Вино - это архетипичный напиток традиционного брожения с сильными территориальными и социокультурными связями. Его 7000-летняя история пронизана традицией инноваций. Каждая инновация, повышающая ценность — будь то на винограднике, винодельне, в цепочке поставок или на рынке, — которая привела к появлению новой традиции, стимулировала прогресс и создавала светлое будущее на основе прошлых разработок.
В некотором смысле винные традиции можно определить как запоминающиеся инновации из далекого прошлого — унаследованные знания и мудрость, которые выдержали испытание временем. Таким образом, не следует априори предполагать, что традиции и инновации - полярные противоположности. Отношения между силами, движимыми якорями традиций, и крыльями инноваций не обязательно предполагают смещение, конфликт или исключительность.
Инновации могут укрепить винодельческие традиции, а переосмысление традиционной практики, подхода или концепции может способствовать инновациям. Там, где инновация, меняющая парадигму, разрушает традицию, процесс перехода такой инновации в радикально новую традицию может затянуться, пока сторонники различных мнений не остановят его. Иногда эти противоречивые мнения основаны на фактах, а иногда и нет.
Несовершенство подобных дебатов между “древними” и “современниками” может время от времени стирать грань между мифом и реальностью. Поэтому найти правильный баланс между традициями, которые стоит сохранить, и инновациями, которые стоит внедрять, может быть непросто. Цель здесь - использовать творческое напряжение между научной фантастикой и научным фактом, когда первые принципы инноваций бросают вызов существующему положению вещей, пересматривая основополагающие принципы основной традиционной концепции, такой как терруар.
Связь дрожжей с качеством вина и удовлетворением потребителей
Для виноделов инновации означают понимание своих потребителей и превосходство их ожиданий. Они должны предвидеть, что любители вина сегодняшнего и завтрашнего дня захотят увидеть, понюхать, потрогать, попробовать на вкус, ощутить и услышать. Чтобы добиться успеха в этом, виноделы все больше полагаются на строгую науку и технические ноу-хау для создания великолепных впечатлений от вин.
По-настоящему великолепные вина рождаются в результате удачного сочетания сорта винограда и терруара, с одной стороны, и технологий, инноваций и мастерства - с другой. В этом столетии виноделие превратилось в отрасль, где искусство встречается с наукой, включая науку, лежащую в основе биологии дрожжей и процесса ферментации. Опираясь на надежные исследования и научно обоснованные данные, виноделы могут внести свой индивидуальный вклад в производственную цепочку, принимая хорошо обоснованные и проницательные решения относительно того, какой штамм дрожжей или комбинация штаммов дрожжей наилучшим образом приведет их продукцию к успеху на рынке.
В соответствии с ожиданиями и предпочтениями любителей вина часто используются термины “качество” и “ценность”, когда они сравнивают различные вина для покупки. В данном контексте качество относится к “внутреннему” качеству вина, то есть к тому, насколько вино удовлетворяет внешнему виду, вкусу и ощущаемой ценности. Когда потребители используют термин "ценность", они обычно имеют в виду как “внутреннюю ценность”, так и "имидж” вина в зависимости от цены.
Имидж продукта зависит от того, как вино продается, происхождения, региональной принадлежности и терруара вина, насколько экологичны методы работы винодельни, сколько медалей было присуждено на винных выставках, насколько высоко сомелье и другие влиятельные лица рынка оценивают вино и его цену. Потребители сочтут вино ценным, если продукт приятен для восприятия и узнаваем, а также имеет высокий имидж по конкурентоспособной цене.
С точки зрения ценности, которую потребители придают продукту, единственным наиболее важным фактором, определяющим восприятие потребителем вина, является его органолептическое качество, которое задействует четыре чувства: зрение, обоняние, вкус и осязание. (Рисунок 1). Профессиональные дегустаторы обычно описывают свои ощущения, ссылаясь на внешний вид, аромат, вкус и текстуру вина. Внешний вид (вид — например, мутность, налет на дне бокала, глубина цвета, оттенок, мусс), обоняние (обоняние — например, аромат и букет) и небо (вкус и осязание — аромат и ощущение во рту).
Рисунок 1: Сенсорные качества вина задействуют все пять органов чувств: зрение, обоняние, вкус, осязание и звук. На внешний вид вина может повлиять помутнение, дымчатость, осадок на дне бокала, а также глубина цвета, оттенок, муссовость). Запах вина относится как к аромату, так и к букету. Вкус вина определяется его ароматом и ощущением во рту.
