Микробная модуляция с целью смягчения воздействия изменения климата на производство вина (аннотация)Микробная модуляция с целью смягчения воздействия изменения климата на производство вина
Микроорганизмы, обитающие на виноградниках и в окружающей почве, могут изменять состав конечного вина.
Микробные сообщества меняются в начале процесса виноделия и различные типы винных дрожжей доминируют в среде виноградного сока и вина. Экстремальные погодные условия, связанные с изменением климата, могут нарушить микробный баланс в вине, что приведет к нежелательным характеристикам конечного продукта.
Сокращение пригодных для виноградарства территорий ставят сложные задачи и виноградари и виноделы находятся на переднем крае борьбы с рисками, связанными с изменением климата в винодельческой отрасли. Последние достижения в области «омических» технологий предоставили новые возможности для лучшего понимания микробной экосистемы винограда/вина. В частности, нетрадиционные виды несахаромицетов, ранее считавшиеся микроорганизмами порчи, теперь признаны полезными, поскольку они улучшают аромат и вкус вина, когда культивируются в контролируемых ферментациях совместно с Saccharomyces cerevisiae.
Кроме того, в настоящее время изучаются биологические подходы к изменению кислотности вина с совместным использованием дрожжей Saccharomyces и не Saccharomyces, а также традиционных молочнокислых бактерий, таких как Oenococcus oeni и Lactiplantibacillus plantarum. В рамках данного обзора рассматривается вопрос о том как изменение климата может повлиять на микробное разнообразие и, как следствие, изменить характеристики вина. Эти риски можно снизить регулируя микробные сообщества и используя производные дрожжей для улучшения аромата и вкуса вина. Обзор включает в себя шесть работ - одну мини-рецензию, одну обзорную статью и четыре оригинальные научные статьи, написанные международными исследователями.
Мини-обзорная статья (Comuzzo et al.) посвящена новым биотехнологиям и нетермическим технологиям виноделия в контексте глобального потепления. По мнению авторов, использование дрожжей, не относящихся к роду Saccharomyces, таких как Lachancea thermotolerans, может помочь решить некоторые проблемы, связанные с глобальным потеплением, путем стабилизации pH и снижения содержания спирта. Вино с более низким уровнем pH улучшает свежесть, вкусовые качества и микробиологическую стабильность. Некоторые виды дрожжей, такие как Hanseniaspora spp. и Metschnikowia pulcherrima, могут усилить комплексность аромата, улучшить сенсорный профиль вина, а также помочь в подкислении и биозащите при виноделии.
Биозащита помогает контролировать окисление, подавлять дикие виды микроорганизмов, улучшать приживаемость заквасок и ограничивать содержание SO2. Редукционные производные дрожжей с высоким содержанием редуцирующих пептидов и таких соединений, как глутатион, также помогают снизить содержание SO2. Кроме того, новые нетермические технологии, такие как гомогенизация под сверхвысоким давлением и импульсный свет, повышают стабильность вина за счет борьбы с микроорганизмами и деактивации окислительных ферментов, что способствует использованию новых несахаромицетов и снижению добавок SO2.
Puyo et al. исследовали тему биозащиты в энологии с помощью M. pulcherrima. Они написали интересную статью, которая в основном посвящена биозащите с помощью дрожжей, не относящихся к роду сахаромицетов, рекомендованных для биозащиты виноградного сусла. Авторы отмечают, что до сих пор остается много вопросов о производстве токсичных соединений M. pulcherrim и способность к контактным взаимодействиям между клетками. Авторы также отмечают, что M. pulcherrima, как известно, потребляет много кислорода. Такое высокое потребление может быстро истощить запасы кислорода в виноградном сусле, не позволяя ему вступить в процессы, приводящие к подрумяниванию вина и появлению нежелательных ароматов. Кроме того, M. pulcherrima выделяет пульхериминовую кислоту, которая хелатирует Fe3+ после попадания в среду. Этот ион участвует в окислительно-восстановительных механизмах через реакцию Фентона. Восстановление железа в среде под действием пульхериминовой кислоты может также способствовать защите виноградного сусла от окисления. В этом кратком обзоре рассматривается текущее состояние полевых и лабораторных исследований, демонстрирующих эффект от использования дрожжей для биозащиты, а также механизмы взаимодействия, ответственные за эти эффекты.
