DESCIFRANDO LAS CLAVES QUIMICAS QUE EXPLICAN EL AROMA DEL VINO

Descifrando las claves químicas que explican el aroma del vino Miriam del Pozo Bayón Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL) (CSIC‐UAM) Consejo Superior de Investigaciones Científicas ‐ Universidad Autónoma de Madrid http://www.cial.uam‐csic.es/pagperso/enologia/index.html El aroma es, posiblemente, una de las características más importantes ligadas a la calidad y a las preferencias de los consumidores por un determinado alimento. En el caso del vino, esta característica es aún más importante, ya que el vino, constituye un producto que es fundamentalmente consumido por puro placer sensorial, y en el que el aroma es su mejor carta de presentación. Actualmente, los métodos de producción y la tecnología implicada en la elaboración de los vinos, están destinados en gran medida a fomentar las características aromáticas positivas y a eliminar o minimizar cualquier defecto aromático (off‐flavors) del vino, ya que la industria enológica está interesada en la producción de vinos de gran calidad. Cuando disfrutamos de un vino, probablemente no somos conscientes de la cantidad de compuestos químicos que intervienen en el aroma percibido, y que son los responsables de que ese vino nos pueda evocar aromas afrutados, amaderados, balsámicos a frutos secos...o bien que nos recuerde ciertas emociones vividas con anterioridad, o en definitiva, que nos guste o no, lo que nos dirigirá a comprar ese vino en posteriores ocasiones. ¿Cómo se produce la percepción del aroma y el reconocimiento de un determinado olor? La mayor parte de los compuestos responsables del aroma de un vino se caracterizan por ser compuestos volátiles (en general de bajo peso molecular y de bajo punto de ebullición) que se liberan fácilmente de la matriz hidroalcohólica en la que se encuentran y de esta forma pueden fácilmente interaccionar con los receptores olfativos, ubicados en la parte superior de las fosas nasales (pituitaria). Sin embargo, para ser considerados moléculas odorantes, estos compuestos deben además presentar un grupo osmóforo y una estereoquímica adecuada. Además, se requiere que estén en una concentración suficiente, superior a la de su umbral de detección Page 1 of 14Page 2 of 14Texto publicado en la página web www.quimica2011.es (concentración mínima de una sustancia que puede ser percibida por una media de la población). El descubrimiento de los receptores olfativos, y su modo acción es relativamente reciente, y ha sido posible gracias a los trabajos que comenzaron Linda Buck y Richard Axel de la Universidad de Columbia en 1991 (1). La trascendencia de sus investigaciones fue premiada con el Nobel de medicina en el año 2004. Estos estudios fueron el punto de partida para nuevos trabajos de investigación que han sentado las bases para definir los mecanismos fisiológicos de la percepción y del reconocimiento de aromas. Muy básicamente, como se muestra en la figura 1 cuando uno de estos compuestos odorantes llega al epitelio olfativo donde se encuentran los receptores del olfato, si su estereoquímica lo permite, se acopla a estos, y se produce una cascada de señales que llegan finalmente al cerebro donde se produce la detección y el reconocimiento del olor. Gracias a los múltiples receptores olfativos se pueden identificar los olores. Sin embargo, el número de receptores que tenemos (unos 1000) es mucho menor que el número de olores que podemos identificar (más de cien mil). Una de las hipótesis más aceptadas para explicar este hecho es que la identificación del aroma sigue un proceso combinatorio similar a lo que ocurre con las letras del alfabeto y las palabras. Dependiendo del modo en qué se combinen las 26 letras del alfabeto, el número de palabras que se podrían formar sería casi infinito. De manera similar, cada olor se caracteriza por la activación de varios receptores. La combinación de varios receptores es lo que define a un olor y permite que el cerebro lo reconozca. Además, diferentes partes de una molécula volátil odorante pueden acoplarse a diferentes receptores, y también un mismo receptor puede intervenir en olores distintos. Por tanto, lo distintos olores pueden ser reconocidos por diferentes combinaciones de receptores olfativos. Page 2 of 14Page 3 of 14Texto publicado en la página web www.quimica2011.es Figura 1. Mecanismo de reconocimiento de los olores (modificado de Amer‐Maistriau, 2005) (2) Muy bien, pero... ¿cuál es el origen del aroma del vino? El aroma del vino es el resultado de una larga secuencia de transformaciones químicas y bioquímicas, que