Che cos’è la macerazione carbonica e che effetti ha sul vino, confrontata alla macerazione con azoto

Com’è noto, il vino è il prodotto di una fermentazione, e precisamente della fermentazione alcolica del mosto (il succo d’uva ottenuto spremendo gli acini, non fermentato) ricavato da uve fresche o poco appassite, con o senza vinacce a seconda si produca vino rosso o bianco. La fermentazione alcolica, portata avanti dai microrganismi presenti naturalmente negli acini o eseguita con colture di fermenti, trasforma in alcol etilico gli zuccheri, con sviluppo di anidride carbonica, fatta fuoriuscire dai tini aperti (in legno, cemento armato, acciaio, vetroresina) nei quali appunto avviene la trasformazione in alcol. Sempre una fermentazione è quella legata a una tecnica di vinificazione meno nota, la macerazione o fermentazione carbonica.

Che cos’è e a che cosa serve la macerazione carbonica

La macerazione carbonica (CM) è principalmente utilizzata per produrre vini novelli, quei vini freschi e giovani che piacciono a molti… ma, in effetti, di che si tratta? Questa tecnica infatti, ideata da Louis Pasteur e perfezionata da Michel Flanzy nel 1934, consiste nel porre i grappoli d’uva intatti in una vasca chiusa con un’atmosfera ricca di anidride carbonica. È infatti una vinificazione a grappolo intero, della durata di circa una settimana, e la rimozione dell’aria nell’atmosfera che circonda l’uva, sostituita totalmente con anidride carbonica, innesca un metabolismo anaerobico senza coinvolgimento di microrganismi: in pratica, la fermentazione è intracellulare, effettuata dagli zuccheri per via anaerobica, ed è avviata dallo schiacciamento per gravità dei grappoli interi, dal mosto che inizia a fermentare, oltre che dal calore che si produce nell’autoclave. Oltre alla trasformazione degli zuccheri in alcol (1,5-2% vol.), si riduce di circa la metà l’acido malico (con l'acido tartarico, uno dei principali acidi organici nell'uva), rendendo il vino meno forte e acerbo.  

Differenza tra vino e vino novello

Il vino ottenuto quindi da macerazione carbonica è poco acido e tannico, più morbido; vengono esaltate le componenti floreali e fruttate. Sono vini subito pronti da bere (ma possono anche essere sottoposti a invecchiamento): per legge, vanno commercializzati come vini novelli dal 30 ottobre dell’annata di produzione delle uve utilizzate e fino al 31 dicembre, purché la fermentazione carbonica abbia riguardato almeno il 40% dei grappoli d’uva, e fino al 100% come nel caso del “vin primeur” o “nouveau” per eccellenza, il francese Beaujolais da uve Gamay come vitigno principe (in Italia sono 60 i vitigni utilizzabili). La gradazione alcolica inoltre deve essere minimo dell’11%.

