Индивидуальное питание для специальных винных дрожжей в Совиньон Блан

С развитием конкуренции на рынке оптимизация качества вина, особенно его сенсорных свойств, является серьезной задачей для виноделов. Винный аромат является одним из главных атрибутов, определяющих
предпочтения потребителей вина.

Важность питательных веществ, таких как азот либо липиды, при спиртовом брожении хорошо известна в винодельческой промышленности. Действительно, чтобы обеспечить полное брожение с помощью регулярной кинетики, виноделы должны быть уверены, что в сусле будут соответствующие пищевые, физические и химические условия для оптимального развития дрожжей.

Совсем недавно было показано, что содержание липидов, температура, а также азот и другие микроэлементы оказывают влияние на большое количество ароматических соединений, вырабатываемых винными дрожжами во время спиртового брожения.

Взаимодействие между азотом и другими ключевыми питательными веществами, такими как липиды и витамины, и их влияние на жизнеспособность и ферментативную способность дрожжей будет объяснено в первой части этой статьи. Вторая часть будет направлена на то, чтобы продемонстрировать важность питательных веществ и микроэлементов в метаболизме аромата дрожжей, а также способность дрожжей производить ароматы и особенно выявлять сортовые ароматы в виноделии Совиньон Блан.

Азот в сусле является одним из важнейших элементов, которые позволяют дрожжам завершить брожение. Это ключевое соединение, участвующее в росте и метаболизме дрожжей, обеспечивает синтез биомассы, а также влияет на клеточную мембрану, необходимую для правильного метаболизма дрожжей. Азот также воздействует на многие аспекты метаболизма дрожжей, включая образование летучих соединений, которые вносят значительный вклад в сенсорные качества вина. Состав и качество азота (неорганического либо органического источника) в сусле существенно влияет на окончательные ароматические характеристики вина.

Азот присутствует в виноградном сусле в различных формах: аммоний, аминокислоты, пептиды и белки. Часть азота, которая может использоваться дрожжами во время спиртового брожения, называется «потребляемый азот». Термин YAN (азот, потребляемый дрожжами) включает свободные α-аминокислоты (AК), аммоний и некоторые пептиды. Способность Saccharomyces cerevisiae использовать небольшие пептиды была недавно хорошо показана (Marsit et al., 2016).

Концентрация YAN в натуральном виноградном сусле варьируется от около 60 мг / л до 500 мг / л, в зависимости от сорта и урожая винограда (обычно 1/3 азота содержится в форме аммония и 2/3 в аминокислотах) (Bely et al., 1990). В условиях дефицита азота (YAN <150 мг / л для концентрации сахара около 200 г / л - 220 г / л) рост дрожжей и брожение ограничены. Низкая начальная концентрация YAN приводит к медленному брожению, поэтому добавление азота в сусло стало обычной и необходимой практикой во время спиртового брожения.

Азот из внешних источников, добавляемый в сусло для устранения дефицита YAN, бывает двух видов: неорганический (соли аммония [DAP, DAS]) и органический (белки, пептиды, трипептиды и свободные аминокислоты, высвобождаемые из дрожжей [инактивированные дрожжи и автолизат дрожжей]).

Огромный ряд научных работ показал, что лучшее время для добавления азота - это 1/3 стадия брожения (Bely et al., 1990). Это когда популяция дрожжей достигла своего максимума, то есть когда сусло достигло полного истощения азота (весь азот в сусле был потреблен дрожжами во время фазы размножения и создания биомассы), и это наиболее выгодно для скорости и кинетики брожения. Однократное добавление азота в начале брожения не рекомендуется, так как это приводит к очень высокой популяции дрожжей,
внезапному увеличению скорости брожения, сопровождаемой экзотермической реакцией (выделением тепла) и большим истощением азота. Это быстро оставляет дрожжи без азота, необходимого для преобразования сахара в этанол. Медленное / остановленное брожение может происходить при однократном добавлении DAP (30 г / л, что эквивалентно 63 мг / л YAN) в начале брожения. Для восстановления и увеличения скорости брожения необходимо добавить азот на 1/3 стадии брожения (переход в стационарную фазу). Иначе скорость брожения резко уменьшится, брожение станет медленным, и, в случае нехватки других компонентов (например, стеролов), риск остановки и медленного брожения будет высоким (Sablayrolles, et al., 1996).

