2/2/15

NUTRICIÓN NITROGENADA Y LEVADURA: MANEJO ADECUADO PARA OPTIMIZAR EL PERFIL AROMÁTICO DE LOS VINOS

Denis Caboulet1, Amélie Roy,1 Marie Agnès Ducasse,1 Philippe Cottereau,2 Dominique Solanet,2 Laurent Dagan,3 Anthony Silvano,4 Anne Ortiz-Julien,4 y Rémi Schneider,1,3
1 Institut Français de la Vigne et du Vin, UMT Qualinov, Domaine de Pech-Rouge, Gruissan, Francia
2 Institut Français de la Vigne et du Vin, Domaine de Donadille, Rodilhan, Francia
3 Nyséos, Montpellier, Francia
4 Lallemand SAS, 19, Blagnac, Francia

INTRODUCCIÓN
El nitrógeno en los mostos constituye un elemento esencial que permite a la levadura completar la fermentación. Este elemento actúa en el metabolismo de la levadura y permite la síntesis de biomasa, y tiene que ver también con las enzimas y los transportadores de membrana que la levadura necesita para su funcionamiento. En consecuencia, tiene un impacto en la cinética y en la finalización de la fermentación (Sablayrolles et al., 1996).
Además, el metabolismo del nitrógeno y de los aminoácidos, en particular, genera la formación de muchos compuestos aromáticos implicados en la matriz aromática del vino: alcoholes superiores y sus acetatos. El metabolismo de la levadura influye también en la revelación o la preservación de ciertos precursores aromáticos de tipo amino (precursores cisteinilados de tioles varietales y el precursor del sulfuro de dimetilo) y, por ende, la composición de nitrógeno del mosto puede modificar el perfil aromático del vino. Se observó también que los nutrientes orgánicos o complejos, como Fermaid O ®, tienen un impacto sobre la formación de compuestos aromáticos cuando se usan durante la fermentación alcohólica.

Compuestos aromáticos derivados directamente del metabolismo del nitrógeno
Alcoholes superiores
El metabolismo de los aminoácidos (anabolismo y catabolismo) por las levaduras lleva a la formación de alcoholes superiores. Estos compuestos abundan en el vino (entre 400 y 500 mg/L en total), como en todas las bebidas fermentadas y en la mayoría de los licores destilados. En el vino, los 2- y 3-metilbutanol, propanol, 2-metilpropanol, butanol, pentanol, 2-feniletanol, metiltiopropanol (metionol), tirosol y triptofol (Baumes, 1998) son los dominantes. Cuando la presencia de estos compuestos en el vino supera 1 g/L en total, con la notable excepción del 2-feniletanol, se los considera como aromas defectuosos, si bien se estima que tienen un impacto positivo cuando están presentes en concentraciones óptimas de entre 400 y 500 mg/L (Etiévant, 1991).
Su formación, vinculada al metabolismo del nitrógeno, se ve fuertemente influenciada por la composición de nitrógeno en el mosto. El catabolismo de aminoácidos realizado por las levaduras conduce a la formación, mediante descarboxilación y luego reducción, de los ácidos a-cetónicos derivados de la transaminación de aminoácidos. El anabolismo de los mismos aminoácidos conduce también a la formación de los ácidos a-cetónicos de los azúcares.
La regulación de este metabolismo es muy compleja y parece ser que la composición del nitrógeno en el mosto es un factor esencial. A escala macroscópica, una deficiencia en nitrógeno causa una acumulación de ácidos a-cetónicos y, por lo tanto, de los alcoholes superiores correspondientes. La presencia de una gran cantidad de aminoácidos provoca la retroinhibición de la ruta anabólica y la disminución de alcoholes superiores, y activa la ruta catabólica.
La producción de alcoholes superiores varía según la cepa de levadura, más precisamente según el uso que hace la levadura de los aminoácidos, y de acuerdo con sus necesidades de nitrógeno total. Sin embargo, las diferencias parecerían ser leves en la ausencia de una deficiencia en nitrógeno (Jiranek et al., 1995).
Se supone que los numerosos factores que causan una tasa rápida de fermentación alcohólica (FA) favorecen también la producción de alcoholes superiores. Estos factores incluyen elementos de crecimiento, alta turbidez, aireación del mosto, alta temperatura de fermentación, pH alto y presión de CO2 elevada, pero la interacción entre estos diferentes factores sigue siendo difícil de comprender.

