Par Christine Pascal¹

La littérature scientifique regorge d’articles concernant les mécanismes d’oxydation des vins, leur composition en antioxydants, voire leur potentiel redox…

L’apparition de signes d’oxydation ou de réduction dans les vins est une question centrale du travail de vinification : un des défis majeurs du vinificateur est d’évaluer la capacité d’un vin à résister à l’apparition de signes d’oxydation ou de réduction pour adapter l’itinéraire technique à son objectif de profil et de durée de vie.

Cependant, faire le lien entre ce qui est connu dans la littérature et la pratique œnologique n’est pas aisé. Les termes utilisés n’ont parfois pas la même signification entre littérature scientifique et vocabulaire pratique, ce qui peut apporter de la confusion à la réflexion :

• Les polyphénols, l’acide ascorbique, les sulfites sont-ils antioxydants ou pro-oxydants ?
• Qu’est-ce que le potentiel d’oxydoréduction d’un vin ?
• Dire qu’un vin est sensible à l’oxygène veut-il dire que des signes d’oxydation vont rapidement apparaître si on l’expose à l’oxygène ou au contraire qu’il va développer une capacité à résister à l’oxydation ?
• La teneur élevée d’un vin en antioxydants est-elle signe que le vin va mieux résister à l’oxydation?

1. Les signes d’oxydation des vins tels que décrits dans la pratique

Pour commencer notre série sur l’oxydation et l’oxydabilité des vins, il nous faut rappeler ce que les vinificateurs entendent par oxydation.

Les signes d’oxydation dans les vins sont en pratique décrits comme :

• une évolution de la couleur avec des apparitions de teintes orangées
• une évolution aromatique décrite comme une perte de notes variétales (buis, fruits de la passion) et / ou une apparition de notes dites oxydatives (miel, cire, chocolat, noyau, fruit sec, herbe sèche, noix…)
• parfois une évolution de l’équilibre gustatif avec augmentation de l’astringence et/ou perte de gras.

Ces différents signes d’oxydation peuvent apparaître successivement ou simultanément sans que l’apparition de l’un de ces signes ne renseigne sur l’apparition éventuelle d’un autre.

Le moment à partir duquel un vin est considéré comme oxydé est lié à l’acceptabilité de ces caractères par rapport au type de produit et à l’intention du vinificateur.

Il est par exemple acceptable voire souhaitable d’avoir des notes de fruit sec sur des vins doux naturels alors que ça ne l’est pas sur des vins secs de Sauvignon Blanc de certaines appellations qui doivent conserver des notes d’agrumes ou de fruits exotiques.

Le concept d’oxydation prématurée, aujourd’hui largement utilisé, est la preuve même de ces questions d’acceptabilité. Le terme « prématuré » est vraisemblablement lié à l’apparition de notes d’oxydation plus précocement qu’attendu.

Au final, la notion d’acceptabilité de la présence de notes oxydatives et les multiples nuances qu’elles peuvent couvrir rendent d’autant plus difficile la détermination analytique du niveau d’oxydation d’un vin, tel que décrit par les vinificateurs.

A retenir

• Les signes d’oxydation d’un vin dans la pratique sont multiples (couleur, arôme, équilibre gustatif).
• Le moment à partir duquel un vin est considéré comme oxydé dépend de critères d’acceptabilité lié à l’intention du vinificateur et au type de vin.

2. L’étude des mécanismes d’oxydation dans la littérature scientifique

Essayons maintenant de résumer ce que la littérature nous apprend sur l’oxydation. Nous avons pris le parti de rester à un niveau de description simple de la connaissance actuelle et d’en extraire les messages principaux.

La recherche académique a mis en évidence au cours des cinquante dernières années, des mécanismes probables d’oxydation et des molécules formées ou transformées au cours de ces mécanismes. La difficulté de cette thématique de recherche réside dans la diversité des molécules présentes dans le vin. Le travail a donc consisté à étudier des mécanismes d’oxydation :

• de molécules simples, facilement accessibles dans le commerce ou purifiables à partir de raisin ou de vin (polyphénols monomères tels qu’acide caftarique, catéchine / épicatéchine, malvidine-3-O-glucoside, thiols variétaux tels que 3-mercaptohexanol…)
• dans des milieux modélisant la matrice moût ou vin (pH acide d’environ 3-3,5, 0 ou 12% d’éthanol pour se rapprocher des conditions d’un moût ou d’un vin, présence éventuelle d’acide tartrique…)
• en présence éventuelle de molécules décrites comme antioxydants (sulfites, glutathion ou acide ascorbique).

