Malolaktik fermantasyon

Malolaktik fermantasyon (Malolaktik dönüşüm veya MLF olarak da bilinir), üzüm şırasında doğal olarak bulunan ekşi tadı olan malik asidin daha yumuşak tadı olan laktik aside dönüştürüldüğü bir şarap yapım sürecidir. Malolaktik fermantasyon çoğunlukla birincil fermantasyonun bitiminden kısa bir süre sonra ikincil fermantasyon olarak gerçekleştirilir, ancak bazen onunla aynı anda da gerçekleştirilebilir.[1] Bu süreç çoğu kırmızı şarap üretimi için standarttır ve reaksiyonun bir yan ürünü olan diacetyl'den "tereyağlı" bir tat verebildiği Chardonnay gibi bazı beyaz üzüm çeşitleri için yaygındır.[2]

Fermantasyon reaksiyonu laktik asit bakterisi ailesi (LAB) tarafından gerçekleştirilir; Oenococcus oeni ve çeşitli Lactobacillus ve Pediococcus türleri. Kimyasal olarak, malolaktik fermantasyon bir dekarboksilasyondur, yani işlem sırasında karbondioksit açığa çıkar.[3][4]

Tüm bu bakterilerin birincil işlevi, şarapta bulunan iki ana üzüm asidinden biri olan L-malik asidi başka bir asit türü olan L+ laktik aside dönüştürmektir. Bu doğal olarak meydana gelebilir. Ancak, ticari şarap yapımında, malolaktik dönüşüm genellikle istenen bakterilerin, genellikle O. oeni'nin aşılanmasıyla başlatılır. Bu, istenmeyen bakteri suşlarının "tuhaf" tatlar üretmesini önler. Tersine, ticari şarap üreticileri, bitmiş şarapta daha ekşi veya asidik bir profil sağlamak için, Riesling ve Gewürztraminer gibi meyveli ve çiçeksi beyaz üzüm çeşitlerinde olduğu gibi, istenmediğinde malolaktik dönüşümü aktif olarak önlerler.[5][6]

Malolaktik fermantasyon daha yuvarlak, daha dolgun bir ağız hissi yaratma eğilimindedir. Malik asit genellikle yeşil elmaların tadıyla ilişkilendirilirken, laktik asit daha zengin ve daha tereyağlı bir tada sahiptir. Soğuk bölgelerde üretilen üzümler, çoğu malik asidin katkısından gelen yüksek asitliğe sahip olma eğilimindedir. Malolaktik fermantasyon genellikle şarabın gövdesini ve lezzet kalıcılığını artırarak daha yumuşak damaklı şaraplar üretir. Birçok şarap üreticisi ayrıca, malolaktik fermantasyonun şarap fıçıda olduğu süre boyunca gerçekleşmesi durumunda meyve ve meşe karakterinin daha iyi bütünleşmesinin sağlanabileceğini düşünmektedir.[7]

Malolaktik dönüşüm geçiren bir şarap, bakterilerin varlığı nedeniyle bulanık olur ve diacetyl üretiminin sonucu olan tereyağlı patlamış mısır kokusuna sahip olabilir. Şişede malolaktik fermantasyonun başlaması genellikle bir şarap hatası olarak kabul edilir, çünkü şarap tüketiciye hala fermente oluyormuş gibi görünür (CO2 üretiminin bir sonucu olarak).[8] Ancak, erken Vinho Verde üretimi için, bu hafif köpürme ayırt edici bir özellik olarak kabul edildi, ancak Portekizli şarap üreticileri, "şişedeki MLF"nin ürettiği bulanıklık ve tortudaki artış nedeniyle şarabı opak şişelerde pazarlamak zorunda kaldılar. Günümüzde, çoğu Vinho Verde üreticisi artık bu uygulamayı takip etmiyor ve bunun yerine, hafif ışıltıyı yapay karbonasyonla ekleyerek şişelemeden önce malolaktik fermantasyonu tamamlıyor.[9]

