Ο ρόλος της οργανικής θρέψης στην ζύμωση υψηλόβαθμων κρασιών

ΔΕΛΤΙΟ ΤΥΠΟΥ ΑΠΟ RAVAGO CHEMICALS HELLAS A.E.

Dr. Gianpaolo Benevento, AB Biotek

Ο δυνητικός αντίκτυπος της κλιματικής αλλαγής στην βιομηχανία οίνου δεν έχει κατανοηθεί ακόμη πλήρως, ωστόσο έχει γίνει ήδη έρευνα στο τι μπορούν οι οινολόγοι να κάνουν για να μετριάσουν αυτές τις επιδράσεις και να καθορίσουν το ρόλο που μπορούν να έχουν οι υπάρχουσες και νέες τεχνολογίες των οινολογικών ουσιών.

Στην αμπελουργία, η επίδραση της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής απαιτεί την επανεξέταση των μοντέλων οινοποίησης. Λαμβάνοντας υπόψη την έντονη επιρροή του καιρού και των κλιματικών παραγόντων στα αμπελοτόπια, στην ποιότητα και στα χαρακτηριστικά του σταφυλιού, το κλίμα μπορεί όντως να έχει αξιοσημείωτη επίδραση. Οι τάσεις του πρόσφατου παρελθόντος δείχνουν ήδη μία έντονη επέκταση της καλλιεργητικής περιόδου λόγω των μεταβολών της μέσης θερμοκρασίας, καθώς και των αλλαγών στα επίπεδα και στη συχνότητα των βροχοπτώσεων. Αυτοί οι παράγοντες έχουν επηρεάσει την τυπικότητα του κρασιού σε μερικές από τις πιο φημισμένες οινικές περιοχές παγκοσμίως. Επιπλέον, πολλά σενάρια κλιματικής αλλαγής προβλέπουν ενισχυμένες συνθήκες στρες για την ανάπτυξη της αμπέλου μέχρι το τέλος του αιώνα. Παρ’ όλα αυτά η τεχνολογία προσφέρει αρκετή βοήθεια, στην αντιμετώπιση της αποδεδειγμένα επερχόμενης σημαντικής κλιματικής αλλαγής τις επόμενες δεκαετίες και προτρέπει τους οινολόγους στη λήψη μέτρων προσαρμογής και μετριασμού.

Η αύξηση των θερμοκρασιών μπορεί να αλλάξει το χρόνο ωρίμανσης των σταφυλιών και κατά συνέπεια την περίοδο του τρύγου και να επηρεάσει την ποιότητα και την ποσότητα.

Το θερμότερο κλίμα οδηγεί σε μεγαλύτερη συγκέντρωση σακχάρων στο γλεύκος και εν συνεχεία σε οίνους με υψηλότερα επίπεδα αιθανόλης. Η αύξηση των αλκοολικών βαθμών των οίνων, έχει καταγραφεί παγκοσμίως, πχ. Ιταλία (Abruzzoi και Pugliaii), Γαλλία (Cotes du Rhoneiii), Καλιφόρνια (Napa Valleyvi), Αυστραλίαvii.

Η συγκέντρωση αλκοόλης μπορεί να είναι ένας σημαντικός παράγοντας στρες κατά τη διάρκεια της ζύμωσης. Αν και ο Saccharomyces cerevisiae είναι ανθεκτικός στην αιθανόλη, οι σχετικά υψηλές συγκεντρώσεις της, αναστέλλουν την ανάπτυξη και τη βιωσιμότητα των κυττάρων, καθιστώντας δύσκολη την ολοκλήρωση της ζύμωσης.

Αποτελεί αληθινή πρόκληση για τους οινολόγους, η παραγωγή ξηρών κρασιών παρά το αρχικό υψηλό επίπεδο σακχάρων.

Αν και έχουν γίνει τις τελευταίες δεκαετίες σημαντικές προσπάθειες για τη μελέτη της αντίδρασης στο στρες της αιθανόλης, οι μηχανισμοί ανοχής της δεν είναι γνωστοί.

