Nitrogênio assimilável por levedura

O nitrogênio assimilável por levedura ou YAN é a combinação de nitrogênio amino livre (FAN), amônia (NH3) e amônio (NH4+) que está disponível para uma levedura, por exemplo, a levedura de vinho Saccharomyces cerevisiae, usar durante a fermentação. Além dos açúcares fermentáveis, glicose e frutose, o nitrogênio é o nutriente mais importante necessário para realizar uma fermentação bem-sucedida que não termina antes do ponto de secura pretendido ou que não resulte no desenvolvimento de odores estranhos e defeitos relacionados ao vinho. Nesse sentido, os vinicultores frequentemente complementam os recursos de YAN disponíveis com aditivos de nitrogênio, como o fosfato de diamônio (DAP).B. Zoecklein, K. Fugelsang, B. Gump, F. Nury Wine Analysis and Production pgs 152-163, 340-343, 444-445, 467 Kluwer Academic Publishers, New York (1999)

No entanto, a adição de quantidades excessivas de nitrogênio também pode criar um risco, pois outros organismos, além da levedura benéfica para o vinho, podem utilizar os nutrientes. Entre eles estão os organismos de deterioração, como Brettanomyces, Acetobacter e bactérias do ácido láctico dos gêneros Lactobacillus e Pediococcus. É por isso que muitas vinícolas medem o YAN após a colheita e o esmagamento usando um dos vários métodos disponíveis atualmente, incluindo o ensaio de nitrogênio por o-ftaldialdeído (NOPA), que requer o uso de um espectrômetro ou o método de titulação de Formol. Conhecer o YAN no mosto permite que os vinicultores calculem a quantidade certa de aditivo necessária para passar pela fermentação, deixando apenas um "deserto de nutrientes" para qualquer organismo de deterioração que venha depois.K. Fugelsang, C. Edwards Wine Microbiology Second Edition pgs 16-17, 35, 115-117, 124-129 Springer Science and Business Media , New York (2010)

Componentes

O YAN é uma medida das fontes primárias de nitrogênio orgânico (aminoácidos livres) e inorgânico (amônia e amônio) que podem ser assimiladas pela S. cerevisiae. Há vários compostos nitrogenados encontrados no mosto e no vinho, incluindo peptídeos, proteínas maiores, amidas, aminas biogênicas, piridinas, purinas e ácidos nucleicos, mas eles não podem ser usados diretamente pela levedura para o metabolismo. Em conjunto, o teor total de nitrogênio do mosto de uva pode variar de 60 a 2.400 mg de nitrogênio por litro, mas nem todo esse nitrogênio será assimilável. A falta de enzimas proteases, que quebram peptídeos maiores em componentes menores, que podem trabalhar fora da célula, limita o tamanho das moléculas que a levedura pode usar como fonte de nitrogênio.R. Boulton, V. Singleton, L. Bisson, R. Kunkee Principles and Practices of Winemaking pgs 46-48, 80-81, 153-167, 256 Springer 1996 New York

A quantidade de YAN que os vinicultores verão em seus mostos de uva depende de vários componentes, incluindo a variedade da uva, o porta-enxerto, os solos dos vinhedos e as práticas de viticultura (como o uso de fertilizantes e o manejo do dossel), bem como as condições climáticas de determinadas safras. As infecções por fungos, como a Botrytis cinerea (conhecida como podridão nobre quando desejada), podem reduzir o teor de aminoácidos do mosto de uva em até 61%. Algumas regiões são conhecidas por terem baixo YAN, como o estado de Washington, que durante uma safra típica terá 90% do mosto testado abaixo de 400 mg N/LSara E. Spayd and Joy Andersen-Bagge "Free Amino Acid Composition of Grape Juice From 12 Vitis vinifera Cultivars in Washington" Am. J. Enol. Vitic 1996 vol. 47 no. 4 389-402 e quase um quarto abaixo de 150 mg N/L.

No vinhedo, o nitrogênio é absorvido pela videira como nitrato (NO3-), amônio ou ureia, que é reduzido a amônia. Por meio de reações adicionais, o nitrogênio é incorporado à glutamina e ao glutamato e, por fim, usado na síntese de outros aminoácidos e compostos nitrogenados. Após a colheita, a maioria (cerca de 80%) dos compostos nitrogenados disponíveis encontrados nas uvas está concentrada nas cascas e nas sementes. Esses compostos são liberados no mosto durante o processo de esmagamento e durante a maceração/contato com a casca. Mesmo após a prensagem, até 80% do conteúdo inicial de nitrogênio em cada baga de uva é deixado no bagaço.

Aminoácidos Do Amino Nitrogênio Livre (FAN) que compõe o YAN, os aminoácidos arginina, prolina e glutamina são os mais abundantes, seguidos por alanina, treonina, serina e ácido aspártico em concentrações muito menores, embora quantidades vestigiais da maioria dos aminoácidos conhecidos possam ser encontradas no mosto de uva. A prolina é geralmente a mais concentrada e pode representar até 30% da quantidade total de aminoácidos. A quantidade exata de FAN varia e pode variar de 22 a 1242 mg de nitrogênio/litro de YAN, sendo derivada de aminoácidos livres.

