Estudio proteómico y metabolómico de levaduras vínicas durante la producción de cava

Laburpena

1. Introducción o motivación de la tesis La comercialización de los vinos espumosos ha experimentado un auge en los últimos años. Hoy en día, es uno de los sectores vitivinícolas más dinámicos y prósperos de la vitivinicultura. La elaboración de este tipo de vinos se realiza de acuerdo al método tradicional que implica una segunda fermentación y un período de envejecimiento del vino en contacto con las lías de levadura. Durante el proceso de elaboración del vino espumoso, las levaduras modifican su metabolismo celular de acuerdo a las condiciones ambientales tales como elevado contenido en etanol, falta de nutrientes, baja temperatura y sobrepresión de CO2 endógeno, entre otros, asegurando de esta manera el mantenimiento de su viabilidad y el éxito del proceso. La influencia de las levaduras sobre las características organolépticas del vino es un factor biótico clave ya que son capaces de producir gran cantidad de compuestos aromáticos activos derivados su metabolismo, entre los que destacan los alcoholes superiores, ésteres, aldehídos, ácidos orgánicos, ácidos grasos volátiles y compuestos de carbonilo. Todos estos metabolitos contribuyen a estas características y, en definitiva, a su calidad. Como consecuencia, cada cepa de levadura produce un perfil aromático fermentativo diferente de compuestos volátiles, incluso cuando se utilice el mismo mosto de uva. Por tanto, una mejor comprensión del metabolismo de las levaduras, su adaptación y su comportamiento en las condiciones típicas de la segunda fermentación resultaría de gran importancia y necesidad para el proceso de selección de cepas y su aplicación en la industria del vino, además, de ser interesante para el control de la calidad y la mejora del proceso de vinificación. En este contexto, el objetivo general de esta Tesis Doctoral es estudiar los procesos biológicos y las rutas metabólicas más importantes de levaduras vínicas durante la producción de cava que conducen a la producción de metabolitos que afectan a la calidad de los vinos espumosos, concretamente el Cava. Con ello, se pretende añadir un aporte científico interesante al diseño de nuevas estrategias para el perfeccionamiento de la producción de vinos espumosos, además de la mejora genética de levaduras vínicas. 2. Contenido de la investigación Este trabajo de investigación se ha centrado, principalmente, en el estudio del metabolismo celular de dos cepas de levadura industriales, Saccharomyces cerevisiae P29 y G1, durante la segunda fermentación en la elaboración de vino espumoso. La cepa P29 se usa convencionalmente en la elaboración de vinos espumosos, mientras que la cepa G1 es una levadura formadora de velo de flor responsable de la crianza biológica de los vinos finos. Debido a la capacidad de esta levadura de flor para soportar altas concentraciones de etanol o su capacidad para formar una biopelícula en la interfaz aire-líquido del vino, su uso para la elaboración de vino espumoso supone una novedosa ventaja para la industria del vino, permitiendo a los enólogos eliminar fácilmente las levaduras y sedimentos en la “fase de degüelle”. Esto conlleva reducir los costes y el tiempo de producción. Así como, mitigar la situación actual de baja diversidad de levaduras disponibles comercialmente para la elaboración de vinos espumosos por el método tradicional. Ambos tipos de cepas presentaron una cinética de fermentación similar. Sin embargo, a nivel de proteoma su metabolismo celular difirió en ambas cepas, debido a una adaptación de la cepa de velo de flor a condiciones nuevas de estrés. La respuesta proteómica de la cepa de levadura de flor a las condiciones típicas de segunda fermentación se caracterizó por un aumento en el número y contenido de las proteínas implicadas en la formación de compuestos derivados de la fermentación (etanol y glicerol); y un bajo contenido proteico en las proteínas involucradas con la formación de ésteres. Estas diferencias proteómicas no quedaron reflejadas a nivel metabolómico, ya que la respuesta metabolómica fue bastante similar en ambas cepas. Por otra parte, el estudio global obtenido de procesos biológicos que tienen lugar durante la segunda fermentación en la levadura convencional mostró una mayor representación de procesos biológicos relacionados con la traducción de proteínas, probablemente en respuesta al estrés causado por las duras condiciones de fermentación. 