Riassunto analitico
Il lievito è considerato uno degli elementi chiave per il successo della fermentazione alcolica e ad esso è richiesta efficienza e versatilità: deve trasformare lo zucchero dell’uva in alcol, in accordo con le tempistiche e con le diverse condizioni di cantina e producendo composti secondari che contribuiscano positivamente all’aroma e al gusto del vino. A questo scopo è necessario selezionare “starters” che diano risultati ripetibili, che prendano la prevalenza sui microorganismi autoctoni naturalmente presenti nell’ecosistema cantina/vigna e che non producano aromi fermentativi negativi (off-flavors). Gli starter più utilizzati in vinificazione sono i lieviti secchi attivi (LSA) che da un punto di vista industriale sono il risultato di un processo di moltiplicazione e essicamento di biomassa, mentre da un punto di vista enologico sono il punto di partenza e gli attori principali della conversione da zucchero in etanolo. La produzione industriale di LSA comprende una serie di passaggi che rappresentano per il lievito fattore di stress: la fase di moltiplicazione iniziale, una fase di sospensione in mezzo inerte e successiva centrifugazione, filtrazione ed essicamento. Questi ultimi passaggi provocano al lievito stress fisico, biochimico e cellulare, quindi l’obiettivo che desideriamo raggiungere è una maggiore resistenza a questi stress per evitare influenze negative sulla sua qualità. Un altro punto critico è la fase di reidratazione nella quale il lievito riassorbe l’acqua persa durante il processo di essicamento ed esce da uno stato di “quiescenza” riprendendo le sue funzioni vitali. La sperimentazione PhD ha lo scopo di valutare alcuni aspetti tecnologici e fisiologici della produzione industriale di biomassa degli LSA e della fase di reidratazione. Il primo risultato è stata la messa a punto di idonee procedure di valutazione della vitalità cellulare e dell’attività metabolica e fermentativa di un LSA; tecniche oggettive, facili e ripetibili che hanno restituito risultati affidabili. E’ stata valutata la vitalità cellulare, intesa come rapporto cellule vive/cellule morte (tramite colorazione con soluzione Fink&Kules) e l’attività metabolica, misurata come calo ponderale, ma anche valutando le peculiarità fisiche di un preparato in reidratazione. Queste specifiche possono essere ulteriormente indagate applicando metodi, come la tecnica citofluorimetrica, non ugualmente rapidi, ma potenti in termini di informazioni sulla vitalità e sullo stato di salute cellulare. Durante la produzione industriale abbiamo modificato la nutrizione azotata, sostituendo in diverse percentuali l’azoto inorganico con quello aminoacidico e abbiamo valutato gli effetti di questi cambiamenti sulla vitalità prima e dopo la fase di essicazione. L’utilizzo di nutrienti organici in abbinamento ad azoto inorganico ha permesso di avere un quantitativo di biomassa maggiore rispetto al solo azoto inorganico e una maggior resistenza al processo di essicazione, se si valuta il numero di cellule vive prima e dopo questo step. Per quel che riguarda la preparazione di LSA in cantina, abbiamo individuato le procedure ottimali per poter reidratare I lieviti e ridurre lo stress dovuto al processo: importante la temperatura dell’acqua e la presenza di zucchero e altri soluti per contrastare la pressione osmotica e per “aiutare” i lieviti nella ripresa dell’attività metabolica. Anche in questo caso i risultati sono stati valutati in termini di vitalità, attività metabolica e prove fermentative. Il progetto ha quindi messo in evidenza come il controllo puntuale dei parametri di processo consenta di avere a disposizione preparati commerciali di ADY con caratteristiche di alta energia fermentativa, condizione necessaria per una guida razionale del processo produttivo
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Abstract
Yeast is considered one of the key instruments for the success of the wine fermentation process and it is required to be both effective and versatile: it has to transform the grape sugar into alcohol, to do it strictly according to production times, to cope with the most different cellar conditions and to produce some secondary compounds, positively contributing to the wine aroma and taste. To obtain such features, it is necessary to select starters that give repeatable results, ensuring the prevalence over the indigenous microorganisms naturally present in cellar/wine ecosystem and not producing negative fermentation aromas (off-flavors). Currently the most widely used starter formulation in winemaking is represented by active dry yeast (ADY) that under the industrial point of view are the result of a multiplication and drying of biomass, under the enological point of view, they are the primary actors of the conversion of sugar to ethanol. The industrial production of ADY involves a series of steps, some of which may represent a stress factor for the preparations: an initial multiplication stage, with a continuous nutrition (fed - batch) in aerobic conditions, then a suspension stage on an inert support (potato starch) and subsequent centrifugation, filtration and drying. These latter steps give the yeasts physical, biochemical and cellular stress, therefore the aim we wish to reach is to improve the yeast adaptation to these critical steps in order not to affect its quality. Another critical point is the rehydration stage, in which the yeast has to re-uptake the water lost during the drying process, in order to get out of a state of "quiescence" and resume its vital functions. The first result obtained with this PhD project was the development of procedures for assessing cell viability, metabolic and fermentative activity of an ADY; objective, easy and repeatable techniques that have returned reliable results. In particular we evaluated cell viability the ratio of live cells / dead cells (with Fink & Kules solution) and metabolic activity, measured as weight loss during fermentation, but also the physical characteristics of an ADY preparation in rehydration: the sum of these measures give a good descriptive grade of the ideal characteristics an ADY. These specifications can be further investigated by also applying methods such as the cytofluorimetric technique, not equally rapid, but powerful both in terms of vitality information and in terms of activities measured as a state of cellular health. During industrial production stages, we have modified the nitrogenous sources, by replacing the inorganic nitrogen with amino acids at different ratio, and we have evaluated the effects of these changes on viability of biomass before and after drying phase. The use of organic nutrients in combination with inorganic nitrogen has allowed a greater quantity of biomass compared to inorganic nitrogen alone and a greater resistance to the drying process, if the number of live cells is evaluated before and after this step. For what concerns the preparation of ADY to be used in the winery we identified the optimal procedure to rehydrate the yeasts and reduce the stress due to the process: temperature of the water, the presence of sugar and other solutes to counteract the pressure osmotic and to "help" the yeast in the recovery of metabolic activity. Also in this case the results were evaluated in terms of vitality, metabolic activity and fermentation tests. The project has therefore highlighted how the precise control of the process parameters allows to have available commercial preparations of ADY with high fermentation energy characteristics, a necessary condition for a rational guide of the production process
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