How to reduce SO₂ additions in wine with the aid of non-conventional yeasts

Abstract

Among the factors that influence the sensory quality, style, safety, sustainability, and sense of place of a wine, the contributions of microbial biodiversity are widely becoming more recognized. Throughout winemaking, multiple biochemical reactions are performed by a myriad of different microorganisms interacting in many ways. Hence, the aim of this presentation is to explore the strategies that take advantage of yeasts’ metabolic pathways to optimize the use of sulphur dioxide (SO2), with a view to reduce its addition in grape must and wine, in line with consumers needs and expectations. Thanks to the antioxidant, antioxidasic, and antimicrobial properties, ease to use, and a low cost, sulphites became the most used preservatives in winemaking, usually added pre-fermentation or at bottling. However, too high quantities could cause off-flavours and trigger adverse reactions in sensitive individuals, which started a growing trend of producing wines with low or no added sulphites. Nevertheless, this might lead to the rising of spoilage yeasts and bacteria and can accelerate reactions of phenolic and volatile compounds with negative sensory impact. Thus, to successfully reduce so2 additions and not risk the wine quality, integrity, and stability, research must focus on alternatives to replace or supplement their effects. While the inoculation of saccharomyces cerevisiae starter cultures is a well-established winemaking practice, the use of non-saccharomyces yeasts in mixed culture fermentations is recently gaining traction. Besides the increased diversity and complexity on the wine organoleptic profile, those non-conventional species display many different biochemical pathways that give further important inputs. One example is glutathione, an antioxidant naturally produced by yeast cells that can limit oxidative phenomena when released during fermentation. Glutathione production is greatly variable among yeast species, where an increase of 10 mg/l of glutathione was observed by the end of microvinification trials. As a maximum of 20 mg/l pure glutathione addition was recently approved by the oiv, high-producing strains can become an important resource to partially replace SO2. Sulphites in wine react with other molecules forming stable bonds, of which acetaldehyde is one of the strongest SO2-ligands, limiting both acetaldehyde’s sensory impact and SO2’s antimicrobial and antioxidant effect. Some selected non-saccharomyces yeasts produce less acetaldehyde, thus representing a promising alternative to achieve a higher fraction of free SO2 available. Another important factor affecting SO2 in wine is the ph. The production of organic acids by wine yeasts, such as the very uncommon conversion of grape sugars to lactic acid by lachancea thermotolerans, results in a lower ph, which favours the most effective SO2 chemical conformation. In real fermentations at winery scale, a selected strain caused a significant decrease of the wine ph, with 5.35 g/l of lactic acid. Besides the direct or indirect influence on the need for so2 in wine caused by glutathione, acetaldehyde, and lactic acid, other molecules released by non-saccharomyces yeasts can help with antimicrobial effect, improving the stability of wines through biocontrol and bioprotection against undesired microorganisms. Innovative solutions embracing non-conventional yeasts are being proposed by microbiologists and food scientists to some of the many challenges faced in vineyards and wineries, to help achieving more sustainable, stable, and fresher wines, with less alcohol and less sulphites added. The growing number of starters commercially available is still just a tiny part of the strains selected in studies worldwide. More discussions about wine microbiology may help to increase the interest of consumers and producers and stimulate new research to improve products and processes, in a virtuous cycle.

Come ridurre l’aggiunta di so2 nel vino con l’utilizzo di lieviti non convenzionali

