Microbiologia in cantina

La microbiologia della cantina

Quali microrganismi possiamo trovare nelle nostre cantine?

È importante conoscere la microbiologia che caratterizza la cantina. I microbi coesistono e interagiscono in molti ambienti, e questo è di rilevanza pratica in vari campi1,2.

Una cantina
In cantina coesistono e interagiscono microbi diversi

Il vino costituisce un modello particolarmente interessante per studiare le interazioni tra microrganismi. Le prime interazioni complesse rilevanti tra i microrganismi sono sulla superficie dell’uva nel vigneto. Le interazioni, però, continuano per tutta la fermentazione alcolica da parte dei lieviti 4 e la fermentazione malolattica da parte dei batteri lattici2,5.

Come caratterizzano il vino queste interazioni microbiche?

Nel 2010 L’Organizzazione Internazionale della Vite e del Vino ha stabilito che: il “terroir” riguarda “un’area in cui si sviluppa la conoscenza collettiva delle interazioni tra l’ambiente fisico e biologico identificabile e le pratiche viticole ed enologiche applicate, fornendo caratteristiche distintive per i prodotti provenienti da questa zona”6,7. Diverse indagini hanno sottolineato il ruolo cardine del microbiota associato al “terroir” in cui viene coltivata una particolare coltivazione di uva, in grado di conferire proprietà organolettiche uniche al vino prodotto 8. Il “terroir microbico” associato al background uva/vino è stato recentemente studiato e i risultati ottenuti hanno evidenziato lo stretto legame tra consorzio microbico, clima e zona di produzione 9.

Quali microrganismi sono presenti nel mosto/vino?

I grappoli d’uva sono il principale serbatoio naturale di lieviti autoctoni del vino. I lieviti sono infatti distribuiti spazialmente sugli acini d’uva e sui grappoli d’uva. In letteratura sono state riportate novantatré diverse specie di lieviti appartenenti a 30 generi diversi, isolati da 49 diverse varietà di uva che crescono in 22 paesi10.

Le diverse specie i lieviti

Nel 2007 Renouf e colleghi hanno identificato 47 specie di lieviti appartenenti a 22 generi diversi utilizzando la PCR-DGGE (Polymerase Chain Reaction-DenaturingGradient Gel Electrophoresis):

  • Aureobasidium,
  • Auriculibuller,
  • Brettanomyces,
  • Bulleromyces,
  • Candida,
  • Cryptococcus,
  • Debaryomyces,
  • Hanseniaspora,
  • Issatchenkia,
  • Kluyveromyces,
  • Lipomyces,
  • Metschnikowia,
  • Pichia,
  • Rhodosporidium,
  • Rhodotorula,
  • Saccharomyces,
  • Sporidiobolus,
  • Sporobolomyces,
  • Torulaspora,
  • Yarrowia,
  • Zygoascus
  • Zygosaccharomyces.

Questi lieviti sono stati isolati dalla superficie di acini d’uva di sei diverse varietà11.

Tuttavia, anche se un gran numero di specie di lieviti è stato identificato sugli acini d’uva, la densità di popolazione di ciascuno è bassa. Infatti, le popolazioni di lieviti sugli acini è di circa 103-106 UFC/g al momento del raccolto12–16. La recensione di Barata et al. del 2012 The microbial ecology of wine grape berries oltre ai lieviti elenca 50 specie batteriche che sono state identificate su acini d’uva. Le specie isolate appartengono per lo più a due gruppi: Firmicuti(come Lactobacillus e Pediococcus) e Proteobatteri.

Grappolo uva
I grappoli d’uva sono il principale serbatoio naturale di lieviti autoctoni del vino

Inoltre, la comunità microbica sull’uva contiene altri microrganismi, generalmente considerati come agenti di deterioramento. Tra questi vi sono funghi filamentosi dei generi Aspergillus e Penicillium, che possono influenzare notevolmente le caratteristiche igieniche e la qualità sensoriale del vino attraverso la produzione di micotossine (aflatossine, ocratossina A e altre) o di cattivi sapori (come la geosmina, IPMP e 2-MIB)17.

Come comunicano/interagiscono tra loro i microrganismi presenti?

Il mosto d’uva e il vino costituiscono quindi un complesso ecosistema microbico contenente una miscela di specie e ceppi diversi 18. Di conseguenza, i singoli microrganismi interagiscono tra loro e i tipi di interazione che si trovano nelle popolazioni miste di microrganismi sono generalmente classificati come diretti o indiretti 1.

