Bioprotection in the pre-fermentation phase, summary of 3 years of experiments in different wine-growing regions

Abstract

With growing consumer interest in products without chemical additives, limiting the use of sulfites is a priority for the wine industry. Bioprotection is a biological alternative that avoids or reduces the risks of alterations that have a negative impact on the organoleptic quality of wines and, ultimately, on their acceptability to consumers. Bioprotection can also provide a response to the risks of microbiological deviations, which are increased both by climate change and by the organization of harvesting operations, which increasingly include the use of multi-bins filled at the vine, exposing the harvest to sometimes high temperatures for longer periods of time. The national casdar bioprotect project has expanded the data available at both laboratory and field level, in order to qualify the effectiveness and applicability of this approach to the entire sector, thanks to 3 years of experiments carried out on the main technological winemaking itineraries for red, white and rosé wines, as well as for distillation, in various wine-growing regions (Alsace, Bordeaux, Languedoc Roussillon, Provence, Loire Valley, Rhône Valley, Cognac). For each of these productions, typical winemaking itineraries for which bioprotection is relevant were defined. Overall, this study enabled us to compare over a hundred wines from different modalities at the experimental winery stage. Two bioprotection yeasts were used: metschnikowia pulcherrima and s. Cerevisiae (sprinkling of non-rehydrated yeast in the harvest bin in cognac, sourdough added in the pre-fermentation phases for red winemaking). To study the effectiveness of these two microorganisms, musts from different grape varieties were contaminated with hanseniaspora uvarum (approx. 1e4 cells/ml), given the dominance of this species in musts in the pre-fermentation phase. For these different trials, the growth dynamics of bioprotection strains and alteration strains were monitored to determine the inhibitory effect of bioprotection yeasts on undesirable microorganisms. Sensory analyses were systematically carried out to determine the impact of different flora on wine quality. The impact of bioprotection on the transformation of matrices and the quality of finished wines was also studied: impact on fermentation kinetics, on the completion of malolactic fermentation and on the physicochemical parameters of finished wines. The results of these experiments have enabled us to define the limits of bioprotection. Bioprotection makes it possible to avoid the use of sulfite in the fermentation phase if the population ratio of bioprotection yeast to indigenous yeast is at least 10-100. This corresponds to a healthy harvest. In most cases, the use of bioprotection produced quality results comparable to those of sulfited control wines. However, this finding needs to be qualified, as in most trials, the quality of control wines without sulfiting or bioprotection was not altered. The use of bioprotection must be implemented as part of a risk management strategy.  Trials carried out in cognac confirm the effectiveness of direct and anticipated yeasting to ensure the implantation of the lsa strain, even in cold conditions. On the other hand, extreme deviation risk conditions (harvest temperature > 15°c, high contamination with active h. Uvarum, long waiting time before vatting) resulted in altered wines (high ethyl acetate content). In these extreme conditions, early yeasting failed to control the risk, and from a microbiological point of view, the bioprotection effect could not be demonstrated.

Bioprotection en phase préfermentaire, synthèse de 3 ans d’expérimentations dans différentes régions viticoles

Face à l’intérêt croissant des consommateurs pour des produits sans additifs chimiques, la limitation de l’utilisation des sulfites est une priorité pour la filière vinicole. La bioprotection est une alternative biologique permettant d’éviter ou de réduire les risques d’altération impactant négativement la qualité organoleptique des vins, et in fine l’acceptabilité par les consommateurs. La bioprotection peut également apporter une réponse aux risques de déviations microbiologiques majorés à la fois par le changement climatique et l’organisation des chantiers de récolte incluant de plus en plus fréquemment l’usage de multi-bennes remplies à la vigne et exposant la vendange à des températures parfois élevées pendant des temps plus longs. Le projet national casdar bioprotect a permis d’étoffer les données à l’échelle laboratoire et à l’échelle terrain, afin de qualifier l’efficacité et l’applicabilité de cette approche à l’ensemble de la filière grâce à 3 années d’expérimentations menées sur les principaux itinéraires technologiques de vinifications de vins rouges, blancs, rosés et de distillation dans différentes régions viticoles (Alsace, Bordeaux, Languedoc Roussillon, Provence, Vallée de la Loire, Vallée du Rhône, Cognac). Ainsi, pour chacune de ces productions, des itinéraires de vinification type pour lesquels la bioprotection s’avère pertinente ont été définis. Globalement, cette étude a permis de comparer plus d’une centaine de vins de différentes modalités au stade cave expérimentale. Deux levures de bioprotection ont été utilisées metschnikowia pulcherrima et s. Cerevisiae (saupoudrage de la lsa non réhydratée dans les bennes à vendange à Cognac, levain apporté dans les phases pré fermentaires pour les vinifications en rouge).  Pour étudier l’efficacité de ces deux microorganismes, les moûts issus de différents cépages ont été contaminés avec hanseniaspora uvarum (environ 1e4 cellules/ml) compte tenu de la dominance de cette espèce dans les moûts en phase pré-fermentaire. Pour ces différents essais,  la dynamique de croissance des souches de bioprotection et des souches d’altération ont été suivies afin de voir l’effet inhibiteur des levures de bioprotection vis-à-vis des microorganismes indésirables. Des analyses sensorielles ont été systématiquement mises en place pour déterminer l’impact des différentes flores sur la qualité des vins. L’impact de la bioprotection sur la transformation des matrices et la qualité des vins finis a également été étudié : impact sur les cinétiques de fermentation, sur la réalisation de la fermentation malolactique et sur les paramètres physicochimiques des vins finis. L’ensemble des résultats issus de ces expérimentations permettent de définir les limites de la bioprotection. Ainsi, la bioprotection permet d’éviter l’utilisation de sulfite en phase fermentaire si le ratio de population levure de bioprotection/levures indigènes est au moins de 10-100. Ce qui correspond à un bon état sanitaire de la vendange. L’utilisation de la bioprotection permet dans la plupart des cas d’avoir des résultats qualitatifs comparables aux vins témoins sulfité. Il faut cependant moduler ce constat car dans la plupart des essais les vins témoins sans sulfitage, ni bioprotection n’ont pas subi d’altération de la qualité. L’utilisation de la bioprotection doit être mise en œuvre dans une stratégie de gestion de risque.  Les essais menés à cognac confirment l’efficacité du levurage direct et anticipé  pour assurer l’implantation de la souche de lsa, même en conditions froides. Par contre, les conditions de risques de déviation extrêmes (température de récolte > 15°c, forte contamination en h. Uvarum actives, temps d’attente long de la vendange avant encuvage) ont généré des vins altérés (teneur élevée en acétate d’éthyle). Dans ces conditions extrêmes, le levurage anticipé n’a pas permis de maîtriser le risque et d’un point de vue microbiologique l’effet de bioprotection n’a pas pu être mis en évidence.

