• Biodiversità
• Birra
• Ibridizzazione
• Lieviti
• Miglioramento

Le birre lager, le bevande alcoliche più consumate al mondo, sono comunemente prodotte da ibridi naturali criotolleranti Saccharomyces pastorianus (S. cerevisiae × S. eubayanus). La limitata diversità genetica dei lieviti lager si riflette in una scarsa differenziazione dei profili aromatici, al contrario dell’immensa diversità genetica e aromatica dei ceppi S. cerevisiae impiegati nelle birre ale. Strategie di segmentazione dei consumatori stanno diventando cruciali per creare nuovi margini di profitto e i produttori sono interessati a migliorare ed estendere la gamma di prodotti, utilizzando nuove colture starters, specialmente nella produzione artigianale. I principali obiettivi del miglioramento dei lieviti sono aumentare l’efficienza produttiva e ottenere profili aromatici diversificati. La maggioranza delle strategie di miglioramento genetico si basa su tecniche di ingegneria genetica (GE), che non sono accettate dai consumatori e dalle attuali regolamentazioni. In questo contesto, l’isolamento naturale di nuovi ceppi ed il loro uso per la creazione di nuovi ibridi sono preferiti rispetto alle tecniche GE. La selezione clonale trae vantaggio dalla naturale biodiversità dei lieviti, per conferire nuovi tratti aromatici al prodotto. Nell’ibridizzazione de novo, la ricombinazione sessuale combina fenotipi desiderati in un singolo clone, che in genere mostra eterosi, aumentata omeostasi, nuovi tratti fenotipici e semi-dominanza per alcuni caratteri.
In questo lavoro, abbiamo valutato le potenzialità di ceppi S. cerevisiae isolati da impasti acidi per la produzione di birra artigianale ed abbiamo costruito un nuovo ibrido artificiale tra un ceppo S. cerevisiae, isolato da impasti acidi, e S. eubayanus NBRC1948, per la birrificazione a bassa temperatura. Quattro campioni di impasti acidi, preparati con farina Maiorca, sono stati gentilmente forniti da panifici siciliani. Venticinque isolati di lievito sono stati identificati tramite analisi delle porzioni del cistrone del rDNA 35S, comprendenti i domini D1/D2 del gene rRNA 26S e gli internal transcribed spacers (ITS) 1 e 2. Le specie identificate sono state Wickerhamomyces anomalus (13 isolati), S. cerevisiae (7 isolati), Pichia kluyveri (2 isolati), Candida diddensiae (2 isolati), e Candida boidinii (1 isolato). (GTG)5 and (GAC)5 MSP-PCRs hanno mostrato diversi profili genotipici da isolati appartenenti alla stessa specie, indicando un’effettiva differenziazione a livello di sottospecie. I ceppi S. cerevisiae sono stati selezionati sulla base delle loro performances fermentative in malto su scala di laboratorio, confrontandoli con altri cinque ceppi da pane. Il ceppo Y17 ha raggiunto una concentrazione di alcool pari al 7.3% ABV, superando tutti i ceppi testati in termini di velocità fermentativa, incluso il ceppo da pane Suomen Hiiva, comunemente usato nella produzione di birra finlandese Sahti. La fermentazione su scala di due litri ha confermato la migliore performance fermentativa del ceppo Y17 (7.9% ABV). Inoltre, i ceppi Y15 e Y17 hanno mostrato una significativa produzione di composti aromatici desiderati, come 3-metilbutil acetato (aroma di banana) e etil esanoato (aroma di mela).
Il metodo spore-to-spore è stato usato con successo per creare l’ibrido Y15.2B x NBRC1948, che conserva il mtDNA di S. cerevisiae. L’ibrido ha mostrato eterosi rispetto ai parentali sia su piccola scala a 20°C sia su quella di due litri a 12°C ed una migliore velocità fermentativa rispetto ad ibridi precedentemente creati per la fermentazione enologica. Inoltre, ha mostrato una desiderata produzione di 3-metilbutil acetato ed etil esanoato.
In conclusione, abbiamo dimostrato che lo sfruttamento della naturale biodiversità dei lieviti da impasti acidi, accoppiata con l’ibridizzazione de novo, sia una strategia promettente per ottenere nuovi lieviti per la produzione artigianale di birra.

Lager beers, the most consumed alcoholic products worldwide, are commonly produced by cryotolerant Saccharomyces pastorianus (S. cerevisiae × S. eubayanus) natural hybrids. Although fresh aroma made lager beers the most desirable from consumers, the limited genetic diversity of lager yeasts is reflected in the low diversity of the aroma profiles of lager beers, as opposed to the immense genetic and aromatic diversity of Saccharomyces cerevisiae strains in ale brewing. Nowadays, diversification is becoming increasingly important in the brewing market and the brewers are continuously interested in improving and extending the already wide range of products by using new starter cultures, especially in craft brewery. The main goals of yeast development are to improve the production efficiency and to obtain desirable and diversified aroma profiles. The majority of rational or blind strategies, exploited in yeast genetic improvement, rely on genetically engineering (GE) techniques, that are not accepted by consumers and current regulations. In this framework, the natural isolation of novel wild type strains and their use as genetic stocks to generate new hybrids are preferred over GE techniques. Clonal selection takes advantage from the natural biodiversity of yeast populations and their habitat-related properties to provide new strains suitable to offer novel flavours and aromas to the final product. In de novo hybridization sexual recombination combines desired phenotypes into a single clone, leading to heterosis, increased homeostasis, phenotypic novelty, and semi-dominance for some traits. In this work, we investigated the potentiality of S. cerevisiae wild strains isolated from sourdoughs for the production of craft beer. Further, we generated one novel artificial hybrid between a sourdough-isolated S. cerevisiae strain and S. eubayanus NBRC1948 for brewing at low temperature. Four Maiorca sourdough samples were kindly provided from bakeries located in Sicily. Twenty-five yeast isolates were identified by analysing two portions of the 35S rDNA cistron including the D1/D2 domains of the 26S rRNA gene and the internal transcribed spacers (ITS) 1 and 2. The identified species were Wickerhamomyces anomalus (13 isolates), S. cerevisiae (7 isolates), Pichia kluyveri (2 isolates), Candida diddensiae (2 isolates), and Candida boidinii (1 isolate). (GTG)5 and (GAC)5 MSP-PCRs showed different genotypic profiles from isolates belonging to the same species, which indicates effective differentiation at subspecies level. Sourdough-derived S. cerevisiae strains were screened for fermentative performance in wort at laboratory scale and 5 bakery strains were used for comparative purpose. Strain Y17 reached 7.3% ABV and overcame all tested strains in fermentation rate, including the bakery strain Suomen Hiiva used in Finnish Sahti beer production. Two litres-scale fermentation confirmed Y17 as the fastest beer-fermenting strain (7.9% ABV). Furthermore, strains Y15 and Y17 showed remarkable production of desirable aroma compounds 3-methylbutyl acetate (banana-like aroma) and ethyl hexanoate (apple-like aroma). Spore-to-spore method was successful to create the hybrid Y15.2B x NBRC1948, harbouring the S. cerevisiae mtDNA. The hybrid showed better fermentation rate than the parental strains and artificial hybrids previously created for wine production both in wort fermentation assays both at laboratory (20°C) and 2-liters (12°C) scales. The hybrid showed a desirable production of 3-methylbutyl acetate and ethyl hexanoate higher than the perception thresholds. In conclusion, we demonstrated that bioprospecting of natural biodiversity of sourdough yeasts, coupled with de novo hybridization, is a promising strategy to create brewing yeasts exploitable for the craft brewing process.