M. pulcherrima также была в центре внимания научной статьи, опубликованной Torrellas et al. Исследование посвящено использованию дрожжей, не относящихся к роду Saccharomyces, в качестве заквасок в виноделии, а именно промышленной проблеме эффективного размножения этого вида дрожжей. В работе показано, что плохой рост Hanseniaspora vineae и M. pulcherrima в мелассе связан с недостаточным потреблением сахарозы и низкой активностью инвертазы. Для решения этой исследовательской задачи авторы модифицировали среду культивирования, что включало гидролиз и снижение концентрации сахарозы. Результаты показали, что при культивировании обоих видов в среде на основе гексозы улучшилось производство биомассы, что позволило эффективно решить проблему низкой активности инвертазы. Снижение концентрации сахарозы также привело к респираторному метаболизму, что привело к увеличению выхода биомассы. Анализ полученных вин показал, что протестированные методы не оказали негативного влияния на качество вина, что свидетельствует о возможности их практического применения в промышленных масштабах для улучшения производства биомассы.
В своей оригинальной научной статье Vion et al. изучили внутриклеточные метаболические вариации между семнадцатью штаммами S. cerevisiae, принадлежащими к двум различным генетическим популяциям - цветочным и винным дрожжам - в процессе спиртового брожения. Эти две популяции тесно связаны между собой, занимают одну и ту же экологическую нишу, но имеют разные генетические характеристики. Авторы разработали протокол для измерения внутриклеточной концентрации дрожжевой биомассы в процессе спиртового брожения натурального виноградного сока. Протокол был использован для анализа различных метаболических показателей нескольких штаммов S. cerevisiae. Кроме того, точное количественное определение 21 метаболита в двух временных сериях позволило получить новые результаты, которые показали, что на внутриклеточную метаболическую изменчивость влияют время отбора проб и штамм дрожжей.
Dournes et al. в своей оригинальной исследовательской работе сосредоточились на вопросе влияния меди на сортовые тиолы в вине, принимая во внимание использование этого соединения в органическом управлении виноградниками в качестве единственного пестицида для борьбы с пуховой плесенью. Соки из винограда сортов Коломбар и Грос Мансенг ферментировали при различных уровнях содержания меди, чтобы имитировать последствия органической практики для виноградной массы. Авторы обнаружили, что самый высокий уровень меди для обоих сортов винограда значительно увеличил уровень потребления дрожжами предшественников. Кроме того, для обоих сортов винограда содержание свободного тиола в вине значительно снизилось.
Количество тиола, образующегося во время ферментации, оставалось постоянным для винограда сорта Коломбар, независимо от уровня меди, что указывает на то, что медь оказывает на этот сорт только окислительное действие. Однако во время ферментации сорта Грос Мансенг содержание тиола увеличивалось по мере увеличения содержания меди, что свидетельствует о потенциальном 90% увеличении. Это говорит о том, что медь может изменять пути образования тиолов, подчеркивая значительную роль окисления. Полученные результаты способствуют пониманию того как медь влияет на тиоловую ферментацию и подчеркивают важность учета общего производства тиолов (как восстановленных, так и окисленных.
Учитывая важность совместного культивирования дрожжей в виноделии, целью которого является модулирование ароматических профилей вин, Bordet et al. исследовали влияние трех совместных культур и соответствующих чистых культур S. cerevisiae на химический состав и сенсорный профиль вина Шардоне. Использование ко-культур повлияло на содержание сложных эфиров, жирных кислот и фенолов. Сравнение сенсорных профилей и метаболомов совместных культур, чистых культур и ассоциированных винных смесей выявило явные различия. Было замечено, что совместные культуры не просто объединяют характеристики двух вин из чистых культур, что указывает на эффект взаимодействия. Масс-спектрометрия высокого разрешения выявила тысячи биомаркеров, характерных для совместных культур. Кроме того, исследование показало участие метаболических путей, особенно связанных с метаболизмом азота, в наблюдаемых изменениях состава вина.
Авторы пришли к выводу, что смешанные дрожжи S. cerevisiae могут модулировать ароматический и химический профиль вин, не влияя на их ферментативные свойства. Они также пришли к выводу, что традиционные методы, такие как мониторинг популяций дрожжей во времени, недостаточны для понимания взаимодействия между дрожжевыми штаммами. Для полного понимания этих взаимодействий необходим комплексный подход, включающий различные методы.
Таким образом, данный обзор демонстрирует, что микробная модуляция может смягчить воздействие изменения климата на производство вина с помощью различных методов, применения различных дрожжевых штаммов и биохимических методов. Более того, в сочетании с современными аналитическими методами, биотехнологиями и нетермическими технологиями она помогает улучшить качество и безопасность вина.