Malolaktik fermantasyon muhtemelen şarabın tarihi kadar eskidir, ancak MLF'nin olumlu faydalarının bilimsel olarak anlaşılması ve sürecin kontrolü nispeten yeni bir gelişmedir. Şarap üreticileri, yüzyıllar boyunca hasattan sonraki sıcak bahar aylarında fıçılarda saklanan şaraplarında meydana gelen bir "aktivite" fark ettiler. Birincil alkollü fermantasyon gibi, bu fenomen karbondioksit gazı salıyor ve şarapta her zaman hoş karşılanmayan derin bir değişikliğe neden oluyor gibi görünüyor.[7] 1837'de Alman önolog Freiherr von Babo tarafından "ikinci fermantasyon" olarak tanımlandı ve şaraptaki bulanıklığın artmasına neden oldu. Von Babo, şarap üreticilerini bu aktiviteyi ilk gördüklerinde şarabı yeni bir fıçıya aktararak, kükürt dioksit ekleyerek ve ardından şarabı stabilize etmek için başka bir raflama ve kükürtleme seti uygulayarak hızla yanıt vermeye teşvik etti.[10]

1866'da, modern mikrobiyolojinin öncülerinden biri olan Louis Pasteur, şaraptan ilk bakterileri izole etti ve şaraptaki tüm bakterilerin şarabın bozulmasına neden olduğunu belirledi. Pasteur, laktik bakterilerle şarapta bir asit azalması fark etmiş olsa da, bu süreci bakterilerin malik asit tüketmesine bağlamadı, bunun yerine bunun sadece tartrat çökelmesi olduğunu varsaydı.[7] 1891'de, İsviçreli enolog Hermann Müller, bakterilerin bu azalmanın nedeni olabileceğini teorileştirdi. Müller, meslektaşlarının yardımıyla, 1913'te "biyolojik asitsizleşme" teorisini, şarap bakterisi Bacterium gracile'den kaynaklandığını açıkladı.[10]

1930'larda, Fransız önolog Jean Ribéreau-Gayon şaraptaki bu bakteriyel dönüşümün faydalarını belirten makaleler yayınladı.[7] 1950'lerde, enzimatik analizdeki gelişmeler, enologların malolaktik fermantasyonun ardındaki kimyasal süreçleri daha iyi anlamalarına olanak sağladı. Émile Peynaud, enolojinin sürece ilişkin anlayışını daha da ileri götürdü ve kısa sürede faydalı laktik asit bakterilerinin kültürlenmiş stoğu şarap üreticilerinin kullanımına sunuldu.[10]

Malolaktik fermantasyonun birincil rolü şarabın asidini gidermektir.[7]  Ayrıca şarabın duyusal yönlerini de etkileyebilir, ağızda bıraktığı hissi daha yumuşak hale getirebilir ve şarabın lezzetine ve aromasına potansiyel karmaşıklık katabilir. Bu diğer nedenlerden dolayı, dünyadaki çoğu kırmızı şarap (ve ayrıca birçok köpüklü şarap ve dünyadaki beyaz şarapların yaklaşık %20'si) bugün malolaktik fermantasyondan geçer.[4]

Malolaktik fermantasyon, "daha sert" diprotik malik asidi daha yumuşak monoprotik laktik aside dönüştürerek şarabın asidini giderir. Malik ve laktik asitlerin farklı yapıları, şaraptaki titre edilebilir asitliğin (TA) 1 ila 3 g/L azalmasına ve pH'ın 0,3 birim artmasına yol açar.[6] Malik asit, üzümde büyüme mevsimi boyunca mevcuttur, veraison'da zirveye ulaşır ve olgunlaşma süreci boyunca kademeli olarak azalır. Daha soğuk iklimlerden hasat edilen üzümler genellikle en yüksek malik içeriğine sahiptir ve malolaktik fermantasyondan sonra TA ve pH seviyelerinde en dramatik değişikliklere sahiptir.[7]

Malolaktik fermantasyon, laktik asit bakterilerinin diğer bozulma mikroplarının şarap kusurları geliştirmek için kullanabileceği kalan besin maddelerinin çoğunu tüketmesi nedeniyle şarabın "mikrobiyolojik olarak kararlı" olmasına yardımcı olabilir. Ancak, özellikle şarap zaten şarap pH'ının yüksek ucundaysa, pH'taki artış nedeniyle şarabı biraz "kararsız" hale de getirebilir. Şarapların malolaktik fermantasyonla "asitsizleştirilmesi" ve daha sonra şarap üreticisinin pH'ı daha kararlı seviyelere düşürmek için asitlik (genellikle tartarik asit formunda) eklemesi alışılmadık bir durum değildir.[9]

