Secondo uno studio, i livelli di acido nicotinico sono fondamentali per la fermentazione dei lieviti e la qualità del vino

Un recente studio pubblicato sulla rivista IVES ha portato nuova attenzione sul ruolo dell'acido nicotinico, una forma di vitamina B3, nella fermentazione del vino. L'acido nicotinico è un precursore dei cofattori redox essenziali NAD⁺ e NADP, fondamentali per molti processi metabolici nel lievito. Nel Saccharomyces cerevisiae, il lievito più comunemente utilizzato nella vinificazione, questi cofattori sono prodotti in condizioni anaerobiche esclusivamente riciclando varie forme di vitamina B3. Ciò evidenzia l'importanza di avere a disposizione una quantità sufficiente di acido nicotinico nel mosto d'uva durante la fermentazione.

I ricercatori hanno studiato come una carenza di acido nicotinico influisca sulle prestazioni della fermentazione in S. cerevisiae e come influisca sul profilo metabolico del vino. Lo studio ha utilizzato un mosto d'uva sintetico con 230 grammi per litro di zucchero e ha testato tre diverse concentrazioni di acido nicotinico: carente (0,1 mg/L), media (2,0 mg/L) ed eccessiva (4,0 mg/L). Gli esperimenti sono stati condotti a 25°C utilizzando il ceppo di lievito commerciale EC1118™.

I risultati hanno mostrato che, mentre la cinetica di fermentazione era simile durante le prime 24 ore in tutti i trattamenti, una carenza di acido nicotinico ha portato a una fermentazione più lenta e a una riduzione del 37,5% della produzione di biomassa del lievito. Livelli eccessivi di acido nicotinico non hanno migliorato i tassi di fermentazione o la biomassa rispetto alle concentrazioni normali, suggerendo che esiste una soglia ottimale per l'integrazione.

Lo studio ha anche misurato le concentrazioni di NAD⁺ e NADH durante la fermentazione. Inizialmente, i livelli di NAD⁺ sono aumentati fino alla fine della fase lag, ma sono diminuiti bruscamente quando il lievito è entrato nella crescita esponenziale. Questo calo riflette l'aumento dell'attività metabolica e della crescita cellulare, con la rapida riduzione del NAD⁺ a NADH durante la glicolisi e altre vie metaboliche. Nei trattamenti con acido nicotinico basso, i livelli di NAD⁺ sono diventati quasi irrilevabili dopo 24 ore, indicando un grave squilibrio redox che ha rallentato la fermentazione e ridotto la produzione di biomassa.

Ulteriori analisi hanno rivelato che le cellule di lievito importano e consumano tutto l'acido nicotinico disponibile all'inizio della fermentazione, prima di raggiungere la metà della dimensione massima della popolazione. Dopo questo punto, si affidano al riciclo delle scorte interne di vitamina B3 per mantenere la produzione di NAD⁺. È stata osservata anche una certa esportazione di vitamina B3 nel terreno di coltura, soprattutto a concentrazioni iniziali più elevate.

L'impatto della carenza di acido nicotinico si è esteso alla produzione di metaboliti primari. Le condizioni di carenza hanno portato a un aumento significativo del glicerolo, dell'acido malico e dell'acetoina come meccanismi di compensazione per la rigenerazione del NAD⁺, nonché a un aumento dell'acido succinico e a una riduzione dei livelli di acido acetico. La produzione di etanolo è rimasta stabile indipendentemente dalla concentrazione di acido nicotinico, sottolineando il suo ruolo centrale nel metabolismo del lievito.

Le carenze di vitamina B3 nel mosto d'uva sono meno comuni di quelle di vitamina B1 (tiamina), che possono verificarsi frequentemente. Tuttavia, infezioni fungine come la Botrytis cinerea possono impoverire i nutrienti e ridurre attivamente le concentrazioni di acido nicotinico dopo la lavorazione dell'uva. Nelle prime fasi della fermentazione, inoltre, i lieviti assorbono rapidamente la tiamina e le altre vitamine del gruppo B, limitandone la disponibilità con il progredire della fermentazione. Una macerazione pre-fermentativa prolungata o l'inoculo sequenziale di lieviti non-Saccharomyces possono abbassare ulteriormente i livelli di acido nicotinico, aumentando il rischio di carenza.

Per far fronte a questi rischi, l'integrazione con nutrienti derivati dal lievito contenenti vitamina B3 è considerata una strategia valida negli scenari in cui è probabile una carenza. L'aggiunta controllata di ossigeno all'inizio o a metà della fermentazione è un altro approccio promettente, poiché l'ossigeno consente la sintesi de novo della vitamina B3 da parte del lievito, riducendo la dipendenza da fonti esterne. Tuttavia, l'ottimizzazione dei tempi e del dosaggio è fondamentale per garantire un'adeguata produzione di niacina senza compromettere la fermentazione.

Lo studio sottolinea che il mantenimento di livelli sufficienti di acido nicotinico è necessario non solo per un'efficiente cinetica di fermentazione, ma anche per la stabilità dei profili dei metaboliti nel vino. La carenza porta a un grave squilibrio redox dovuto all'impoverimento dei pool di NAD⁺, che compromette le funzioni metaboliche centrali e rallenta la fermentazione. Un'integrazione eccessiva non apporta ulteriori benefici rispetto alle condizioni normali.

Sono state osservate anche risposte specifiche per ogni specie: mentre S. cerevisiae era in grado di completare la fermentazione in tutte le condizioni testate (anche se più lentamente in caso di carenza), alcune specie non-Saccharomyces hanno sperimentato riduzioni ancora maggiori nei tassi di fermentazione o interruzioni premature quando sono state private dell'acido nicotinico.

I risultati suggeriscono che la ricerca futura dovrebbe concentrarsi sul perfezionamento delle strategie di integrazione dei nutrienti e sull'ottimizzazione della gestione dell'ossigeno per sostenere la biosintesi di NAD⁺ durante la vinificazione. Ciò contribuirebbe a garantire fermentazioni senza intoppi e potenzialmente permetterebbe agli enologi di influenzare il profilo metabolico del vino attraverso interventi mirati basati sulla disponibilità di nutrienti.