Riassunto analitico
Beer is a fermented beverage with a history as old as human civilization and its productive process has been spread all around the world becoming unique in every country and iconic of entire populations. Ales and lagers are by far the most common beers; however, the combination of raw materials, manufacture techniques and aroma profiles are almost infinite, so it is not surprising to notice that there is a large amount of different beer styles, each of them with unique characteristics. One of the major components that can have a deep impact on the final product is yeast, since it is able to pursue the metabolic reaction that can convert carbohydrates in wort, especially maltose and maltotriose, into ethanol, carbon dioxide and other minor compounds. Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces pastorianus are most used in breweries. However, an increasing number of different yeast starter cultures are commercially available, as new starter strains are critical differentiating factors among beers, especially in craft brewing. As consequence, it is becoming popular the research of novel reservoir in which isolate new performant yeasts. An interesting example which is catching the attention of many researchers are sourdoughs, since yeasts obtained from it have resulted strongly performant during wort fermentation. A yeast can be described as suitable for brewing in force of some typical desired traits, such as the ability to ferment maltose and maltotriose, to grow in relative low temperatures, to produce a particular aroma profile avoiding undesired compounds. To obtain all the desired traits in one single yeast cell the main technique used is the hybridization, which is the mating occurring between two different parental strains that can lead to a zygote with enhanced performance regarding both parents. Hybridization can be carried out in different ways, such as spore-to-spore mating, mass mating and rare-mating. In this study, we aimed at de novo creating, by spore-to-spore method, beer hybrids which combine good sugar utilization from S. cerevisiae strains isolated from sourdoughs and cold tolerance from species of Saccharomyces sensu stricto complex, such as S. uvarum and S. eubayanus, which exhibit the ability to stay metabolically active at the relative low temperature of about 12 °C. The aptitude of 7 S. cerevisiae sourdough strains to be exploited in cross-breeding was firstly evaluated by determining spore viability and sporulation efficiency. Spore viability was higher than 45% for except of strains Y17, while sporulation efficiency was higher than 30% for 5 out of 7 tested strains. MAT-PCR of monosporic clones supported that the majority of sourdough strains were HO/ho heterozygous, suggesting that they produce 50% mating-competent progenies. All sourdough strains were able ferment maltose and 6 strains were able to consume maltose as fast as glucose. We constructed two sets of S. cerevisiae x S. uvarum (11 hybrids) and 3 sets of S. cerevisiae x S. eubayanus (32 hybrids). Hybrid validation was carried out by PCR-RFLP of rDNA ITS regions and Pulsed Field Gel Electrophoresis (PFGE). All hybrids displayed ITS and chromosomal additive profiles. Three interspecies hybrids were tested for 15°P wort fermentation at laboratory scale. Hybrids generally performed better than parental strains, while S. cerevisiae x S. eubayanus hybrids were more performant than hybrid S. cerevisiae x S. uvarum under brewing conditions. In conclusion, the present work demonstrated that 1) S. cerevisiae sourdough strains are highly exploitable in cross-breeding for brewing; 2) S. eubayanus is better than S. uvarum when constructing yeast hybrids that express the typical beer yeast phenotype. Finally, we provided a collection of novel interspecies hybrids for future exploitation as beer starter
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Abstract
La birra è una bevanda fermentata con una storia antica come la civiltà umana, il suo processo produttivo è stato diffuso in tutto il mondo diventando unico in ogni paese e iconico di intere popolazioni. Ale e lager sono le birre più comuni; tuttavia, la combinazione di materie prime, tecniche di produzione e profili aromatici è quasi infinita, quindi non sorprende notare che esiste una grande quantità di stili differenti di birra, ciascuno con caratteristiche uniche. Uno dei componenti principali è il lievito, poiché può perseguire la reazione metabolica che converte i carboidrati nel mosto, soprattutto maltosio e maltotriosio, in etanolo, anidride carbonica e altri composti minori. Saccharomyces cerevisiae e Saccharomyces pastorianus sono i più utilizzati nei birrifici. Tuttavia, un numero crescente di diverse colture starter di lievito è commercialmente disponibile, poiché nuovi ceppi permettono di differenziare le birre, specialmente nella produzione artigianale. Di conseguenza, è popolare la ricerca di nuovi serbatoi in cui isolare lieviti innovativi e performanti. Un esempio che attira l'attenzione di molti ricercatori sono gli impasti acidi, dal momento che i lieviti ottenuti sono fortemente performanti durante la fermentazione del mosto. Un lievito è descritto come adatto alla fermentazione in forza di alcuni tratti tipici, come la capacità di fermentare maltosio e maltotriosio, di crescere in temperature relativamente basse, di produrre un particolare profilo aromatico evitando composti indesiderati. Per ottenere tutti i tratti desiderati in una singola cellula la tecnica principale è l'ibridazione, che è l'accoppiamento che si verifica tra due diversi ceppi parentali che possono portare a uno zigote con prestazioni migliorate. L'ibridazione può essere effettuata in diversi modi, come l'accoppiamento spore-spore, l'accoppiamento di massa e l'accoppiamento raro. In questo studio, abbiamo mirato alla creazione de novo, tramite metodo spore-spore, di ibridi che combinano il buon utilizzo dello zucchero dai ceppi di S. cerevisiae isolati da impasti acidi e la tolleranza al freddo da specie di Saccharomyces sensu stricto, come S. uvarum e S. eubayanus, che hanno la capacità di rimanere metabolicamente attivi alla temperatura di 12°C. L'adeguatezza di 7 ceppi di S. cerevisiae da sfruttare nell'incrocio è stata valutata determinando la vitalità delle spore e l'efficienza della sporulazione. La vitalità delle spore era superiore al 45% ad eccezione di Y17, mentre l'efficienza di sporulazione era superiore al 30% per 5 su 7 ceppi testati. MAT-PCR di cloni monosporali mostrano che la maggior parte dei ceppi da impasto acido è HO/ho eterozigote, suggerendo che essi producono progenie competenti per l'accoppiamento al 50%. Tutti i ceppi erano in grado di fermentare il maltosio e 6 ceppi erano in grado di consumarlo con la stessa velocità del glucosio. Abbiamo costruito due serie di S. cerevisiae x S. uvarum (11 ibridi) e 3 serie di S. cerevisiae x S. eubayanus (32 ibridi). La convalida ibrida è stata effettuata da PCR-RFLP delle regioni ITS rDNA e elettroforesi su gel a campo pulsato (PFGE). Tutti gli ibridi hanno mostrato profili additivi cromosomici e ITS. Tre ibridi interspecie sono stati testati per la fermentazione del mosto di 15°P su scala di laboratorio. Gli ibridi generalmente si comportano meglio dei ceppi parentali, mentre gli ibridi S. cerevisiae x S. eubayanus sono risultati più performanti rispetto agli ibridi S. cerevisiae x S. uvarum in condizioni di fermentazione. In conclusione, il presente lavoro ha dimostrato che 1) i ceppi di lievito madre di S. cerevisiae sono altamente sfruttabili nell'allevamento incrociato per la produzione di birra; 2) S. eubayanus è migliore di S. uvarum nella costruzione di ibridi per la birra. Infine, abbiamo fornito una raccolta di ibridi interspecie nuovi per lo sfruttamento futuro come colture starter di birra.
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