Effect of low temperature fermentation and nitrogen content on wine yeast metabolism

Resumen

Tesi Doctoral Gemma Beltran EFFECT OF LOW TEMPERATURE AND NITROGEN CONTENT ON WINE YEAST METABOLISM RESUM Les fermentacions a baixes temperatures (13ºC o inferiors) són interessants en lelaboració de vins blancs i rosats, ja que augmenten la retenció i la producció dels aromes, i per tant la qualitat del producte final. Però aquestes baixes temperatures també tenen certs desavantatges, com una disminució en la velocitat de consum de sucres, obtenint fermentacions més llargues i amb risc de parades. Per intentar millorar el procés fermentatiu i la qualitat del producte final es van fixar els següents objectius: - Lestudi del metabolisme del llevat a baixes temperatures de fermentació (13ºC), i la seva influència en aspectes com la cinètica fermentativa, el creixement dels llevats; el metabolisme lipídic; la producció dels aromes, i la expressió gènica global del llevat. - El coneixement del metabolisme nitrogenat del llevat en la fermentació alcohòlica, així com en les addicions de nitrogen realitzades a diferents moments de la fermentació. Els resultats obtinguts mostren que les baixes temperatures, a part daugmentar la durada de fermentació, augmenten la viabilitat dels llevats al llarg del procés, provoquen canvis en la composició lipídica, augmentant la fluïdesa de la membrana, i milloren la composició aromàtica del vi, incrementant la producció daromes beneficiosos i disminuint-ne la de compostos perjudicials pel la qualitat vi final. Amb lobjectiu didentificar els mecanismes moleculars que causen aquests canvis metabòlics a baixes temperatures, vam utilitzar la tècnica de chips de DNA o microarrays per comparar lexpressió global dels gens del llevat fermentant a 13ºC i fermentant a 25ºC. En general, aquest anàlisis de lexpressió global del llevat dut a terme per primer cop en condicions industrials rebel·la importants canvis en la expressió dalguns gens tant al llarg de la fermentació com entre les dos temperatures. La fermentació a 13ºC presenta lavantatge dinduir una ràpida resposta al estrès que podria aportar més resistència al llevat al llarg de la fermentació, i per això augmentar-ne la seva viabilitat. En lestudi del metabolisme nitrogenat del llevat al llarg de la fermentació, vam observar que en la fermentació alcohòlica les cèl·lules evolucionen duna situació de repressió per nitrogen al començament de la fermentació, quan hi ha compostos nitrogenats en el medi, a una situació de de-repressió quan el nitrogen ha estat consumit pel llevat. Aquestes situacions de repressió/de-repressió determinen el perfil de consum de lamoni i dels aminoàcids, els quals determinen a la vegada la producció dalguns compostos aromàtics. La repressió dels gens de les permeases GAP1 i MEP2, la baixa activitat arginasa o la inhibició en la captació de larginina, poden ser considerats bons marcadors de Repressió Catabòlica per Nitrogen (NCR). Laddició de nitrogen és una pràctica habitual en bodega per evitar problemes fermentatius. Els nostres estudis demostren que el moment de dur a terme aquesta addició condiciona no només la cinètica fermentativa i el creixement del llevat, sinó també el perfil de consum damoni i aminoàcids, i la producció de compostos secundaris. Lassimilació de nitrogen per part dels llevats també depèn de la temperatura de fermentació, la qual determina tant la qualitat com la quantitat dels requeriments nitrogenats dels llevats. A baixa temperatura de fermentació, lamoni i la glutamina són menys consumits, mentre que els aminoàcids regulats per NCR ho són més. Aquesta tesi és una aproximació global al comportament del llevat a baixes temperatures i al metabolisme nitrogenat, i ens obra moltes possibilitats destudi, punts on shauria daprofundir per un millor coneixement i millora daquestes fermentacions.