Velkommen til femte del af serien Terroir & vinens kemi. Vi har set på jord og klima, på syrer og pH, på fenolerne og på aromastofferne. Nu kommer vi til selve hjertet i vinens tilblivelse: den proces, der gør sødt druesaft til vin. Gæringen.
Det er her, gæren tager over, og hvor druens sukker omdannes til alkohol, kuldioxid og en lang række biprodukter, der former vinens krop, mundfølelse og aroma. For den nysgerrige er det også her, kemien bliver konkret: vi kan følge den enzymatiske vej fra et glukosemolekyle hele vejen til ethanol, og vi kan forstå, hvorfor temperatur og næring afgør, om gæringen forløber rent eller går i stå.
Hvad du lærer
- Hvordan druesukker omdannes til alkohol via gærens stofskifte
- Hvilken rolle gæren spiller, og hvordan dens næringsbehov styrer forløbet
- Hvilke biprodukter gæringen danner, og hvad de betyder for vinen
- Hvorfor temperatur og nitrogen er afgørende, og hvad der sker, når gæringen går i stå
Fra druesukker til alkohol
Udgangspunktet er druens sukker. Glukose og fruktose er de to dominerende hexosesukre i druen og udgør omkring 15-25 % af bærret. Det er dem, gæren bruger som substrat til at producere ethanol. Modne druer ligger typisk på 20-24 °Brix, og det fermenterbare sukker i most ligger normalt i området 120-250 g/L.
Saccharomyces-gærene udnytter monosaccharider som glukose, fruktose, mannose og galaktose som kulstofkilde, og de fleste vingærstammer kan også omsætte disaccharider som saccharose, maltose og melibiose. Pentoser bliver derimod ikke udnyttet under vinfremstilling. I praksis er Saccharomyces cerevisiae specialiseret i hexoserne, og det er derfor glukose og fruktose, der bærer hele læsset.
Teoretisk giver ét mol glukose to mol ethanol og to mol kuldioxid. Den faktiske mængde frigivet CO2 er dog lidt mindre end den teoretiske, fordi noget CO2 bruges i anaerobe carboxyleringsreaktioner undervejs. Det er en god påmindelse om, at en gæring aldrig er et rent regnestykke, men et levende stofskifte med mange sideveje.
Gærens stofskifte
For at sukkeret kan blive til alkohol, skal det først ind i gærcellen. Sukkertransporten sker både ved passiv transport (simpel og faciliteret diffusion) og ved aktive transportmekanismer. Inde i cellen er glykolysen den centrale nedbrydningsvej for glukose og fruktose.
Glykolysen trin for trin
Glykolysen er en kæde af enzymstyrede trin. Hexokinase fosforylerer glukose ved 6-hydroxylpositionen og kræver både ATP og Mg2+. Phosphoglucoisomerase omdanner glukose-6-fosfat til fruktose-6-fosfat (også med Mg2+ som krav). Phosphofructokinase er det vigtige reguleringsenzym, der finjusteres af allosteriske effektorer som AMP, ADP og fruktose-2,6-bisfosfat, og som hæmmes af blandt andet PEP, ATP og citrat. Aldolase spalter derefter fruktose-1,6-bisfosfat i glyceraldehyd-3-fosfat og dihydroxyacetonfosfat, og glyceraldehyd-3-fosfat-dehydrogenase, der kræver en cysteinyl-SH-gruppe i sit aktive sæde, driver processen videre.
Resultatet af glykolysen er pyruvat, og nettoudbyttet er to ATP og to NADH per glukosemolekyle. ATP er gærens energivaluta, mens NADH skal recirkuleres for at processen kan fortsætte.
Fra pyruvat til ethanol
Selve den alkoholiske gæring omdanner pyruvat til ethanol og kuldioxid i to enzymatiske trin: pyruvat decarboxylase og alkohol dehydrogenase. Det afgørende er, at NAD+ regenereres i dette sidste skridt. Uden den regenerering ville glykolysen gå i stå, fordi der ikke var NAD+ til rådighed til at oxidere ny glukose. Det er altså ikke kun ethanol, der er pointen for gæren, men også den fortsatte mulighed for at trække energi ud af sukkeret.