Bioprotektion in der vorgärungsphasen, zusammenfassung von 3 versuchsjahren in verschiedenen weinbauregionen

Da die verbraucher zunehmend an produkten ohne chemische zusätze interessiert sind, ist die reduzierung  von sulfiten eine priorität für die weinindustrie. Bioprotektion ist eine biologische alternative, mit der sich das risiko von veränderungen, die eine negative auswirkung auf die organoleptische qualität der weine und die akzeptanz des produkts bei den verbrauchern haben. Der bioprotektionismus kann auch eine antwort auf die risiken mikrobiologischer abweichungen bieten, die sowohl durch den klimawandel als auch durch die häufigere verwendung von größeren erntebehältern, die das lesegut über längere zeiträume hinweg teilweise hohen temperaturen aussetzen.. Das nationale casdar-projekt bioprotect ermöglichte es, die daten im labor- und feldmaßstab zu erweitern, um die wirksamkeit und anwendbarkeit dieses ansatzes auf die gesamte branche zu qualifizieren. Dies geschah durch dreijährige versuche mit den wichtigsten technologischen verfahren zur weinbereitung von rot-, weiß- und roséweinen sowie zur destillation in verschiedenen weinbauregionen (Elsass, Bordeaux, Languedoc Roussillon, Provence, Loire-tal, Rhône-tal, cognac). So wurden für jede dieser produktionen typische bedingungen für die weinherstellung definiert, bei denen sich der bioprotektor als relevant erwiesen hat. Insgesamt wurden im rahmen dieser studie mehr als hundert weine aus verschiedenen modalitäten im stadium der versuchskellerei verglichen. Es wurden zwei bioprotektorhefen verwendet: metschnikowia pulcherrima und saccharomyces cerevisiae (in cognac, bestreuen der lese mit nicht rehydriert trockenhefen; bei der rotweinbereitung, zufuhr während der vorgärungsphase von rehydrierten trockenhefen).  Um die wirksamkeit dieser beiden mikroorganismen zu untersuchen, wurde der most aus verschiedenen rebsorten mit hanseniaspora uvarum kontaminiert (ca. 1e4 zellen/ml) angesichts der dominanz dieser art in den mosten in der vorgärungsphase. Bei diesen verschiedenen versuchen wurde die wachstumsdynamik der bioprotektions- und verderbnisstämme verfolgt, um die hemmende wirkung der bioprotektionshefen gegenüber unerwünschten mikroorganismen zu sehen. Es wurden systematisch sensorische analysen durchgeführt, um die auswirkungen der verschiedenen floren auf die weinqualität zu bestimmen. Die auswirkungen des bioprotektors auf die verarbeitung der produkte und die qualität der fertigen weine wurden ebenfalls untersucht: auswirkungen auf die gärkinetik, auf die durchführung der bsa und auf die analytischen parameter der fertigen weine. Die ergebnisse all dieser versuche ermöglichen es,, die grenzen der bioprotektion zu definieren. So kann durch bioprotektion der einsatz von sulfit in der gärungsphase vermieden werden, wenn das populationsverhältnis bioprotektionshefe / einheimische hefe mindestens 10-100 beträgt. Dies entspricht einem guten gesundheitszustand des lesegut. Der einsatz von bioprotektion führt in den meisten fällen zu qualitativen ergebnissen, die mit geschwefelten kontrollweinen vergleichbar sind. Diese feststellung muss jedoch moduliert werden, da in den meisten versuchen die kontrollweine ohne schwefelung oder bioprotektion keine qualitätsverluste aufwiesen. Der einsatz von bioprotektion sollte im rahmen einer risikomanagementstrategie erfolgen.  Die in cognac durchgeführten versuche bestätigten die wirksamkeit der direkten und frühen zufuhr von hefe, um die ansiedlung des lsa-stamms auch unter kalten bedingungen zu gewährleisten. Dagegen erzeugten die extremen bedingungen des abweichungsrisikos (erntetemperatur > 15°c, starke kontamination mit aktiven h. Uvarum, lange wartezeit des leseguts vor der einkellerung) verdorbene weine (hoher ethylacetatgehalt). Unter diesen extremen bedingungen konnte das risiko durch vorzeitiges hefen nicht unter kontrolle gebracht werden, und aus mikrobiologischer sicht konnte der bioprotektionseffekt nicht nachgewiesen werden.