Когда органическая подкормка используется в начале брожения и на 1/3 стадии брожения для лучшей эффективности, применение азота происходит медленнее и под контролем. Следовательно, брожение происходит более равномерно - без тепловых максимумов, с хорошим контролем температуры - и СБ переходит к завершению, как показано на рисунке 1.

Метаболизм азота, особенно из аминокислот, производит ароматические соединения, способствующие образованию ароматической матрицы вина: высшие спирты и их ацетаты. Метаболизм дрожжей также влияет на появление либо сохранение определенных прекурсоров аромата, связанных с аминокислотой (прекурсоры цистеина либо прекурсоры глутатиона сортовых тиолов). В результате азотный состав сусла может влиять на ароматические характеристики вина. Также было показано, что применение органической подкормки во время спиртового брожения положительно влияет на образование ароматических соединений.

Метаболизм аминокислот (анаболизм и катаболизм) дрожжами образует высшие спирты, сложные эфиры ацетата и этиловые эфиры. Одно из испытаний было посвящено модуляции характеристики сложного эфира путем добавления азота, сравнивая добавки DAP с добавками органической подкормки в Шардоне. В результате получено сравнение синтеза сложноэфирных соединений с добавлением 50 мг / л YAN в форме DAP против 24 мг / л YAN в форме органической подкормки (рисунок 2). Значительное увеличение всех ароматических соединений наблюдалось с органической подкормкой, подчеркивая большую эффективность органического азота по сравнению с неорганическим азотом, когда образуются сложные эфиры.

Управление азотом во время спиртового брожения очень важно, но некоторые недавние разработки показали большее влияние, которое питательные взаимодействия и дисбаланс питательных веществ оказывают на развитие брожения и метаболизм дрожжей. Недавно было продемонстрировано (Tesnières et al., 2013), что дисбаланс между липидами и азотом приводит к гибели клеток во время брожения. Эта повышенная гибель может объяснить медленное / остановленное брожение, главным образом, когда азот добавляется в виде одного питательного вещества в больших количествах, в сочетании с дефицитом другого конкретного питательного вещества, такого как липиды (рис. 3).

В случае дефицита липидов, независимо от исходного уровня потребляемого азота, происходит быстрое снижение жизнеспособности во время стационарной фазы. Это не тот вариант, когда уровень липидов является достаточным даже в тех случаях, когда содержание азота ограничено (YAN эквивалентно 70 мг / л). Коэффициент гибели меняется в зависимости от концентрации азота: самый высокий уровень азота с низким содержанием липидов приводит к самой высокой гибели дрожжей.

Известно, что наличие питательных веществ для дрожжей в виноградном сусле заметно влияет на кинетику спиртового брожения. В зависимости от наличия питательных веществ дрожжи будут активными (с различными скоростями брожения) и смогут либо не смогут выдержать стресс спиртового брожения (этанол, низкий pH и т. д.). Ключевой особенностью винного спиртового брожения является то, что дрожжи сталкиваются с этими стрессами в условиях голодания, когда они не растут. При различных обстоятельствах нарушение баланса питательных веществ может привести к значительной гибели дрожжевых клеток, а в результате к медленному / остановленному брожению. Было показано, что гибель клеток (Duc et al., 2017) при винном спиртовом брожении, происходящем с ограниченным содержанием липидов, зависит от доступности азота, и что сигнальные пути азота участвует в выживаемости дрожжевой клетки. В этих условиях дрожжи дают сигналы с помощью системы реагирования на стресс, чтобы сохранить свою жизнеспособность на протяжении спиртового брожения. С другой стороны, дефицит липидов не позволяет дрожжам адекватно реагировать на стресс, что приводит к гибели дрожжевых клеток, следовательно, остановке брожения. Гибель клеток, вызванная ограничением питательных микроэлементов, модулируется уровнем азота.