Les mécanismes mis en avant sont souvent hypothétiques, assez rarement démontrés formellement du fait de la forte réactivité et de la très courte « durée de vie » induites des molécules impliquées dans ces réactions. De plus, le comportement de molécules plus complexes tels que les oligomères ou des produits des réactions d’oxydation sont eux totalement exclus de ces modèles mécanistiques.

Il est généralement admis que le mécanisme d’oxydation des vins débute par l’oxydation de certains polyphénols, les orthodiphénols, en présence d’ions Fe³⁺. Dans un mécanisme comportant un bon nombre de similitudes, dans les moûts, ce sont des enzymes dont le site actif est un ion Cu²⁺ qui catalysent cette première étape.

C’est à ce point du mécanisme que tout se complique car les deux produits de cette réaction d’oxydation des polyphénols sont instables/réactifs. Et ce sont eux qui vont conduire à l’apparition des signes pratiques de l’oxydation en créant des réactions en chaine :

• Les formes oxydées des polyphénols, les quinones, instables, comportent une forte réactivité pour les nucléophiles tels que des thiols, d’autres polyphénols…
• Le peroxyde d’hydrogène, en présence de Fe²⁺, initie la réaction de Fenton (Singleton 1987) et donne naissance à des radicaux de très haute énergie, les radicaux hydroxyle HO°. Ces derniers sont connus pour oxyder l’éthanol en éthanal ou l’acide tartrique en acide glyoxylique mais ils peuvent sans nul doute attaquer un grand nombre d’autres composés.

Ces réactions sont en fait les raisons de l’apparition des signes pratiques de l’oxydation et c’est ce lien que nous nous efforcerons de décrire lors du prochain article.

A retenir

• Les mécanismes d’oxydation ont été largement étudiés par les scientifiques et l’hypothèse communément acceptée est que les polyphénols sont les molécules qui s’oxydent en premier.
• Les produits issus de cette oxydation sont instables et conduisent, par des réactions en chaine, à l’apparition des signes de l’oxydation observés en pratique.

3. Naissance de molécules contribuant aux signes d’oxydation : le « double » rôle des polyphénols

Dans le chapitre précédent, nous avons rappelé que, d’après la littérature, les molécules s’oxydant les premières dans le vin sont les polyphénols. Les produits de cette réaction d’oxydation, les quinones et le peroxyde d’hydrogène H₂O₂, sont instables et conduisent par des réactions en chaîne à l’apparition des signes de l’oxydation observés en pratique

Revenons donc sur ces réactions en chaîne et les effets qu’elles produisent, toujours en reprenant l’essentiel de ce que nous apprend la littérature.

La littérature décrit la formation ou la disparition de molécules qui pourraient expliquer les manifestations de l’oxydation décrite dans la pratique à partir de réactions des quinones, ou du H₂O₂ via la réaction de Fenton. Sans que cela soit exhaustif, citons 3 exemples :

• L’apparition de pigments bruns / jaunes / orangés liée à des réactions de condensation de flavan-3-ols (tanins), notamment en présence d’éthanal ou d’acide pyruvique (Oszmianski 1996, Fulcrand 1996, Guyot 1996) produits par la réaction de Fenton.
• La perte de thiols variétaux, notamment de 3MH, 4MMP due à leur réaction avec des quinones. (Waterhouse et Laurie 2006, Nikolantonaki, 2010).
• L’apparition d’arômes dits d’oxydation (méthional, phénylacétaldehyde) probablement due à l’attaque de radicaux hydroxyles, produits par la réaction de Fenton sur les alcools correspondants (Nikolantonaki et Waterhouse 2012).

