «Spunto lattico» presenza di acido acetico e di mannite oltre che di ac. Lattico Dovuto ad un aumento della T che provoca un arresto della fermentazione alcolica e l’avvio della fermentazione eterolattica MECCANISMO SECONDARIO: riduzione a glicerina di una parte di dell’aldeide 3-fosfoglicerica ad opera del NADH proveniente dalla glicolisi per cui l’ac. Piruvico non può ridursi ad ac. lattico

VIE ALTERNATIVE per riossidare il NADH Ethanol VIE ALTERNATIVE per riossidare il NADH Acetilfosfato non viene ridotto ad etanolo ma viene idrolizzato ad acido acetico recuperando una molecola di ATP che può essere utilizzata dalla cellula Accettore di H esogeni cioè presenti nel substrato (es. il NADH può essere riox tramite la riduzione del fruttosio a mannitolo) In cod. aerobiche il NADH può essere riox a spese dell’O2 in reazioni mediate da flavoproteine

FERMENTAZIONE MANNITICA O «AGRODOLCE» La presenza di mannitolo nel vino è sempre accompagnata da ac acetico, ac. D-(-)-lattico, n-propanolo, 2-butanolo, di acetile e da viscosità FATTORI FAVOREVOLI ALLO SVILUPPO DELL’AGRODOLCE: T elevata Bassa acidità Zucchero residuo Anaerobiosi Assenza di SO2

METABOLISMO DEI PENTOSI Sia i batteri omofermentanti che quelli eterofermentanti metabolizzano i pentosi att. la via dei pentosi fosfati con resa energetica di 2 ATP e quindi maggiore rispetto alla resa della degradazione di glucosio

METABOLISMO DEI CARBOIDRATI NEI BATTERI LATTICI

METABOLISMO OMO ED ETEROFERMENTANTE DEI BATTERI LATTICI

…..Ricapitolando

FERMENTAZIONE MALOLATTICA La fermentazione malo-lattica porta alla conversione dell’acido malico in L-acido lattico. Questa fermentazione è condotta da alcuni batteri appartenenti ai batteri lattici (Oennococcus oeni e lactobacilli) Decarbossilazione dell’ac. L-malico (ac.bicarbossilico) con formazione di un ac. Monocarbossilico ac. L-lattico

Reazione diversa da quella catalizzata da: Enzima MALICO: L-malico + NAD+ piruvato + CO2 + NADH + H+ Malato-deidrogenasi (Ciclo di Krebs): L-malico + NAD+ ossalacetato + NADH + H+ Piruvato + CO2 NB:Il piruvato viene poi ridotto ad ac. lattico mediante l’azione dell’E lattato-dedrogenasi (LDH)

Nei batteri lattici enologici la fermentazione malolattica avviene solo tramite la reazione catalizzata dall’enzima MALOLATTICO Si ritiene che avvenga attraverso 2 passaggi: Malato convertito in piruvato attraverso una decarbossilazione ossidativa Il piruvato, legato all’enzima, viene ridotto a lattato NB: entrambe le attività enzimatiche si trovano sulla stessa proteina e sembrano agire simultaneamente per cui la reazione è in realtà una conversione diretta senza produzione di composti intermedi TRASFORMAZIONE ENDOENERGETICA: non emette energia per la cellula, la quale deve procurarsi l’energia necessaria dagli zuccheri presenti nel mezzo. VANTAGGIO ENERGETICO: formazione di una forza proton-motrice che permette la sintesi di ATP a livello delle ATP sintasi localizzate sulla membrana.

L’entrata di ac.L-MALICO nella cellula avviene attraverso un sistema di uniporto sottoforma di ione carico neg HM-e questo genera una differenza di potenziale elettrico con carica negativa all’interno della cellula; L’ac. L-LATTICO formato fuoriesce dalla cellula per diffusione passiva che equivale a una traslocazione di uno ione idrogeno verso l’esterno, quindi si crea un gradiente di pH con valori alcalini all’interno della cellula

QUANDO AVVIENE LA MALOLATTICA: A bassi valori di pH (3 - 3,5) quando i batteri non possono utilizzare gli zuccheri per il loro fabbisogno energetico ma al di sotto di pH 3 risulta difficile; Inibita a pH più alti; In presenza di residui zuccherini; gli ac. Succinnico, citrico e tartarico sono inibitori competitivi. La malolattica comporta RIDUZIONE DELL’INTENSITA’ DELL’AROMA in particolare di composti volatili come esteri a nota fruttata ed etil acetato, mentre aumentano il lattato di etile, l’ac. Acetico e il dietil succinato

CONSEGUENZE DELLA MALOLATTICA NEI VINI: Aumento del pH (0,1-0,2 unità); Possibile intorbidamento del vino perché l’aumento del pH può compromettere l’equilibrio proteico; Possibile perdita di intensità di colore nei vini rossi (per il maggiore pH); Aumento dell’acidità volatile poiché i batteri della malolattica sono capaci di attaccare anche l’ac. Citrico da cui producono ac. Acetico; Produzione di sostanze secondarie (es. butilenglicole, acetoino, acetile ecc) Il vino può apparire più «morbido» alla degustazione per la presenza di ac. Lattico meno «aspro» dell’ac. Malico ed anche per la possibile presenza del suo estere con l’etanolo, il lattato di etile.

ACIDO CITRICO: metabolismo batterico Metabolizzato dai batteri lattici durante la vinificazione contemporaneamente all’ac. Malico; Fonte aggiuntiva di energia (come ATP); Modalità di detossificazione; Mezzo per controllare il potenziale ossidoriduttivo e il pH interno; Via per le sintesi lipidiche. L’evoluzione dell’ACIDO CITRICO dipende da: Disponibilità di zuccheri residui Temperatura pH Tipo di specie batterica (O.oeni eterof. e lattobacilli omof.)

VIE METABOLICHE CHE POSSONO ORIGINARSI DALL’ACIDO CITRICO

COMPOSTI SOLFORATI i composti solforati, presenti nel vino a bassissime concentrazioni, sono responsabili di odori sgradevoli e sono dotati di soglie di percezione estremamente basse. In base alla loro struttura chimica è possibile distinguerli in cinque categorie: sulfidi, polisulfidi, composti eterociclici, tioesteri e tioli.

CICLO DI CRESCITA DEI BATTERI LATTICI NEL VINO DURANTE LA VINIFICAZIONE E LO STOCCAGGIO

FERMENTAZIONE MALOLATTICA CONTROLLATA

Fermentazione dell’acido tartarico o girato causata da batteri lattici che decompongono l’acido tartarico con formazione di acido acetico, propionico, lattico e CO2.

Alterazioni   Quando la malattia è avanzata i batteri si uniscono in un deposito viscoso e voluminoso, il vino diventa torbido con schiuma biancastra e odore e sapore sgradevoli. Colpisce vini con acidità bassa, dato che i batteri responsabili del girato si sviluppano a partire da pH 3,5, e poco alcolici che provengono da uve infette da peronospora (Phytophtora infestans). Prevenzione Per evitare questa malattia basta solfitare con metabisolfito di K che sottrae acido tartarico facendolo precipitare come tartrato acido di K. COO-K+  CHOH COOH Tartrato acido di potassio