Ο μεταβολισμός ζυμών του Saccharomyces cerevisiae χωρίς οξυγόνο, απαιτεί διάφορες προσαρμογές. Κάτω από αναερόβιες συνθήκες, η ζύμη δεν είναι ικανή να συνθέσει στερόλες και ακόρεστα λιπαρά οξέα και πρέπει να προστεθούν στο μέσον. Προσφάτως έχει βρεθεί ότι πολλοί παράγοντες παίζουν ρόλο. Διάφορες βιοσυνθετικές αντιδράσεις απαιτούν μοριακό οξυγόνο και η ζύμη πρέπει να βρει εναλλακτικές πηγές γι’ αυτό. Επιπροσθέτως, η σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος και της κυτταρικής μεμβράνης παρουσιάζει βασικές διαφορές όταν συγκρίνονται αερόβια και αναερόβια κύτταρα.

Η ικανότητα ζύμωσης σε υψηλές συγκεντρώσεις αλκοόλης, διαφέρει μεταξύ των στελεχών. Οι διαφορές αυτές εκδηλώνονται στην ικανότητα διατήρησης του ρυθμού ζύμωσης κατά τη διάρκεια της στατικής φάσης. Πράγματι, το μεγαλύτερο ποσοστό της αλκοολικής ζύμωσης λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της στατικής φάσης και η ικανότητα ισχυρής ζύμωσης στη φάση αυτή έχει μεγάλη επίδραση στο συνολικό χρόνο ζύμωσης. Η ικανότητα της κυτταρικής μεμβράνης της ζύμης στο να διατηρεί τη ρευστότητά της σε υψηλό αλκοολικό περιβάλλον έχει συσχετιστεί με την ανοχή στην αιθανόλη.

Ο Saccharomyces cerevisiae δεν χρειάζεται οξυγόνο για να αποκτήσει ενέργεια όταν ζυμώνεται ο χυμός σταφυλιού. Παρ’ όλα αυτά, υπάρχουν ορισμένες βασικές βιοσυνθετικές οδοί που χρησιμοποιούν οξυγόνο ως υπόστρωμα. Αυτή είναι η περίπτωση της βιοσύνθεσης των στερολών και των ακόρεστων λιπαρών οξέων. Κατά τη φάση ανάπτυξης, ενώ ο κυτταρικός πολλαπλασιασμός είναι ενεργός, η ζύμη χρειάζεται να χτίζει συνεχώς νέες πλασματικές μεμβράνες. Γι’ αυτό το λόγο, οι ζύμες πρέπει να συνθέτουν μεγάλες ποσότητες στερολών, λιπαρών οξέων και φωσφολιπιδίων στα πρώτα στάδια της αλκοολικής ζύμωσης.

Σχήμα 1 – Λιπιδική διπλοστιβάδα των ευκαρυωτικών μεμβρανών και τα συστατικά της: φωσφολιπίδια, στερόλες, πρωτεΐνες μεμβρανών και γλυκολιπίδια.

Πηγή: Characterization and Role of Sterols in Saccharomyces cerevisiae during White Wine Alcoholic Fermentation Giovana Girardi, Piva Erick Casalta, Jean-Luc Legras, Catherine Tesnière, Jean-Marie Sablayrolles, David Ferreira, Anne Ortiz-Julien, Virginie Galeote and Jean- Roch Mouret.

Στην πραγματικότητα, όταν η συγκέντρωση της αιθανόλης αυξάνεται σταδιακά, οι ζύμες πρέπει να προσαρμόσουν τις κυτταρικές τους μεμβράνες σε αυτό το νέο επιθετικό περιβάλλον.viii Προφανώς, η παρουσία αιθανόλης στο μέσο αλλάζει δραστικά τη ρευστότητα της μεμβράνης, και σε περίπτωση έλλειψης στερολών και ακόρεστων λιπαρών οξέων, το αποτέλεσμα είναι η ρήξη των κυττάρων ή/και μία δύσκολη διείσδυση που οδηγεί σε αργή ζύμωση.

Ο μηχανισμός των αλλαγών στις ιδιότητες της μεμβράνης είναι θεμελιώδης στον μηχανισμό της τοξικότητας της αιθανόλης. Οι φυσικές αλλαγές που υφίσταται η δομή της μεμβράνης εξαιτίας της παρουσίας αλκοόλης δεν έχει περιγραφεί πλήρως.