В случаях низкого содержания липидов и высокого содержания азота гибель дрожжей во время спиртового брожения возрастает и может произойти на первой стадии брожения (Tesnières et al., 2013). Были проведены испытания для выявления других питательных дисбалансов, ведущих к гибели дрожжевых клеток. В тех случаях, когда существует дисбаланс питания, такой как высокое содержание азота и дефицит олеиновой кислоты, пантотеновой кислоты либо никотиновой кислоты, наблюдается высокий уровень гибели дрожжей (рисунок 4). Эти новые данные демонстрируют важность хорошего баланса питательных веществ (минералы, витамины, стеролы, органический азот) не только для сохранения жизнеспособности дрожжей и предотвращения остановки брожения, но и для ограничения риска развития неприятных сенсорных характеристик и отклонений, таких как производство H2S. Несколько опытов показали, что дисбаланс между высоким уровнем потребляемого азота и низким содержанием пантотеновой кислоты в сусле приводит к значительному образованию соединений серы, таких как H2S.

Из этих испытаний можно сделать вывод, что гибель дрожжевых клеток при спиртовом брожении вызывается нехваткой ряда микроэлементов (включая олеиновую кислоту, эргостерол, пантотеновую кислоту и никотиновую кислоту) всякий раз, когда уровень азота высок, но не в условиях низкого содержания азота. Гибель дрожжевых клеток контролируется наличием остаточного азота и включает сигнальные пути азота, которые управляют пуском соответствующей реакции на стресс. Некоторые питательные микроэлементы в ограниченном количестве могут возникать в винодельческих ситуациях в зависимости от применяемой практики. Например, осветление сусла, направленное на удаление твердых частиц, может привести к нехватке в сусле липидов, особенно стеролов, и ненасыщенных жирных кислот, которые являются важными питательными веществами для дрожжей при спиртовом брожении. Поэтому необходимо учитывать влияние содержания азота в виноградном сусле на возможное взаимодействие с питательными микроэлементами, которые находятся в ограниченном количестве, при управлении спиртовым брожением вина.

За последние 10 лет наши знания и понимание роли дрожжевого питания в производстве летучих ароматов значительно выросли. Эти летучие ароматы имеют различное первичное происхождение:

1. Виноград (включая летучие тиолы, норизопреноиды и т. д.)

2. Спиртовое и яблочно-молочное брожение (включая высшие спирты, сложные эфиры и т. д.)

3. Созревание вина

Многочисленные испытания продемонстрировали влияние таких условий, как температура. Содержание липидов и питательных веществ (таких как азот) в виноградном сусле также влияет на способность дрожжей производить ароматы брожения (Rollero et al., 2016).

Совиньон Блан выращивается во всем мире, и его характерная ароматическая типичность становится все более популярной, особенно среди новозеландских вин. Грейпфрут, маракуйя и самшит являются одними из наиболее распространенных и ценных дескрипторов аромата для этого типа вина, в то время как сусло практически не имеет этих ароматов. Эти летучие ароматы хорошо известны и соответствуют 3 основным летучим тиолам: 3-меркаптогексанолу, 3-меркаптогексилацетату и 4-меркапто-4-метилпентан-2-ону.

На стадии брожения дрожжи высвобождают сортовые тиолы из прекурсоров без запаха, первоначально присутствующих в сусле. Эти прекурсоры были описаны как конъюгаты S-цистеина: S-4- (4-метилпентан-2-он)-L-цистеин (Cys-4MMP) и S-3- (гексан-1-ол) -L-цистеин (Cys-3MH). Следовательно, конечные уровни тиолов в вине зависят от объединения соответствующих прекурсоров, доступных в сусле, и от эффективности выделения ароматических соединений тиолов. В рамках этого процесса дрожжи играют ключевую роль в выделении летучих тиолов из прекурсоров винограда. Механизм включает в себя 2 этапа: сначала захват прекурсоров цистеина и глутатиона в клетку через специфические транспортеры (недавно было описано около 5 различных, наиболее распространенными из которых являются GAP1, OPT1, PTR2). Во-вторых, как только прекурсоры находятся в клетке, реакция расщепления происходит благодаря активности дрожжевой C-S-бета-лиазы, высвобождающей 4-MMP и 3-MH из их соответствующих прекурсоров цистеина, опосредованных геном IRC7 (Roncoroni et al., 2011; Holt et al., 2011; Cordente et al., 2015).

