Μελέτη επιλεγμένων μεταβολικών διεργασιών του ζυμομύκητα με σκοπό τη βελτιστοποίηση της αλκοολικής ζύμωσης και των παραγόμενων οίνων
Δέσποινα Λόλα, Msc Χημικός Μηχανικός, Υποψήφια Διδάκτορας
Το άρωμα και η γεύση του οίνου συγκαταλέγονται στα κύρια χαρακτηριστικά που καθορίζουν την ποιότητα και την αξία του[1]. Είναι ένα μοναδικό μείγμα πτητικών ενώσεων που προέρχονται είτε από το ίδιο το σταφύλι (ποικιλιακό άρωμα), είτε είναι δευτερογενή προϊόντα που σχηματίζονται κατά την αλκοολική ζύμωση (άρωμα ζύμωσης) και από τις οξειδωτικές ή αναγωγικές αντιδράσεις κατά την παλαίωση.
Τα τελευταία χρόνια υπάρχει ολοένα μεγαλύτερο ενδιαφέρον για την κατανόηση του ρόλου του ζυμομύκητα S.cerevisiae στα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του οίνου, και ειδικά στο άρωμα του, με έμφαση κυρίως στην παρακολούθηση των ενζυματικών και μεταβολικών μηχανισμών που είναι υπεύθυνοι για τη συμβολή αυτή. Υπάρχει τελικά ‘ιδανικό’ στέλεχος ζύμης; Είναι η ερώτηση που καλείται να απαντήσει ο επιστημονικός κλάδος και τα κριτήρια αξιολόγησης ενός στελέχους εστιάζουν στην κινητική της ζύμωσης και στη πολυπλοκότητα του αρωματικού χαρακτήρα του οίνου. Σύμφωνα με τις μέχρι τώρα έρευνες, τα χαρακτηριστικά ενός ‘καλού’ στελέχους, είναι η γρήγορη επίτευξη της αλκοολικής ζύμωσης και η ανάπτυξη της πολυπλοκότητας που προκύπτει από την έκφραση του ποικιλιακού αρώματος μέσω της απελευθέρωσης των ενώσεων που υπάρχουν στο σταφύλι, καθώς και του αρώματος ζύμωσης, μέσω της παραγωγής πληθώρας δευτερογενών μεταβολιτών κατά την αλκοολική ζύμωση[2].
H παραγωγή των μεταβολιτών εξαρτάται από ένζυμα που εκφράζονται από τους ζυμομύκητες. Ως αποτέλεσμα, τα διάφορα στελέχη ζύμης παράγουν οίνους με διαφορετικές οργανοληπτικές ιδιότητες, δεδομένου ότι οι εκφραζόμενες πρωτεΐνες θα επηρεάσουν την απελευθέρωση του μεταβολίτη που είναι υπεύθυνη για την οργανοληπτική ποιότητα του οίνου[3]. Ιδιαίτερα, όμως, όσον αφορά τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του οίνου σχετίζονται και με άλλες παραμέτρους, με κυριότερη το
[1]Swiegers, J.H.;Bartowksy, E.J;Henschke, P.A.; Pretorius, I.S.Aust J Grape Wine Res. 2005, 11, 2, 139–173, doi: 10.1111/j.1755-0238.2005.tb00285.x.
[2] Varela, C. Appl. Microbiol. Biotechnol.2016, 100, 23, 9861–9874,doi: 10.1007/s00253-016-7941-6.
[3]Hart, R.S.; Jolly, N.P.;Ndimba, B.K. J. Microbiol. Methods.2019, 165,105699.doi:10.1016/j.mimet.2019.105699.
Εικόνα 1: Παραγωγή πτητικών ενώσεων από S.cerevisiae(Dzialoetal., 2017)
μέσο ανάπτυξης. Στα γλεύκη οι αζωτούχες ενώσεις είναι τα θρεπτικά συστατικά που αφομοιώνουν οι ζύμες και συμμετέχουν στον μεταβολισμό και την ανάπτυξη των ζυμομυκήτων, εξασφαλίζοντας τη σωστή εξέλιξη της ζύμωσης και την παραγωγή των πτητικών ενώσεων[1].