Le interazioni indirette sono:

  • concorrenza, ovvero la relazione tra due organismi per cui l’attitudine di uno è ridotta a causa della presenza dell’altro;
  • commensalismo, ovvero la relazione tra due organismi di specie distinta dove uno di loro trae un vantaggio approfittando del nutrimento o degli scarti dell’altro senza però arrecare danni;
  • mutualismo, ovvero la relazione stretta tra due organismi da cui entrambi traggono dei benefici;
  • amensalismo (o antagonismo), ovvero la relazione tra organismi diversi in cui uno impedisce e diminuisce il successo dell’altro;
  • neutralismo, ovvero la relazioni biologica che prevede la compresenza di specie diverse nella stessa area senza benefici o danni per entrambe.

Interazioni dirette, come ad esempio il parassitismo, possono verificarsi anche durante la fermentazione. Queste interazioni hanno un enorme impatto sulla qualità e sulle altre caratteristiche dei vini. Infatti, le qualità igieniche e organolettiche dei vini sono il risultato dell’attività metabolica di una successione di diversi microrganismi. La produzione di metaboliti da parte dei microrganismi può essere sostanzialmente modificata a seconda della presenza o meno di altri microbi.

Inoltre, molti microbi utilizzano segnali extracellulari per trasmettere informazioni sulla densità della popolazione e sulle condizioni ambientali, e quindi interagire. Gli studi di interazione sono difficili da condurre, infatti, le dinamiche delle attività biochimiche, la crescita, la sopravvivenza e la morte dei microrganismi durante la fermentazione alcolica sono il risultato delle interazioni tra i microrganismi del consorzio microbico e tra i microbi e il loro ambiente: questo ambiente cambia chiaramente durante il processo di fermentazione2.

Il ruolo dell’etanolo

L’etanolo prodotto in particolare da S. cerevisiae è il composto principale che influenza la diversità dei lieviti durante la fermentazione alcolica, specialmente le specie non-Saccharomyces19.

Diversi studi hanno dimostrato che l’accumulo di etanolo durante la fermentazione alcolica porta ad un declino della biodiversità 13. Questa diminuzione è dovuta ad una bassa tolleranza all’etanolo della maggior parte dei lieviti non-Saccharomyces2.

Sebbene le dinamiche di crescita microbica durante le fermentazioni naturali abbiano ricevuto un’ampia attenzione18, i rapporti sono principalmente descrittivi e non forniscono molte informazioni sui meccanismi di interazione. Questa mancanza di informazioni è un grosso ostacolo al progresso e al controllo delle fermentazioni naturali o delle fermentazioni condotte con colture multistarter. La crescita di lieviti o batteri indigeni può impedire lo sviluppo di colture starter e limitare l’impatto dei lieviti o batteri selezionati,  influenzando perciò la funzionalità del prodotto20. La determinazione del profilo aromatico di un vino utilizzando colture miste selezionate di lieviti o batteri non può essere efficace senza comprendere come i microbi interagiscono tra loro.

etanolo
L’etanolo influenza la diversità dei lieviti durante la fermentazione alcolica

Come possiamo sfruttare ciò per migliorare il nostro vino?

L’attenzione degli studi sulle interazioni microbiche, grazie ai nuovi approcci metabolomici e proteomici, si sta spostando da un approccio composizionale a uno funzionale, da descrittivo a predittivo21. Lo studio delle interazioni tra i microbi del vino è uno dei principali beneficiari di questi sviluppi 20,22. Sebbene la composizione del vino abbia un’enorme variabilità, un ulteriore sviluppo in questo campo potrebbe portare ad una parziale modellazione microbica dinamica del vino. Ci si aspetta che tali modelli aiutino a prevedere le dinamiche di popolazione e le attività biochimiche dei microbi e forniscano informazioni sul profilo aromatico del vino durante l’intero processo di vinificazione; ciò consentirebbe un migliore controllo dei processi di coltura mista di lieviti e batteri2.

Le comunità prodotte tramite l’ingegneria genetica di un ceppo specifico o tramite la rimozione/aggiunta di una specie nella coltura mista-starter, potrebbero essere utilizzate per migliorare le proprietà sensoriali del vino23.

