Exploitation of Torulaspora delbrueckii for winemaking focusing on biochemical and phenotypic traits

Abstract

Um dos processos biotecnológicos mais antigos do mundo é a produção de vinho a partir de uvas, sendo a fermentação alcoólica o processo metabólico principal. Nesse processo, as leveduras desempenham um papel na conversão do açúcar da uva em álcool e CO2, e na produção de metabolitos secundários. Dada a sua pureza de fermentação, acompanhada por uma baixa produção de subprodutos negativos para a qualidade do vinho, tanto em inoculação mista como sequencial com Saccharomyces cerevisiae, Torulaspora delbrueckii representa uma excelente alternativa para reduzir a acidez volátil do vinho. Para além da sua utilização no processo de produção do vinho, diversos estudos têm mostrado o uso de T. delbrueckii na produção de pão, cerveja e chocolate. No âmbito do presente trabalho, procedeu se à caracterização do perfil fermentativo de uma coleção de estirpes de T. delbrueckii, selecionadas de diferentes origens geográficas e tecnológicas, de forma a obter um melhor conhecimento da diversidade fenotípica da espécie. Para esse propósito, foi avaliado o caráter fermentativo de todas as estirpes da coleção, através de fermentações individuais em meio sintético que mimetiza o mosto de uva. Para avaliar o perfil metabólico das estirpes, foi utilizada a cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) para determinar o teor em glucose, etanol, acidez volátil, glicerol e ácidos orgânicos. A caracterização desta coleção permitirá uma exploração mais consistente da levedura, facilitando a sua aplicação em diferentes áreas de interesse, assim como compreender o desenvolvimento do processo fermentativo nesta espécie. A análise dos resultados mostrou uma produção variável de etanol, glicerol e ácido cítrico, apresentando estes compostos a maior contribuição para a variabilidade entre estirpes. Contudo, contrariamente ao descrito na literatura, foi detetada uma produção elevada de ácido acético (até 4.64 g/L) para algumas estirpes de T. delbrueckii. Com os nossos resultados, surge também o interesse de compreender melhor o consumo ou a produção de ácido málico, e a forma como este afeta a qualidade do vinho.

One of the oldest biotechnological processes in the world is the production of wine from grapes, with alcoholic fermentation being the main metabolic process occurring. In this process, yeasts play a key role in the conversion of grape sugar into alcohol and CO2, and in the production of secondary metabolites. Given its high purity of fermentation, accompanied by a low production of negative sub products for the quality of the wine, either in mixed or sequential culture with Saccharomyces cerevisiae, Torulaspora delbrueckii presents an excellent alternative for reducing the volatile acidity of wine. In addition to its use in the wine production process, several studies have shown the potential of T. delbrueckii for the production of bread, beer and chocolate. Regarding the development of the present work, it was intended to obtain a better characterization of the fermentative profile produced by a set of T. delbrueckii strains, selected from different geographical and technological origins to allow the evaluation of the phenotypic behavior of this yeast. For this purpose, individual fermentations in synthetic medium simulating grape must were performed. In order to evaluate the metabolic profile of the strains, high performance liquid chromatography (HPLC) was used to determine glucose, ethanol, volatile acidity, glycerol and organic acids concentrations. The results from this work will allow an easier exploration of T. delbrueckii, facilitating its application in different areas of interest, as well as understanding the development of the fermentative process in this yeast. HPLC analysis reflected variable results, with ethanol production, glycerol and citric acid concentrations, contributing the most to the variability between strains. However, contrary to what is found in the literature, a high acetic acid production (up to 4.64 g/L) was detected for some T. delbrueckii strains. With our results also arises the interest to better understand the consumption or the production of malic acid, and how it affects wine quality.