Ésteres
Los ésteres constituyen la segunda clase de compuestos más abundantes. Si bien los alcoholes superiores son los más proclives a ser considerados como desfavorables para los aromas del vino, la mayor parte del búfer aromático de los vinos viene dada por los ésteres etílicos o los acetatos de alcoholes superiores, tal como lo define Ferreira (2012). Le aportan lo que los tecnólogos llaman la nota «vinosa» (vineuse) resultante de sus interacciones. Tomados individualmente, proporcionan más notas afrutadas, desde fruta roja hasta fruta de carne blanca y plátano o piña.
De estas dos familias –ésteres etílicos y acetatos de alcoholes superiores–, los acetatos son los compuestos más relacionados con el metabolismo del nitrógeno (Baumes, 1998) puesto que son formados por la levadura mediante la acetilación de los alcoholes superiores ya descritos (vía el S-acetil coenzima A). Sin embargo, la biogénesis de los esteres etílicos de los ácidos grasos también implica la presencia del S-acil coenzima A, cuya producción está principalmente regulada por el metabolismo lipídico, pero también por el metabolismo del nitrógeno.
Con respecto a la regulación, parece ser que la disponibilidad de alcoholes superiores es más importante para los acetatos que el S-acetil coenzima A. Por otro lado, la actividad acetiltransferasa sigue siendo esencial, lo que explica la variabilidad entre las cepas de levadura observadas en condiciones enológicas. Sin embargo, para los ésteres etílicos de los ácidos grasos, el S-acil coenzima A es, sin lugar a dudas, el factor esencial y las condiciones que retardan la tasa de FA parece favorecen la actividad de los ácidos grasos y de sus ésteres etílicos: anaerobiosis estricta, baja turbidez y temperatura baja.

Compuestos aromáticos cuya formación es regulada por el metabolismo del nitrógeno
Incluye principalmente los tioles varietales y el sulfuro de dimetilo (DMS).

Tioles varietales
Los tioles varietales provienen principalmente de los precursores cisteinilados y glutationilados. Característicos de los vinos sauvignon blanc (Dubourdieu et al., 2009), se encuentran en vinos procedentes de otras muchas variedades a los que confieren sus notas cítricas particulares o de maracuyá cuando su cantidad es suficiente como, por ejemplo, en los vinos colombard, o notas afrutadas que aportan frescura en concentraciones más bajas, como en los vinos melon B.
Los precursores tienen su origen en los aminoácidos o en los péptidos. Son transportados en la levadura, en donde se produce la reacción de separación mediante su actividad C-S liasa. La regulación de los transportadores de aminoácidos y glutatión, en parte responsable de llevar los precursores de los tioles varietales a las células, interfiere con la biosíntesis de los tioles varietales. Se ha observado también, y de manera notable, que la represión catabólica por nitrógeno en la biosíntesis del transportador permeasa general de aminoácidos (GAP) lleva a la liberación de menos tioles varietales en los vinos (Subileau et al., 2008).

Sulfuro de dimetilo
El DMS es un potenciador de notas afrutadas y puede también proporcionar una concentración más alta de notas de sotobosque y trufa, típicas del aroma reductor de ciertos vinos tintos, incluyendo vinos dulces (Ségurel et al., 2004 y Escudero et al., 2007). El precursor principal del DMS en vinos embotellados proviene, una vez más, de los aminoácidos, S-metilmetionina (SMM) (Loscos et al,. 2008), cuya separación durante la conservación de los vinos produce DMS. Este compuesto se halla presente en las uvas y los mostos de numerosas variedades, pero se observa una pérdida durante la fase de fermentación. Una de las explicaciones es su asimilación por la levadura como fuente de nitrógeno. De este modo podemos comprender el rol de la composición de nitrógeno del mosto así como la demanda de nitrógeno de la levadura para la preservación de SMM en los vinos al final de la FA.

