| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 5.83 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
The research presented in this thesis explores the interactions between certain phenolic compounds
that are naturally present in wines and the microorganisms that are generally present in this medium.
The interactions studied include the effects on microbial growth and metabolism, the intra-specific
diversity of Oenococcus oeni and the evolution of volatile and non-volatile compounds during
malolactic fermentations (MLF) and subsequent storage. The ability of several strains of lactic acid
bacteria (LAB) to release hydroxycinnamic acids (HCA) from their tartrate derivative forms
((hydroxy)cinnamoyl-tartaric acids) was also studied.
Metabarcoding analysis of 16 different wines analyzed at the post-malolactic stage was performed
using sequence data from 16S (for bacteria) and ITS2 (for fungi) amplicons. Similar patterns were
observed in all wines at this level of discrimination, with Saccharomyces cerevisiae yeasts and
bacteria from the genera Acetobacter, Gluconobacter and Swaminathania being the most abundant
taxa. Concerning the profiles of phenolics and volatiles, red and white wines were grouped
separately, and French and Spanish wines tended to cluster together.
The effects of kaempferol, trans-caffeic and trans-caftaric acids (added at 10 mg/L) on the microbial
growth and metabolism were explored in non-inoculated and inoculated wine (O. oeni) and wine
mixed with MRS (de Man, Rogosa & Sharpe). The strongest impact on microbial growth, malolactic
and general metabolic activity in LAB, was noted for kaempferol, with trans-caftaric acid showing the
weakest. The effects of each phenolic compound varied according to the medium used, the type of
MLF (inoculated or not) and the O. oeni strain inoculated (OenosTM or CH35TM).
Using concentrations normally encountered in wines as a reference, flavan-3-ols ((+)-catechin and
(-)-epicatechin), flavonols (kaempferol and quercetin), HCA (trans-p-coumaric and trans-ferulic
acids) and trans-resveratrol were studied in experiments with non-inoculated wines and wines
inoculated with OenosTM. Depending on its concentration, (+)-catechin positively impacted the yeast
population, activated or delayed malic acid degradation or inhibited the growth of bacteria. All
phenolics tested, at all concentrations tested, delayed citrate consumption in inoculated samples.
The effect of flavonols and trans-resveratrol on the O. oeni diversity was dependent on the strains
under study. An increase in trans-p-coumaric and trans-ferulic acid levels appeared to induce the
release of trans-caffeic acid from one of its precursors, possibly via an increase in cinnamoyl esterase
activity of some strains. Flavan-3-ols and flavonols inhibited the growth of these bacteria during
storage. The phenolics tested affected specific enzymatic systems responsible for the production
and degradation of important metabolites involved in the organoleptic quality of the wines.
Cinnamoyl esterase (CE) activity of wine microbes can be relevant as it confers the capacity to
modulate the phenolic acid composition of a wine by liberating these from otherwise seemingly
biologically unavailable, tartrate derivatives. Five commercial strains of O. oeni were studied in this
respect, three exhibiting CE activity (OenosTM, CiNeTM and CH35TM) and two not (CH16TM and
CH11TM). CE activity was detected in cell-free extracts of the three CE positive (CE+) strains and
one of the CE negative (CE-) strains. From comparative genome analysis, no gene exclusive to the
3 CE+ was detected and the inference that membrane transport differences might be behind
differences in CE activity was also not conclusively supported. This hypothesis needs to be further
explored as does the possibility of the involvement of wine molecules and of more than one enzyme
in the CE activity.
