I congeneri (in latino “nati insieme”) sono all’altezza del loro nome. Sono i fratelli inevitabili ma spesso trascurati di una fermentazione alcolica. Mentre i lieviti fermentano gli zuccheri dal mosto o da qualsiasi altra fonte all’etanolo e all’anidride carbonica, forniscono anche una serie di altri composti, opportunamente chiamati congeneri. Sono il supplemento del lievito alla complessità di sapore del vino che completa i contributi delle uve stesse.
I congeneri esercitano il loro maggiore impatto su alcuni spiriti perché per distillazione si concentrano in essi. Ma anche birre e vini sono colpiti, se in misura minore. Tuttavia, un congenere, l’alcol amilico attivo (vedi sotto) e gli esteri derivati da esso, sono considerati importanti, desiderabili componenti aromatici della birra.
Cosa sono i congeneri?
L’elenco dei congeneri, che comprende l’acetaldeide e una varietà di esteri (in particolare gli esteri etilici degli acidi grassi da C8 a C12), è ampio. Ma il gruppo collettivamente chiamato olio di fusel è il più abbondante e potrebbe essere il più intrigante. Certamente è il congenere con la reputazione più ambigua. L’olio di fusel, a lungo accusato di postumi di una sbornia, è riconosciuto per l’aggiunta di complessità di sapore. I distillati tradizionali fini, per esempio, sarebbero grigi senza olio di fusel.
Gli oli fusel sono una miscela di alcoli più alti (maggiore peso molecolare rispetto all’etanolo). Il nome strano, fusel, deriva da un’antica parola tedesca, che si traduce approssimativamente come “spiriti cattivi”, scelti, indubbiamente per l’odore un po ‘ sgradevole di una miscela concentrata di loro.
L’olio di fusel è chiamato “olio” perché nel processo di distillazione delle bevande alcoliche, la miscela si separa come strato oleoso superiore sulle piastre di un alambicco continuo contenente 100° a 135° prova. L’olio di fusel ha quattro componenti principali: un alcool C3 (alcool propilico normale), un alcool C4 (alcool isobutilico) e due alcoli C5 (alcoli isoamilici e amilici attivi).
Lievito di fermentazione fanno sempre questi quattro principali componenti fusel-olio, insieme a piccole quantità di altri alcoli superiori. La domanda non completamente risposto è, perché? La loro formazione non fa parte della fermentazione alcolica mediante la quale il lievito ricava energia metabolica. Il lievito non beneficia energicamente facendo olio di fusel, né per la maggior parte in qualsiasi altro modo.
Come viene prodotto l’olio di fusel?
Più di 100 anni fa (nel 1907), l’origine e la ragione dell’olio di fusel sembravano abbondantemente chiare. Quell’anno, F. Ehrlich pubblicò un documento (in seguito confermato da altri) che mostrava che i componenti dell’olio di fusel sono detriti metabolici. Sono la forma leggermente alterata degli scheletri di carbonio di alcuni aminoacidi, scartati dopo che il lievito ha rimosso gli atomi di azoto di cui hanno bisogno per la crescita. Piccole quantità di queste materie prime di aminoacidi sono presenti nel succo d’uva.
Ad eccezione del normale alcol propilico, tutti i principali componenti dell’olio di fusel—isobutile, isoamile e alcoli amilici attivi—contengono gli scheletri di carbonio di un gruppo di aminoacidi biosinteticamente correlati (a volte chiamati amminoacidi a catena ramificata): valina, leucina e isoleucina, rispettivamente. Questa spiegazione del perché il lievito produce olio di fusel è ancora ampiamente diffusa. Curiosamente, solo i lieviti—una grande varietà di essi—sono noti per produrre olio di fusel.
Ma la spiegazione di Ehrlich era incompleta e rimanevano domande fondamentali: perché questi pochi amminoacidi vengono attaccati preferenzialmente? E il puzzle più grande è: come e perché il lievito produce olio di fusel, anche quando gli amminoacidi non sono disponibili come fonte di azoto?
Questo dilemma è stato messo a fuoco da un esperimento dettagliato che John Castor e Jim Guymon hanno fatto più di 50 anni fa presso l’Università della California, Davis, Dipartimento di Viticoltura ed enologia. Seguirono la scomparsa degli amminoacidi a catena ramificata e la formazione di olio di fusel (misurazioni difficili e lunghe da effettuare in quei giorni) durante la fermentazione di un mosto di Colombard francese dal ceppo di lievito Montrachet.
I risultati di Castor e Guymon hanno frantumato il legame implicito di Ehrlich tra l’utilizzo di aminoacidi e la formazione di olio di fusel. Hanno scoperto che la formazione di olio di fusel continuava—di fatto accelerava—dopo che tutti gli amminoacidi a catena ramificata nel mosto erano stati esauriti. E la formazione di olio di fusel (insieme alla fermentazione) continuò anche dopo che la crescita del lievito (e il suo bisogno di aminoacidi) si fermarono. Successivamente è stato dimostrato che le cellule di lievito sospese in una soluzione di glucosio da solo in completa assenza di aminoacidi producono olio di fusel mentre fermentano.
