Những ảnh hưởng kết hợp của chất dinh dưỡng và nhiệt độ đến sự sản xuất hương vị fermentative của Saccharomyces cerevisiae trong quá trình lên men rượu vang

Springer Science and Business Media LLC - Tập 99 - Trang 2291-2304 - 2014
Stéphanie Rollero1,2, Audrey Bloem1,3, Carole Camarasa1, Isabelle Sanchez1, Anne Ortiz-Julien2, Jean-Marie Sablayrolles1, Sylvie Dequin1, Jean-Roch Mouret1
1INRA, UMR1083, Montpellier, France
2Lallemand SAS, Blagnac, France
3Universite Montpellier 1, UMR1083, Montpellier, France

Tóm tắt

Các hợp chất dễ bay hơi do nấm men tạo ra trong quá trình lên men có ảnh hưởng lớn đến các phẩm chất cảm quan của rượu vang. Chúng tôi đã phát triển một mô hình để dự đoán các tác động kết hợp của hàm lượng nitơ ban đầu và phytosterol cũng như nhiệt độ lên men đến sản xuất các hợp chất dễ bay hơi. Chúng tôi đã sử dụng thiết kế Box–Behnken và mô hình bề mặt phản ứng để nghiên cứu phản ứng của Lalvin EC1118® với các điều kiện môi trường này. Hàm lượng nitơ ban đầu có ảnh hưởng lớn nhất đến hầu hết các hợp chất; tuy nhiên, có sự khác biệt về giá trị của các tham số lên men cần thiết để đạt được sản lượng tối đa của các hợp chất khác nhau. Các tham số lên men ảnh hưởng khác nhau đến sản xuất isobutanol và isoamyl alcohol, mặc dù tổng hợp của chúng liên quan đến cùng một enzyme và trung gian. Chúng tôi nhận thấy sự khác biệt trong quy trình điều chỉnh tổng hợp các acetate của rượu mạnh hơn và este etyl, cho thấy rằng sự sẵn có của axit béo là yếu tố chính ảnh hưởng đến tổng hợp este etyl trong khi sản xuất acetate phụ thuộc vào hoạt động của enzym acetyltransferase rượu. Chúng tôi cũng đã đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến tổng sản lượng của ba este bằng cách xác định cân bằng khí-lỏng. Sự bay hơi chủ yếu là nguyên nhân dẫn đến ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự tích tụ của các este trong thể lỏng. Tuy nhiên, quá trình chuyển hóa isoamyl acetate và ethyl octanoate bị ảnh hưởng đáng kể bởi tham số này. Chúng tôi đã mở rộng nghiên cứu này sang các chủng khác. Các tham số môi trường có tác động tương tự đến sản xuất hương vị trong hầu hết các chủng. Tuy nhiên, quy trình điều chỉnh tổng hợp các hương thơm lên men là không điển hình ở hai chủng: Lalvin K1M® và Affinity™ ECA5, chủng này sản xuất lượng lớn hợp chất thơm và được thu được thông qua tiến hóa thực nghiệm.