Термин "аромат" обычно используется для описания ароматного запаха молодого, свежего вина, основные ароматы которого и начальные нотки свежих фруктов возникают во время дрожжевого брожения. "Букет" - это термин для обозначения более зрелых вин, которые менее свежие, но более сложные благодаря вторичным ароматам (таким как нотки компота), возникающим в результате созревания в дубе, и третичным ароматам (нотки сухофруктов и меда), формирующимся в процессе выдержки в бутылках.
Вкус относится к сладости, кислотности, горечи, солености и вкусу умами. Описание вкуса относится к текстуре и насыщенности вина, на которые влияют такие факторы, как крепость алкоголя (ощущение тепла) и танины (ощущение сухости). Структура вина описывает его кислотность, сладость, горечь (иногда), танин (в красном вине), алкоголь, массу и длину вкуса, ощущение во рту, мусс (в игристом вине), интенсивность фруктового аромата и вкуса и сложность (разнообразие и многослойность вкуса).
Вкусовые качества вина во многом определяются наличием желаемых вкусовых соединений и метаболитов в хорошо сбалансированном соотношении и отсутствием нежелательных. Абсолютные и относительные концентрации этих ароматически активных соединений важны для формирования запаха и вкуса вина.
Выбор стартового штамма Saccharomyces cerevisiae для ферментации одним штаммом или комбинации дрожжей Saccharomyces и / или несахаромицетных дрожжей для ферментации несколькими штаммами и несколькими видами на сегодняшний день является наиболее экономичным по времени и гибким способом формирования аромата и аромата в соответствии с меняющимися предпочтениями потребителя, чем пересадка виноградника, управление климатическими условиями или адаптация методов виноградарства. Это основная движущая сила нескончаемого поиска природных вариантов дрожжей, обитающих в разных терруарах, генетического улучшения хорошо охарактеризованных штаммов дрожжей и исследования различных комбинаций совместимых заквасочных культур Saccharomyces и несахаромицетов, направленных на удовлетворение меняющихся потребительских предпочтений в определенных сегментах рынка.
Винные дрожжи без сахаромицетов с активными вкусовыми качествами
Чтобы удовлетворить предпочтения потребительских рынков, где привлекательность терруара, типичность и сложность вина доминируют при принятии решений о покупке, все большее число виноделов экспериментируют с заквасками из дрожжей, не содержащих сахаромицет. Некоторые виноделы преследуют эту цель, проводя самопроизвольное брожение, в то время как другие, желающие избежать рисков вялотекущих ферментов и порчи, часто связанных с некультивированным брожением, ищут дрожжи-кандидаты для совместного культивирования в сокровищнице биоразнообразия своих виноградников и коллекций культурных растений.
Список этих так называемых “нетрадиционных” дрожжей как потенциальных кандидатов для совместного культивирования со стойкими винными штаммами S. cerevisiae растет. На данный момент наибольшее внимание в этом отношении привлекли несахаромицетные виды, к которым относятся Candida stellata, Debaryomyces vanriji, Hanseniaspora uvarum, Hanseniaspora vineae, Kazachstania gamospora, Lachancea thermotolerans, Metschnikowia pulcherrima, Pichia fermentans, Pichia kluyveri, Rhodotorula mucilaginosa, Schizosaccharomyces pombe, Torulaspora delbrueckii, Williopsis saturnus и Zygotorulaspora Florentina.
Эти стратегии ферментации с использованием нескольких видов дрожжей, по-видимому, являются эффективным способом имитировать разнообразие вкусов и сложность продукта, полученные в результате успешной спонтанной ферментации, без ущерба для эффективности ферментации, надежности и общего качества вина.
В дополнение к использованию этих дрожжей, не содержащих сахаромицетов, в совместно выращиваемых ферментах виноделы также применяют ряд различных режимов инокуляции. Некоторые модифицируют свои ферменты последовательно — сначала видами, не относящимися к Saccharomyces, и позволяют этим дрожжам участвовать в процессе ферментации, прежде чем они модифицируют бродящее сусло выбранным штаммом (-ами) закваски S. cerevisiae. Таким образом, у видов, не относящихся к Saccharomyces, есть достаточно времени, чтобы внести свой вклад в вкусовые качества вина, прежде чем они окажутся под воздействием высоких концентраций алкоголя, обусловленных устойчивостью S. cerevisiae к алкоголю быстрого брожения.