A investigação apresentada nesta tese explora as interações entre certos compostos fenólicos naturalmente presentes nos vinhos e os microrganismos geralmente presentes neste mesmo meio. As interações estudadas incluem os efeitos no crescimento e metabolismo microbiano, a diversidade intra-específica de Oenococcus oeni e a evolução de compostos voláteis e não voláteis durante a fermentação malolática (FML) e subsequente armazenamento dos vinhos. Foi também estudada a capacidade de várias estirpes de bactérias de ácido láctico (BAL) para liberar ácidos hidroxicinâmicos (AHCs) a partir dos correspondens ácidos hidroxicinamoil-tartáricos . A análise de metabolismo de 16 vinhos diferentes analisados na fase pós-malolática foi realizada usando dados de sequência de amplicons 16S (para bactérias) e ITS2 (para fungos). Foram observados padrões semelhantes em todos os vinhos neste nível de discriminação, tendo sido os géneros Saccharomyces cerevisiae e Acetobacter, Gluconobacter e Swaminathania, os mais abundantes. No que diz respeito aos perfis de compostos fenólicos e voláteis, os vinhos tintos e brancos foram agrupados separadamente e os vinhos franceses e espanhóis tenderam a agruparse em conjunto. Os efeitos do kaempferol e dos ácidos trans-caféico e trans-caftárico (adicionados a 10 mg/L) no crescimento e metabolismo microbiano foram explorados em vinho puro e em vinho misturado com o meio de cultura MRS (de Man, Rogosa & Sharpe) em experiencias inoculadas e não-inoculadas com O.oeni. O impacto mais forte no crescimento microbiano, atividade malolática e atividade metabólica geral no BAL, foi observado para o kaempferol, tendo o ácido trans-cafárico mostrando o efeito mais fraco. Os efeitos do cada composto fenólico variaram de acordo com o meio utilizado, o tipo de FML (com ou sem inoculação) e a estirpe de O. oeni inoculada (OenosTM ou CH35TM). Utilizando concentrações encontradas no vinho como referência, foram estudados vários compostos fenólicos, nomeadamente: flavan-3-óis ((+)-catequina e (-)-epicatequina), flavonóis (kaempferol e quercetina), HCA (ácidos trans-p-cumárico e trans-ferúlico) e trans-resveratrol em experiências com vinhos não inoculados e inoculados com OenosTM. Dependendo na sua concentração, a presença de (+)-catequina causou um impacto positivo na população de leveduras, ativou ou retardou a degradação do L-ácido málico ou inibiu o crescimento de bactérias. Todos os fenólicos testados, em todas as concentrações, atrasaram o consumo de ácido cítrico por BAL nas amostras inoculadas. O efeito de flavonóis e de trans-resveratrol na diversidade de O. oeni foi estudado, tendo-se observado ser dependente das estirpes em estudo. O aumento nos níveis de ácido transp-cumárico e trans-ferúlico pareceu induzir a liberação de ácido trans-caféico a partir de um dos seus precursores, possivelmente através de um aumento na atividade da cinamoil-esterase de algumas estirpes. Os flavan-3-óis e flavonóis testados inibiram o crescimento destas bactérias durante o armazenamento. Os compostos fenólicos testados afetaram sistemas enzimáticos responsáveis pela produção e degradação de importantes metabolitos envolvidos na qualidade organolética dos vinhos. A presença da enzima cinamoil-esterase (CE) nos microrganismos do vinho é relevante, uma vez que confere a capacidade de modular a composição de ácidos fenólicos de um vinho (que, de outro modo, não biologicamente disponíveis) através da quebra da ligação éster dos ácidos iii hidroxicinamoil-tartáricos. Cinco estirpes comerciais de O. oeni foram estudadas a este respeito, três exibindo atividade de CE (OenosTM, CiNeTM e CH35TM) e duas não (CH16TM e CH11TM). A atividade de CE foi detetada em extratos livres de células das três estirpes CE positiva (CE+) e uma das estirpes CE negativa (CE-). A partir da análise comparativa do genoma, não foi detetado nenhum gene exclusivo para as três estirpes CE+ e a inferência de que as diferenças na capacidade de transporte da membrana pudessem estar por trás das diferenças na atividade do CE, também não foi apoiada conclusivamente. Esta faceta merece ser mais explorada, assim como a possibilidade do envolvimento de moléculas de vinho e de mais enzimas na atividade da CE.
