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    Pubblicata il: 23/02/2024

Lieviti non-Saccharomyces - Un interessante complemento a Saccharomyces cerevisiae, con particolare riferimento a Metschnikowia pulcherrima

Jason Mabbett, Technical Applications Manager, AB Biotek

Lieviti non-<i>Saccharomyces</i> - Un interessante complemento a <i>Saccharomyces cerevisiae</i>, con particolare riferimento a <i>Metschnikowia pulcherrima</i>

I processi per l'isolamento di colture pure di lievito e per la loro produzione come lieviti secchi attivi sono notevolmente migliorati dal 1965, anno in cui sono stati introdotti per la prima volta in commercio. Da allora, il Saccharomyces cerevisiae è diventato il lievito di elezione per la fermentazione dei mosti d'uva. Perché è diventato così importante?

Da un punto di vista tecnico, il fatto che S. cerevisiae sia un lievito relativamente facile da coltivare, che possa essere mantenuto per lunghi periodi in sospensione e che abbia una genetica accessibile che può essere seguita attraverso il ciclo sessuale e asessuato è un grande vantaggio. Nel caso specifico della vinificazione, ciò è dovuto in gran parte alla naturale capacità di S. cerevisiae di dominare la fermentazione e alle sue interessanti proprietà organolettiche.7 Ciò ha consentito un maggiore controllo della vinificazione, risultati più prevedibili e un minor rischio di contaminazione da parte di altri microrganismi.   

Tuttavia, non contenti dei ceppi di S. cerevisiae ottenuti da fermentazioni naturali o spontanee, i ricercatori e i produttori di lievito si sono rivolti a metodi non geneticamente modificati per modulare le prestazioni della fermentazione, l'aroma e il sapore. Utilizzando il backcrossing per l'eliminazione di un gene specifico, gli accoppiamenti rari, l'isolamento di ceppi di lievito e la mutagenesi, i ricercatori sono stati in grado di fornire ai produttori di vino nuovi strumenti per rispondere alle esigenze dei consumatori. Ad esempio, la capacità di inibire lo sviluppo di idrogeno solforato nel lievito ha permesso di produrre vini più puliti e aromatici. I progressi della ricerca incentrata sulla genetica e sulla biologia molecolare hanno avuto implicazioni per la scienza del vino e la vinificazione, aumentando le opzioni di lievito disponibili.

Sebbene si sia assistito anche all'avvento di lieviti enologici geneticamente modificati (OGM), i sentimenti prevalenti contro gli OGM da parte dei consumatori e di altre autorità di regolamentazione a livello globale hanno ridotto al minimo il loro uso commerciale diffuso, anche se presentano alcuni attributi interessanti. Per molti aspetti, è in questo contesto di maggiore innovazione e capacità tecnologica (soprattutto dal punto di vista della produzione), nonché di riluttanza all'uso di OGM, che i viticoltori e i ricercatori hanno riconsiderato il ruolo dei ceppi di lievito non tradizionali come una strada per lo sviluppo e la ricerca futuri.

Questi ceppi di lievito, in particolare i non-Saccharomyces, hanno caratteristiche significativamente diverse da quelli storicamente utilizzati nell'industria vinicola. Solo ora, grazie all'aumento dell'innovazione e della capacità tecnologica, sono più facilmente disponibili come nuovi strumenti per i viticoltori. Ma perché c'è questo interesse per i ceppi non-Saccharomyces e quali sono le ragioni? Per rispondere a questa domanda, è necessario capire cosa sono realmente questi ceppi non-Saccharomyces e quali sono le loro caratteristiche.

Ceppi di lievito non-Saccharomyces

Lievito non-Saccharomyces è un termine colloquiale usato nell'industria vinicola e utilizzato come termine generale per includere molte specie diverse di lievito. In generale, queste specie di lievito sono presenti sull'uva, sulle attrezzature e/o nell'ambiente della cantina (per la loro presenza nell'aria o attraverso gli insetti). Si tratta, ad esempio, di Torulaspora, Metschnikowia, Pichia, Brettanomyces, Klockera, Lachancea thermotolerans e Candida. Questo gruppo di lieviti può essere suddiviso in tre sottogruppi: aerobi, apicolati e con metabolismo fermentativo. Poiché i lieviti apiculati sono associati alla produzione di acidità volatile (a scapito della qualità del vino),8 la ricerca sull'utilità di queste specie è stata in gran parte limitata al primo e al terzo gruppo. Perché queste specie sono particolarmente interessanti?

