INTERAZIONE LIEVITO-LIEVITO DURANTE LA FERMENTAZIONE ALCOLICA DEL VINO

The present thesis aimed to evaluate the S. bacillaris and S. cerevisiae interaction in sequential fermentation during wine alcoholic fermentation; the first study evaluated the effects of 13 S. bacillaris strains in sequential fermentation with S. cerevisiae on the protein stability of three white wines. The produced wines increased polysaccharides and mannoproteins content in the medium and were correlated with reduced turbidity demonstrating that S. bacillaris has a wine-stabilizing effect (Chapter 1). In order to understand the effects of released polysaccharides and mannoproteins, we run sequential and single-strain fermentations with both S. bacillaris and S. cerevisiae. After completing alcoholic fermentation, the supernatants were recovered and purified. Polysaccharides were quantified and exoproteome characterized, and the extracts were added to the unstable wine. All extracts showed a heat-stabilizing effect on wine, with the greatest turbidity reduction by SEQ-FRI751 (- 52%) and SEQ-PAS13 (- 47%) extracts. Key proteins identified in the SEQs extracts (Scw4p, MKC7 and glucan 1,3-beta-glucosidase) might have a relevant role and could positively influence wine protein stability (Chapter 2). To better understand the S. bacillaris - S. cerevisiae interaction a proteomic approach was performed focused on cell wall proteins modification during single strain and sequential fermentation in synthetic must. We collected yeast cell pellets at three different time points and shotgun proteomics was run. Proteome analysis revealed that the presence of S. bacillaris led to an overexpression of proteins associated with the yeast cell wall and secretome and increases the abundance of proteins from S. cerevisiae, especially Scw4p. The increase of target proteins, particularly cell wall proteins during sequential fermentation seems to positively affect wine characteristics and quality (Chapter 3). After the vinification process, the remaining yeast biomass is a source of peptides but is generally considered a waste in the wine industry. Sustainable actions aimed at valorizing this by-product are emerging, exploring possible beneficial effects on human health. Therefore, the present study aimed to recover the yeast biomass after S. bacillaris FRI751 and S. cerevisiae EC1118 single and sequential fermentations in a synthetic must, and evaluate their potential bioactive peptides after completing in vitro gastrointestinal digestion. The digested extracts demonstrated potential bioactivities, mainly antihypertensive, particularly evident in FRI751 extract. Besides, the FRI751 extract showed an antiobesity effect (Chapter 4). In conclusion, the present thesis increased the knowledge of S. bacillaris – S. cerevisiae interaction starting to light up the molecular mechanisms responsible for the positive effects on wine quality reached by the sequential fermentation approach. Besides, the high number of bioactive peptides produced by S. bacillaris after in vitro digestion can constitute the starting point for designing an innovative and exciting strategy to valorize the yeast lees obtained after wine sequential fermentations.

la presente tesi ha avuto lo scopo di valutare l'interazione tra S. bacillaris e S. cerevisiae durante la fermentazione alcolica del vino. Il primo studio ha valutato gli effetti di 13 ceppi di S. bacillaris e uno di S. cerevisiae impiegati in fermentazione sequenziale sulla stabilità proteica di tre vini bianchi. Nei vini prodotti il contenuto di polisaccaridi e mannoproteine è aumentato ed è stata osservata una riduzione della torbidità, dimostrando che S. bacillaris contribuisce alla stabilizzazione del vino (Capitolo 1). Per meglio comprendere gli effetti dei polisaccaridi e delle mannoproteine rilasciati, sono state condotte altre fermentazioni singole e sequenziali impiegando S. bacillaris e S. cerevisiae come starter. A fermentazione conclusa, i supernatanti sono stati recuperati e purificati. I polisaccaridi sono stati quantificati e gli esoproteomi caratterizzati.Successivamente gli estratti sono stati aggiunti al vino instabile. Tutti gli estratti hanno mostrato un effetto stabilizzante sul vino, con una maggiore riduzione della torbidità da parte degli estratti SEQ-FRI751 (- 52%) e SEQ-PAS13 (- 47%). Sono state identificate proteine chiave negli estratti SEQ (Scw4p, MKC7 e glucano 1,3-beta-glucosidasi) che sembrano avere un ruolo rilevante e potrebbero influenzare positivamente la stabilità proteica del vino (Capitolo 2). Per comprendere meglio l'interazione S. bacillaris - S. cerevisiae è stato seguito un approccio proteomico focalizzato sulla valutazione delle modificazioni delle proteine di parete durante la fermentazione sequenziale in mosto sintetico. E’ stata effettuata la raccolta di cellule di lievito in tre diversi momenti del processo fermentativo e, utilizzando un approccio shotgun, il proteoma è stato analizzato. L’analisi ha rivelato che la presenza di S. bacillaris porta alla sovraespressione delle proteine associate alla parete cellulare del lievito e delsecretoma e incrementa la quantità di proteine in S. cerevisiae, in particolare Scw4p. L’incremento di proteine target, in particolare quelle della parete cellulare durante la fermentazione sequenziale, sembra influenzare positivamente le caratteristiche e la qualità del vino (Capitolo 3). La biomassa del lievito a fine fermentazione è una fonte di peptidi, nonostante ciò, ad oggi è ancora uno dei principali sottoprodotti che l’industria enologica deve occuparsi di smaltire. In un’ottica di sostenibilità stanno emergendo azioni volte ad ottenere la valorizzazione di questo sottoprodotto focalizzando l’attenzione su possibili effetti benefici per la salute umana. Pertanto, in questo studio è stata recuperata la biomassa di S. bacillaris FRI751 e S. cerevisiae EC1118 dopo fermentazioni singole e sequenziali ottenute in mosto sintetico con lo scopo di valutare la presenza di potenziali peptidi bioattivi ottenuti dopo digestione gastrointestinale in vitro. Tutti gli estratti digeriti hanno mostrato bioattività potenziali, principalmente antipertensive; tuttavia, il numero più alto di potenziali biopeptidi è stato osservato nell’estratto ottenuto dalla fermentazione di S. bacillaris FRI751. Inoltre, l'estratto FRI751è stato l’unico che ha mostrato un potenziale effetto antiobesità (Capitolo 4). In conclusione, il lavoro riportato in questa tesi ha ampliato le conoscenze relative alle interazioni che si verificano tra S. bacillaris e S. cerevisiae durante il processo fermentativo, permettendo di fare luce sui mecchanismi molecolari che le determinano e che sono responsabili degli effeti sulla qualità dei vini ottenuti mediante fermentazione sequenziale. Infine, l’elevato numero di peptidi bioattivi identificati nella biomassa di S. bacillaris, dopo digestione in vitro, costituisce un ottimo punto di partenza per la progettazione di una strategia innovativa per la valorizzazione delle fecce di lievito ottenute mediante fermentazione sequenziale