A investigação apresentada nesta tese explora as interações entre certos compostos fenólicos naturalmente presentes nos vinhos e os microrganismos geralmente presentes neste mesmo meio. As interações estudadas incluem os efeitos no crescimento e metabolismo microbiano, a diversidade intra-específica de Oenococcus oeni e a evolução de compostos voláteis e não voláteis durante a fermentação malolática (FML) e subsequente armazenamento dos vinhos. Foi também estudada a capacidade de várias estirpes de bactérias de ácido láctico (BAL) para liberar ácidos hidroxicinâmicos (AHCs) a partir dos correspondens ácidos hidroxicinamoil-tartáricos . A análise de metabolismo de 16 vinhos diferentes analisados na fase pós-malolática foi realizada usando dados de sequência de amplicons 16S (para bactérias) e ITS2 (para fungos). Foram observados padrões semelhantes em todos os vinhos neste nível de discriminação, tendo sido os géneros Saccharomyces cerevisiae e Acetobacter, Gluconobacter e Swaminathania, os mais abundantes. No que diz respeito aos perfis de compostos fenólicos e voláteis, os vinhos tintos e brancos foram agrupados separadamente e os vinhos franceses e espanhóis tenderam a agruparse em conjunto. Os efeitos do kaempferol e dos ácidos trans-caféico e trans-caftárico (adicionados a 10 mg/L) no crescimento e metabolismo microbiano foram explorados em vinho puro e em vinho misturado com o meio de cultura MRS (de Man, Rogosa & Sharpe) em experiencias inoculadas e não-inoculadas com O.oeni. O impacto mais forte no crescimento microbiano, atividade malolática e atividade metabólica geral no BAL, foi observado para o kaempferol, tendo o ácido trans-cafárico mostrando o efeito mais fraco. Os efeitos do cada composto fenólico variaram de acordo com o meio utilizado, o tipo de FML (com ou sem inoculação) e a estirpe de O. oeni inoculada (OenosTM ou CH35TM). Utilizando concentrações encontradas no vinho como referência, foram estudados vários compostos fenólicos, nomeadamente: flavan-3-óis ((+)-catequina e (-)-epicatequina), flavonóis (kaempferol e quercetina), HCA (ácidos trans-p-cumárico e trans-ferúlico) e trans-resveratrol em experiências com vinhos não inoculados e inoculados com OenosTM. Dependendo na sua concentração, a presença de (+)-catequina causou um impacto positivo na população de leveduras, ativou ou retardou a degradação do L-ácido málico ou inibiu o crescimento de bactérias. Todos os fenólicos testados, em todas as concentrações, atrasaram o consumo de ácido cítrico por BAL nas amostras inoculadas. O efeito de flavonóis e de trans-resveratrol na diversidade de O. oeni foi estudado, tendo-se observado ser dependente das estirpes em estudo. O aumento nos níveis de ácido transp-cumárico e trans-ferúlico pareceu induzir a liberação de ácido trans-caféico a partir de um dos seus precursores, possivelmente através de um aumento na atividade da cinamoil-esterase de algumas estirpes. Os flavan-3-óis e flavonóis testados inibiram o crescimento destas bactérias durante o armazenamento. Os compostos fenólicos testados afetaram sistemas enzimáticos responsáveis pela produção e degradação de importantes metabolitos envolvidos na qualidade organolética dos vinhos. A presença da enzima cinamoil-esterase (CE) nos microrganismos do vinho é relevante, uma vez que confere a capacidade de modular a composição de ácidos fenólicos de um vinho (que, de outro modo, não biologicamente disponíveis) através da quebra da ligação éster dos ácidos iii hidroxicinamoil-tartáricos. Cinco estirpes comerciais de O. oeni foram estudadas a este respeito, três exibindo atividade de CE (OenosTM, CiNeTM e CH35TM) e duas não (CH16TM e CH11TM). A atividade de CE foi detetada em extratos livres de células das três estirpes CE positiva (CE+) e uma das estirpes CE negativa (CE-). A partir da análise comparativa do genoma, não foi detetado nenhum gene exclusivo para as três estirpes CE+ e a inferência de que as diferenças na capacidade de transporte da membrana pudessem estar por trás das diferenças na atividade do CE, também não foi apoiada conclusivamente. Esta faceta merece ser mais explorada, assim como a possibilidade do envolvimento de moléculas de vinho e de mais enzimas na atividade da CE.
Description
Keywords
Wine Phenlic compounds Lactic acid bacteria Volatiles Vinho Compostos phenolicos Bactérias de ácido láctico Compostos voláteis