Είναι αποδεκτό ότι η αιθανόλη παρεμβάλλεται στις λιπιδικές κεφαλές της μεμβράνης, με το υδροξύλιο της αιθανόλης να ενώνεται με τη φωσφορική ομάδα των λιπιδικών κεφαλών και τις υδρόφοβες ουρές να ευθυγραμμίζονται με τον υδρόφοβο πυρήνα της μεμβράνης. Όταν αυτή η αλληλεπίδραση λαμβάνει χώρα, τα μόρια αιθανόλης αντικαθιστούν τα επιφανειακά μόρια του νερού, δημιουργώντας πλευρικούς χώρους μεταξύ των πολικών κεφαλών και κατά συνέπεια χώρους στον υδρόφοβο πυρήνα. Αυτά τα κενά οδηγούν σε δυσμενή ενέργεια, και το σύστημα προσπαθεί να τα ελαττώσει δημιουργώντας μία ενδιάμεση φάση. Αυτή η τροποποίηση στη μεμβράνη προκαλεί μείωση του πάχους της κατά τουλάχιστον 25% και ως συνέπεια αυτού, μπορεί να συμβούν αλλοιώσεις στην πρωτεϊνική δομή και λειτουργεία της μεμβράνης, οδηγώντας σε κυτταρική αδρανοποίηση κατά τη διαδικασία της ζύμωσης.x

Τέλος, οι φυτοστερόλες και οι προσθήκες αδρανοποιημένων κυττάρων ζύμης στο μέσο ζύμωσης είναι ικανές να αυξήσουν τη διαθεσιμότητα στερολών και να μειώσουν την κυτταρική ζήτηση για λιπίδια, γεγονός που συνεπάγεται τη μείωση της παραγωγής οξικού οξέος.xi xii

Η συμπλήρωση με στερόλες μπορεί επίσης να αυξήσει την παραγωγή πτητικών αρωματικών ενώσεων, όπως οι ανώτερες αλκοόλες. Πράγματι, μία θετική συσχέτιση μεταξύ της υψηλότερης παραγωγής αλκοόλης και της περιεκτικότητας σε στερόλες έχει παρατηρηθεί για την εργοστερόλη καθώς και για τις φυτοστερόλες.xiii

Πίνακας 1 – Στερόλες (εργοστερόλη και φυτοστερόλες) και η επίδρασή τους στη βιοσύνθεση εστέρων. (+) υποδεικνύοντας την αύξηση και (-) τη μείωση της συγκέντρωσης εστέρων.

Πηγή: Characterization and Role of Sterols in Saccharomyces cerevisiae during White Wine Alcoholic Fermentation Giovana Girardi, Piva Erick Casalta, Jean-Luc Legras, Catherine Tesnière, Jean-Marie Sablayrolles, David Ferreira, Anne Ortiz-Julien, Virginie Galeote and Jean- Roch Mouret.

Η σημαντικότητα της οργανικής θρέψης είναι κρίσιμη και για άλλους λόγους. Η συμπλήρωση αζώτου χωρίς σωστή ισορροπία με λιπίδια (ακόρεστα λιπαρά οξέα, εργοστερόλη) θα μπορούσε να οδηγήσει σε θάνατο των κυττάρων της ζύμης κατά τη διάρκεια της ζύμωσης.xix Έχει αποδειχθεί ότι η χορήγηση πηγής αζώτου χωρίς ισορροπία σε λιπίδια (ακόρεστα λιπαρά οξέα, εργοστερόλη) δίνει αρνητικά μηνύματα στα κύτταρα της ζύμης (“signaling effect”, ή αλλιώς “εφέ σήμανσης”) και θα μπορούσε να επηρεάσει αρνητικά τη βιωσιμότητά τους. Απαιτείται μια εις βάθος κατανόηση των ειδικών επιδράσεων της κάθε πηγής αζώτου υπό τέτοιες συνθήκες για να βελτιωθεί η πρόβλεψη των κινδύνων που σχετίζονται με την περίσσεια αζώτου σε ζυμώσεις με περιορισμό λιπιδίων.

Σχήμα 2 – (Α) (πράσινες καμπύλες): Λιμοκτονία ακόρεστων λιπαρών οξέων (18mg/L), (Β) (μπλε καμπύλες): Λιμοκτονία εργοστερόλης (1.5mg/L), (C) (γαλάζιες καμπύλες): Λιμοκτονία παντοθενικού οξέος(0.02mg/L) και (D) (κίτρινες καμπύλες): Λιμοκτονία νικοτινικού οξέος (0.08mg/L).

Οι ανοιχτοί κύκλοι υποδεικνύουν Ν-: χαμηλό άζωτο (71 mg/L YAN) Οι γεμισμένοι ρόμβοι υποδεικνύουν Ν+: υψηλό άζωτο (425 mg/L YAN).