 

Bibliografia

  1. Ivey, M., Massel, M. & Phister, T. G. Microbial Interactions in Food Fermentations. Annu. Rev. Food Sci. Technol.4, 141–162 (2013).
  2. Liu, Y. et al. Wine microbiome: A dynamic world of microbial interactions. Crit. Rev. Food Sci. Nutr.57, 856–873 (2017).
  3. Frey-Klett, P. et al. Bacterial-Fungal Interactions: Hyphens between Agricultural, Clinical, Environmental, and Food Microbiologists. Microbiol. Mol. Biol. Rev.75, 583–609 (2011).
  4. Ciani, M., Comitini, F., Mannazzu, I. & Domizio, P. Controlled mixed culture fermentation: a new perspective on the use of non- Saccharomyces  yeasts in winemaking. FEMS Yeast Res.10, 123–133 (2010).
  5. Alexandre, H., Costello, P. J., Remize, F., Guzzo, J. & Guilloux-Benatier, M. Saccharomyces cerevisiae-Oenococcus oeni interactions in wine: Current knowledge and perspectives. Int. J. Food Microbiol.93, 141–154 (2004).
  6. Tufariello, M. et al. Selection of an autochthonous yeast starter culture for industrial production of Primitivo “Gioia del Colle” PDO/DOC in Apulia (Southern Italy). LWT99, 188–196 (2019).
  7. Capozzi, V., Russo, P. & Spano, G. Microbial information regimen in EU geographical indications. World Pat. Inf.34, 229–231 (2012).
  8. Maio, S. Di et al.Presence of Candida zemplinina in Sicilian Musts and Selection of a Strain for Wine Mixed Fermentations. Afr. J. Enol. Vitic vol. 33 http://www.journals.ac.za/index.php/sajev/article/download/1309/524 (2012).
  9. Bokulich, N. A. et al. Associations among wine grape microbiome, metabolome, and fermentation behavior suggest microbial contribution to regional wine characteristics. MBio7, (2016).
  10. Barata, A., Seborro, F., Belloch, C., Malfeito-Ferreira, M. & Loureiro, V. Ascomycetous yeast species recovered from grapes damaged by honeydew and sour rot. J. Appl. Microbiol.104, 1182–1191 (2008).
  11. Renouf, V., Claisse, O. & Lonvaud-Funel, A. Inventory and monitoring of wine microbial consortia. Appl. Microbiol. Biotechnol.75, 149–164 (2007).
  12. Jolly, N. P., Augustyn, O. P. H. & Pretorius, I. S. The Occurrence of Non-Saccharomyces cerevisiae Yeast Species Over Three Vintages in Four Vineyards and Grape Musts From Four Production Regions of the Western Cape, South Africa. South African J. Enol. Vitic.24, 35–42 (2003).
  13. Combina, M. et al. Dynamics of indigenous yeast populations during spontaneous fermentation of wines from Mendoza, Argentina. Int. J. Food Microbiol.99, 237–243 (2005).
  14. Renouf, V., Claisse, O. & Lonvaud-Funel, A. Understanding the microbial ecosystem on the grape berry surface through numeration and identification of yeast and bacteria. Aust. J. Grape Wine Res.11, 316–327 (2005).
  15. Setati, M. E., Jacobson, D., Andong, U.-C. & Bauer, F. The Vineyard Yeast Microbiome, a Mixed Model Microbial Map. PLoS One7, e52609 (2012).
  16. Barata, A., Malfeito-Ferreira, M. & Loureiro, V. Changes in sour rotten grape berry microbiota during ripening and wine fermentation. Int. J. Food Microbiol.154, 152–161 (2012).
  17. Steel, C. C., Blackman, J. W. & Schmidtke, L. M. Grapevine bunch rots: Impacts on wine composition, quality, and potential procedures for the removal of wine faults. Journal of Agricultural and Food Chemistry vol. 61 5189–5206 (2013).
  18. Barata, A., Malfeito-Ferreira, M. & Loureiro, V. The microbial ecology of wine grape berries. International Journal of Food Microbiology vol. 153 243–259 (2012).
  19. Barata, A. et al. Survival patterns of Dekkera bruxellensis in wines and inhibitory effect of sulphur dioxide. Int. J. Food Microbiol. (2008) doi:10.1016/j.ijfoodmicro.2007.11.020.
  20. Mendes, F. et al. Transcriptome-Based Characterization of Interactions between Saccharomyces cerevisiae and Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus in Lactose-Grown Chemostat Cocultures. Am Soc Microbiol (2013) doi:10.1128/AEM.01115-13.
  21. Kau, A. et al. Human nutrition, the gut microbiome and the immune system. nature.com.
  22. Cocolin, L., Bisson, L., letters, D. M.-F. microbiology & 2000, undefined. Direct profiling of the yeast dynamics in wine fermentations. academic.oup.com.
  23. Dunham, M. J. Synthetic ecology: A model system for cooperation. National Acad Sciences www.pnas.orgcgidoi10.1073pnas.0611067104 (2007).

 

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