comienzan en el propio grano de uva con la síntesis de precursores del aroma y de algunas moléculas que van a tener un gran impacto en el aroma varietal de muchos vinos; continua con la generación de nuevos compuestos odorantes durante la fermentación alcohólica y maloláctica a partir de precursores no odorantes presentes en el mosto, y termina con la génesis del llamado aroma terciario durante la maduración y el envejecimiento de los vinos. Es por tanto fácil adivinar, que las diferentes variedades de uva, condiciones de cultivo, factores ambientales, los microorganismos implicados y la tecnología de elaboración, son factores con una Moléculas odorantes Señales nerviosas Transducción por acoplamiento a los receptores olfativos Mapa espacial de zonas activadas en el bulbo olfativo Transmisión al bulbo olfativo y procesamiento de la información Reconocimiento del olor Transmisión al cortex olfativo y a otras zonas del cerebro ODORANTE BULBO EPITELIO Células receptoras Glomérulo Céluas mitrales Céluas granulares Moléculas odorantes Señales nerviosas Transducción por acoplamiento a los receptores olfativos Mapa espacial de zonas activadas en el bulbo olfativo Transmisión al bulbo olfativo y procesamiento de la información Reconocimiento del olor Transmisión al cortex olfativo y a otras zonas del cerebro ODORANTE BULBO EPITELIO Células receptoras Glomérulo Céluas mitrales Céluas granulares ODORANTE BULBO EPITELIO Células receptoras Glomérulo Céluas mitrales Céluas granulares Page 3 of 14Page 4 of 14Texto publicado en la página web www.quimica2011.es incidencia directa en el aroma, y dependiendo de la combinación de estas variables podemos obtener el inmenso espectro de vinos con características aromáticas tan diferentes que podemos encontrar en el mercado. El aroma primario del vino es el resultado de los compuestos odorantes presentes en forma libre en la uva o aquellos producidos como consecuencia de los procesos a los que se somete la uva desde su cosecha hasta el comienzo de la fermentación alcohólica (aroma prefermentativo). Estos procesos, (prensado, despalillado, etc) provocan la rotura del grano de uva, lo que permite la actuación de algunos sistemas enzimáticos, principalmente oxidaciones enzimáticas de ácidos grasos que llevan a cabo secuencialmente lipasas, lipoxigenasas, isomerasas y alcohol deshidrogenasas (3). Como resultado se originan principalmente alcoholes y aldehídos de seis átomos de carbono (1‐hexanol, cis‐3‐hexen‐1‐ol) que están relacionados con aromas vegetativos, herbáceos, etc. A pesar de tener un aroma muy diferente, en conjunto, la composición volátil de las uvas es bastante similar, y estas diferencias las podemos explicar por la diferente concentración en la que muchos de estos compuestos odorantes aparecen en la uva. Sin embargo, en algunas variedades de uva se han identificado algunos compuestos volátiles, que efectivamente contribuyen de manera decisiva a la tipicidad aromática de una determinada variedad (compuesto impacto). Algunos ejemplos de moléculas con carácter impacto lo constituyen el linalol en la variedad Moscatel, las 3‐isobutil‐2‐metoxipiracinas en las variedad Cabernet Sauvignon, o el 4‐metil‐4‐mercaptopentan‐2‐one en la variedad Sauvignon blanc, entre otras. Muchos de estos compuestos se encuentran en concentraciones muy bajas tanto en la uva como en el vino (ng/L), pero debido a sus bajos umbrales de detección ejercen un importante impacto aromático. Uno de los aspectos más interesantes de la uva, es que se puede además considerar como un reservorio de moléculas odorantes. Además de moléculas odorantes en estado libre, en la uva existen precursores del aroma, que son moléculas no volátiles ni odorantes, susceptibles de liberar aromas bajo la influencia de diversos factores (4). Muchos de estos precursores son moléculas unidas a azúcares (glucosa, arabinosa, ramnosa y apiosa). Aunque todas las variedades de uva poseen este tipo de precursores, en algunas, como en la Moscatel son muy abundantes, y la fracción del aroma glicosilada es mucho mayor que las correspondientes formas libres. Entre los derivados glicosilados, las agliconas (parte no glucídica de la molécula) unidas a ellos pueden ser además de terpenoles o polioles terpénicos, alcoholes lineales o cíclicos, C13‐norisoprenoides y fenoles volátiles. La hidrólisis de estos precursores permite la liberación de los compuestos volátiles incrementando las características aromáticas del vino. Para liberar estos aromas atrapados se suele recurrir al uso de enzimas Page 4 of 14Page 5 of 14Texto publicado en la página web