Le recenti pratiche di vinificazione: l'uso di ceppi di S. cerevisiae con elevata potenza fermentativa, l'aggiunta di anidride solforosa prima e dopo la vendemmia e il miglioramento dell'igiene di cantina hanno ridotto al minimo l'influenza dei ceppi non-Saccharomyces già presenti nel mosto e/o in cantina. La paura del rischio di possibili fattori di contaminazione ha superato l'interesse per i potenziali contributi positivi offerti dai lieviti non-Saccharomyces.

Tuttavia, numerose ricerche hanno dimostrato che i benefici di Torulaspora delbrueckii, Lachancea thermotolerans, Pichia kluyveri, Schizosaccharomyces pombe e Metschnikowia pulcherrima possono avere un impatto positivo sulla qualità del vino finito.11 Piuttosto che fornire una descrizione generale di tutti questi ceppi, ci concentreremo su uno di essi, Metschnikowia pulcherrima, che sta suscitando grande interesse tra i ricercatori per via di alcune proprietà molto vantaggiose per la vinificazione, in particolare il biocontrollo, la qualità del vino finito e la possibile riduzione del contenuto alcolico.       

La Metschnikowia pulcherrima è nota per essere un lievito diffuso.5 Può essere trovata su uva, ciliegie, fiori, frutta avariata e insetti che si nutrono di frutta. Sempre più produttori e distributori rendono disponibile in commercio la Metschnikowia.

fig1

Le cellule di Metschnikowia pulcherrima hanno una forma più allungata simile a quella di un limone (a sinistra) rispetto alle cellule di Saccharomyces cerevisiae (a destra), la cui morfologia circolare è più simile alla forma tradizionale del lievito (ingrandimento 40x).

Biocontrollo

L'uso frequente del biossido di zolfo come agente antimicrobico nelle cantine è dovuto al suo basso costo e alla sua elevata efficacia. Tuttavia, c'è una tendenza crescente a ridurne l'uso a causa delle reazioni allergiche di alcuni consumatori a questo composto, oltre che per motivi ambientali e stilistici. Grazie alla sua capacità di produrre composti antimicrobici, la Metschnikowia pulcherrima può essere utilizzata come agente naturale per la lotta biologica e può sostituire parzialmente o totalmente l'anidride solforosa (a seconda della qualità delle uve ricevute in cantina).

In particolare, le colonie di Metschnikowia pulcherrima secernono acido pulcherrimico (il precursore del pigmento pulcherrimina) che impoverisce il ferro presente nel mosto, rendendolo indisponibile per altre specie di lievito e inibendone così la crescita.6 In questo modo si evita la contaminazione da parte di lieviti selvatici indesiderati, come Brettanomyces/Dekkera, Hanseniaspora e alcuni ceppi di Pichia (ad esempio Pichia anomala), e si evita di ricorrere alla SO2.

D'altra parte, è stato anche suggerito che, se la deplezione del ferro è un importante meccanismo inibitorio, anche altri attributi possono essere coinvolti in questa attività antimicrobica, come la competizione per i nutrienti. È stato osservato che alcuni ceppi di Metschnikowia pulcherrima influenzano negativamente la crescita di altri microrganismi consumando i nutrienti più velocemente di quelli con cui competono.5

Inoltre, è possibile che la secrezione di enzimi da parte della Metschnikowia pulcherrima, come la chitinasi e la glucanasi, influisca anche sulle cellule di altri microrganismi.9 Anche se questo aspetto richiederà sicuramente ulteriori ricerche, ciò che è chiaro è che la Metschnikowia pulcherrima ha un'attività antimicrobica e rappresenta quindi un potenziale strumento nei vini in cui è necessario evitare di includere l'anidride solforosa come additivo nell'etichetta del vino.

Effetti sull'aroma/qualità del vino

In generale, S. cerevisiae non è un buon produttore di enzimi esogeni. I ceppi non-Sacharromyces, tuttavia, presentano caratteristiche interessanti a questo proposito. In particolare, la Metschnikowia pulcherrima possiede le seguenti attività enzimatiche: ß-glucosidasi, proteasi, glucanasi, lichenasi, cellulasi, xilanasi, solfito reduttasi, lipasi e ß-liasi.5 Molte di queste attività sono particolarmente utili per la vinificazione. Ricardo Vejarano riassume alcuni di questi benefici:12

I benefici degli enzimi

ß-glucosidasi
- Rilascio di terpeni dai loro precursori glicosilati,
- Rilascio di tioli dai loro precursori cisteinilati.

