Capitolo 8- Isoprenoidi PDF

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Appunti di lezione da integrare al libro per lo studio della materia...

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Isoprenoidi Il termine isoprenoide comprende una gamma varia e complessa di idrocarburi e i loro derivati ossigenati (cfr. terpenoidi, che si applica ai terpeni ossigenati, anche se i termini sono spesso usati come sinonimi) basati sulla presenza ripetuta dell'unità isoprene C5 (2-metilbuta-1,3-diene). Lo scheletro di carbonio può consistere in una semplice inclusione di unità di isoprene, dando origine a composti che sono multipli di C5, o ci può essere deviazione dall'aggiunta di base di unità C5 attraverso la perdita o lo spostamento di un frammento, come un gruppo metile. Gli isoprenoidi possono esistere come idrocarburi saturi/insaturi e ciclici/aciclici, e possono contenere funzionalità di alcol, aldeide, chetone, estere, etere e acetale. Gli isoprenoidi volatili sono composti di aroma e sapore molto diffusi, prodotti enzimaticamente da diverse piante come metaboliti secondari attraverso la via dei terpenoidi [1, 2]. Di importanza per l'aroma del vino sono gli isoprenoidi classificati come monoterpenoidi (composti C10), sesquiterpenoidi (composti C15), e C13-norisoprenoidi (composti C13 derivati da tetraterpenoidi1 ). penoidi (composti C15), e C13-norisoprenoidi (composti C13 derivati da tetraterpenoidi1 ). Molti di questi conferiscono aromi desiderabili e mostrano dipendenza dalla varietà di uva. Gli isoprenoidi tendono ad essere composti molto non polari, anche se l'ossigenazione aumenta la solubilità in acqua rispetto alle varianti idrocarburiche (per esempio, il monoterpene mircene ha log P=4.3 e solubilità in acqua=0.004g/L, mentre il suo derivato alcolico geraniolo ha log P=3.6 e solubilità in acqua=0.4g/L). Mentre le forme di idrocarburi alifatici di solito non sono altamente reattive, la presenza di diversi gruppi funzionali (cioè alcheni, alcoli, chetoni) può aumentare la reattività e permettere la formazione di nuovi composti aromatici. Gli isoprenoidi sono spesso presenti in forme legate solubili in acqua (cioè, glicosidi non volatili) nella bacca dell'uva, molti dei quali possono essere idrolizzati in condizioni di vino leggermente acido per liberare l'aglicone. Alcuni glicosidi non vengono idrolizzati efficacemente a pH del vino (ad esempio gli alcoli non attivati come il citronellolo), e sono necessarie condizioni più dure, tra cui un pH più basso e una temperatura più elevata. Al contrario, l'idrolisi enzimatica dei glicosidi (cioè, glicosidasi da lievito o preparazioni commerciali) nelle normali condizioni di vinificazione produce i composti volatili corrispondenti che possono poi subire un riarrangiamento catalizzato dall'acido durante l'invecchiamento a pH del vino per permettere diversi composti aromatici, alterando potenzialmente il profilo aromatico di un vino come risultato. Monoterpenoidi. Questa classe di isoprenoidi è tipicamente associata ai vini bianchi prodotti da varietà aromatiche di uva Moscato, dove le concentrazioni possono superare la soglia di 100 volte [8]. I monoterpenoidi si trovano anche in concentrazioni superiori alla soglia nelle cultivar aromatiche non Moscato come Traminer e Riesling, e in concentrazioni inferiori alla soglia in varietà neutre come Cabernet Sauvignon, Merlot, Chardonnay e Sauvignon Blanc. Esempi: Lattone del vino = cocco, legnoso, dolce (-) - ossido di cis-rosa = floreale, verde, rosa Linalolo = floreale, agrumi (Into Muscat 78-462 microgrammi/L) 1,8 - cineolo = Eucalipto, fresco Sesquiterpenoide = Pepe nero TDN = Cherosene, benzina