Потенциальным недостатком такого режима последовательной инокуляции является то, что несахаромицеты могут израсходовать некоторые питательные вещества, которые необходимы S. cerevisiae на более поздних стадиях процесса ферментации. Именно по этой причине некоторые виноделы предпочитают одновременно вносить закваску, не содержащую Saccharomyces, и S. cerevisiae.
Однако в рамках этой стратегии существуют вариации. Виноделы могут выбрать одновременное внесение закваски non-Saccharomyces и S. cerevisiae, но для начала использовать гораздо меньшую дозировку (количество клеток) S. cerevisiae, тем самым давая некоторое преимущество “первопроходцу” более медленным ферментаторам, не содержащим Saccharomyces, на ранней стадии ферментации.
Исходное соотношение дрожжей, не относящихся к Saccharomyces, и дрожжей S. cerevisiae в закваске является важным моментом при принятии решения о проведении контролируемого брожения вина при совместном культивировании. Выбор будет зависеть от конкретных видов и штаммов несахаромицетов и S. cerevisiae (и уровня их метаболической активности) в совместно выращиваемых “коктейлях из дрожжевой закваски”. Также важно, чтобы выбранные виды, не относящиеся к Saccharomyces, были совместимы (неантагонистичны) с сопутствующим штаммом S. cerevisiae, независимо от того, были ли они привиты последовательно или одновременно.
Еще один момент, который следует учитывать, заключается в том, можно ли выращивать несахаромицеты в виде культур активной сушки. Производители дрожжей часто пытаются оптимизировать условия выращивания и / или сушки на своих заводах для некоторых из этих дрожжей, не содержащих сахаромицетов. Несмотря на эти проблемы, в настоящее время виноделам доступны коммерческие дрожжевые закваски, и некоторые из этих “дрожжевых смесей” из нескольких видов и штаммов предварительно упаковываются в оптимальных соотношениях для повышения эффективности брожения и вкусовых качеств.
Сообщалось о разной степени успеха при использовании различных видов ферментов. Как правило, при таком совместном культивировании наблюдается снижение летучей кислотности (ответственной за ароматы уксуса), поскольку некоторые виды, не относящиеся к Saccharomyces (T. delbrueckii), выделяют низкие концентрации уксусной кислоты. Многовидовые ферменты также имеют тенденцию увеличивать выработку сложных эфиров, особенно видов Hanseniaspora и Metschnikowia. Некоторые виды, не относящиеся к Saccharomyces, выделяют ферменты, улучшающие вкус, такие как β-глюкозидаза и β-лиаза. Важно отметить, что у одних и тех же видов, не относящихся к Saccharomyces, существуют значительные различия в штаммах с точки зрения их способности влиять на вкусовые характеристики конечного продукта.
В нескольких исследованиях сообщалось о положительных сенсорных результатах, когда определенные виды, не относящиеся к Saccharomyces, сочетались с S. cerevisiae в многокомпонентных ферментах.
Активные во вкусе винные дрожжи Saccharomyces
После расшифровки генетического кода первого штамма винных дрожжей (AWRI1631) в 2008 году геномы нескольких других широко используемых коммерческих штаммов винных дрожжей, включая AWRI1796, EC1118, QA23, VIN7, VIN13 и VL3, были секвенированы и сравнены с геномами лабораторных штаммов S. cerevisiae (S288c и Sigma1278b), а также геномами коммерческих штаммов Saccharomyces, используемых в производстве выпечки, пивоварения, биотоплива, раги и саке.
Создание более светлого будущего для винных дрожжей
В эпоху преобразующих технологий, беспрецедентных прорывов и отмеченных наградами исследований в смежных областях синтетической биологии, искусственного интеллекта и квантовых вычислений мы могли бы придумать что-нибудь похуже, чем вспомнить, что научные премии, как правило, присуждаются тем исследователям, которые добились эзотерических, хотя и глубоких научных достижений в лаборатории, а не практических, например, на винодельне. Нам нужно отделить оправданный ажиотаж в лаборатории от оппортунистической гиперболы на винодельне и рынке.