Высвобождение летучих тиолов зависит от вида и штамма дрожжей (рисунок 5). Belda et al. (2016) и Zott et al. (2001) показали, как активность β-лиазы была распространена среди видов дрожжей, причем Kluyve-romyces и Torulaspora обладали самой высокой активностью β-лиазы, а Metschnikowia - лучшей
способностью высвобождать 3-MH.

На выделение летучих тиолов также влияют такие факторы окружающей среды, как содержание питательных веществ и микроэлементов в винограде. В докторской диссертации M. Subileau (2012, Франция) изучены параметры, которые влияют на высвобождение тиолов Saccharomyces cerevisiae как в контролируемом, так и в осложненном сусле Совиньон Блан. Рисунок 6 показывает количественную оценку влияния 5 параметров брожения (кислорода, сахара, аммония, витаминов и стеролов) на выработку 3MH винными дрожжами при 22ºC. Добавление большего количества эргостеролов привело к увеличению 3MH на 15%, тогда как избыток аммиака привел к снижению 3MH на 68%. Добавление O2 и высокая концентрация сахара оказывали отрицательное влияние при снижении на 30%, а добавление витаминов увеличивало выделение 3MH на 30%.

В других испытаниях рассматривалось поглощение Cys-4MMP и Cys-3MH в клетку и его влияние на возможное ограничение высвобождения тиолов (Subileau Ph.D.sis, 2012), а также роль общей аминокислотной пермеазы (Gap1p), которая транспортирует все аминокислоты и чья активность подавляется азотной катаболитной репрессией (NRC). В виноделии добавление DAP в виноградное сусло во время спиртового брожения для ограничения риска медленного / остановленного брожения является обычной практикой. В зависимости от количества эта добавка аммония может способствовать азотной катаболической репрессии (NCR) (Beltran et al., 2005). В начале брожения выражение GAP1 подавляется присутствием в среде ионов аммония. Таким образом, добавление DAP может увеличить подавление GAP1 и ограничить поглощение прекурсоров цистеина через GAP1p, что приводит к меньшему
выделению летучих тиолов.

Как показано на рисунке 7, добавление DAP в основном уменьшает производство 3MH в винах Совиньон Блан из двух разных французских винодельческих регионов.

При спиртовом брожении летучие тиолы образуются во время фазы роста дрожжей: размножение клеток достигает своего максимума при поглощении источников азота, включая аминокислоты, что позволяет максимально усваивать Cys-3MH и Cys-4MMP в этот момент. Также в этот период дрожжи проявляют высокую ферментативную активность (активность β-лиазы).

Как показано на рисунках 8 и 9, поглощение и высвобождение прекурсоров цистеина происходило в основном во время экспоненциальной фазы роста. Это показывает, что 70% Cys-4MMP было выпущено в течение первых 48 часов. Cys-3MH также быстро высвобождался (в течение 2 дней). В то же время, большинство 4MMP и 3MH также были получены в начале брожения (в течение 2 дней для 4MMP и от 3 до 4 дней для 3MH).

В наших недавних испытаниях более подробно рассматривалось влияние дрожжевого питания и управления микроэлементами на сенсорные характеристики вина. Цель состояла в том, чтобы оптимизировать и раскрыть ароматический потенциал винограда с помощью сбалансированного питания на основе матрицы, винных дрожжей и сроков добавления подкормки.

Предыдущие испытания показали, что тип применяемого питания влияет на образование сортовых тиолов. На основе этих знаний были разработаны специальные питательные вещества для повышения способности дрожжей поглощать прекурсоры аромата из винограда и для оптимизации их биоконверсии в летучие сортовые ароматы. При добавлении в начале брожения эти питательные вещества эффективно стимулируют ферментативную активность дрожжей, увеличивая раскрытие сортовых ароматов, таких как
летучие тиолы.