Proteasi         
- Miglioramento dell'estrazione e della chiarificazione del mosto, della filtrazione e della stabilizzazione del vino,
- Miglioramento della stabilità della spuma nei vini spumanti,
- Aumento del contenuto di aminoacidi, produzione di composti aromatici.

ß-lyasi
- Rilascio di tioli dai loro precursori non aromatici in combinazione con carbonio e zolfo.

Va notato che l'intensità dell'attività enzimatica dipende non solo dalla specie ma anche dal ceppo.

Oltre a questi effetti enzimatici sull'aroma e sul sapore del vino, un lavoro pubblicato di recente da Varela et al. (2021) ha dimostrato che i vini Shiraz e Cabernet Sauvignon prodotti con preparazioni di lievito secco attivo di Metschnikowia pulcherrima hanno mostrato una maggiore intensità di alcuni attributi desiderabili (aroma di "frutti rossi" e sapore di "frutti neri") e bassi punteggi per i descrittori negativi (aroma vegetale e attributi sensoriali di riduzione).11 L'analisi della composizione volatile e la successiva analisi sensoriale dei vini prodotti con Metschnikowia pulcherrima dimostrano che questi preparati di lievito possono contribuire a modellare positivamente sia il profilo sensoriale che lo stile del vino.11

Riduzione dell'etanolo

L'aumento dei livelli di alcol nel vino ha reso sempre più comuni i vini con un tenore di alcol del 14% e anche superiore. Tuttavia, a causa di considerazioni sanitarie, imperativi finanziari (tasse) e richieste dei consumatori, c'è stata una grande spinta verso la riduzione dei livelli di alcol senza intaccare la qualità, l'aroma e il gusto del vino. A questo proposito, un aspetto comune a tutti i ceppi di Metschnikowia pulcherrima è il loro carattere Crabtree negativo, che offre l'opportunità di utilizzare questa specie per consumare gli zuccheri in modo non convenzionale al fine di ridurre il contenuto di etanolo nei vini.

I lieviti non-Saccharomyces hanno dimostrato di poter produrre meno etanolo nel vino2, 10. Ciò è in gran parte conseguenza dei meccanismi di assorbimento dei nutrienti e di quelli coinvolti nella regolazione del metabolismo respiro-fermentativo. In genere, queste specie non-Saccharomyces metabolizzano lo zucchero senza generare etanolo o lo fanno con minore efficienza.3

Sono stati quindi condotti numerosi studi per trovare ceppi non-Saccharomyces in grado di ridurre il contenuto alcolico del vino sfruttando questa differenza nel metabolismo della respirazione. Uno dei principali candidati identificati finora è Metschnikowia pulcherrima. In uno studio condotto da Angela Contreras et al. la Metschnikowia pulcherrima, utilizzata in inoculi sequenziali insieme a S. cerevisiae, ha prodotto rese di etanolo significativamente inferiori nei vini Chardonnay e Shiraz.2 Sebbene vi sia stato un concomitante aumento della produzione di glicerolo e di alcuni acidi organici, questi aumenti non sono stati sufficienti a spiegare completamente la diminuzione dell'etanolo. Purtroppo, i risultati ottenuti in questo studio non sono stati finora riproducibili a livello commerciale. In parte, ciò è dovuto all'impossibilità di replicare le prove di laboratorio su scala più ampia.

In uno studio del 2015, Pilar Morales et al. hanno dimostrato che è possibile ottenere riduzioni fino al 3,7% (v/v) in prove di laboratorio.4 Questi risultati sono nettamente superiori a quelli di Angela Contreras et al. che hanno ottenuto solo una riduzione dell'1,6%.2 In entrambi i casi gli autori hanno segnalato difficoltà nella riproducibilità dei risultati. Nel caso di Angela Contreras et al. ciò è stato attribuito al fatto che, sebbene la Metschnikowia pulcherrima riduca potenzialmente i livelli di etanolo, questa caratteristica non è presente in tutti i membri della specie Metschnikowia pulcherrima.