La macerazione carbonica, chimicamente

È noto che durante la maturazione dell’uva sulla vite si forma etanolo con l’espressione del gene ADH (alcol deidrogenasi) e recentemente ricercatori hanno dimostrato che, con il progredire della maturazione, l’ossigeno (O2) si avvicina a zero nella polpa degli acini d’uva di cultivar con semi. La fermentazione alcolica contribuisce a mantenere la funzione cellulare in condizioni di limitazione dell’O2, a condizione che siano disponibili zuccheri. Le piante in condizioni di scarsa o nulla disponibilità di ossigeno adattano il loro metabolismo per compensare la minore produzione di ATP (adenosina trifosfato) dovuta alla limitata attività respiratoria dei mitocondri. Si ritiene che il catabolismo anaerobico del saccarosio richieda l’attività della saccarosio sintasi, essendo questa reazione enzimatica energeticamente più favorevole di quella dell’invertasi. Si presume che l’importanza della saccarosio sintasi in condizioni di ipossia sia legata al suo ruolo nel fornire unità di carbonio per la fermentazione ma si è visto che la via della saccarosio sintasi non è la via preferenziale per il metabolismo del saccarosio in condizioni di ipossia. La risposta di frutta e verdura a concentrazioni molto elevate di anidride carbonica comprende l’induzione della via glicolitica, delle vie fermentative, l’accumulo di succinato e/o alanina e la diminuzione dei livelli di pH e ATP. L’azione principale della molecola sembra essere sulla cinetica di una reazione reversibile all’interno del ciclo degli acidi tricarbossilici (TCA). L’anidride carbonica può influenzare la via glicolitica agendo sugli enzimi coinvolti nella via o regolando la via del metabolismo fermentativo. I due enzimi chiave che controllano la velocità della via glicolitica sono ATP: fosfofruttochinasi (PFK) e piruvato chinasi (PK) hanno proposto che l’aumento delle attività della PDC e dell’ADH, osservato in condizioni di elevata atmosfera di CO2 su diversi frutti, potrebbe essere dovuto a un aumento del tasso di sintesi o di attivazione di questi enzimi a causa della diminuzione del pH citoplasmatico e/o dell’aumento delle concentrazioni di substrati, cioè piruvato, acetaldeide e NADH. Nel ciclo TCA, la succinato deidrogenasi sembra essere l’enzima più significativamente inibito dall’alta CO2 (con gli altri enzimi del ciclo TCA che vengono influenzati in misura maggiore o minore) e, di conseguenza, l’accumulo di succinato e la deplezione di malato. La modalità d’azione dell’anidride carbonica sulla respirazione potrebbe essere dovuta a un’inibizione della biosintesi e/o dell’azione dell’etilene, anche se nell’acino d’uva il ruolo dell’etilene nella maturazione è meno importante che nei frutti climaterici; un’altra ipotesi è l’effetto sulla variazione del pH, cioè una diminuzione del pH citoplasmatico. Pertanto, la saturazione con CO2 modifica in modo significativo il metabolismo cellulare della bacca dal punto di vista fisico ma anche chimico, con una modifica del panorama dei composti organici volatili (COV).

Osservazioni dei chimici sulla macerazione carbonica

Alcuni ricercatori hanno riscontrato, mantenendo sotto 100% di CO2 gli acini d’uva staccati a 30 °C al buio, che l’etanolo era vicino all’1,5% (V/V) alla fine dell’anaerobiosi (saturazione di CO2), che variava da 10 a 1 giorno, come indicato dalla completa ossidazione del succinato; con questa concentrazione di etanolo aumenta la permeabilità della membrana. Il mantenimento di un pH citosolico neutro è fondamentale per la sopravvivenza della pianta in anaerobiosi, mentre il pH vacuolare dell’uva è molto acido (il gradiente protonico transtonoplastico dell’uva dovrebbe essere di circa 3-4 unità di pH). La produzione di etanolo dalla glicolisi permette di produrre 1 mole di ATP che può essere utilizzata per il trasporto di due protoni nel vacuolo, inoltre la produzione di etanolo dall’acido malico elimina direttamente due protoni dal citosol. In questo senso, la formazione di etanolo è un buon mezzo per la cellula per arrestare l’acidità citosolica. L’effetto della CO2 e della formazione di etanolo contribuisce al significativo aumento della qualità aromatica, dovuto al maggior contenuto totale di esteri e acetati, riscontrato in diversi vini spagnoli prodotti con macerazione carbonica. I vini prodotti da uve bianche mantenute in macerazione carbonica presentavano contenuti più elevati di alcoli e composti carbonilici ma una minore concentrazione di alcoli C6, tuttavia in questo caso il processo di CM non è isolato, poiché alcune uve si rompono quando vengono messe in vasca, permettendo così l’inizio della fermentazione da parte dei lieviti; quindi, entrambi i fenomeni si sono verificati contemporaneamente.