Gærens evne til at tåle den ethanol, den selv producerer, hænger sammen med membranens fluiditet, der igen påvirkes af fedtsyreresterne i membranens fosfolipider. Det er en del af forklaringen på, hvorfor nogle gærstammer kan arbejde længere og højere op i alkohol end andre.
Biprodukter og aroma
Gæring er aldrig kun ethanol. En række biprodukter dannes undervejs, og de bidrager mærkbart til vinens karakter.
Glycerol er det vigtigste biprodukt og samtidig den mest udbredte forbindelse efter vand og ethanol i tør vin, omkring 10 g/L i rødvin og 7 g/L i hvidvin. Glycerol dannes fra dihydroxyacetonfosfat via enzymet dihydroxyacetonfosfat reduktase og bidrager til en blødere mundfølelse. Lav temperatur, høj vinsyre og SO2 favoriserer dannelsen af glycerol. De klassiske gæringsstudier (Neubergs anden og tredje gæring) viser netop, hvordan glyceroldannelsen kan øges, når acetaldehyd bindes af sulfit og derved ikke kan fungere som hydrogenacceptor for NADH, eller når dihydroxyacetone overtager den rolle under alkaliske forhold.
Højere alkoholer (fuselalkoholer) med mere end to kulstofatomer omfatter blandt andre n-propanol, isobutylalkohol, 2-methylbutanol, isoamylalkohol og 2-phenylethanol. De dannes ved deaminering og decarboxylering af aminosyrer, og dannelsen afhænger af gærarten. Aminosyrer som isoleucin, leucin og valin opbruges hurtigt inden for de første 18-38 timer efter gæringens start, mens dannelsen af højere alkoholer fortsætter gennem hele forløbet. Op til omkring 400 mg/L forbedrer de højere alkoholer vinens aroma, mens niveauer derover trækker kvaliteten ned.
Ravsyre (succinic acid) er den primære carboxylsyre, gæren danner, i koncentrationer op til 2,0 g/L, og aminosyrer samt glutamat øger produktionen. Methanol stammer derimod ikke fra gæren selv, men fra pektinesterasens virkning på pektin i mosten. Jo højere pektinindhold, desto mere methanol, og niveauet påvirkes også af gæringsorganismen, råvaren og temperaturen.
Temperatur, næring og kontrol
Gæringen forløber i tre faser: en lagfase (hvor mosten mættes med CO2), en eksponentiel fase (hurtig CO2-produktion frem til den maksimale gærpopulation) og en stationær fase (faldende aktivitet, men bevaret levedygtighed). Ethanolproduktionen begynder typisk lige før, den eksponentielle vækst ophører.
Temperaturens rolle
Temperatur er et af de stærkeste håndtag, vinmageren har. Lavere gæringstemperatur reducerer både vækst og ethanolproduktionens hastighed, men giver til gengæld højere endelig cellemasse og højere endelig ethanolkoncentration sammenlignet med varmere gæring. Udbyttet falder, når temperaturen stiger. Samtidig er varmeudvikling under gæring direkte knyttet til omdannelsen af sukker og er den kritiske parameter, når man dimensionerer køling. Det er derfor temperaturstyring ikke blot er en stilistisk beslutning, men også et spørgsmål om at holde processen sikker.
Ethanolens udbyttekoefficient ligger normalt på 91-94 % af den teoretiske støkiometriske værdi (0,510) under normale enologiske forhold. Det fortæller os, hvor effektivt sukkeret reelt bliver til alkohol, og hvor meget der går til biomasse og vedligehold.