Laktik asit bakterileri, hücrenin içi ile şarap içindeki dış ortam arasındaki pH gradyanı farkını kullanarak ATP üreten kemosmoz yoluyla bakteri için enerji yaratmanın dolaylı bir yolu olarak malik asidi laktik aside dönüştürür. Bunun nasıl başarıldığına dair bir model, şarabın düşük pH'ında en çok bulunan L-malat formunun negatif yüklü monoanyonik formu olduğunu belirtir. Bakteri bu anyonu şaraptan hücresel plazma zarının daha yüksek pH seviyesine taşıdığında, elektrik potansiyeli yaratan net negatif bir yüke neden olur. Malat'ın L-laktik aside dekarboksilasyonu sadece karbondioksiti serbest bırakmakla kalmaz, aynı zamanda ATP üretebilen pH gradyanını üreten bir protonu da tüketir.[3]

Laktik asit bakterileri, şarap üzümlerinde doğal olarak bulunan L-malik asidi dönüştürür. Ticari malik asit katkı maddelerinin çoğu, D+ ve L-malik asit enantiyomerlerinin bir karışımıdır.[8]

Malolaktik fermantasyondan geçmiş şaraplarda meydana gelen duyusal değişimler üzerine birçok farklı çalışma yürütülmüştür. En yaygın tanımlayıcı, şaraptaki asitliğin, "daha sert" malik asidin daha yumuşak laktik aside dönüşmesi nedeniyle "daha yumuşak" hissedilmesidir. Ekşilik algısı, şaraptaki titre edilebilir asitlikten kaynaklanır, bu nedenle MLF'yi takip eden TA'daki azalma, şarapta algılanan ekşilikte veya "ekşilikte" bir azalmaya yol açar.[9]

Ağızda bıraktığı hissin değişmesi pH'daki artışla ilişkilidir, ancak aynı zamanda poliollerin, özellikle şeker alkolleri eritritol ve gliserolün üretiminden de kaynaklanabilir.[3] Malolaktik fermantasyondan geçmiş şarapların ağızda bıraktığı hissi artırabilecek bir diğer faktör de MLF'den sonra 110 mg/L kadar yüksek olabilen etil laktatın varlığıdır.[6]

Şarabın aroması üzerindeki potansiyel etki daha karmaşıktır ve farklı aroma bileşikleri yaratma potansiyeline sahip olan Oenococcus oeni'nin (MLF'de en yaygın kullanılan bakteri) farklı suşları ile tahmin edilmesi zordur. Chardonnay'de, MLF'den geçen şaraplar genellikle "ceviz" ve "kurutulmuş meyve" notalarının yanı sıra taze pişmiş ekmek aromasına sahip olarak tanımlanır. Kırmızı şaraplarda, bazı suşlar amino asit metionini kavrulmuş aroma ve çikolata notaları üretme eğiliminde olan bir propiyonik asit türevine metabolize eder.[3] Fıçıda malolaktik fermantasyondan geçen kırmızı şaraplar, gelişmiş baharat veya duman aromalarına sahip olabilir.[4]

Bununla birlikte, bazı çalışmalar malolaktik fermantasyonun Pinot noir gibi birincil meyve aromalarını azaltabileceğini, genellikle MLF'den sonra ahududu ve çilek notalarını kaybedebileceğini de göstermiştir.[3] Ek olarak, kırmızı şaraplar, şaraptaki rengin stabilitesine katkıda bulunan antosiyaninlerin dengesinde bir kaymaya neden olan pH değişiklikleri nedeniyle MLF'den sonra renk kaybına uğrayabilir.[9]

