Investigation about new concepts of yeast derivatives for winemaking with enhanced antioxidant properties and polysaccharides content

Yeast derivatives are used in winemaking for enriching wine in colloidal substances, polysaccharides and antioxidant molecules, and for improving wine stability during aging. Currently, these products are produced starting from yeast biomass subjected to thermal or enzymatic treatments and often characterized by the presence of compounds (i.e., pyrazines, fatty acids, odor active compounds) that may lead to the appearance of off-flavors when released into the wine. In addition, the only strains currently authorized for yeast derivatives production belong to Saccharomyces spp. The aim of the present research project was to produce innovative yeast derivatives for winemaking use, characterized by better chemical composition, high antioxidant properties and low odor impact, starting from non-Saccharomyces strains, by non-thermal approach. Among different spontaneous non-Saccharomyces strains, isolated from grape must and pomace, Hanseniaspora spp. has showed a good aptitude to produce compounds of enological interest – soluble colloids and antioxidant compounds – with potential use as fermentation co-starter, for improving wine aging on lees or for yeast derivatives production. Among the processing parameters evaluated in the present study, different growth conditions have differently impacted on biomass production and release of antioxidant molecules and soluble colloids, both after growth and induced lysis, with interesting results obtained once again by Hanseniaspora spp. Both strain and treatment for inducing yeast autolysis have also affected the chemical composition of derivatives, with interesting results obtained by Pichia spp. and Torulaspora spp.; emerging, non-thermal technologies – high hydrostatic pressure and ultrasounds – have seemed to be good alternatives to traditional methods for producing yeast derivatives (thermal inactivation and enzyme addition). During wine aging, the addition of yeast derivatives has allowed a good protection against wine oxidation and good wine color evolution after six months, compared to sulfite samples; wines added with derivatives obtained by enzyme addition and ultrasounds have showed the most characterized volatile profile, whereas the addition of derivatives obtained by thermal inactivation and high hydrostatic pressure have determined the poorest volatile profile in the respective added wines. The impact of non-Saccharomyces yeasts has also been evaluated under winemaking conditions. Selected strain of Hanseniaspora spp. has been used as fermentation co-starter in order to assess its impact during alcoholic fermentation and, above all, during aging on lees. The use of lees from sequential fermentation has allowed to improve the chemical composition of wine - with highest release of soluble colloids (mannan) and antioxidant compounds - together with good protection against oxidation and an improved volatile and sensory profile under real winemaking conditions. Lastly, the potential use of yeast derivatives for human nutrition has also evaluated; a certain bioactivity was observed, especially concerning antioxidant properties and hypolipidemic effect, potentially making them suitable as ingredients for functional foods preparation or dietary supplements.

I derivati di lievito vengono utilizzati nell’industria enologica allo scopo di arricchire il vino in sostanze colloidali, in particolare polisaccaridi e molecole antiossidanti, e di migliorarne la stabilità nel corso dell’affinamento. Questi prodotti sono ottenuti a partire da biomasse di lievito sottoposte a trattamenti termici o enzimatici, e spesso caratterizzati dalla presenza di sostanze (per es., pirazine, acidi grassi e composti aromatici) che, rilasciate nel vino, possono causare la comparsa di off-flavor. Inoltre, i ceppi attualmente autorizzati per la produzione di derivati appartengono al genere Saccharomyces spp. Nella presente tesi di dottorato, l’obiettivo è stato quello di produrre derivati di lievito innovativi per scopi enologici, caratterizzati da una migliore composizione chimica, maggiore attività antiossidante e minore impatto sensoriale, a partire da ceppi non-Saccharomyces, mediante l’impiego di tecnologie emergenti, non-termiche. Tra diversi ceppi di lievito non-Saccharomyces, isolati da mosto e vinacce, Hanseniaspora spp. ha mostrato una buona attitudine alla produzione di composti di interesse enologico - colloidi solubili e antiossidanti - con buone potenzialità di impiego come co-starter di fermentazione, per il miglioramento delle caratteristiche del vino durante l’affinamento o per la produzione di derivati. Tra i parametri di processo valutati nel presente studio, diverse condizioni di crescita hanno determinato una diversa produzione di biomassa e un differente rilascio di molecole antiossidanti e colloidi solubili sia in fase di crescita che dopo lisi indotta, con risultati interessanti ottenuti ancora una volta da Hanseniaspora spp. Sia il lievito di partenza che i trattamenti applicati per indurre l’autolisi hanno influenzato la composizione chimica dei derivati di lievito con interessanti risultati ottenuti utilizzando Pichia spp. e Torulaspora spp.; le tecnologie emergenti come l’alta pressione idrostatica e gli ultrasuoni sono apparse delle valide alternative ai metodi convenzionali per la produzione di derivati (trattamento termico e lisi enzimatica). In fase di affinamento di un vino bianco, l’aggiunta di derivati di lievito ha consentito una buona protezione nei confronti dell’ossidazione e una buona evoluzione del colore dopo sei mesi di contatto, in confronto ai controlli solfitati; vini addizionati con derivati ottenuti per via enzimatica e mediante ultrasuoni hanno mostrato una maggiore caratterizzazione aromatica, mentre derivati ottenuti mediante trattamento termico e alta pressione idrostatica hanno determinato un profilo aromatico più povero nei rispettivi vini. L’impatto dei lieviti non-Saccharomyces è stato valutato anche in condizioni di vinificazione. Un ceppo selezionato di Hanseniaspora spp. è stato utilizzato come co-starter di fermentazione, al fine di valutarne l’impatto al termine del processo fermentativo e, soprattutto, in fase di affinamento. L’impiego di fecce ottenute da fermentazione sequenziale ha consentito un miglioramento della composizione chimica - con un maggiore rilascio di polisaccaridi (mannani) e molecole antiossidanti - una buona protezione nei confronti dell’ossidazione, un miglioramento del profilo aromatico e sensoriale del vino, in condizioni reali di vinificazione. Infine, è stata valutato il potenziale uso dei derivati di lievito per l’alimentazione umana; è stata osservata una certa bioattività, soprattutto in termini di proprietà antiossidanti ed effetto ipolipidemico, rendendo tali prodotti potenzialmente utilizzabili come ingredienti nella preparazione di cibi funzionali o come integratori alimentari.