Macerazione carbonica o macerazione con azoto: gli effetti sul vino

Ma se la CO2 ha un grande effetto sul metabolismo delle cellule delle bacche, cosa succede se la rimozione dell’ossigeno avviene con l’azoto? È noto che l’anossia provoca un metabolismo anaerobico (fermentazione), come nel caso della macerazione carbonica, ma l’azoto gassoso è inerte, rispetto alla CO2, sul metabolismo cellulare. Pertanto, ci si aspetta che l’anossia creata dall’azoto gassoso modifichi il metabolismo cellulare delle bacche in modo diverso dall’anossia da CM. Nei frutti di pesco tenuti in anossia per 72 ore, le attività della piruvato decarbossilasi (PDC) e dell’alcol deidrogenasi (ADH) sono aumentate notevolmente (rispettivamente di 6 e 6,5 volte) rispetto ai frutti non trattati, seguite da un aumento di quasi 2 volte dell’attività della lattato deidrogenasi (LDH).

Dal punto di vista tecnologico, la macerazione carbonica può essere effettuata utilizzando gas CO2 da bombole o ghiaccio secco (CO2 solida). Qualunque sia il sistema adottato, una grande quantità di CO2 viene rilasciata nell’ambiente e l’impatto relativo di questo meccanismo è ben noto. Una bombola da 10 kg di CO2 liquida a pressione atmosferica rilascia 5500 L di CO2 gassosa, quindi, ad esempio, per una vasca di macerazione di 10 m3 (10000 L) sono necessarie 2 bombole con relative valvole, per un costo di circa 400€. Se si utilizza il ghiaccio secco (CO2 solida), 1 kg rilascia 550 L, quindi sono necessari circa 18 kg di ghiaccio secco per saturare la stessa vasca di macerazione (circa 36€). Se il ghiaccio secco viene prodotto in cantina, l’energia necessaria per produrre 1 kg di CO2 è di 45,5 KW: un processo molto rapido ma molto costoso, anche in termini di impatto ambientale. Dobbiamo considerare che utilizzando la CO2 si provoca un effetto di raffreddamento dell’uva che non è positivo per il processo di fermentazione. Nel caso della macerazione con azoto, non si ha alcun impatto ambientale e per una vasca di macerazione da 10.000 L sono necessarie 6 bombole (una bombola da 8 L produce 1800 L di gas), per un costo di circa 840 €. L’altra tecnologia è il generatore di azoto a membrana (PSA = pressure swing technology), che viene utilizzato, in cantina, anche per la linea di imbottigliamento. La purezza dell’azoto va dal 95 al 99,99%, con una portata da 0,5 Nm3 /h fino a 10000, e il consumo energetico è molto basso, dell’ordine di 0,2-0,7 KW/m3 di gas prodotto. Pertanto, se la cantina dispone di un generatore di azoto per l’imbottigliamento, lo stesso generatore può essere utilizzato per il processo di macerazione.

Considerazioni sulla macerazione con azoto in confronto alla carbonica

Non sono stati pubblicati articoli sul confronto tra la macerazione carbonica e la macerazione con azoto (NM). Pertanto, uno studio dell’Università di Pisa ha voluto testare l’uso della tecnica di macerazione alternativa (NM) in alternativa alla CM, per creare le condizioni di anossia. I risultati hanno mostrato una maggiore concentrazione di polifenoli e antociani nei vini macerati, soprattutto nel vino NM. Per quanto riguarda i COV (Composti Organici Volatili), il vino CM ha mostrato il più alto contenuto di esteri, mentre il contenuto di alcol totale è stato leggermente superiore nei vini NM. Il vino a macerazione carbonica ha presentato il contenuto più elevato di acidi grassi volatili a catena media (MCFA). Le misurazioni del naso elettronico hanno rivelato una chiara separazione tra i campioni e i dati del naso elettronico nel calcolo dell’analisi statistica PCA, sono stati generalmente sovrapposti alla PCA dell’analisi dei composti volatili. La macerazione con azoto ha mostrato un potenziale come tecnica ecosostenibile utile per produrre un nuovo stile di vini macerati e aromatici.