Characterization of different hop (Humulus lupulus L.) cultivars: response to drought stress, chemical composition and sensory profile

I coni di luppolo, le infiorescenze femminili della pianta Humulus lupulus L., hanno un ruolo importante nella definizione dell’aroma, della stabilità dell’amaro e della shelf-life della birra. I coni di luppolo sono caratterizzati dalla presenza di particolari sostanze, ad esempio gli α- e β-acidi che contribuiscono al sapore amaro della birra, e gli oli essenziali, responsabili dell’aroma. Attualmente il luppolo viene coltivato principalmente in altri Paesi e importato in Italia come materia prima. Nonostante la coltivazione di luppolo non sia molto diffusa in Italia, il numero di micro-birrifici è in continua crescita e la maggior parte di essi è localizzata nel Nord-Italia. Considerando questi dati, risulta interessante determinare la qualità ottenibile da luppoli coltivati in quest’area. La disponibilità d’acqua è uno dei maggiori fattori ambientali che limita la produzione e nell’area del Mediterraneo il ciclo fisiologico del luppolo coincide con un clima caratterizzato da alte temperature e periodi siccitosi. Perciò, la selezione di cultivar di luppolo più tolleranti allo stress idrico è di cruciale importanza per l’introduzione di questa coltivazione in Italia. Ciò nonostante, le riposte fisiologiche, molecolari e metaboliche attivate in luppolo in risposta allo stress idrico sono poco conosciute. Per questo motivo dieci cultivar di luppolo sono state sottoposte a stress idrico prolungato e durante la cinetica di stress sono stati misurati alcuni parametri fisiologici e la concentrazione di alcuni ioni. Per l’esperimento è stato utilizzato un totale di 8 piante per ogni cultivar (4 piante controllo e 4 piante stressate). I vasi utilizzati (di un volume di 3 L) sono stati sigillati allo scopo di evitare l’evaporazione e, mentre le piante controllo sono state irrigate ogni giorno, le piante stressate sono state lasciate senza acqua fino al raggiungimento del coefficiente di avvizzimento permanente (dopo circa 30 giorni). Sono stati misurati parametri fisiologici e di crescita (peso dei vasi, assi fogliari, lunghezza degli internodi e valori di clorofilla misurati tramite SPAD). I risultati ottenuti hanno evidenziato come, comparate alle piante controllo, le piante stressate non riducono la loro traspirazione fino al raggiungimento di una frazione di acqua traspirabile nel terreno (FTSW) ≈0.7, mostrando in generale un comportamento anisoidrico. L’esperimento ha permesso di individuare le cultivar più tolleranti/sensibili allo stress idrico. Oltre alla selezione di cultivar di luppolo tolleranti allo stress idrico, è importante verificare la qualità ottenibile da luppoli coltivati in Nord-Italia e la sua variabilità tra diverse annate di coltivazione. Nonostante l’effetto delle condizioni climatiche sulla formazione di α e β-acidi sia ben conosciuto, non ci sono invece informazioni sulla variabilità delle molecole volatili del luppolo fra diverse annate. Per questa ragione, il profilo degli acidi e dei componenti volatili di sedici cultivar di luppolo coltivate nello stesso campo sperimentale a Parma (Emilia-Romagna, Italia) in due diverse annate sono state analizzate via Cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC) e Gas-cromatografia bidimensionale (GCXGC) rispettivamente. È stata evidenziata, in generale, una forte variabilità degli acidi e dei componenti volatili di luppolo in rispetto all’annata. Ciò nonostante, gli acidi del luppolo e i composti volatili chiave mostrano un pattern di base tipico per ogni varietà. In aggiunta, undici varietà di luppolo coltivate nel 2013 sono state sottoposte ad estrazione ad ultrasuoni, e gli estratti ottenuti sono stati utilizzati per aromatizzare una birra stile Blond Ale. Ogni birra aromatizzata è stata successivamente analizzata sensorialmente da un panel addestrato. Infine, le proprietà sensoriali delle birre aromatizzate sono state valutate in relazione al profilo volatile delle varietà ed alcune correlazioni sono state evidenziate. Sono state evidenziate correlazioni significative (p< 0.05) fra specifici componenti volatili e i descrittori aromatici ‘luppolato’, ‘erbaceo’ e ‘speziato’, mentre poche molecole volatili sono risultate essere correlate con i descrittori ‘agrumato’, ‘fruttato’ e ‘floreale’. Una caratterizzazione chimica e sensoriale dei componenti volatili in differenti cultivar di luppolo è stata effettuata anche allo scopo di identificare le molecole odorose di luppoli particolarmente agrumati. Infatti, nonostante differenti caratteristiche odorose come note erbacee, floreali/fruttate e speziate siano già state descritte, pochi tentativi sono stati effettuati per correlare chiaramente l’aroma agrumato con il profilo chimico del luppolo. Gli oli essenziali di tre varietà di luppolo con un noto carattere ‘agrumato’ e tre varietà di luppolo ‘speziate’/’luppolate’ sono stati analizzati chimicamente e sensorialmente. Ciascun olio essenziale è stato frazionato tramite estrazione in fase solida (SPE) e, grazie all’analisi sensoriale descrittiva delle diverse frazioni, la frazione SPE 70/30 etanolo/acqua (v/v) è risultata essere la più agrumata. Questa frazione è stata successivamente analizzata tramite microestrazione in fase folida in spazio di testa (HS-SPME) e Gas Cromatografia−Spettrometria di Massa/Olfattometria (GC-MS/O). Sono state individuate 59 molecole volatili, 35 delle quali sono risultate essere molecole odorose. In questo studio sono state caratterizzate le molecole odorose della frazione agrumata dell’olio essenziale di luppolo e grazie a clusterizzazione e analisi delle componenti principali (PCA) è stato possibile evidenziare che luppoli che esprimono un tipico aroma agrumato sono caratterizzati da alti livelli di particolari esteri come ad esempio metil (E)-4-decenoato, nonanoato di metile e decanoato di metile, alti livelli di esteri del geraniolo e nerolo e bassi livelli di sesquiterpeni ‘erbacei/speziati’ come ad esempio α-umulene e β-cariofillene. Riassumendo, in questo lavoro sono state evidenziate differenti risposte allo stress idrico in diverse cultivar di luppolo, permettendo di individuare cultivar più tolleranti e sensibili. La qualità di luppoli coltivati in Nord-Italia (espressa come concentrazione di acidi e profilo volatile) e la loro variabilità sono state delineate in due annate diverse ed alcune importanti caratteristiche organolettiche (specialmente la nota ‘agrumata’) sono state caratterizzate per la prima volta dal punto di vista molecolare. Questo progetto ha dunque aumentato la nostra conoscenza in merito alla risposta allo stress idrico in luppolo e in merito al suo aroma, fornendo informazioni basilari utili per coltivatori e per l’industria del luppolo.