Citronellolo, nerolo, α-terpineolo e decine di altri monoterpenoidi (e alcuni monoterpeni come limonene, pcimene, γ-terpinene e mircene2 ) sono stati identificati anche nei mosti d'uva e nei vini, anche se spesso a concentrazioni ben al di sotto della loro soglia sensoriale. Si noti che i monoterpenoidi possono essere trovati come composti volatili liberi nell'uva, ma in gran parte esistono come precursori glicosilati (fino al 95% del totale) o poliidrossilati, entrambi inodori. Le concentrazioni assolute o relative nel vino saranno influenzate dall'estrazione dall'uva e dalle trasformazioni dei precursori o dei volatili liberi durante la fermentazione e lo stoccaggio. I fattori che possono influenzare l'aroma del vino attraverso i cambiamenti del profilo dei monoterpenoidi includono: -Estrazione. Il contatto prolungato con le bucce, la pressatura più dura dei mosti d'uva, l'aumento della temperatura e l'uso di enzimi pectolitici aumentano tipicamente l'estrazione dei monoterpenoidi liberi e legati. -Trasformazioni enzimatiche. I microrganismi sono in grado di idrolizzare i glicosidi monoterpenoidi, così come le glicosidasi esogene aggiunte durante la vinificazione. Inoltre, il processo di fermentazione può portare alla riduzione enzimatica degli alcheni e all'acetilazione degli alcoli. -Trasformazioni chimiche. L'idrolisi catalizzata dall'acido o il riarrangiamento dei precursori produce una gamma di monoterpenoidi,3 che possono subire ulteriori reazioni a pH e temperatura di vinificazione ordinari. Un pH più basso e una temperatura elevata (per esempio, dalla pastorizzazione istantanea o durante la conservazione) accelerano queste reazioni. La maggior parte dei monoterpenoidi nel vino deriva da metaboliti secondari dell'uva Sesquiterpenoidi Un certo numero di sesquiterpenoidi sono stati identificati nel vino come composti volatili liberi, tra cui farnesolo, nerolidolo e rotundone. Presumibilmente esistono varianti idrossilate in forme glicosidiche, sulla base della loro presenza in altre piante, un'ipotesi supportata dall'aumento della concentrazione di farnesolo durante la fermentazione malolattica o l'idrolisi degli estratti glicosidici dell'uva. Tuttavia, a differenza di altri metaboliti secondari isoprenoidi, non sono stati identificati finora glicosidi sesquiterpenoidi. Sesquiterpeni come l'α-cedrene, l'α-farnesene, l'α-ilangene e l'α-guaiene sono stati trovati anche nel vino ma non sono stati studiati a fondo a causa delle loro basse concentrazioni rispetto alle soglie sensoriali. Tuttavia, come è comune nel regno vegetale, una vasta gamma di sesquiterpeni funzionali e composti correlati sono biosintetizzati nell'uva (e dal lievito in una certa misura) in cultivar come Cabernet Sauvignon, Shiraz, Riesling, Gewurztraminer e alcune varietà portoghesi. Dal punto di vista del sapore, il composto aromatico primario, il rotundone, è il sesquiterpenoide più notevole trovato nel vino. Il rotundone possiede un caratteristico aroma di "pepe nero" e una bassa soglia di rilevamento dell'odore (16 ng/L) ed è stato identificato per la prima volta nell'olio essenziale dell'erba noce (Cyperus rotundus, da cui il nome dato a questo chetone biciclico). Si trova anche in alte concentrazioni nel pepe nero e bianco e a livelli più bassi in varie erbe. Al di là della varietà dell'uva, le concentrazioni di rotundone aumentano con la maturazione dell'uva, e concentrazioni più alte sono correlate a regioni viticole più fresche e ad annate più fresche; analogamente, l'ombreggiamento e le temperature più fresche delle bacche sono segnalate per portare a un rotundone più alto, anche all'interno dello stesso grappolo. Come i flavonoidi, il rotundone si trova principalmente nella buccia dell'uva, il che spiega le maggiori concentrazioni nei vini rossi. Il rotundone è altamente idrofobico, e ~90% è legato alle fecce e alle vinacce, con ulteriori perdite che si verificano durante le operazioni di filtrazione. L'inclusione di foglie e raspi d'uva può aumentare il rotundone fino a 6 volte rispetto alla sola fermentazione dell'uva. Questo rafforza la nozione presentata sopra (per l'1,8-cineolo) che il MOG (e il materiale non viticolo) incluso in una fermentazione può avere importanti influenze sull'aroma del vino.