Οι ζυμώσεις πραγματοποιήθηκαν δύο φορές. Οι γραμμές σφάλματος αντιστοιχούν στην τυπική απόκλιση.

Έτσι, μία σωστή θρέψη με οργανικό άζωτο που συνδέεται φυσικά με λιπίδια με τη μορφή της αδρανοποιημένης ή αυτόλυμένης ζύμης είναι ιδιαίτερα σημαντική κατά τη διάρκεια της ζύμωσης σε συνθήκες στρες, όπως σε γλεύκος με υψηλή συγκέντρωση σακχάρων. Τα θρεπτικά της σειράς Pinnacle παρέχουν φυσικά όλους τους αυξητικούς παράγοντες που είναι απαραίτητοι για τη σωστή ζύμωση σε δύσκολες συνθήκες:

Pinnacle FermiSafe: Παρέχει φυσικά στοιχεία για τη στήριξη της ζύμης που θα εμβολιαστεί για καλύτερη διασπορά στο μέσο, μειώνοντας έτσι τη φάση υστέρησης της ζύμωσης. Η αδρανοποιημένη ζύμη παρέχει στερόλες και σταδιακά απελευθερώνει αμινοξέα κατά τη ζύμωση. Η κυτταρίνη δημιουργεί επίσης θέσεις πυρήνων που αποφεύγουν την τοξική επίδραση της συσσώρευσης CO2 στον πυθμένα των δοχείων ζύμωσης.

Pinnacle FermiFresh: Είναι ένα οργανικό (χωρίς άλατα αμμωνίου) θρεπτικό για λευκά και ροζέ κρασιά. Με τη σταδιακή απελευθέρωση αμινοξέων, ακόρεστων λιπαρών οξέων, στερολών και ειδικότερα αντιοξειδωτικών, παρέχει όπως και άλλοι αυξητικοί παράγοντες την πλήρη και ασφαλή ζύμωση.

Pinnacle FermiTop: Είναι μία πολύ πλούσια πηγή ελεύθερων αμινοξέων, βιταμινών, μετάλλων, ακόρεστων λιπαρών οξέων και στερολών που είναι άμεσα διαθέσιμα για τη ζύμη και βελτιώνουν τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, τη βιωσιμότητα και τη ζωτικότητα των κυττάρων. Παρέχει αμινοξέα για τη σύνθεση πρωτεϊνών μεταφοράς και ενζύμων. Η σταδιακή απελευθέρωση των αυξητικών παραγόντων επιτρέπει την πλήρη και ασφαλή ζύμωση. Η μεγάλη διαθεσιμότητα αμινοξέων εξασφαλίζει μία πλήρη και πλούσια σε ένζυμα δεξαμενή για τα κύτταρα της ζύμης που αυξάνουν την σύνθεση αρώματος.

Σχήμα 2 – Ζύμωση μούστου Chardonnay στους 20οC, 14,6% δυνητική EtOH και 150ppm αρχικό YAN (Διαθέσιμο Άζωτο Ζυμών, Yeast Available Nitrogen).

Η προσθήκη έγινε μετά από 48h από την έναρξη της ζύμωσης. Εσωτερικές δοκιμές.

Για περισσότερες πληροφορίες:
www.pinnaclewineingredients.com

Βιβλιογραφία
i Di Lena, B.; Silvestroni, O.; Mariani, L.; Parisi, S.; Antenucci, F. European climate variability effects on grapevine harvest date time series in the Abruzzi (Italy). Acta Hortic. 2012, 931, 63–69.

ii Scaglione, G.; Graziani, G.; Federico, R.; Di Vaio, C.; Nadal, M.; Formato, A.; Di Lorenzo, R.; Ritieni, A. Effect of canopy managment techniques on the nutritional quality of the Montepulciano grapewine in Puglia (southern Italy). OENO One 2012, 46, 253–261.

iii Ganichot, B. Evolution de la date des vendanges dans les Côtes du Rhône méridionales. In Actes des 6e Rencontres Rhodaniennes; Institut Rhodanien: Orange, France, 2002; pp. 38–41.

iv Duchêne, E.; Schneider, C. Grapevine and climatic changes: A glance at the situation in Alsace. Agron. Sustain. Dev. 2005, 25, 93–99.

v Dokoozlian, N. Integrated canopy management: A twenty year evolution in California. In Recent Advances in Grapevine Canopy Management; University of California: Davis, CA, USA, 16 July 2009; pp. 43–52.