Difficoltà/Sfide    

I ceppi non-Saccharomyces possono diventare strumenti molto preziosi per i produttori di vino. In molti casi, le fermentazioni spontanee possono non avere una microflora sufficiente a competere attivamente con il ceppo di lievito residente dominante all'inizio della fermentazione. La possibilità di inoculare una coltura commerciale sicura di ceppi non-Saccharomyces può essere uno strumento prezioso per gli enologi, sia in termini di complessità che di altri attributi che questi ceppi possiedono.

La Lachancea thermotolerans, ad esempio, mostra un'elevata produzione di acido lattico in grado di influenzare significativamente il pH del vino, talvolta riducendo il pH di 0,5 unità o più durante la fermentazione. Nel caso della Metschnikowia pulcherrima, ciò significa poter agire come agente di biocontrollo, contribuire positivamente al profilo organolettico del vino finito o addirittura agire come metodo per ridurre il livello di alcol. Anche altre specie sono portatrici di attributi specifici che potrebbero essere utili.

Oltre al basso potere fermentativo della Metschnikowia pulcherrima (generalmente utilizzata in inoculo sequenziale insieme a S. cerevisiae per completare la fermentazione fino all'esaurimento degli zuccheri), Pilar Morales et al. hanno evidenziato le difficoltà nel passaggio dalla scala di laboratorio alla scala commerciale.4 Sono necessarie ulteriori ricerche sulla selezione dei ceppi e quindi sulle strategie di inoculo, sui ceppi di lievito da utilizzare per l'inoculo sequenziale per garantire l'esaurimento degli zuccheri e sui dispositivi e lo sviluppo di specifici nutrienti per la fermentazione.2

Questi entusiasmanti lieviti non-Saccharomyces saranno sempre più disponibili in commercio nel prossimo futuro, man mano che i ricercatori approfondiranno le loro capacità e i produttori di lievito saranno in grado di commercializzarli. Senza dubbio diventeranno uno strumento molto importante per l'industria del vino in futuro.

 

 

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wineinfo@abbiotek.com
Oppure visitate il sito:
www.maurivin.com/yeast-strains (Linea Next Generation)
Metschnikowia pulcherrima

 

Referenze

1. Chambers, P. and S. Pretorius. 2010 Fermenting knowledge: The history of winemaking, science and yeast research. EMBO Reports, 11, 914 – 920.

2. Contreras, A. et al. 2014 Evaluation of non-Saccharomyces yeasts for the reduction of alcohol content in wine, Applied Environmental Microbiology, 80, 1670 – 1678.

3. Gonzalez, R. et al. 2013 Yeast respiration of sugars by non-Saccharomyces yeast species: A promising and barely explored approach to lowering alcohol content of wines. Trends in Food Science & Technology, 29, 1, 55-61.

4. Morales, P. et al. 2015 The impact of oxygen on the final alcohol content of wine fermented by a mixed starter culture. Applied Microbiol Biotechnology, 99, 3993–4003.

5. Morata, A. et al. 2019 Applications of Metschnikowia pulcherrima in wine biotechnology, Fermentation, 5, 63.

6. Oro, L. 2014 Antimicrobial activity of Metschnikowia pulcherrima on wine yeasts, J. of Applied Microbiology 116, 1209—1217.

7. Rankine, B. 1968 The importance of yeasts in determining the quality and composition of wines, Vitis 7, 22 - 49.

8. Romano, P. et al., 1992 Higher alcohol and acetic acid production by apiculate wine yeasts, J. of Applied Bacteriology, 73 (2), 126 – 130.

9. Sipiczki, M. 2020 Metschnikowia pulcherrima and Related Pulcherrimin-Producing Yeasts: Fuzzy Species Boundaries and Complex Antimicrobial Antagonism, Microorganisms 8 (7), 1029.

10. Varela, C. et al. 2017 Sensory profile and volatile aroma composition of reduced alcohol Merlot wines fermented with Metschnikowia pulcherrima and Saccharomyces uvarum. Intrnl J. of Food Microbiology, 252, 1 – 9.

11. Varela, C . et al. 2021 Volatile aroma composition and sensory profile of Shiraz and Cabernet Sauvignon wines produced with novel Metschnikowia pulcherrima yeast starter cultures, Australian Journal of Grape and Wine Research 27 (2), 1 - 13

12. Vejarano, R. 2020 Non-Saccharomyces in winemaking: Source of mannoproteins, nitrogen, enzymes and antimicrobial compounds, Fermentation, 6, 76.

 

Pubblicata il 25/01/2023
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