Tra i fattori che influenzano la qualità sensoriale, lo stile, la sicurezza, la sostenibilità e il senso del luogo di un vino, il contributo della biodiversità microbica sta diventando sempre più riconosciuto. Lo scopo di questa presentazione è quello di esplorare le strategie che sfruttano le vie metaboliche dei lieviti per ottimizzare l’uso dell’anidride solforosa (SO2), con l’obiettivo di ridurne l’aggiunta nel mosto d’uva e nel vino, in linea con le esigenze e le aspettative dei consumatori. Grazie alle proprietà antiossidanti, antiossidasiche e antimicrobiche, alla facilità d’uso e al basso costo, i solfiti sono diventati i conservanti più utilizzati nella vinificazione, solitamente aggiunti prima della fermentazione o all’imbottigliamento. Tuttavia, quantità troppo elevate potrebbero causare sapori sgradevoli e innescare reazioni avverse in soggetti sensibili, dando inizio a una tendenza crescente a produrre vini con bassi solfiti aggiunti o totalmente assenti. Comunque, ciò potrebbe portare alla crescita di lieviti e batteri deterioranti e accelerare certe reazioni dei composti fenolici e volatili con impatto sensoriale negativo. Pertanto, per ridurre le aggiunte di SO2 e non mettere a rischio la qualità, l’integrità e la stabilità del vino, la ricerca deve concentrarsi su alternative per sostituire o integrare i loro effetti. Mentre l’inoculo di colture starter di saccharomyces cerevisiae è una pratica enologica ben consolidata, l’uso di lieviti non-saccharomyces nelle fermentazioni di colture miste sta recentemente guadagnando terreno. Oltre alla maggiore diversità e complessità del profilo organolettico del vino, le specie non convenzionali mostrano molti metabolismi diversi che forniscono ulteriori importanti input. Un esempio è il glutatione, un antiossidante prodotto naturalmente dalle cellule di lievito, in grado di limitare i fenomeni ossidativi se rilasciato durante la fermentazione. La produzione di glutatione è molto variabile tra le specie di lievito, dove è stato osservato un aumento di 10 mg/l alla fine di prove di microvinificazione. Poiché l’oiv ha recentemente approvato l’aggiunta di un massimo di 20 mg/l di glutatione puro, i ceppi ad alta produzione possono diventare un’importante risorsa per sostituire parzialmente l’SO2. I solfiti nel vino reagiscono con altre molecole formando legami stabili, tra cui l’acetaldeide è uno dei più forti leganti della so2, limitando sia l’impatto sensoriale dell’acetaldeide che l’effetto antimicrobico e antiossidante della so2. Alcuni lieviti selezionati non-saccharomyces producono meno acetaldeide, rappresentando quindi un’alternativa promettente per ottenere una maggiore frazione di so2 libera. Un altro fattore importante che influenza la so2 nel vino è il ph. La produzione di acidi organici da parte dei lieviti vinari, come la conversione degli zuccheri dell’uva in acido lattico da parte di lachancea thermotolerans, determina un ph più basso, che favorisce la più efficace conformazione chimica della SO2. Oltre all’influenza diretta o indiretta sul fabbisogno di SO2 nel vino causata da glutatione, acetaldeide e acido lattico, altre molecole rilasciate da lieviti non-saccharomyces possono aiutare con l’effetto antimicrobico, migliorando la stabilità dei vini attraverso il biocontrollo e la bioprotezione contro microrganismi indesiderati. Microbiologi e scienziati alimentari propongono soluzioni innovative con i lieviti non convenzionali per fronteggiare alcune delle sfide affrontate nei vigneti e nelle cantine, al fine di ottenere vini più sostenibili, stabili e freschi, con meno alcol e meno solfiti aggiunti. Il crescente numero di starter disponibili in commercio rappresenta ancora solo una piccola parte dei ceppi selezionati negli studi a livello mondiale. Maggiori discussioni sulla microbiologia del vino possono aiutare ad aumentare l’interesse di consumatori e produttori e stimolare nuove ricerche per migliorare prodotti e processi, in un circolo virtuoso.