C13-Norisoprenoidi Una serie di C13-norisoprenoidi sono stati trovati in tutti i vini varietali importanti a livello internazionale, per esempio, Chardonnay, Riesling, Semillon, Sauvignon Blanc, Cabernet Sauvignon, Pinot Noir e Shiraz. Da un punto di vista sensoriale, i contributi più importanti all'aroma del vino sembrano essere il βdamascenone, il β-ionone e il TDN, anche se ne sono stati rilevati diversi altri (vitispirano, acetale di Riesling, actinidoli e (E)-1-(2,3,6-trimetilfenil) buta-1,3-diene (TPB)). Più in generale, i norisoprenoidi (specialmente i derivati C13; esistono anche C9 -C11) sono composti di aromi e profumi onnipresenti e derivano dalla scomposizione enzimatica o chimica dei pigmenti carotenoidi (C40) come la neoxantina e il β-carotene [38], direttamente o attraverso glicosidi intermedi. Come è un tema comune per la classe dei composti isoprenoidi, la natura acida delle matrici dell'uva e del vino (e la presenza di enzimi/atti della fermentazione) significa che hanno luogo trasformazioni significative dei precursori non volatili derivati dai carotenoidi per produrre composti che poi hanno un impatto sull'aroma del vino. La formazione del β-damascenone, per esempio, comporta la scissione ossidativa della neoxantina nell'uva per produrre il chetone della cavalletta, la sua successiva riduzione enzimatica a un triolo intermedio allenico, e infine fasi di idrolisi catalizzate dall'acido durante la vinificazione (potenzialmente di glicosilato β-damascenone. Al contrario, il β-ionone può sorgere direttamente nell'uva dopo la scissione ossidativa del β-carotene. Le diossigenasi da scissione dei carotenoidi (CCD) sono gli enzimi responsabili della degradazione ossidativa regiospecifica di una serie di carotenoidi, che porta a diversi prodotti di scissione primaria di norisoprenoidi e polieni. Dei C13-norisoprenoidi, i più studiati sono TDN e β-damascenone. Il TDN ha un aroma che ricorda il "kerosene" e una soglia sensoriale di 2μg/L. È stato rilevato in diversi vini varietali, come Chardonnay, Sauvignon Blanc, Pinot Noir, e Cabernet Sauvignon a concentrazioni vicine alla soglia (per esempio, media=1.3μg/L in vini non-Riesling, massimo=6.4μg/L in un Cabernet Franc). Tuttavia, il TDN è meglio associato ai vini Riesling e in particolare ai Riesling invecchiati, dove può essere presente a concentrazioni superiori a 50μg/L e dominare l'aroma del vino. Gli effetti sensoriali di concentrazioni più basse di TDN soprasoglia, come si trovano nei vini Riesling più giovani (ad esempio, media=6.4μg/L, massimo=17.1μg/L) non sono chiari, ma queste concentrazioni non sembrano portare al rifiuto del consumatore. Oltre al vitigno, i fattori che influenzano il TDN sono: L'età del vino, il pH e la temperatura di conservazione. Il TDN si trova in concentrazioni trascurabili nell'uva, ma può invece formarsi per idrolisi catalizzata dall'acido di composti come l'acetale del Riesling e precursori glicosidici durante la conservazione. I vini più vecchi, i vini con un pH più basso e quelli conservati a temperature elevate mostrano concentrazioni più alte di TDN. Condizioni di coltivazione. L'esposizione alla luce del cluster e le condizioni di crescita più calde possono provocare un aumento di 2-4 volte dei precursori TDN. Il meccanismo biologico di questo effetto è ancora irrisolto, ma potrebbe essere legato a profili di carotenoidi alterati o alla degradazione dei carotenoidi. Assorbimento. Una volta formato, il TDN è stabile e può accumularsi a concentrazioni superiori a 50μg/L nel tempo. Tuttavia, essendo un composto altamente non polare, può essere perso a causa dello scalping da parte di materiali di imballaggio non polari (ad esempio, l'assorbimento dei volatili dell'aroma dal sughero o dai tappi sintetici). Il β-damascenone ("mela cotta") è ampiamente rilevato nei vini, e a differenza del TDN la sua concentrazione non sembra dipendere dalla varietà. Sebbene il β-damascenone abbia una soglia sensoriale molto bassa nell'acqua e sia spesso segnalato per avere la più alta attività odorosa di qualsiasi composto nel vino, non è un odorante d'impatto e il suo aroma è raramente o mai la sensazione dominante percepita in un vino. Invece, sembra modificare la percezione di altri odori - basse concentrazioni di β-damascenone possono aumentare il fruttato associato agli esteri mentre sopprimono i caratteri verdi delle metossipirazine. Il β-damascenone possiede anche una soglia sensoriale altamente dipendente dalla matrice - la sua soglia di rilevamento in un vino rosso è segnalata per essere oltre 3 ordini di grandezza

superiore alla sua soglia in acqua. Mentre è vero per tutti i composti, l'affermazione che gli OAV agiscono semplicemente come una guida per l'impatto di un odorante è di particolare rilevanza per il βdamascenone....