Şarap yapımında yer alan tüm laktik asit bakterileri (LAB), ister pozitif bir katkıda bulunan isterse potansiyel hataların kaynağı olsun, bir şeker kaynağının metabolizması ve L-malik asidin metabolizması yoluyla laktik asit üretme yeteneğine sahiptir. Türler, şaraptaki mevcut şekerleri (hem glikoz hem de fruktoz ve şarap mayalarının tüketmediği fermente edilemeyen pentozlar) nasıl metabolize ettiklerine göre farklılık gösterir. Bazı bakteri türleri şekerleri homofermentatif bir yolla kullanır, yani yalnızca bir ana son ürün (genellikle laktat) üretilirken diğerleri karbondioksit, etanol ve asetat gibi birden fazla son ürün oluşturabilen heterofermentatif yollar kullanır. LAB tarafından malik asidin dönüşümünde yalnızca laktatın L- izomeri üretilirken, hem hetero-hem de homofermenterler glikozdan laktiğin D-, L- ve DL-izomerlerini üretebilir ve bu da şarapta biraz farklı duyusal özelliklere katkıda bulunabilir.[4]

O. oeni, şarap üreticileri tarafından malolaktik fermantasyonu tamamlamak için en çok istenen LAB olsa da, süreç çoğunlukla fermantasyonlar sırasında farklı noktalarda şıraya hakim olan çeşitli LAB türleri tarafından gerçekleştirilir. Fermantasyon sıcaklığı, besin kaynakları, kükürt dioksit varlığı, maya ve diğer bakterilerle etkileşim, pH ve alkol seviyeleri (örneğin, Lactobacillus türleri daha yüksek pH'ı tercih etme eğilimindedir ve O. oeni'den daha yüksek alkol seviyelerine tolerans gösterebilir) ve ilk aşılama (kültürlü O. oeni aşılamasına karşı "vahşi" fermentler gibi ) dahil olmak üzere hangi türün baskın olacağını etkileyen birkaç faktör vardır.[5]

Oenococcus cinsinin şarap yapımında rol alan bir ana üyesi vardır, O. oeni, bir zamanlar Leuconostoc oeni olarak bilinirdi. Oeno coccus ismine sahip olmasına rağmen, mikroskop altında bakterinin basil (şekil) çubuk şekli vardır. Bakteri, aerobik solunum için biraz oksijen kullanabilen ancak genellikle fermantasyon yoluyla hücresel enerji üreten Gram pozitif, fakültatif bir anaerobdur. O. oeni, glikoz kullanımından D-laktik asit ve karbondioksitin etanol veya asetata yaklaşık olarak eşit miktarlarda üretildiği çoklu son ürünler oluşturan bir heterofermenterdir. İndirgeyici koşullarda (örneğin alkollü fermantasyonun sonuna yakın), üçüncü son ürün genellikle etanoldür, hafif oksidatif koşullarda (örneğin alkol fermantasyonunun erken dönemlerinde veya üstü kapatılmamış bir fıçıda), bakterilerin asetat üretme olasılığı daha yüksektir.[9]

Bazı O. oeni suşları mannitol oluşturmak için fruktoz kullanabilir (bu da mannitol lekesi olarak bilinen şarap hatasına yol açabilir) ve diğer birçok suş, arginin amino asidini (ölü maya hücrelerinin otolizinden sonra fermentasyondan sonra tortu üzerinde kalan şarapta bulunabilir) amonyağa parçalayabilir.[3]

Heksoz glikoz ve fruktoz şekerlerine ek olarak, O. oeni'nin çoğu suşu, L-arabinoz ve riboz dahil olmak üzere maya fermantasyonundan kalan artık pentoz şekerlerini kullanabilir. O. oeni suşlarının yalnızca yaklaşık %45'i sakarozu fermente edebilir (genellikle şaptalizasyon için eklenen ve maya tarafından glikoz ve fruktoza dönüştürülen şeker formu).[3]

Şarap üreticileri O. oeni'yi birkaç nedenden dolayı tercih etme eğilimindedir. İlk olarak, tür ana şarap mayası Saccharomyces cerevisiae ile uyumludur, ancak hem MLF hem de alkollü fermantasyonun birlikte başlatıldığı durumlarda, maya genellikle besin kaynakları için bakteriyle rekabet eder ve bu da malolaktik fermantasyonun başlamasında gecikmeye neden olabilir. İkinci olarak, O. oeni'nin çoğu suşu şarabın düşük pH seviyelerine dayanıklıdır ve genellikle çoğu şarabın fermantasyonun sonunda ulaştığı standart alkol seviyeleriyle başa çıkabilir. Ek olarak, 0,8 moleküler SO 2 'nin(pH'a bağlı ancak yaklaşık 35-50 ppm) üzerindeki kükürt dioksit seviyeleri bakterileri engellerken, O. oeni diğer LAB'lere kıyasla nispeten dirençlidir. Son olarak, O. oeni şarap yapımında karşılaşılan laktik asit bakterileri arasında en az miktarda biyojenik amin (ve en fazla laktik asit[4]) üretme eğilimindedir.[9]