Aplicación en enología
Modular el perfil del éster agregando nitrógeno
Debido a los enlaces existentes entre el metabolismo del nitrógeno y la producción de ésteres, se estudió exhaustivamente el uso de adiciones de nitrógeno para modular estos compuestos aromáticos. Según un estudio reciente (Charrier et al., 2007), parece ser que la adición de nitrógeno en la viña por aplicación foliar –una práctica recomendada para los tioles varietales– no es capaz de modificar la cantidad de ésteres etílicos de manera importante o sistemática. Sin embargo, con esta técnica las concentraciones de los acetatos de alcoholes superiores aumentan del 50 al 100 %. Cuando la aplicación foliar se compara con la adición de sales de amonio en bodega (para obtener la misma concentración de nitrógeno asimilable), se observa que esta última es menos eficaz, porque el aumento en acetatos nunca excede un 50 %.
En un principio, dichos estudios proporcionan resultados interesantes, pero no tienen en cuenta el efecto eventual de la demanda en nitrógeno que varía según la cepa de levadura y la posibilidad de corregir la composición de nitrógeno del mosto con el uso de nutrientes de nitrógeno orgánico ricos en aminoácidos.
Este fue el enfoque de un estudio reciente llevado a cabo en colaboración con Lallemand en vinos rosados sauvignon, vermentino y mourvèdre. En líneas generales, el estudio ha mostrado que la adición de nitrógeno o de nutrientes orgánicos, como Fermaid O®, a los mostos que no tenían deficiencia en nitrógeno (cerca de 150 mg de N ass /L) es todavía más eficaz sobre los acetatos de alcoholes superiores pues, intrínsecamente, la levadura tiene menos necesidades de nitrógeno por lo que prefiere el nitrógeno amino orgánico.

Mejorar el potencial aromático con nitrógeno
Este estudio se centró en dos aromas potenciales: el potencial para tioles varietales y para DMS. Dicho enfoque se justifica por la naturaleza amínica de los precursores abordados, p. ej., S-cisteinilados conjugados para los tioles y el SMM para el DMS.
En el caso de los tioles varietales se halla incluso mejor documentado y, en el proceso de producción, el estado de nitrógeno de la viña es el primer punto a examinar. En ausencia de limitaciones hídricas, el abono del suelo permite una mayor biosíntesis de los precursores de tioles cisteinilados en las uvas (Choné et al., 2006). Experimentos más recientes de aplicación foliar con urea han producido resultados todavía más interesantes (Charrier et al., 2007). De hecho, este tratamiento después del envero (véraison), y combinado eventualmente con aplicación de azufre elemental , puede triplicar y hasta quintuplicar las concentraciones de tioles varietales. Es más probable que este aumento provoque una mejor conversión de los precursores de tiol en tioles que el incremento de los niveles de precursores en las uvas identificado por Lacroux et al. (2008), de acuerdo con los conocimientos actuales.
Durante la fermentación, se ha observado que el exceso de amonio al principio de la FA limita la liberación de tioles varietales llevada a cabo por la levadura (Subileau et al., 2008). La explicación de este fenómeno se encuentra en la represión catabólica por amonio en la síntesis de los transportadores de aminoácidos en la levadura en fermentación, lo que limita también la entrada de precursores de tioles de tipo cisteinilado y su consecuente conversión intracelular en tioles volátiles. Esta observación, realizada en el laboratorio así como a escala piloto, condujo a la implementación de una estrategia para la nutrición durante la FA que favorece la adición de nitrógeno amínico al principio de la FA, como con Fermaid O®, y amoniacal después. Parece ser también que, como en el caso de los acetatos de alcoholes superiores, debe seleccionarse el par levadura/nutriente con mucho cuidado, teniendo en cuenta la cantidad de nitrógeno demandada por la levadura empleada para adaptar la nutrición nitrogenada y de este modo lograr el estilo de vino deseado.
En el caso del DMS potencial, parece que su degradación es importante durante la FA, probablemente debido a la metabolización del SMM realizada por la levadura. El uso de levadura con una demanda baja en nitrógeno, junto con una gestión adecuada de adición de nitrógeno con Fermaid O®, puede limitar la degradación de esta última. De acuerdo con los experimentos efectuados, parece ser que tal estrategia nos permitiría preservar dos veces más el DMS potencial en los vinos al final de la FA y favorecer la liberación de DMS durante el envejecimiento para que llegue más rápidamente a un nivel interesante.