Enquanto a arginina, a glutamina e outros aminoácidos são consumidos rapidamente, geralmente muito cedo na fermentação, a prolina não é consumida pela levedura durante as condições anaeróbicas normais das fermentações. Isso ocorre porque uma das enzimas necessárias para seu uso é uma oxidase (que requer oxigênio molecular) e a outra é reprimida pela presença de amônio (outra fonte de nitrogênio assimilável necessária para a levedura) no mosto. No entanto, as culturas iniciais bem aeradas que contêm mosto sem adição de fosfato de diamônio geralmente apresentam alguma utilização de prolina antes do início das condições anaeróbicas da fermentação. Quando os vinicultores medem o FAN, eles precisam estar cientes de que o ensaio inclui prolina, pois isso aumentará a medição do YAN. Chardonnay e Cabernet Sauvignon são duas variedades de Vitis vinifera conhecidas por terem níveis muito altos de prolina, enquanto Riesling e Sauvignon blanc geralmente têm níveis muito baixos.

A levedura transporta aminoácidos e pequenos peptídeos (menos de 5 resíduos de aminoácidos) para dentro da célula por meio de um processo de transporte ativo que utiliza proteínas especializadas da membrana e a diferença no gradiente de pH da solução ácida do vinho (pH entre 3-4) e o pH quase neutro do citoplasma dentro das células da levedura. As proteínas de simporte de prótons na membrana absorvem o aminoácido juntamente com um íon de hidrogênio (H+) que, posteriormente, é expelido pela célula por meio de uma bomba de íons de hidrogênio. Esse é um processo dependente de energia que se torna energeticamente mais desfavorável para a célula de levedura à medida que a fermentação progride e os níveis de etanol aumentam, criando um "vazamento passivo" do excesso de íons de hidrogênio na célula. As bombas de H+ da célula precisam trabalhar ainda mais para manter o pH interno, de modo que enviam um sinal às proteínas de suporte para que parem de trazer outros íons. Esse é um dos motivos pelos quais as adições de nitrogênio na fermentação tardia têm pouca ou nenhuma eficácia, pois os mecanismos de transporte do nitrogênio para a célula estão desligados.

Compostos de amônia

Durante toda a fermentação, a amônia é a principal forma de nitrogênio assimilável disponível para a levedura. Entretanto, no esmagamento, o suco pode conter de 0 a 150 mg/L de sais de amônia, dependendo da quantidade de nitrogênio que a videira recebeu no vinhedo.

Na célula, os íons inorgânicos amônia e amônio são "fixados" por meio de uma série de reações químicas que, em última análise, produzem a fonte de nitrogênio orgânico glutamato. O íon amônio também serve como um regulador alostérico para uma das enzimas usadas na glicólise e também pode ter um efeito sobre como a célula de levedura transporta glicose e frutose para dentro da célula. As proteínas usadas no principal sistema de transporte de glicose demonstraram ter uma meia-vida de 12 horas. Nos estudos que submeteram as células de levedura à "inanição de amônia", todo o sistema foi desligado após 50 horas, o que fornece fortes evidências de que a falta de amônia/amônio pode aumentar o risco de uma fermentação parada.

A glutationa (GSH: L-gama-glutamil-L-cisteinilglicina) está presente em altas concentrações de até 10 mM nas células de levedura. Ela assume um papel fundamental em resposta à privação de enxofre e nitrogênio.

A amônia não é usada por bactérias como a Acetobacter e as bactérias do ácido lático usadas na fermentação malolática.

Importância na produção de vinho O nitrogênio assimilável é um nutriente essencial necessário para que a levedura do vinho conclua totalmente a fermentação com uma quantidade mínima de subprodutos indesejáveis (como compostos como o sulfeto de hidrogênio, que podem criar odores desagradáveis). Ao longo de uma fermentação, a levedura pode usar até 1000 mg/L de aminoácidos, embora muitas vezes muito menos do que a quantidade necessária. A levedura pode armazenar aminoácidos em vacúolos intracelulares e, posteriormente, usá-los diretamente, incorporando-os às proteínas, ou quebrá-los e usar seus componentes de carbono e nitrogênio separadamente.

Na ausência de nitrogênio, a levedura começará a se desligar e morrer. Algumas cepas começam a quebrar os aminoácidos contendo enxofre, como a cisteína e a metionina, liberando um átomo de enxofre que pode se combinar com o hidrogênio para produzir sulfeto de hidrogênio (H2S), que pode conferir odores de ovo podre ao vinho. No entanto, não há uma correlação direta entre os níveis de YAN e a produção de sulfeto de hidrogênio, pois o H2S pode ser produzido pela levedura mesmo na presença de nitrogênio abundante, mas com a falta de outros nutrientes vitais (como a vitamina ácido pantotênico). Existem até mesmo algumas cepas de S. cerevisiae que produzem H2S em resposta ao excesso de nitrogênio disponível (particularmente excesso de ácido glutâmico e alanina). É por isso que uma abordagem profilática de adição indiscriminada de suplementação de nitrogênio a cada fermentação pode não ter os resultados desejados de prevenção de H2S.

Os níveis de nitrogênio no vinho podem influenciar muitos aspectos sensoriais do vinho resultante, inclusive a síntese de muitos compostos aromáticos. Os álcoois fúsel são produzidos pela degradação de aminoácidos, embora sua produção seja reduzida na presença de altos níveis de amônia e ureia. Quando o nitrogênio disponível é limitado, os níveis de glicerol e trealose, que podem influenciar a sensação na boca, são mais altos.

Estimativas sobre a quantidade necessária

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