www.quimica2011.es pectolíticas que presentan actividad glicosidasa residual. Estas enzimas están permitidas en la elaboración de los vinos y presentan buena capacidad para trabajar en condiciones de vinificación (pH bajo y alta concentración de azúcares y de etanol) (5). Otros precursores no glicósidicos de compuestos azufrados que tienen una gran importancia para algunas variedades de uva como la Sauvignon blanc. son los precursores cisteínicos S‐conjugados (6). Principalmente durante la fermentación, por actividad β‐liasa de la levadura se puede producir la liberación de tioles volátiles (3‐ mercaptohexanol, acetato de 3‐mercaptohexanol, 4‐metil‐4‐mercaptopentanona) que se caracterizan por presentar muy bajos umbrales de percepción (< 20 ng/L) y comunicar al vino aromas a frutas exóticas. El aroma secundario de los vinos está constituido por los compuestos volátiles que se producen como consecuencia de la fermentación alcohólica y maloláctica. Este grupo de compuestos es cuantitativamente el más numeroso, aunque se ha indicado que el impacto en el aroma global de los vinos no es tan acusado (7). La levadura encargada de la fermentación alcohólica, Saccharomyces cerevisiae puede producir como metabolitos secundarios durante la glicolisis numerosos compuestos aromáticos (Figura 2), como alcoholes lineales C3‐C5 y alcoholes ramificados, 2‐feniletanol) etc. También diferentes tipos de ésteres, como los acetatos de alcoholes superiores y esteres etílicos de ácidos grasos, asociados a aromas florales y frutales en los vinos jóvenes (8) son producidos durante la fermentación alcohólica. Los ácidos grasos volátiles lineales de cadena corta (C2‐C4), media (C6‐C10) y larga (C6‐C10) y los ramificados (2‐metil propanoico, 2‐metil butanoico, etc) se producen durante la fermentación, y se ha comprobado que a medida que aumenta la longitud de su cadena, la volatilidad disminuye y y el olor cambia de ácido a rancio (9) Por otro lado en los vinos en los que tiene lugar la fermentación maloláctica (prácticamente todos los vinos tintos y algunos blancos), como resultado de este proceso, se pueden producir la formación de algunos compuestos odorantes como la 2,3‐butanodiona (diacetilo) que contribuye al aroma a mantequilla de los vinos. El control de la fermentación (temperatura, nutrientes, microorganismos, etc), es muy importante en la producción de compuestos del aroma con implicación positiva en las características sensoriales de los vinos y para evitar la formación de otros compuestos volátiles, los llamados off‐flavors que producen una depreciación en el aroma del vino. Page 5 of 14Page 6 of 14Texto publicado en la página web www.quimica2011.es Acetaldehido Etanol Azúcares Azúcares Piruvato Acetaldehido Etanol Acetolactato Diacetilo Acetil CoA Ácidos grasos CoA Aminoácidos Ácidos grasos Cetoácidos Alcoholes superiores Ésteres Alcoholes superiores Sulfatos Sulfitos H2S H2S Compuestos azufrados (off-flavors) Precursores uvas Compuestos volátiles Ésteres Compuestos azufrados Ácidos grasos Acetaldehido Etanol Azúcares Azúcares Piruvato Acetaldehido Etanol Acetolactato Diacetilo Acetil CoA Ácidos grasos CoA Aminoácidos Ácidos grasos Cetoácidos Alcoholes superiores Ésteres Alcoholes superiores Sulfatos Sulfitos H2S H2S Compuestos azufrados (off-flavors) Precursores uvas Compuestos volátiles Ésteres Compuestos azufrados Ácidos grasos Figura 2. Formación de compuestos del aroma por la levadura durante la fermentación alcohólica (tomado de Pozo‐Bayón, M.A, Tesis Doctoral, UAM, 2002). El tercer grupo de aromas que podemos encontrar en los vinos, constituye el aroma terciario, y está formado por todos aquellos compuestos que se originan durante el almacenamiento y envejecimiento de los vinos. Durante esta etapa, muchos precursores presentes en el vino (carotenoides), pueden sufrir una progresiva hidrólisis liberando compuestos aromáticos como los vitispiranos, asociados a aromas a frutos secos característicos por ejemplo de vinos espumosos envejecidos (10, 11). También durante esta etapa se produce la hidrólisis de algunos ésteres, como los acetatos de alcoholes superiores, con lo que el vino se empobrece en compuestos relacionados con notas aromáticas más frescas y asociadas a aromas florales y frutales. La composición terpénica del vino también es modificada por la reacciones ácido‐ catalizadas y por la hidrólisis de los terpenos presentes en forma glicosidada). La hidrólisis de precursores glicosilados y su posterior rearreglo molecular, es el mecanismo seguido en la formación de algunos norisoprenoides aromáticos de los vinos (β‐damascenona) (12).