Come lievito fa questo è stato risposto da Jim Guymon, Ed Crowell e me, anche a UC Davis, nei primi anni 1960. In una serie di documenti, abbiamo dimostrato che i principali componenti dell’olio di fusel sono sintetizzati lungo la stessa via metabolica dei loro amminoacidi corrispondenti. Ma piuttosto che procedere fino agli amminoacidi, il percorso si dirama per produrre olio di fusel. Abbiamo mostrato questo utilizzando ceppi di lievito che a causa della mutazione avevano perso la capacità di sintetizzare un particolare amminoacido. Tali ceppi non fanno il corrispondente componente di olio di fusel. Ad esempio, i ceppi mutanti che non sono in grado di sintetizzare la leucina non producono alcol isoamilico e i ceppi che non possono sintetizzare isoleucina non producono alcol amilico attivo.
(Jim Guymon, professore di enologia, specialista di brandy e conoscitore, aveva un naso notevole per l’olio di fusel. L’ho visto—assaggiando-classificare correttamente tre vini Zinfandel in base al loro contenuto di olio di fusel.)
In questi stessi studi abbiamo scoperto la via metabolica di formazione del normale alcol propilico, la componente dell’olio di fusel che non corrisponde direttamente a nessun amminoacido. Anche il suo percorso di sintesi è parte integrante di quello degli amminoacidi a catena ramificata, ma in modo curioso e inaspettato. Un intermedio (alfa-ossoglutarato) nella serie di reazioni metaboliche che portano alla sintesi di isoleucina viene trasformato in normale alcol propilico per la stessa via con cui vengono scartati gli scheletri della catena ramificata. Perché? Quale possibile beneficio offre la sua formazione o presenza al lievito? Questo è un mistero, ma il normale alcol propilico sembra sempre essere un componente dell’olio di fusel.
Controllo della formazione di olio di fusel
Questi risultati hanno suggerito che potrebbe essere possibile costruire un ceppo di lievito che produrrebbe poco o, forse, nessun olio di fusel: semplicemente introdurre nel ceppo sufficienti blocchi genetici per renderlo incapace di produrre qualsiasi amminoacido a catena ramificata. Abbiamo fatto questo, e i risultati sono stati abbastanza sorprendenti. Il ceppo, come previsto, non produceva nessuno dei soliti componenti dell’olio di fusel, ma, inaspettatamente, produceva un nuovo alcol più alto normalmente non presente nell’olio di fusel: il normale alcol butilico.
Abbiamo scoperto che il ceppo aveva messo insieme i pezzi rimanenti della serie di reazioni che normalmente producono aminoacidi a catena ramificata e i loro corrispondenti componenti dell’olio di fusel per rendere questo nuovo alcol simile all’olio di fusel più alto, normale alcol butilico. Ha fatto alfa ossobutirrato da un frammento rimanente della via isoleucina, e convertito questo da frammenti di vie leucina e Ehrlich in alcool butilico normale. Sembra come se il lievito abbia una costrizione a fare un po ‘ di olio di fusel. Anche i ceppi mutanti lo rendono in un modo o nell’altro dai loro rimanenti strumenti metabolici.
Più tardi, Richard Snow e Ralph Kunkee hanno adattato questo approccio usando la varietà Montrachet di Saccharomyces cereviseae per ottenere un ceppo commercialmente utile che produce solo quantità minime di alcol isoamilico, il componente dell’olio di fusel che alcuni considerano il più indesiderabile per il sapore del vino. E avevamo trovato un altro modo per limitare l’olio di fusel. L’aerazione stimola la formazione di tutti i componenti dell’olio di fusel; la rigorosa esclusione dell’aria da una fermentazione riduce la quantità di essi.
Al di là del vino
È un fatto intrigante, come ha mostrato per la prima volta in modo così drammatico Louis Pasteur, il fondatore della microbiologia moderna, in Études Sur le Vin che le conseguenze della ricerca sul vino a volte si estendono oltre il vino stesso. La ricerca sulla formazione dell’olio di fusel nel vino è un esempio significativo.
L’industria biotecnologica, che utilizza microrganismi per produrre proteine terapeuticamente utili come l’insulina e l’ormone umano della crescita, era angosciata nel scoprire che queste proteine a volte contenevano un amminoacido anormale, la norvalina (non è nel nostro codice genetico né normalmente presente nelle proteine), e volevano eliminarlo. Hanno scoperto che la norvalina è stata sintetizzata attraverso il percorso attraverso il quale abbiamo scoperto che i ceppi mutanti di lievito producono la componente anormale dell’olio di fusel, il normale alcol butilico. Queste informazioni hanno portato a mezzi per eliminare norvaline dai loro prodotti.
La conoscenza di come viene prodotto l’olio di fusel viene ora applicata alla produzione di combustibili sintetici. I geni dell’olio di fusel dal lievito sono stati trasferiti da Shota Atsumi ad altri microbi (in particolare Escherichia coli) per produrre il normale alcol butilico, che è un ottimo combustibile per i motori a combustione interna.
Cosa fare?
Ora sappiamo come viene prodotto l’olio di fusel, il maggiore congenere. Non abbiamo ancora idea del perché i lieviti, quasi tutti, lo facciano. Sappiamo che influisce sul gusto del vino e abbiamo una certa conoscenza su come gestirne la formazione. Ma non siamo sicuri che vogliamo.
Al momento del ritiro dalla University of California, Davis, come professore di microbiologia, John L. Ingraham ha preso la consultazione in biotecnologie e la scrittura. Il suo ultimo libro, Marzo dei microbi, Avvistamento dell’invisibile, che prende l’approccio di un birdwatcher alla microbiologia, è stato rilasciato dalla Harvard University Press nel febbraio 2010. Per commentare questo articolo, e-mail [email protected].