Từ khóa

#rượu vang #nấm men #hợp chất dễ bay hơi #tổng hợp #chất dinh dưỡng #nhiệt độ

Tài liệu tham khảo

Barbosa C, Mendes-Faia A, Mendes-Ferreira A (2012) The nitrogen source impacts major volatile compounds released by Saccharomyces cerevisiae during alcoholic fermentation. Int J Food Microbiol 160:87–93 Bell SJ, Henschke PA (2005) Implications of nitrogen nutrition for grapes, fermentation and wine. Aust J Grape Wine Res 11:242–295 Beltran G, Esteve-Zarzoso B, Rozes N, Mas A, Guillamon JM (2005) Influence of the timing of nitrogen additions during synthetic grape must fermentations on fermentation kinetics and nitrogen consumption. J Agric Food Chem 53:996–1002 Beltran G, Novo M, Leberre V, Sokol S, Labourdette D, Guillamon JM, Mas A, François J, Rozes N (2006) Integration of transcriptomic and metabolic analyses for understanding the global responses of low-temperature winemaking fermentations. FEMS Yeast Res 6:1167–1183 Bely M, Sablayrolles JM, Barre P (1990) Automatic detection of assimilable nitrogen deficiencies during alcoholic fermentation in enological conditions. J Ferment Bioeng 70:246–252 Blanco P, Mirás-Avalos JM, Pereira E, Orriols I (2013) Fermentative aroma compounds and sensory profiles of Godello and Albariño wines as influenced by Saccharomyces cerevisiae yeast strains. J Sci Food Agric 93:2849–2857 Blateyron L, Sablayrolles JM (2001) Stuck and slow fermentations in enology: statistical study of causes and effectiveness of combined additions of oxygen and diammonium phosphate. J Biosci Bioeng 91:184–189 Boulton RB, Singleton VL, Bisson LF, Kunkee RE (1995) Principles and practices of winemaking. Champman & Hall, New York Box GEP, Behnken DW (1960) Some new three level designs for the study of quantitative variables. Technometrics 2:455–475 Cadière A, Ortiz-Julien A, Camarasa C, Dequin S (2011) Evolutionary engineered Saccharomyces cerevisiae wine yeast strains with increased in vivo flux through the pentose phosphate pathway. Metab Eng 13:263–271 Cadière A, Aguera E, Caillé S, Ortiz-Julien A, Dequin S (2012) Pilot-scale evaluation the enological traits of a novel, aromatic wine yeast strain obtained by adaptive evolution. Food Microbiol 32:332–337 Camarasa C, Grivet JP, Dequin S (2003) Investigation by 13C-NMR and tricarboxylic acid (TCA) deletion mutant analysis of pathways for succinate formation in Saccharomyces cerevisiae during anaerobic fermentation. Microbiology 149:2669–2678 Camarasa C, Sanchez I, Brial P, Bigey F, Dequin S (2011) Phenotypic landscape of Saccharomyces cerevisiae during wine fermentation: evidence for origin-dependent metabolic traits. PLoS One 6:e25147 Carrau FM, Medina K, Farina L, Boido E, Henschke PA, Dellacassa E (2008) Production of fermentation aroma compounds by Saccharomyces cerevisiae wine yeasts: effects of yeast assimilable nitrogen on two model strains. FEMS Yeast Res 8:1196–1207 Chirala SS (1992) Coordinated regulation and inositol-mediated and fatty acid-mediated repression of fatty acid synthase genes in Saccharomyces cerevisiae. Proc Natl Acad Sci 89:10232–10236 Clement T, Perez M, Mouret JR, Sanchez I, Sablayrolles JM, Camarasa C (2013) Metabolic responses of Saccharomyces cerevisiae to valine and ammonium pulses during four-stage continuous wine fermentations. Appl Environ Microbiol 79:2749–2758 Colombie S, Malherbe S, Sablayrolles JM (2005) Modeling alcoholic fermentation in enological conditions: feasibility and interest. Am J Enol Vitic 56:238–245 Crépin L, Nidelet T, Sanchez I, Dequin S, Camarasa C (2012) Sequential use of nitrogen compounds by Saccharomyces cerevisiae during wine fermentation: a model based on kinetic and regulation characteristics of nitrogen permeases. Appl Environ Microbiol 78:8102–8111 Fujii T, Kobayashi O, Yoshimoto H, Furukawa S, Tamai Y (1997) Effect of aeration and unsaturated fatty acids on expression of the Saccharomyces cerevisiae alcohol acetyltransferase gene. Appl Environ Microbiol 63:910–915 Garde-Cerdán T, Ancín-Azpilicueta C (2008) Effect of the addition of different quantities of amino acids to nitrogen-deficient must on the formation of esters, alcohols, and acids during wine alcoholic fermentation. LWT Food Sci Technol 41:501–510 Hazelwood LA, Daran JM, van Maris AJA, Pronk JT, Dickinson JR (2008) The Ehrlich pathway for fusel alcohol production: a century of research on Saccharomyces cerevisiae metabolism. Appl Environ Microbiol 74:3920 Hernandez-Orte P, Bely M, Cacho J, Ferreira V (2006) Impact of ammonium additions on volatile acidity, ethanol, and aromatic compound production by different Saccharomyces cerevisiae strains during fermentation in controlled synthetic media. Aust J Grape Wine Res 12:150–160 Husson F, Josse J, Le S, Mazet J (2012) FactoMineR: multivariate exploratory data analysis and data mining with R. R package version 1.18. http://CRAN.R-project.org/package=FactoMineR Jiménez-Martí E, Aranda A, Mendes-Ferreira A, Mendes-Faia A, li del Olmo M (2007) The nature of the nitrogen source added to nitrogen depleted vinifications conducted by a Saccharomyces