vi Vierra, G. Pretenders at the table—Are table wines no longer food friendly? Wine Business Monthly 2004, 11, 17–21.

vii Godden, P.; Gishen, M. The trends in the composition of Australian wine from vintages 1984 to 2004. Austral. New Zealand Wine Ind. J. 2005, 20, 21.

viii Weber, F.J., & Bont, J.A.M., (1996) Adaptation mechanisms of microrganisms to the toxic effects of organic solvents on membranes. Biochim. Biophys. Acta, 1286, 225–245.

ix Jones, R.P., & Greenfield, P.F., (1987) Ethanol and the fluidity of the yeast plasma membrane. Yeast, 3, 223–232.

x Lairón-Peris M, Routledge SJ Linney JA, Alonso-del-Real J,a Spickett, C.M. Pitt AR, Guillamon JM,a Barrio E, Goddard AD, Querol A Analysis of lipid composition reveals mechanisms of ethanol tolerance in the model yeast 2 Saccharomyces cerevisiae.

xi Belviso, S.; Bardi, L.; Bartolini, A.B.; Marzona, M. Lipid nutrition of Saccharomyces cerevisiae in winemaking. Can. J. Microbiol. 2004, 50, 669–674.

xii Deroite, A.; Legras, J.L.; Ortiz-Julien, A.; Dequin, S. Reduction of acetic acid production during wine fermentation by Saccharomyces cerevisiae × Saccharomyces kudriavzevii hybrids using adaptive evolution under lipids limitation. In Proceedings of the ISSY 34, Bariloche, Argentina, 1–4 October 2018.

xiii Rollero, S.; Bloem, A.; Camarasa, C.; Sanchez, I.; Ortiz-Julien, A.; Sablayrolles, J.-M.; Dequin, S.; Mouret, J.-R. Combined effects of nutrients and temperature on the production of fermentative aromas by Saccharomyces cerevisiae during wine fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015, 99, 2291–2304.

xiv Fairbairn, S.; Ferreira, A.C.S.; Bauer, F.F. Modulation of Yeast-Derived Volatile Aromas by Oleic Acid and Sterols. S. Afr. J. Enol. Vitic. 2019, 40, 1–11.

xv Varela, C.; Torrea, D.; Schmidt, S.A.; Ancin-Azpilicueta, C.; Henschke, P.A. Effect of oxygen and lipid supplementation on the volatile composition of chemically defined medium and Chardonnay wine fermented with Saccharomyces cerevisiae. Food Chem. 2012, 135, 2863–2871
xvi Rollero, S.; Mouret, J.R.; Sanchez, I.; Camarasa, C.; Ortiz-Julien, A.; Sablayrolles, J.M.; Dequin, S. Key role of lipid management in nitrogen and aroma metabolism in an evolved wine yeast strain. Microb. Cell Fact. 2016, 15, 1–15.

xvii Guittin, C.; Maçna, F.; Sanchez, I.; Poitou, X.; Sablayrolles, J.M.; Mouret, J.R.; Farines, V. Impact of high lipid contents on the production of fermentative aromas during white wine fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2021, 105, 6435–6449.

xviii Rollero, S.; Bloem, A.; Camarasa, C.; Sanchez, I.; Ortiz-Julien, A.; Sablayrolles, J.-M.; Dequin, S.; Mouret, J.-R. Combined effects of nutrients and temperature on the production of fermentative aromas by Saccharomyces cerevisiae during wine fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol.

xix Catherine Tesnière, Pierre Delobel, Martine Pradal, Bruno Blondin Impact of Nutrient Imbalance on Wine Alcoholic Fermentations: Nitrogen Excess Enhances Yeast Cell Death in Lipid-Limited Must.

xx A set of nutrient limitations trigger yeast cell death in a nitrogen-dependent manner during wine alcoholic fermentation Camille Duc, Martine Pradal, Bruno Blondin.

ΣΗΜ. Το παραπάνω δελτίο τύπου, οι πληροφορίες που μοιράζεται καθώς και το συνοδευτικό οπτικοακουστικό υλικό έχουν δημιουργηθεί/ανήκουν στην εταιρεία που παράγει/διακινεί τα παρουσιαζόμενα προϊόντα ή/και παρέχει τις αναφερόμενες υπηρεσίες. Η Οινολογία λειτουργεί αποκλειστικά και μόνο σαν μέσο κοινοποίησης του ανωτέρω υλικού και δεν εμπλέκεται καθόλου στο στάδιο επεξεργασίας του.