Evaluation of Microbiome, Selection and Improvement of Indigenous Yeast Strains of Typical Grape Varieties of Marche Region

In recent years, the attention of winemakers was focused on the spontaneous fermentations for the high aromatic complexity of final wines, due to the pool of indigenous yeasts involved in the fermentation process. These yeasts can also cause fermentation slowdowns and produce unpleasant aroma compounds. For these reasons winemakers uses selected yeast strains to obtain an efficient fermentation process and wines without defects. Native Saccharomyces cerevisiae strains with specific aromatic imprint could be used to produce recognizable wines that reflect the geographical area of vinification. However, these yeasts often do not have all the characteristics to led an efficient fermentation process, but they could be studied to improve their oenological traits. In the first part of the research, the fungal population of Verdicchio and Montepulciano grapes subjected to organic, conventional and not-treated farming system, and its evolution during spontaneous fermentation was analyzed through culture-dependent methods and Next Generation Sequencing (NGS). The results highlighted the influence of the vine variety and agronomic treatments on the yeasts community associated to the grape surface and the must. These yeasts probably contribute to the fermentation and the organoleptic properties of the resulting wines. Moreover, the NGS approach allowed to detect a greater biodiversity compared to cultural methods. However, the latter methods are fundamental to evaluate the real influence of yeasts on the fermentation process, since NGS is not able to distinguish live microorganisms from dead ones. In the second part of the research, through micro-vinification trials, the oenological properties of two native S. cerevisiae strains isolated from Verdicchio and Pecorino grapes were studied. The results showed that the two native strains exhibited a fermentation kinetics comparable to that of commercial control strains and the ability to confer a strain-specific aromatic complexity to the final product. In the third part of the research, using the hybridization technique, improved strains of indigenous S. cerevisiae were obtained, which possess the desired characteristics. The aim of the improvement was to obtain strains characterized by low production, or no-production, of hydrogen sulfide, sulfur dioxide and acetaldehyde; aspects particularly required in the organic wine production. In conclusion, it is possible to act on different aspects concerning the whole winemaking process, which together contribute to improve the wine quality and to satisfy the market and consumers demand.

Le fermentazioni spontanee hanno suscitato grande interesse negli ultimi anni, come strategia per ottenere vini con un’elevata complessità aromatica, dovuta al pool di lieviti indigeni che intervengono nel processo fermentativo. Questi lieviti possono causare anche rallentamenti di fermentazione e produrre aromi sgradevoli; motivi per i quali l’industria enologica utilizza ceppi di lievito selezionati che garantiscano una corretta fermentazione e vini privi di difetti. Ceppi nativi di Saccharomyces cerevisiae con specifica impronta aromatica, potrebbero essere usati per produrre vini riconoscibili e che riflettano l’area di vinificazione. I lieviti nativi spesso non possiedono tutte le caratteristiche per un efficiente processo fermentativo, ma potrebbero rappresentare un punto di partenza per ottenere lieviti enologici migliorati. Nella prima parte di ricerca, la popolazione lievitiforme di uva Verdicchio e Montepulciano (biologica, convenzionale e non trattata), e la sua evoluzione durante la fermentazione spontanea è stata analizzata attraverso metodi coltura-dipendente e Next Generation Sequencing (NGS). I risultati hanno evidenziato l’influenza, della varietà di vitigno e dei trattamenti agronomici, sulla comunità lievitiforme della superficie dell’uva e del mosto che potrebbero contribuire alla fermentazione ed alle proprietà organolettiche dei vini. Inoltre, l’approccio NGS ha permesso di rilevare una maggiore biodiversità rispetto ai metodi colturali. Quest’ultimi però risultano fondamentali nel valutare la reale influenza dei lieviti sul processo fermentativo in quanto l’NGS non è in grado di distinguere i microorganismi vivi da quelli morti. Nella seconda parte del lavoro, attraverso micro-vinificazioni, sono state studiate le proprietà enologiche di due ceppi nativi di S. cerevisiae isolati da uve Verdicchio e Pecorino. I risultati hanno mostrato, per i due ceppi in studio, una cinetica fermentativa paragonabile a quella di ceppi commerciali di controllo e la capacità di conferire una complessità aromatica ceppo specifica al prodotto finale. Nella terza parte di ricerca, sfruttando la tecnica di ibridazione, sono stati ottenuti ceppi migliorati di S. cerevisiae indigeni. Lo scopo del miglioramento è stato quello di ottenere ceppi basso, o non produttori, di idrogeno solforato, anidride solforosa ed acetaldeide; caratteristiche particolarmente importanti nella produzione di vino biologico. In conclusione, è possibile agire su diversi aspetti riguardanti l’intero processo di vinificazione, che insieme contribuiscono a migliorare la qualità finale del vino e soddisfare le esigenze di mercato e dei consumatori.