Lactobacillus cinsinde hem heterofermentatif hem de homofermentatif türler bulunur. Şarap yapımında yer alan tüm laktobasiller Gram pozitif ve mikroaerofiliktir ve türlerin çoğu oksidatif stresten korunmak için ihtiyaç duydukları katalaz enziminden yoksundur.

Dünya genelinde şarap ve üzüm şırası örneklerinden izole edilen Lactobacillus türleri arasında L. brevis, L. buchneri, L. casei, L. curvatus, L. delbrueckii subsp. lactis, L. diolivorans, L. fermentum, L. fructivorans, L. hilgardii, L. jensenii, L. kunkeei, L. leichmannii, L. nagelii, L. paracasei, L. plantarum ve L. yamanashiensis.[3]

Çoğu Lactobacillus türü, özellikle şarap filtrelenmemişse şişede birikebilen yüksek düzeyde uçucu asitlik, kötü koku, şarap bulanıklığı, gazlılık ve tortu üretme potansiyeliyle şarap yapımında istenmeyen bir durumdur. Bu bakteriler ayrıca şarabın lezzetini ve duyusal algısını daha da etkileyebilecek aşırı miktarda laktik asit oluşturma potansiyeline sahiptir. "Vahşi Lactobacillus" olarak adlandırılan bazı türler, yavaş veya durmuş fermantasyonlara neden olmakla suçlanırken, L. fructivorans gibi diğer türlerin, keşfedildiği şarap bölgesinden sonra "Fresno küfü" olarak adlandırılan, şarapların yüzeyinde pamuksu miselyum benzeri bir büyüme yarattığı bilinmektedir.[9]

Şu ana kadar Pediococcus cinsinden dört tür şarap ve üzüm şırasında izole edilmiştir, P. inopinatus, P. pentosaceus, P. parvulus ve P. damnosus ve son ikisi şarapta en sık bulunan türlerdir. Tüm Pediococcus türleri Gram pozitiftir, bazı türler mikro-aerofilikken diğerleri çoğunlukla aerobik solunum kullanır. Mikroskop altında, Pediococcus genellikle onları tanımlanabilir hale getirebilen çiftler veya tetradlar halinde görünür. Pediococci homofermenterlerdir, glikozu glikoliz yoluyla hem L- hem de D-laktatın rasemik bir karışımına metabolize eder. Ancak, glikozun yokluğunda, P. pentosaceus gibi bazı türler gliserol kullanmaya başlar ve onu pirüvata dönüştürür; bu da daha sonra diacetyl, asetat, 2,3-bütandiol ve şaraba olumsuz özellikler kazandırabilen diğer bileşiklere dönüştürülebilir.

Çoğu Pediococcus türü, üretilebilen yüksek diacetyl seviyeleri ve kırmızı şarap baş ağrılarının olası nedenlerinden biri olarak gösterilen biyojenik aminlerin artan üretimi nedeniyle şarap yapımında istenmeyen bir durumdur. Birçok Pediococcus türü ayrıca gliserolün akroleine parçalanmasıyla oluşan ve daha sonra şaraptaki fenolik bileşiklerle reaksiyona girerek acımsı bir bileşik üreten acımsı "akrolein lekesi" gibi şaraba kötü kokular veya diğer şarap kusurları getirme potansiyeline sahiptir.

Bir tür, P. parvulus, MLF'den geçmemiş şaraplarda bulunmuştur (yani şarapta hala malik asit mevcuttur), ancak buketi enologların "bozulmamış" veya kusurlu olarak tanımladığı bir şekilde değiştirilmiştir. Diğer çalışmalar, kötü koku veya şarap kusurları gelişmeden malolaktik fermantasyondan geçmiş şaraplardan P. parvulus'u izole etmiştir.