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA
Baumes, R. “Les constituants volatils du stade fermentaire”. En: C. Flanzy, ed. Oenologie, Fondements Scientifique et Technologiques 1998; París: Tec & Doc Lavoisier. 183-202.
Charrier, F., Pain A., Dufourcq T., Schneider R. y Berger J.L. “ Effets technologiques comparés d'une pulvérisation foliaire d'azote à la vigne et d'un ajout de sels ammoniacaux au moût en cave”. Vine and Wine World Congress 2007; Zagreb, OIV.
Choné, X., Lavigne-Cruège V., Tominaga T., Van Leeuwen C., Castagnède C., Saucier C. y Dubourdieu D. “Effect of vine nitrogen status on grape aromatic potential: Flavor precursors (S-cysteine conjugates), glutathione and phenolic content in Vitis vinifera L. cv. Sauvignon Blanc grape juice. Journal International des Sciences de la Vigne et du Vin2006; 40(1): 1-6.
Dubourdieu, D. y Tominaga T. “Polyfunctional Thiol Compounds”. En: Moreno-Arribas V. y Polo C., ed. Wine chemistry and biochemistry 2009; Springer. 275.
Escudero, A., Campo E., Farina L., Cacho J. y Ferreira V. “Analytical Characterization of the Aroma of Five Premium Red Wines. Insights into the Role of Odor Families and the Concept of Fruitiness of Wines. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2007; 55(11): 4501-4510.
Etiévant, P. ”Wine”. En: H. Maarse, ed. Volatile Compounds in Foods and Beverages 1991; Nueva York. Dekker Inc. 483-546.
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Lacroux, F., Tregoat O., Van Leeuwen C., Pons A., Tominaga T., Lavigne-Cruège V. y Dubourdieu D. “Effect of foliar nitrogen and sulphur application on aromatic expression of Vitis vinifera L. cv. Sauvignon Blanc. Journal International des Sciences de la Vigne et du Vin 2008; 42(3): 125-132.
Loscos, N., Ségurel M., Dagan L., Sommerer N., Marlin T. y Baumes R. “Identification of S-methylmethionine in Petit Manseng grapes as dimethyl sulphide precursor in wine”. Analytica Chimica Acta 2008; 621(1): 24-29.
Sablayrolles, J. M., Dubois C., Manginot C., Roustan J.L. y Barre P. “Effectiveness of combined ammoniacal nitrogen and oxygen additions for completion of sluggish and stuck wine fermentations”. J. Ferment. Bioeng . 1996; 82(4): 377-381.
Ségurel, M. A., Razungles A.J., Riou C., Salles M. y Baumes R.L. “Contribution of dimethyl sulfide to the aroma of Syrah and Grenache Noir wines and estimation of its potential in grapes of these varieties”.Journal of Agricultural and Food Chemistry 2004; 52(23): 7084-7093.
Subileau, M., Schneider R., Salmon J.M. y Degryse E. “Nitrogen catabolite repression modulates the production of aromatic thiols characteristic of Sauvignon Blanc at the level of precursor transport”. FEMS Yeast Res2008; 8:771-780.

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