Caracterización y mejora de la resistencia de las levaduras vínicas a la deshidratación en la producción de Levadura Seca Activa.

Abstract

Actualmente en la mayoría de las bodegas, los vinos se elaboran a partir de mostos inoculados con cultivos de levaduras vínicas seleccionadas, cultivos iniciadores que suelen comercializarse en forma deshidratada denominada Levadura Seca Activa (LSA). La producción de LSA conlleva el procesado y deshidratación de la biomasa de levadura hasta obtener un producto final con un porcentaje de humedad residual por debajo de 8 %. Este procesamiento produce cierta pérdida de viabilidad y vitalidad en las células de levadura que puede reflejarse en su eficiencia para desarrollar el proceso posterior de vinificación. Los análisis comparativos realizados en nuestro grupo de investigación entre células de levadura frescas y células deshidratadas, incluido este trabajo, muestran que se produce una importante pérdida de capacidad fermentativa durante la deshidratación indicando la necesidad de conocer a nivel molecular el efecto de este proceso sobre las células de levadura con el fin de diseñar estrategias de mejora biotecnológicas.<br/>En este trabajo se ha abordado el estudio del estado fisiológico de la levadura vínica T73 durante la etapa de procesamiento y deshidratación. Por un lado, se ha caracterizado la respuesta a estrés desencadenada en la célula de levadura vínica durante el proceso de deshidratación a partir de muestras obtenidas en simulaciones de la producción industrial de LSA a escala de laboratorio, para las cuales fue necesario el diseño previo de dicha simulación, y su contrastación con muestras obtenidas en simulaciones a escala de planta piloto y lotes industriales de LSA. Este análisis comparativo de simulaciones del proceso industrial a diferentes escalas muestra diferencias evidentes en las propiedades tecnológicas de las levaduras, dependientes de la modalidad del cultivo empleado para la propagación de la biomasa y de los protocolos de deshidratación aplicados, aunque sin invalidar el uso de aproximaciones a escala de laboratorio como herramienta inicial para el abordaje de los puntos críticos del proceso industrial. La respuesta molecular observada en las células de levadura a nivel de expresión génica y parámetros bioquímicos de estado redox y la evaluación del daño oxidativo celular en las diferentes simulaciones presentaron ciertas similitudes que condujeron a destacar la existencia de estrés oxidativo durante la deshidratación y la respuesta a este estrés como una de las más relevantes.<br/>Por otro lado, se ha estudiado el efecto de la acumulación de trehalosa en el estado fisiológico de la levadura durante el secado. Esta molécula se ha descrito como metabolito de protección frente a diversos estreses, entre ellos la deshidratación, por lo que se han construido mediante técnicas de ingeniería genética cepas vínicas sobreacumuladoras de trehalosa en las que han sido eliminadas sus actividades degradativas por deleción de los genes correspondientes. El estudio previo realizado en cepas de laboratorio en condiciones de deshidratación osmótica por adición de NaCl, y posteriormente el estudio en la cepa vínica T73 en condiciones de simulación de la deshidratación industrial, indicaron que la actividad trehalasa ácida Ath1p participa en la movilización de trehalosa intracelular y que, junto con la trehalasa neutra Nth1p y la trehalasa Nth2p, de la que se desconocía su participación en la hidrólisis de este metabolito, constituyen una maquinaria degradativa de trehalosa que compatibiliza la acumulación de este disacárido durante la respuesta a estrés con su rápida eliminación para la adecuada recuperación del crecimiento. Además la deleción del gen ATH1 en la cepa vínica T73 se perfiló como una estrategia de modificación genética adecuada para la mejora de la resistencia a la deshidratación.

Nowdays, the use of yeast starter cultures for grape must inoculation is an extended practice in wineries. They are mainly in the form of Active Dry Yeast (ADY) with less than 8 % residual moisture. The wine yeast dehydration can produce viability and vitality lost affecting negatively to the subsequent vinification process. This study includes a molecular and physiological characterization of the stress response in the wine yeast strain T73 during handling and drying processes to obtain ADY under laboratory simulation and in pilot plant scales, and results have been compared to industrial stocks. Similars results at different ADY production scales were observed in the analysis of the stress gene markers expression, and also in redox biochemical parameters and oxidative cell damage evaluations, indicating that the oxidative stress was predominant during the wine yeast drying process. <br/>Furthermore, the trehalose protective effect in wine yeast during dehydration was analyzed. Trehalose overaccumulating wine yeast strains were obtained by deletion of the genes coding for trehalose degradative activities. Previous studies with laboratory yeast strains and the subsequent study with T73 industrial strain showed the relevance of neutral trehalase activity Nth1p, but also acid trehalase activity Ath1p and a novel trehalase activity coding for Nth2p that also participates in intracellular trehalose movilization. This trehalose degradative machinery is necesary for yeast cells to recover growth after stress. In addition, the ATH1 gene deletion in T73 wine yeast was a suitable genetic modification strategy to improve drying resistance in yeast.