Помимо научного вклада в академическую область исследований, на пути нелинейных инноваций часто возникают “мягкие” и “жесткие” воздействия. Эти два вида воздействия могут иметь преднамеренные и непреднамеренные последствия. В данном контексте жесткие воздействия относятся к тем ощутимым преимуществам, которые могут быть напрямую связаны с исследовательской инициативой (проект "Дрожжи 2.0") или изобретением (например, винные дрожжи с малиновым вкусом), тогда как мягкие воздействия, как правило, возникают в результате усвоения и использования новых идей, знаний или инноваций независимыми сторонами под косвенным влиянием (или без такового) первоначальных исследователей.
Агроиндустриальная эпоха переходит в непредсказуемое биоинформационное будущее. Жизненно важно, чтобы все заинтересованные стороны винодельческой отрасли — исследователи, отраслевые практики, политики, регулирующие органы, комментаторы и потребители — были в курсе развития этих технологий, определяющих будущее. Это включает внедрение автоматизации с поддержкой алгоритмов на биофундаунтах, ориентированной на ускорение и прототипирование биологических конструкций для инженерно-биологических приложений. Заинтересованные стороны должны воспринять творческую искру неопределенности, поскольку все мы живем в мире, где приходится ожидать неожиданного.
При этом мы можем пробудить изобретательность исследователей и практиков, заставив их по-новому взглянуть, например, на микробиомы винограда из разных виноградарских участков, характерные микробиологические терруары и совместное культивирование специфичных для региона штаммов Saccharomyces и несахаромицетов в заквасках с несколькими заквасками.
Дрожжи, выращенные на виноградниках и связанные с винодельней, являются членами сложных многовидовых микробных сообществ, которые обеспечивают устойчивость к экологическим воздействиям (терруары) и расширенные метаболические возможности. Такие природные сообщества микроорганизмов формируются в зависимости от градиентов окружающей среды и доступности ресурсов и пространственно и функционально организованы таким образом, чтобы оптимизировать физическую форму организма и общую продуктивность сообщества.
Присущее микробным популяциям разделение “труда” со специализированными подфункциями позволяет сообществам снижать метаболическую нагрузку, ложащуюся на каждую популяцию, и выполнять задачи, которые не под силу ни одному организму в отдельности. Совместное взаимодействие членов сообщества на винограднике преодолевает физиологические и метаболические ограничения отдельных микробов и позволяет смешанным микробным популяциям одновременно выполнять несовместимые функции. Сочетание синергетической модульной конструкции естественных микробных сообществ в виноградном сусле с инженерными возможностями синтетической биологии открывает новые перспективы для изучения, моделирования и оптимизации сценариев самопроизвольного брожения вина.
Точно так же, как компьютеры создаются с использованием различного специализированного оборудования, рационально подключенного для повышения общей производительности системы, синтетические микробные сообщества могут быть “биологически подключены” для коллективного выполнения сложных задач более высокого порядка, недостижимых при использовании отдельных популяций с виноградника или виноградного сусла. Используя такой подход “подключи и играй”, специализированные комбинации совместимых популяций дрожжей Saccharomyces и несахаромицетных дрожжей можно по-разному комбинировать в заквасках с несколькими заквасками в зависимости от желаемого результата с точки зрения качества вина. Это позволит исследователям использовать синергетические свойства консорциумов винных дрожжей и воспользоваться беспрецедентной функциональной универсальностью специфичных для терруара дрожжей Saccharomyces и несахаромицетных дрожжей.
Создание таких консорциумов по выращиванию синтетических дрожжевых заквасок для целей моделирования потребует ускорения текущих исследований биоразнообразия на виноградниках с узнаваемыми микробиологическими эффектами в терруаре и целенаправленного поиска дрожжей, не относящихся к Saccharomyces, на этих виноградниках и связанных с ними винодельнях.
Неудивительно, что такие концепции, как синтетические микробные консорциумы, включающие дрожжи с перекодированным геномом из одной хромосомы, несущие синтетические органеллы, экспрессирующие переработанные пути биосинтеза высокореактивных и ортогональных кофакторов и производящие “новые для природы” соединения, для большинства виноделов звучат как вызывающая “научно-фантастическая” абракадабра. Однако для многих исследователей, занимающихся инженерной биологией, это научная фантастика в процессе перехода к научному факту.