cerevisiae strain in synthetic must affects gene expression and the levels of several volatile compounds. Antonie Van Leeuwenhoek 92:61–75 Lefur Y, Hory C, Bard M, Olsson A (1994) Evolution of phytosterols in Chardonnay grape berry skins during last stages of ripening. Vitis 33:127–131 Lenth RV (2009) Response-surface methods in R, using rsm. J Stat Softw 32:1–17 Luparia V, Soubeyrand V, Berges T, Julien A, Salmon JM (2004) Assimilation of grape phytosterols by Saccharomyces cerevisiae and their impact on enological fermentations. Appl Microbiol Biotechnol 65:25–32 Mauricio JC, Moreno J, Zea L, Ortega JM, Medina M (1997) The effects of grape must fermentation conditions on volatile alcohols and esters formed by Saccharomyces cerevisiae. J Sci Food Agric 75:155–160 Molina AM, Swiegers JH, Varela C, Pretorius IS, Agosin E (2007) Influence of wine fermentation temperature on the synthesis of yeast-derived volatile aroma compounds. Appl Microbiol Biotechnol 77:675–687 Morakul S, Mouret JR, Nicolle P, Trelea IC, Sablayrolles JM, Athes V (2011) Modelling of the gas–liquid partitioning of aroma compounds during wine alcoholic fermentation and prediction of aroma losses. Process Biochem 46:1125–1131 Morakul S, Mouret JR, Nicolle P, Aguera E, Sablayrolles JM, Athès V (2013) A dynamic analysis of higher alcohol and ester release during winemaking fermentations. Food Bioprocess Technol 6:818–827 Mouret JR, Camarasa C, Angenieux M, Aguera E, Perez M, Farines V, Sablayrolles JM (2014a) Kinetic analysis and gas–liquid balances of the production of fermentative aromas during winemaking fermentations: effect of assimilable nitrogen and temperature. Food Res Int 62:1–10 Mouret JR, Perez M, Angenieux M, Nicolle P, Farines V, Sablayrolles JM (2014b) Online-based kinetic analysis of higher alcohol and ester synthesis during winemaking fermentations. Food Bioprocess Technol 7:1235–1245 R Development Core Team (2012) R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna Rossouw D, Jacobson D, Bauer F (2012) Transcriptional regulation and the diversification of metabolism in wine yeast strains. Genetics 190:251–261 Sablayrolles J, Barre P (1993) Kinetics of alcoholic fermentation under anisothermal enological conditions. 1. Influence of temperature evolution on the instantaneous rate of fermentation. Am J Enol Vitic 44:127–133 Saerens SMG, Delvaux F, Verstrepen KJ, Dijck PV, Thevelein JM, Delvaux FR (2008) Parameters affecting ethyl ester production by Saccharomyces cerevisiae during fermentation. Appl Environ Microbiol 74:454–461 Sauvage FX, Nicol MZ, Verries C, Sarris J, Pradal M, Robin JP (1993) Free amino acids and some enzymatic activities in ripe grape musts statistical analyses of the varietal effect. Sci Aliment 13:443–462 Siebert TE, Smyth HE, Capone DL, Neuwöhner C, Pardon KH, Skouroumounis GK, Herderich MJ, Sefton MA, Pollnitz AP (2005) Stable isotope dilution analysis of wine fermentation products by HS-SPME-GC-MS. Anal Bioanal Chem 381:937–947 Swiegers JH, Bartowsky EJ, Henschke PA, Pretorius IS (2005) Yeast and bacterial modulation of wine aroma and flavour. Aust J Grape Wine Res 11:139–173 Torija MJ, Beltran G, Novo M, Poblet M, Guillamón JM, Mas A, Rozès N (2003) Effects of fermentation temperature and Saccharomyces species on the cell fatty acid composition and presence of volatile compounds in wine. Int J Food Microbiol 85:127–136 Torrea D, Varela C, Ugliano M, Ancin-Azpilicueta C, Leigh Francis I, Henschke PA (2011) Comparison of inorganic and organic nitrogen supplementation of grape juice—effect on volatile composition and aroma profile of a Chardonnay wine fermented with Saccharomyces cerevisiae yeast. Food Chem 127:1072–1083 Ugliano M, Travis B, Francis IL, Henschke PA (2010) Volatile composition and sensory properties of Shiraz wines as affected by nitrogen supplementation and yeast species: rationalizing nitrogen modulation of wine aroma. J Agric Food Chem 58:12417–12425 Valero E, Millan MC, Mauricio JC, Ortega JM (1998) Effect of grape skin maceration on sterol, phospholipid, and fatty acid contents of Saccharomyces cerevisiae during alcoholic fermentation. Am J Enol Vitic 49:119–124 Varela C, Pizarro F, Agosin E (2004) Biomass content governs fermentation rate in nitrogen-deficient wine musts. Appl Environ Microbiol 70:3392–3400 Varela C, Torrea D, Schmidt SA, Ancin-Azpilicueta C, Henschke PA (2012) Effect of oxygen and lipid supplementation on the volatile composition of chemically defined medium and Chardonnay wine fermented with Saccharomyces cerevisiae. Food Chem 135:2863–2871 Vilanova M, Ugliano M, Varela C, Siebert T, Pretorius IS, Henschke PA (2007) Assimilable nitrogen utilization and production of volatile and non-volatile compounds in chemically defined medium by Saccharomyces cerevisiae wine yeasts. Appl Microbiol Biotechnol 77:145–157 Vilanova M, Siebert TE, Varela C, Pretorius IS, Henschke PA (2012) Effect of ammonium nitrogen supplementation of grape juice on wine volatiles and non-volatiles composition of the aromatic grape variety Albariño. Food Chem 133:124–131