Si la première étape du mécanisme réactionnel est bien une oxydation des polyphénols, elle est suivie par différents types de réactions chimiques dont certaines (les additions nucléophiles par exemple) ne sont pas des réactions d’oxydoréduction. Le terme de mécanisme « d’oxydation » est donc simplificateur pour décrire la totalité des réactions chimiques qui ont lieu dans le vin à la suite de l’oxydation des polyphénols. Il en résulte que :

• Raisonner uniquement sur « l’oxydabilité » des composés (« leur potentiel rédox ») ne permet pas d’expliquer les signes pratiques de l’oxydation. Raisonner ainsi doit se limiter aux études mécanistiques pour comprendre la formation des premières quinones et les oxydations couplées (Danilewicz 2012). Mais viennent ensuite des réactions d’additions nucléophiles qui sortent du concept de potentiel redox et qui génèrent les composés d’évolution repérés empiriquement. Nous reparlerons de l’utilisation du potentiel redox en œnologie dans un prochain chapitre.
• Les chaines de réaction permettent de faire entrer en jeu dans ces réactions la majeure partie des polyphénols, qu’ils comportent une fonction orthodiphénol ou non. Nous en parlerons à nouveau dans un prochain chapitre car ceci implique que dans la pratique, lorsque l’on raisonne sur le risque d’oxydation d’un vin, la concentration globale de polyphénols est à prendre en compte.

Enfin, dans ce contexte, utiliser le mot « antioxydant » pour désigner les polyphénols semble quelque peu trompeur pour les vinificateurs. En chimie, un antioxydant est une molécule qui ralentit ou empêche une réaction d’oxydation de se produire. Les polyphénols répondent à la définition chimique du terme car en s’oxydant en premier, ils préviennent l’oxydation directe d’autres composés. Cependant, leur oxydation n’arrête pas les évolutions décrites comme oxydatives dans la pratique. C’est pour cela qu’ils sont parfois décrits comme pro-oxydants car provocant l’apparition de signe dits d’oxydation. Nous préférons donc éviter l’utilisation de ces 2 termes qui amènent de la confusion. Nous désignons simplement les polyphénols comme des molécules oxydables.

A retenir

• Les réactions en chaîne faisant suite à l’oxydation des polyphénols dans le vin ne sont pas toutes des réactions d’oxydation mais donnent naissance à ce qui est décrit dans la pratique comme des manifestations de « l’oxydation ».
• Utiliser le mot « antioxydant » pour désigner les polyphénols semble quelque peu trompeur pour les vinificateurs car leur oxydation ne prévient pas l’apparition d’évolutions décrites comme oxydatives dans la pratique. Au contraire, elle en est l’origine.
• Nous préférons donc désigner les polyphénols comme des molécules oxydables.

4. Le concept d’antioxydant

Nous avons montré précédemment que l’utilisation du terme antioxydant pour désigner les polyphénols est trompeur en œnologie car leur oxydation ne prévient pas l’apparition des signes d’évolution décrits dans la pratique. Au contraire, elle en est à l’origine.

Il est ici intéressant de s’arrêter sur les antioxydants exogènes utilisés en œnologie.

Le SO₂

Commençons par le plus connu, le plus utilisé et peut être le plus décrié : le SO₂. Il a l’action la plus complète pour limiter les mécanismes décrits précédemment :

• Il limite la formation de quinones par voie enzymatique en dénaturant les oxydases (polyphénoloxydase et laccase dans une moindre mesure) lorsqu’il est présent à des doses suffisantes
• Lorsque des quinones sont formées, il a la possibilité de réagir avec ces quinones pour les neutraliser mais également avec le peroxyde d’hydrogène, limitant ainsi la réaction de Fenton.

Grâce à son action sur les deux produits de la réaction d’oxydation des polyphénols, le SO₂ est l’anti-oxydant le plus efficace pour lutter contre l’oxydation des vins.

L’acide ascorbique

Au contraire, l’action bénéfique de l’acide ascorbique sur la préservation des vins contre l’oxydation est plus discutable. Ce composé a une capacité à s’oxyder à la place des polyphénols (Danilewicz 2012). Cependant le produit de l’oxydation est instable et conduit à la formation de pigments bruns, tout aussi gênants que ceux liés à la réaction des flavan-3-ols (lien chapitre précédent). Par ailleurs, du peroxyde d’hydrogène est également formé lorsqu’il s’oxyde, ouvrant la voie à la réaction de Fenton (Barril et al. 2009, Bradshaw et al. 2011). L’acide ascorbique limite donc la formation des quinones mais conduit à la formation de pigments jaunes et laisse aussi libre court à la réaction de Fenton. Son comportement est donc relativement proche de celui des polyphénols. C’est pour cela que l’apport couplé de SO₂ et d’acide ascorbique est recommandé dans la pratique.