Επομένως, ο οίνος μπορεί να θεωρηθεί ως το «μεταβολικό αποτύπωμα» του στελέχους ζυμομύκητα που πραγματοποίησε τη ζύμωση3. Αντικείμενο της έρευνας, που διεξάγεται στο Εργαστήριο Οινολογίας και Αλκοολούχων Ποτών ΓΠΑ, είναι η παρακολούθηση του μεταβολισμού του ζυμομύκητα S.cerevisiae σε δύο επίπεδα θρέψης οργανικού αζώτου και ο εντοπισμός γονιδίων του ζυμομύκητα που συνδέονται άμεσα με μεταβολικές διεργασίες ανάπτυξης συγκεκριμένων επιθυμητών ποιοτικών χαρακτηριστικών και ειδικότερα με τη βιοσύνθεση και το μεταβολισμό πτητικών μεταβολιτών που σχετίζονται με το άρωμα. Για το σκοπό αυτό οι ποικιλίες που επιλέχθηκαν προς μελέτη είναι το Μοσχοφίλερο, ο Ροδίτης, το Ασύρτικο και το Βιδιανό, οι πλέον διαδεδομένες ποικιλίες στην αμπελοκαλλιέργεια. Οι πιλοτικές οινοποιήσεις πραγματοποιούνται με τον εμβολιασμό επιλεγμένων στελεχών αναφοράς σε δύο διαφορετικά επίπεδα οργανικού αζώτου.
Ο προσδιορισμός, η ταυτοποίηση και η ποσοτική ανάλυση πτητικών ενώσεων και
Εικόνα 2: Μεταβολικά μονοπάτια παραγωγής τερπενίων και εστέρων
(Belda et al., 2017)
κυρίως εστέρων και τερπενίων, που αποτελούν τις υπεύθυνες κατηγορίες ενώσεων για το φρουτώδη και ανθικό χαρακτήρα των οίνων, πραγματοποιείται με τη χρήση μεθόδων και καινοτόμων πρωτοκόλλων ανάλυσης (SPE–GC/MS) σε διάφορα στάδια της αλκοολικής ζύμωσης αλλά και στους παραγόμενους οίνους. Επιπλέον, με τη χρήση ειδικών τεστ οργανοληπτικής εξέτασης (Triangualrtest, PivotProfile) το εξειδικευμένο εσωτερικό sensory panel του εργαστηρίου αξιολογεί τους οίνους και επιτυγχάνεται η αποτύπωση του αρωματικού προφίλ και των διαφορών τους ανάλογα το στέλεχος και τη θρέψη. Η παρακολούθηση σε μεταγραφομικό επίπεδο της αλκοολικής ζύμωσης στις πιλοτικές οινοποιήσεις πραγματοποιείται μέσω της απομόνωσης RNA από τη βιομάζα του ζυμομύκητα και της μελέτης της σχετικής έκφρασης γονιδίων με τη τεχνική Real–Time PCR σε συνεργασία με το Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας ΓΠΑ. Με βάση τα αποτελέσματα η μελέτη θα επεκταθεί και σε απομονωμένα γηγενή στελέχη από τις αναφερόμενες ποικιλίες αλλά και σε περισσότερες πτητικές ενώσεις και γονίδια.
Συνεπώς, η παρούσα έρευνα συνδέει τα ιδιαίτερα γενετικά-μεταβολικά χαρακτηριστικά του κάθε στελέχους ζαχαρομύκητα με τις ποιοτικές του επιδόσεις κατά την οινοποίηση. Ο συνδυασμός των αποτελεσμάτων της μεταβολομικής ανάλυσης επιλεγμένων πτητικών συστατικών του αρώματος των οίνων και των μεταγραφομικών αναλύσεων θα οδηγήσει στην ακριβέστερη παρακολούθηση και στη πλήρη κατανόηση της αλκοολικής ζύμωσης με απώτερο στόχο την εις βάθος γνώση της κινητικής και την αποφυγή ‘τυχαίων’ ζυμώσεων. Επιπλέον, η μελέτη διαφόρων στελεχών και ποικιλιών αμπέλου ανοίγει το δρόμο για τη μοντελοποίηση αυτής της διεργασίας και τη δυνατότητα ‘πρόβλεψης’ των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών κάθε στελέχους σε διαφορετικό περιβάλλον. Ακόμη, μακροπρόθεσμα τα αποτελέσματα θα μπορούν να αξιοποιηθούν για βελτιστοποίηση της διαδικασίας της ζύμωσης, μέσω επεμβάσεων στις παραμέτρους της ζύμωσης, και τη μεγιστοποίηση της παραγωγής των επιθυμητών μεταβολιτών, προσδίδοντας συγκεκριμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά στον οίνο. Το γεγονός αυτό θα συμβάλλει στην αξιολόγηση και την ανάδειξη του αρωματικού προφίλ των ελληνικών ποικιλιών. Θα δώσει μεγαλύτερη προστιθέμενη αξία στους παραγόμενους οίνους και ως εργαλείο σύγχρονου μάρκετινγκ μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τους επαγγελματίες του κλάδου για τη προώθηση των οίνων και την αύξηση της εμπορικής τους δύναμης σε τοπικό και διεθνές επίπεδο.