Мало кто сомневается в том, что создание аватара винных дрожжей, полностью управляемого компьютерным и синтетическим геномом, в принципе возможно; однако все сходятся во мнении, что использование таких аватаров в коммерческом производстве вина не является неизбежным. Всем, кто рассчитывает на широкое применение аватаров винных дрожжей для возбуждения вкусовых рецепторов потребителей и открытия их кошельков для повторных покупок в ближайшем будущем, стоит помнить об этом предостережении.
В то же время разумно не упускать из виду традицию инноваций винодельческой промышленности — метафорический терруар, свободный от когнитивных предрассудков, где новейшие идеи в области инноваций винных дрожжей могут подкрепляться старейшими традициями виноделия.
Ссылки
1. Бельда И., Руис Дж., Аластруэй-Искьердо А. и др. Раскрытие ферментативной основы вина “флаворомъ”: филофункциональное исследование видов винных дрожжей. Frontier Microbiol 2016a; 7; 1-13.
2. Белый М., Штокль П., Маснеф-Помаред И. и др. Влияние смешанной культуры Torulaspora delbrueckii и Saccharomyces cerevisiae на ферментацию с высоким содержанием сахара. Int. J. Food Microbiol 2008; 122: 312-20.
3. Борнеман А.Р., Форган А.Х., Преториус И.С. и др. Сравнительный анализ генома винного штамма Saccharomyces cerevisiae. FEMS Дрожжевое исследование 2008; 8: 1185-95.
4. Дзиало, М.К., Парк, Р., Стинселс, Дж. и др. Физиология, экология и промышленное применение ароматизации дрожжей. FEMS Microbiol Rev 2017; 41: S95–S128.
5. Галеоте. В, Ново, М., Салема-Оом, М. и др. FSY1, горизонтально перенесенный ген в штамме винных дрожжей Saccharomyces cerevisiae EC1118, кодирует высокоаффинный симпорт фруктозы/ H+. Микробиология. 2010; 56: 3754–61.
6. Галлоне Б., Стинселс Дж., Прал Т. и др. Одомашнивание и дивергенция пивных дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Cell 2016; 166: 1397-1410.
7. Хайма, К.Э.Н., Саеренс, С.М., Верстрепен, К.Дж. и др. Различия в характеристиках вин, произведенных дикими и одомашненными штаммами Saccharomyces cerevisiae. FEMS Дрожжевые дрожжи 2011; 11: 540-51.
8. Джолли, N.P., Варела, C., Преториус, I.S. Необычные дрожжи: обнаружены дрожжи, не содержащие сахаромицетов, при производстве вина. FEMS Дрожжевой завод 2014; 41: 3-10.
9. Мартин В., Валера М., Медина К. и др. Энологическое влияние дрожжей рода Hanseniaspora/Kloeckera на вина—обзор. Ферментация 2018; 4: 76.
10. Преториус И.С. Адаптация винных дрожжей к новому тысячелетию: новые подходы к древнему искусству виноделия. Дрожжи 2000; 16: 675-729.
11. Преториус И.С. Дирижирование винной симфонией с помощью геномики дрожжей. Напитки 2016; 2:36; (doi: 10.3390/ beverages2040036).
12. Преториус И.С. Синтетическая геномная инженерия открывает новые горизонты для винных дрожжей. Crit Rev Biotechnol 2017a; 37: 112-36.
13. Преториус И.С., Бауэр Ф.Ф. Решение проблем потребителей с помощью генетически адаптированных штаммов винных дрожжей. Тенденции биотехнологии 2002; 20: 426-32.
14. Преториус И.С., Хой П.Б. Биотехнология винограда и вина: проблемы, возможности и потенциальные выгоды. Austral J. Grape Wine Res. 2005; 11: 83-108.
15. Свигерс, Дж.Х., Бартовски, Э.Дж., Хеншке, П.А. и др. Дрожжевая и бактериальная модуляция аромата и вкуса вина. Austral J. Grape Wine Res. 2005; 11: 139-73.
Сакки Преториус
Профессор Сакки Преториус, бывший управляющий директор Австралийского института исследований вина в Аделаиде, в настоящее время является вице-президентом по исследованиям Университета Маккуори в Сиднее, Австралия. Он является одним из ведущих пионеров в области инновационных винных дрожжей. Как специалист по синтетической биологии, он возглавляет австралийский узел международного проекта "Геном синтетических дрожжей" (дрожжи 2.0).