Le glutathion

Le glutathion a la capacité de réagir avec les quinones pour les neutraliser (c’est ainsi que se forme le Grape Reaction Product- Cheynier 1989). Il pourrait aussi s’oxyder directement. Son produit d’oxydation n’a pas été mis en évidence dans les vins, sauf sous sa forme sulfonatée vraisemblablement produite par réaction avec le SO₂ (Arapitsas 2016). En pratique, ceci met en évidence que l’ajout de 2 antioxydants ne conduit pas forcément à une double protection contre l’oxydation ! Par ailleurs, en comparaison au SO₂, il n’a pas d’action sur les enzymes formant les quinones et son comportement vis-à-vis des produits de la réaction de Fenton n’est pas documenté à notre connaissance. Ceci étant, la littérature ne propose pas à ce jour de données indiquant que le glutathion conduit à la formation de composés pouvant être reliés à des manifestations pratiques de l’oxydation (coloration jaune / orangée, baisse d’arômes variétaux, apparition d’arômes d’oxydation). Son effet retardateur sur l’apparition de marques d’oxydation a été largement décrit dans la littérature (Nikolantonaki 2018, Kritzinger 2013, Lavigne and Dubourdieu, 2002; Roussis et al., 2007; Ugliano et al., 2011). Il constituerait en cela une alternative à l’action antioxydante du SO₂, même si son mécanisme d’action est moins bien documenté. D’un point de vue pratique, le glutathion est présent dans le raisin à des niveaux variables, il est également produit pendant la fermentation alcoolique ou extrait des lies. Cependant, son analyse n’est pas aisée. L’apport de glutathion pur n’est aujourd’hui pas autorisé en œnologie par l’OIV. Il peut être apporté par l’ajout de produits œnologiques dit riches en glutathion. La connaissance de leur richesse en glutathion et de la forme du glutathion qu’ils contiennent (réduite ou oxydée) serait un plus (Kritzinger 2013).

Tous les composés désignés comme « antioxydants » présents dans le vin ou utilisés comme tel en œnologie n’ont pas forcément le même impact sur l’apparition des signes pratiques d’oxydation (évolution de la couleur, diminution des arômes variétaux, apparition d’arômes dits d’évolution). Nous nous demanderons dans le prochain chapitre si la mesure de la teneur en « antioxydants » renseigne sur la durée de vie potentielle d’un vin, voire sa résistance à l’oxydation.

A retenir

• Parmi les antioxydants exogènes utilisés en œnologie, le SO₂ est celui dont le mécanisme d’action est le plus complet : il peut prévenir la formation des quinones par voie enzymatique et neutraliser les produits d’oxydation des polyphénols, réduisant donc les réactions en chaine qui suivent.
• L’acide ascorbique a un comportement proche de celui des polyphénols vis-à-vis de l’oxydation. Son oxydation engendre la formation de pigments bruns sans pour autant arrêter les réactions en chaîne.
• Le glutathion permet de réduire les réactions en chaîne, en neutralisant les quinones. Il apparait donc comme une alternative au SO₂ potentielle, même si son mécanisme d’action nécessite encore d’être documenté.

5. La teneur en « antioxydants » renseigne-t-elle sur la durée de vie des vins ?

Nous avons fait le tour de l’action des « antioxydants » endogènes ou exogènes (ajoutés aux vins) comme les polyphénols, le SO₂, l’acide ascorbique et le glutathion pour finalement conclure que l’utilisation du terme antioxydant pour décrire leur action est ambiguë pour le vinificateur.

La teneur en antioxydants peut être évaluée par différentes méthodes consistant globalement à évaluer la capacité d’un vin à piéger des radicaux, à réagir avec différents types d’oxydants (test DPPH, ABTS, FRAP… et même analyse de Folin Ciocalteu), ou à s’oxyder sur des électrodes de nature donnée (voltamétrie). La teneur en antioxydants d’un vin est fortement corrélée à la concentration en polyphénols (Büyüktuncel et al. 2014 ; Romanet et al. 2019 ; de Beer et al. 2004, 2006 ; Kilmartin 2001).