Каждые дрожжи различаются по своей способности превращать прекурсоры глутатиона и цистеина в тиолы, и у каждого вида винных дрожжей есть различные пищевые потребности для метаболизма. Исходя из этого, наши испытания влияния питательной стимуляции на биоконверсию тиолов привели к разработке оптимизированной подкормки: Stimula Sauvignon blanc ™. Она стимулирует и увеличивает биоконверсию прекурсоров винограда в сортовые тиолы. Идеальное время для добавления было определено на основе метаболизма дрожжей: когда дрожжи активно потребляют азот, размножаются и достигают своей максимальной ферментативной активности (во время фазы роста), биоконверсия прекурсоров тиолов в сортовые тиолы достигает своего максимума. Это точное время соответствует началу брожения.

На рисунках 10 и 11 показаны два разных вида винных дрожжей и влияние на уровень 3-MH при завершении фазы роста после добавлении Stimula Sauvignon Blanc ™ на ранней стадии брожения. На прием прекурсоров 3-MH стимуляция не влияет; однако превращение в летучие тиолы значительно улучшилось по сравнению с контрольным брожением, где ничего не добавляли.

Было проведено несколько испытаний для оценки влияния Stimula Sauvignon Blanc ™ на производство 3 летучих тиолов с различными винными дрожжами. Например, при оценке синтеза 4MMP на рисунке 12 мы можем наблюдать увеличение производства 4MMP после добавления Stimula Sauvignon Blanc ™, с достижением 50% с некоторыми видами винных дрожжей.

Во время сбора урожая в Южном полушарии в 2017 году были проведены испытания на новозеландских винзаводах в Мальборо, чтобы сравнить добавление Stimula Sauvignon Blanc ™ с протоколом винзавода для производства тиолов (контрольное брожение). В обоих испытаниях аналитические результаты показали значительное увеличение 4MMP со Stimula Sauvignon Blanc ™. На другом винзаводе использование Stimula Sauvignon Blanc ™ в начале брожения увеличивало 3-MH на 35% (Таблица 1).

Добавление в виноградное сусло источников азота является распространенной практикой, используемой для компенсации недостатков потребляемого азота. Важность добавок азота и роль микроэлементов очевидна. Теперь у нас есть лучшее понимание важности микроэлементов, витаминов, стеролов и дрожжей для поглощения и выделения прекурсоров тиолов во время брожения.

В заключение хотим добавить, что управление дрожжевым питанием является более сложным, чем простое добавление однократной дозы неорганического азота, что было обычной практикой в течение многих лет. Многочисленные разработки и испытания на винзаводе продемонстрировали важность верно подобранного, хорошо сбалансированного подхода к питанию, который учитывает исходный питательный состав винограда, выбранный штамм дрожжей, температуру и желаемые ароматические характеристики вина.

Рациональный и сбалансированный подход к питанию, учитывающий все питательные вещества и питательные микроэлементы, является ключом к дрожжевой активности и обмену веществ.

Понимание механизмов питания, которые влияют на жизнеспособность дрожжевых клеток, их выживаемость, метаболизм и биосинтез аромата резко возросло за последние 5 лет, также как фундаментальные знания химии и биохимии сортовых тиолов и ароматов вина. Эти опыты дали возможность разработать новые микробиологические инструменты для виноделов с одной и той же целью: раскрыть ароматический потенциал винограда и добиться успешного брожения, что приводит к получению уникальных ароматических характеристик вин.

Описание

StimulaTM - это новая линейка 100% -ных дрожжевых продуктов автолизата, разработанная для обеспечения оптимального уровня аминокислот, стеролов, витаминов и минералов, которые, как известно, оптимизируют ароматический метаболизм дрожжей. Stimula Sauvignon BlancTM особенно богат пантотенатом, тиамином, фолиевой кислотой и цинком и марганцем, чтобы оптимизировать поглощение прекурсоров 4MMP и 3MH и их преобразование в летучие тиолы. Вместе с нашими знаниями о метаболизме дрожжей и недавними результатами наших партнеров по исследованиям мы определили оптимальный момент для добавления Stimula Sauvignon BlancTM. Поскольку поглощение прекурсоров тиолов происходит на самой ранней стадии брожения, добавление Stimula Sauvignon BlancTM в самом начале брожения улучшит оптимальные элементы, которые будут поглощаться дрожжами, и их переработку в тиолы, избегая любых репрессий.