3. Conclusión Como conclusión general basada en los resultados obtenidos junto con las propiedades enológicas de capacidad de adhesión y de tolerancia a elevadas concentraciones de etanol, se sugiere el uso de este tipo de levadura de flor para la elaboración de vino espumoso. El empleo de este tipo de levadura aumentaría la biodiversidad de las cepas de levadura y, posiblemente, reduciría los costos de producción. 4. Bibliografía Alexandre, H. 2013. Flor yeasts of Saccharomyces cerevisiae - their ecology, genetics and metabolism. International Journal of Food Microbiology, 167, 269-275. Dickinson, J.R., Salgado, L.E., Hewlins, J.E. 2003. The catabolism of amino acids to long chain and complex alcohols in Saccharomyces cerevisiae. The Journal of Biological Chemistry, 278, 8028-8034. Hazelwood, L.A., Daran, J.M., Van Maris, A. J., Pronk, J.T., Dickinson, J.R. 2008. The Ehrlich pathway for fusel alcohol production: a century of research on Saccharomyces cerevisiae metabolism. Applied and Environmental Microbiology, 74, 2259-2266. Lambrechts, M.G., Pretorius, I.S. 2000. Yeast and its importance to wine aroma-a review. South African Journal of Enology and Viticulture, 21, 97-129. Lilly, M., Bauer, F.F., Lambrechts, M.G., Swiegers, J.H., Cozzolino, D., Pretorius, I. S. 2006. The effect of increased yeast alcohol acetyltransferase and esterase activity on the flavour profiles of wine and distillates. Yeast, 23, 641-659. Martínez-García, R., García-Martínez, T., Puig-Pujol, A., Mauricio, J.C., Moreno, J. 2017. Changes in sparkling wine aroma during the second fermentation under CO2 pressure in sealed bottle. Food Chemistry, 237,1030-1040. Martínez-García, R., Roldán-Romero, Y., Moreno, J., Puig-Pujol, A., Mauricio, J.C., García-Martínez, T. 2020. Use of a flor yeast strain for the second fermentation of sparkling wines: Effect of endogenous CO2 over-pressure on the volatilome. Food Chemistry, 308,125555. Martínez-Rodríguez, A.J., Carrascosa, A.V., Martín-Álvarez, P.J., Moreno-Arribas, V., Polo, M C. 2002. Influence of the yeast strain on the changes of the amino acids, peptides and proteins during sparkling wine production by the traditional method. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 29, 314-322. Moreno-García, J., García-Martínez, T., Moreno, J., Millán, M.C., Mauricio, J.C. 2014. A proteomic and metabolomic approach for understanding the role of the flor yeast mitochondria in the velum formation. International Journal of Food Microbiology, 172,21-29. Moreno-García, J., García-Martínez, T., Moreno, J., Mauricio, J.C. 2015. Proteins involved in flor yeast carbon metabolism under biofilm formation conditions. Food Microbiology, 46, 25-33. Moreno-García, J., Mauricio, J.C., Moreno, J., García-Martínez, T. 2017. Differential Proteome Analysis of a Flor Yeast Strain under Biofilm Formation. International Journal of Molecular Sciences, 18,720. Penacho, V., Valero, E., González, R. 2012. Transcription profiling of sparkling wine second fermentation. International Journal of Food Microbiology, 153,176-182. Pretorius, I.S. 2000. Tailoring wine yeast for the new millennium: novel approaches to the ancient art of winemaking. Yeast, 16, 675-729. Vararu, F., Moreno-García, J., Zamfir, C.I., Cotea, V.V., Moreno, J. 2016. Selection of Aroma Compounds for the Differentiation of Wines Obtained by Fermenting Musts with Starter Cultures of Commercial Yeast Strains. Food Chemistry, 197, 373–381.