Batteri lattici: dal vino, la biosintesi della melatonina

Capita spesso di associare all’idea del vino il lievito Saccharomyces cerevisiae, noto per le sue proprietà fermentative della porzione zuccherina. Oltre a questo, però, altrettanto importanti sono quei batteri che hanno il compito di sfruttare la fermentazione malica per il miglioramento della qualità del vino e, in modo inaspettato, per la sintesi di melatonina. I protagonisti, in questo caso, sono i batteri lattici (LAB) e il loro ruolo nelle proprietà nutrizionali del vino rosso

Batteri lattici e vino

Tra i tanti microrganismi che entrano in gioco nei processi di vinificazione ci sono i batteri lattici, molti presenti anche nel microbiota intestinale. Questi batteri lattici sono gram – positivi, non sporigeni, con elevate richieste nutrizionali. Infatti, per la loro bassa capacità di biosintetizzare componenti azotate e vitamine, la maggior parte di essi non è in grado di crescere in medium poveri di questi nutrienti.

Il basso pH, l’elevato grado alcolico e la scarsità dei nutrienti nel mosto fanno sì che le uniche specie di batteri lattici che possono resistere a queste condizioni sono solo una parte della totalità dei batteri lattici presenti sugli acini e in cantina. 

Genere Lactobacillus 

Già il nome evoca la morfologia del batterio. Questi microrganismi sono bacilli o, talvolta, cocco-bacilli, non mobili. Il loro pH di crescita ottimale solitamente non scende sotto il 5,5. Al contrario hanno un’ottima stabilità termica, dai 2°C ai 53°C. 

Cellule di Lactobacillus plantarum
Fig. 1 – Cellule di Lactobacillus plantarum

La maggior parte dei Lactobacilli presenti nel corso della vinificazione sono L. plantarum (Fig. 1), L. caseiL. brevis. Questi ultimi hanno un ruolo rilevante nella fermentazione di zuccheri esosi e pentosi e nella produzione della maggior parte dell’acido acetico presente nel prodotto finito. La loro scarsa tolleranza al basso pH e all’etanolo, dimezza la quantità di batteri Lactobacillales, prediligendo la crescita di Oenococcus Oeni. 

Genere Oenococcus

I batteri lattici del genere Oenococcus e, in special modo, O. oeni, si adattano facilmente alle “rigide” condizioni del vino e, dopo aver raggiunto la biomassa critica, sono i batteri lattici imputati per l’inizio della fermentazione secondaria, quella malica. In particolare, gli O. oeni hanno morfologia lenticolare o sferica e la loro capacità di vivere in ambienti con bassi livelli di ossigeno li rende più resistenti all’ambiente fermentativo. 

Cellule di Onococcus Oeni
Fig. 2 – Cellule di Onococcus oeni

La loro peculiarità è sviluppare acido D-lattico e acido L-lattico rispettivamente dal glucosio e dall’acido L-malico. Per questo motivo, il batterio O. oeni è catalogato come eterofermentante obbligato

Fermentazione malica: grazie ai batteri lattici

I nutrienti sottoposti a metabolismo da parte dei batteri lattici sono molteplici, ma è la fermentazione di acido malico (Fig. 3) che implica cambiamenti sostanziali nella qualità e nella sensorialità dei vini. 

Fermentazione malolattica
Fig. 3 – Fermentazione secondaria malolattica

In realtà, il metabolismo dell’acido malico in acido L-lattico e la liberazione di CO2, alza il pH del vino promuovendo la crescita dei batteri lattici stessi. Allo stesso tempo, la presenza dell’acido lattico rende il gusto del vino più morbido, spegnendo la nota acida del malico. Da un punto di vista microbiologico, la riduzione dell’acido malico come nutriente per altri microrganismi, riduce a sua volta la carica batterica, stabilizzando maggiormente il prodotto finale.

Melatonina dal microbiota vinario

Come per il nostro organismo, anche il “microbiota” vinario svolge un ruolo importante nella biosintesi di nutraceutici. La scoperta è avvenuta per merito di ricercatori dell’Università degli Studi di Milano che hanno sottolineato come la fermentazione malica dei batteri lattici (LAB) aumenti i livelli di melatonina nei vini rossi.

Fermentazione malica e livelli di melatonina

La melatonina è un’indolammina normalmente secreta dalla ghiandola pineale a partire da L-triptofano attraverso la serotonina. La corrispettiva biosintesi nel vino rosso avviene attraverso la fermentazione alcolica per il metabolismo del comune S. cerevisiae, ma i meccanismi sono tuttora sconosciuti.

La particolarità di questo studio è inerente al ruolo dei batteri lattici nella biosintesi di questo fitormone. Muñiz-Calvo suggerisce che la via di sintesi sia molto simile a quella dei vertebrati.

Lo studio è stato dapprima condotto da Rodriguez e collaboratori sul vino Tempranillo, ricco di O. oeni e Lactobacillus, che presentava elevati livelli di melatonina post- fermentazione malica.

Lo studio italiano

La ricerca dell’Università di Milano è stata condotta su vini industriali e su 11 ceppi di batteri lattici, dieci della specie O. oeni e un ceppo del L. brevis fatti crescere su terreno sintetico “simil-vino”.

Per quanto riguarda i vini industriali, quelli presi in esame sono uve di Nebbiolo del 2016 di quattro cantine della Valtellina. Dopo aver monitorato sia la fermentazione alcolica sia la fermentazione malica avvenuta spontaneamente, la melatonina sintetizzata aumentava dopo la fermentazione secondaria.

I dati sono relativi ai campioni estratti dopo fermentazione alcolica e malica rispettivamente, e conservati a 4°C. Tutti i campioni avevano una volatilità bassa ed un più elevato pH, mentre la quantità di melatonina nei campioni che avevano subito la fermentazione malica risultava statisticamente significativa in accordo con studi precedenti.

L’influenza dei batteriofagi nei batteri lattici

Dai dati ottenuti, la biosintesi di melatonina è ceppo-dipendente, anche se ulteriori studi dovranno confermare i dati sopra descritti. Ulteriori parametri che potrebbero influenzarne la quantità sono i livelli di etanolo e, inaspettatamente, la presenza di batteriofagi latenti.

Porzioni di genoma del profago sono state analizzate in alcuni ceppi di O.oeni. Questo sta a sottolineare ancora una volta l’importanza delle interazioni fago-ospite che possono influenzare le colture starter per la fermentazione malolattica. Se il loro ruolo sia positivo o negativo è ancora da chiarire, ma una cosa è certa: la presenza di batteri difficilmente è scissa da quella dei batteriofagi e dall’influenza che potrebbero avere a livello genomico.

Agnese Ciardi

Bibliografia

  • Torriani Sandra e Giovanna Fellis, Microbiologia enologica, Bologna, 2018
  • Fracassetti D. et al., Bio web conference, Volume 12, 2019, The contribution of lactic bacteria on melatonin in red wine, Article
  • Vitalini et al., 2012, Melatonin, melatonin isomers and stilbenes in Italian traditional grape products and their antiradical capacity, Research article

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