Сравнительное исследование Совиньон Блан 2016 (Gers, Франция) DAP против Stimula Sauvignon BlancTM дозировка 40 г / гл в 1/3 спиртового брожения в сравнении с контрольным образцом без какого-либо добавления. Линии представляют собой изменение в % 4MMP, измеренное по сравнению с контрольным образцом без добавления (представлено осью x 0).

Дозировка и инструкции по применению

• Stimula Sauvignon BlancTM - это подкормка, обеспечивающая доступными аминокислотами, пептидами, витаминами и минералами.

• Рекомендуемая дозировка составляет 40 г / гл.

• Stimula Sauvignon BlancTM следует разбавить водой (1 кг Stimula Sauvignon BlancTM на 10 л воды) и сразу добавить в резервуар. Если смесь приготовлена заранее, повторно перемешать продукт до его добавления в резервуар.

Упаковка и хранение

• 10 кг (коробки 10 х 1 кг) в коробке 10 кг.
• Хранить в сухом помещении при температуре ниже 25 ° C.
• Срок годности при рекомендуемой температуре хранения составляет 4 года с момента производства.

Описание

StimulaTM - это новая линейка 100%-ных дрожжевых продуктов автолизата, разработанная для обеспечения оптимального уровня аминокислот, стеролов, витаминов и минералов, которые, как известно, оптимизируют ароматический метаболизм дрожжей. Stimula ChardonnayTM особенно богат рибофлавином, биотином, витаминами B6 и магнием и цинком, которые оптимизируют биосинтез летучего эфира дрожжами. Благодаря нашим знаниям о метаболизме дрожжей и недавним результатам с нашими партнерами по исследованиям, мы определили оптимальный момент для добавления Stimula ChardonnayTM. Было продемонстрировано, что дрожжи переключаются из первичного метаболизма - стадии роста во вторичный ароматический метаболизм биосинтеза эфира в завершении фазы роста. Таким образом, добавление Stimula ChardonnayTM в этот момент улучшит этот переключатель метаболизма и оптимизирует биосинтез ароматических соединений и поддержит трансформацию прекурсоров в летучие эфиры до конца брожения.

Применение и результаты

Сравнительное исследование Шардоне (Испания, 2016) DAP против Stimula ChardonnayTM дозировка 40 г / гл в 1/3 спиртового брожения. Шкала ординат показывает коэффициент увеличения в % для каждого соединения с использованием Stimula ChardonnayTM по сравнению с DAP (значения выше порога восприятия).

Основные соединения Анализ PCA Napping®

Сравнительное исследование Шардоне 2016 (Ла-Манча, Испания) DAP против Stimula ChardonnayTM дозировка 40 г / гл в 1/3 спиртового брожения. Этот рисунок представляет собой анализ основных соединений (PCA) после профессионального сенсорного анализа (IRIAF, Испания) с использованием метода Napping®.

Дозировка и инструкции по применению

• Stimula ChardonnayTM - это подкормка, обеспечивающая доступными аминокислотами, пептидами, витаминами и минералами.

• Рекомендуемая дозировка составляет 40 г / гл, добавить в 1/3 СБ.

• Stimula ChardonnayTM следует разбавить водой (1 кг Stimula ChardonnayTM на 10 л воды) и сразу добавить в резервуар. Если смесь приготовлена заранее, повторно перемешать продукт до его добавления в резервуар.

Упаковка и хранение

• 10 кг (коробки 10 х 1 кг) в коробке 10 кг.

• Хранить в сухом помещении при температуре ниже 25 ° C.

• Срок годности при рекомендуемой температуре хранения составляет 4 года с момента производства.

Статья о подкормках Стимула Совиньон и Шардоне

1.97 МБ, pdf