Nitrogen og næring
Nitrogen er den mest kritiske næring. Nitrogenbegrænsning nedsætter glukosetransporternes aktivitet og sænker dermed den samlede glykolytiske hastighed. Ammoniakalsk nitrogen virker desuden som allosterisk effektor på både phosphofructokinase og pyruvatkinase. Gæren skal bruge nitrogen til proteinsyntese, og en mark med nitrogenfattig frugt kan give for lille en gærpopulation til at fuldføre gæringen.
Ethanol selv virker som en ikke-kompetitiv hæmmer af gærvæksten: den påvirker den maksimale væksthastighed, men ikke gærens affinitet til substratet. Gærens levedygtighed falder næsten lineært med stigende ethanolkoncentration. Optimal gæring sker typisk ved 18-25 °C, ved pH 3-4, med tilstrækkelig næring, indledende ilt og fravær af toksiske stoffer.
Når gæringen går i stå
En stoppet gæring (stuck fermentation) opstår, når processen standser, før alt tilgængeligt sukker er omdannet til alkohol og CO2. Det efterlader restsukker, og det er problematisk: restsukker skaber biologisk ustabilitet, der muliggør bakterievækst, øget flygtig syre, mulig genstart af gæring efter aftapning, bundfald og bobledannelse på flaske.
Den primære årsag er næringsbegrænsning, særligt nitrogenmangel, der bremser gærens udvikling og stofskifte. Andre faktorer omfatter ionubalancer, substrathæmning, ethanoltoksicitet, pesticidrester, pH-ændringer og temperatursvingninger. Også gærstammernes egne selvhæmmende og krydshæmmende effekter spiller ind, ligesom L-ornithin dannet af mælkesyrebakterier kan hæmme aminosyretransporten i gæren og dermed forsinke gæringen. For tør gær falder levedygtigheden desuden ved forkert opbevaring, høj SO2 eller mosttemperaturer under 15 °C eller over 30 °C.
Kort fortalt
- Glukose og fruktose omdannes via glykolyse til pyruvat og videre til ethanol og CO2, mens NAD+ regenereres for at holde processen i gang.
- Gæren skal optage sukkeret, og dens stofskifte styres af enzymer som hexokinase, phosphofructokinase og alkohol dehydrogenase.
- Glycerol er det vigtigste biprodukt, mens højere alkoholer, ravsyre og methanol bidrager forskelligt til kvalitet og karakter.
- Temperatur og nitrogen er de stærkeste håndtag: lavere temperatur giver højere endelig alkohol og cellemasse, mens nitrogenmangel er hovedårsagen til stoppede gæringer.
Ofte stillede spørgsmål
Hvorfor er nitrogen så afgørende for en ren gæring?
Gæren bruger nitrogen til proteinsyntese, og ammoniakalsk nitrogen virker direkte som regulator af centrale glykolytiske enzymer. Mangler nitrogen, falder glukosetransportørernes aktivitet og dermed gæringshastigheden, og populationen kan blive for lille til at nå i mål. Det er derfor nitrogenmangel er den hyppigste årsag til stoppede og trægre gæringer.
Hvad betyder gæringstemperaturen for den færdige vin?
Lavere temperatur sænker hastigheden, men giver højere endelig cellemasse og højere endelig ethanolkoncentration, og favoriserer samtidig dannelsen af glycerol. Varmere gæring går hurtigere, men giver lavere udbytte og udvikler mere varme, der skal styres med køling.
Klar til næste skridt?
Når den alkoholiske gæring er ovre, er vinen langtfra færdig. For mange vine begynder nu en anden mikrobiologisk forvandling, hvor bakterier former syre og aroma på ny. Det ser vi nærmere på i næste del, Malolaktisk gæring og mikrobiologi, hvor vi følger omdannelsen af æblesyre til mælkesyre og dykker ned i de mikroorganismer, der lever side om side med gæren.
Har du lyst til at smage forskellen mellem en sval, langsom gæring og en varmere stil, så lad nysgerrigheden guide dig rundt i sortimentet. Og husk, at den bedste kombination altid er den vin, du kan lide, til den mad, du kan lide.