So reduzieren sie den SO2-zusatz im wein mithilfe unkonventioneller hefen

Unter den faktoren, die die sensorische qualität, den stil, die sicherheit, die nachhaltigkeit und das ortsgefühl eines weins beeinflussen, wird der beitrag der mikrobiellen biodiversität immer mehr anerkannt. Ziel dieser präsentation ist es daher, die strategien zu untersuchen, die hefen nutzen, um die verwendung von schwefeldioxid (SO2) zu optimieren, um dessen zusatz in traubenmost und wein entsprechend den bedürfnissen und erwartungen der verbraucher zu reduzieren. Aufgrund der antioxidativen und antimikrobiellen eigenschaften, der einfachen anwendung und der geringen kosten wurden sulfite zu den am häufigsten verwendeten konservierungsmitteln bei der weinherstellung, die normalerweise vor der gärung oder bei der abfüllung zugesetzt werden. Allerdings können zu hohen mengen zu fehlaromen führen und bei empfindlichen personen nebenwirkungen auslösen, was zu einem wachsenden trend zur herstellung von weinen mit geringem oder keinem sulfitzusatz führte. Dies kann jedoch zum aufkommen verderbniserregender hefen und bakterien führen und reaktionen phenolischer und flüchtiger verbindungen mit negativen sensorischen auswirkungen beschleunigen. Um die SO2-zugabe erfolgreich zu reduzieren und die qualität, integrität und stabilität des weins nicht zu gefährden, muss sich die forschung daher auf alternativen konzentrieren, um deren wirkung zu ersetzen oder zu ergänzen. Während die beimpfung von saccharomyces cerevisiae-starterkulturen eine etablierte weinherstellungspraxis ist, gewinnt die verwendung von non-saccharomyces-hefen bei fermentationen in mischkulturen in jüngster zeit zunehmend an bedeutung. Neben der erhöhten vielfalt und komplexität des organoleptischen profils des weins weisen diese unkonventionellen spezies viele verschiedene biochemische wege auf, die weitere wichtige inputs liefern. Ein beispiel ist glutathion, ein von hefezellen natürlich produziertes antioxidans. Die glutathionproduktion variiert stark zwischen den hefearten. Da kürzlich von der OIV eine maximale zugabe von 20 mg/l reinem glutathion genehmigt wurde, können hochproduzierende stämme zu einer wichtigen ressource werden, um SO2 teilweise zu ersetzen. Sulfite im wein reagieren mit anderen molekülen und bilden stabile bindungen, von denen acetaldehyd einer der stärksten so2-liganden ist, was sowohl die sensorische wirkung von acetaldehyd als auch die antimikrobielle und antioxidative wirkung von so2 begrenzt. Einige ausgewählte non-saccharomyces-hefen produzieren weniger acetaldehyd und stellen somit eine vielversprechende alternative dar, um einen höheren anteil an frei verfügbarem so2 zu erreichen. Ein weiterer wichtiger faktor, der so2 im wein beeinflusst, ist der ph-wert. Die produktion organischer säuren durch weinhefen, wie beispielsweise die sehr seltene umwandlung von traubenzucker in milchsäure durch lachancea thermotolerans, führt zu einem niedrigeren ph-wert, der die effektivste chemische so2-konformation begünstigt. Neben dem direkten oder indirekten einfluss von glutathion, acetaldehyd und milchsäure auf den so2-bedarf im wein können auch andere von non-saccharomyces-hefen freigesetzte moleküle eine antimikrobielle wirkung haben und die stabilität von weinen durch biokontrolle und bioschutz vor unerwünschten mikroorganismen verbessern. Mikrobiologen und lebensmittelwissenschaftler schlagen für einige der vielen herausforderungen, mit denen weinberge und weinkellereien konfrontiert sind, innovative lösungen vor, die nichtkonventionelle hefen umfassen, um nachhaltigere, stabilere und frischere weine mit weniger alkohol- und sulfitzusätzen zu erzielen. Die wachsende zahl kommerziell erhältlicher starter macht immer noch nur einen winzigen teil der in studien weltweit ausgewählten stämme aus. Mehr diskussionen über die mikrobiologie von wein können dazu beitragen, das interesse von verbrauchern und produzenten zu steigern und neue forschungen zur verbesserung von produkten und prozessen anzuregen – in einem positiven kreislauf.