D’autres molécules présentes dans le vin telles que le glutathion, la cystéine ou le méthanethiol présentent une capacité antioxydante (Romanet et al. 2019) du même niveau que celle des polyphénols tels que la catéchine ou l’acide caféique. Cependant leur concentration dans le vin est de l’ordre de la dizaine de mg/L contre plusieurs centaines de mg/L pour les polyphénols. Ce sont donc logiquement les polyphénols qui contribuent majoritairement à la concentration en antioxydants.

Plusieurs études ont montré que la concentration en antioxydants diminue au cours de l’oxydation des vins (Rodrigues et al. 2007, Ugliano 2013 et 2019). Globalement, les vins plus âgés comportent moins d’antioxydants que des vins jeunes (Rodrigues et al. 2007) mais la variabilité des millésimes et des procédés de vinification (notamment les étapes d’extraction des polyphénols) ne permet pas de déterminer l’âge d’un vin à partir de sa concentration en antioxydants (Romanet et al. 2019). Enfin, sans grande surprise, la faible teneur en antioxydants d’un vin a été corrélée à la présence dans les profils sensoriels de notes associées à une évolution oxydative des vins (Romanet et al. 2019).

Ce que montre ces résultats est que la teneur en molécules oxydables d’un vin, pour reprendre le vocabulaire que nous avons choisi de mettre en avant, diminue avec le temps, c’est-à-dire avec l’oxydation des vins ayant lieu au cours de la vinification et du vieillissement. Au plus leur concentration diminue, au plus le risque de présence de notes d’oxydation est élevé.

Les mesures de la teneur en « antioxydants » permettent-elles d’évaluer la durée de vie potentielle d’un vin, voire sa résistance à l’oxydation ?

Il est tentant de se dire que plus un vin comporte d’antioxydants, plus il est résistant à l’oxydation mais à notre connaissance le lien entre cette teneur en molécules oxydables et le temps ou la quantité d’oxygène consommé avant que des notes d’oxydation n’apparaissent n’a pas été établi.

En recoupant les données de la littérature scientifique, il semble que la teneur en antioxydants soit plutôt la somme de la teneur en polyphénols du raisin (modulée par toutes les étapes de vinification, élevage, conservation) et des antioxydants endogènes ou ajoutés au cours du process, présents en quantité moins importante que les polyphénols.

Les méthodes de mesure des antioxydants sans séparation des différentes classes de molécules exerçant une protection contre l’oxydation (SO₂, glutathion) ou contribuant à l’apparition des signes pratiques de l’oxydation (polyphénols), ne permettent pas d’obtenir d’information fiable sur la capacité d’un vin à vieillir ! Pour faire un lien avec les pratiques de vinification, si la teneur intrinsèque en polyphénols (contributeurs majoritaires à la teneur en antioxydants) était une image de la capacité d’un vin à résister à l’apparition de notes oxydatives, les vinificateurs utiliseraient l’indice de Folin ou même l’Indice de Polyphénols Totaux depuis longtemps dans ce but.

Nous savons que la profession est toujours à la recherche d’un test de prédiction de résistance à l’oxydation. En raisonnant par l’absurde, on pourrait même dire que les vins de Tannat du Sud-Ouest (si chers à mon cœur !), riches en polyphénols, auraient systématiquement une capacité à vieillir supérieure aux Pinots Noirs Bourguignons, moins concentrés en polyphénols…

Dans les prochains chapitres, nous expliquerons à quel moment de la vinification et dans quel but la teneur en molécules oxydables peut être utilisée pour orienter des choix œnologiques. Nous nous intéresserons également aux méthodes de mesures de ces teneurs.

A retenir

La teneur en antioxydants des vins, quelle que soit la méthode de mesure utilisée est fortement influencée par la teneur en polyphénols. Elle ne renseigne donc pas directement sur la résistance d’un vin à l’oxydation ni sur sa capacité à vieillir.

¹Vinventions, Enology Team, 7 Avenue Yves Cazeaux, 30230 Rodilhan.