Bioprotection des moûts en œnologie par l’espèce Metschnikowia : compréhension des mécanismes impliqués pour l’optimisation de sa mise en œuvre en vinification

Bio-protection of oenological must by Metschnikowia species : understanding of the mechanisms involved for the optimisation of its use in winemaking

• Auteur / Autrice : Maelys Puyo
• Direction : Raphaëlle Tourdot-Maréchal, Géraldine Klein
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes
• Date : Soutenance le 14/12/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés Alimentaires et Microbiologiques (PAM) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Régis Gougeon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patricia Taillandier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Virginie Galeote, Marina Bély

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxygène

Azote

Levure (agent de fermentation)

Sulfites

Moût

Vinification

Mots clés libres

Bio-Protection

Oenologie

Interactions

Non-Saccharomyces

Bio-Protection

Oenology

Interactions

Non-Saccharomyces

Résumé

Le SO2 est couramment utilisés en œnologie pour son action antioxydante, anti-oxydasique et antimicrobienne. Cependant, leur utilisation est aujourd’hui remise en question par la filière et les consommateurs, qui souhaitent se diriger vers la production et la consommation de produits plus naturels et avec moins d’intrants chimiques. Cela conduit à la recherche d’alternatives pour protéger la qualité organoleptique des moûts et des vins finis. Parmi les alternatives étudiées et proposées pour remplacer les sulfites durant la vinification, la bioprotection est largement investiguée. La bioprotection consiste en l’inoculation précoce sur grappes pendant les vendanges ou sur moût après pressurage, de levures sélectionnées pour leurs propriétés antimicrobiennes. De nombreux essais terrain ont prouvé l’efficacité de cette stratégie.Les travaux de thèses ont eu pour objectif principal d’étudier les interactions mises en place entre la bioprotection et les flores potentielles d’altération au cours des étapes pré-fermentaires, en se focalisant principalement sur la compétition pour les ressources azotées et l’oxygène. Afin de comprendre les mécanismes impliqués dans l’effet bioprotectant, les expériences ont été réalisées en moût synthétique (MS300), milieu contrôlé et reproductible. Trois souches de Metschnikowia (deux souches de M. pulcherrima et une souche de M. fructicola) ont été étudiées en tant qu’agent de bioprotection. Le moût synthétique a été artificiellement contaminé par des levures apiculés du genre Hanseniaspora (une souche de H. uvarum et une souche de H. valbyensis), majoritaires sur moût et potentiellement agents d’altération. Trois concentrations initiales différentes en levures apiculées ont été utilisés afin de mimer plusieurs niveaux de contamination du moût.L’effet de la bioprotection a tout d’abord été étudié avec la souche M. pulcherrima MCR24, sur chacune des deux espèces de Hanseniaspora à 20°C. Puis l’effet des trois souches de Metschnikowia sur la croissance d’un mélange (50/50) des deux espèces de Hanseniaspora a été investigué à 12°C pour se rapprocher des conditions de macération pré-fermentaire à froid.Les mécanismes impliqués dans l’effet bioprotectant ont tout d’abord porté sur l’analyse des cinétiques de croissance de chaque espèce. L’implication de la compétition pour les ressources azotées et l’oxygène a été étudiée par le suivi de la consommation des acides aminés et de l’ammonium (analyse HPLC et enzymatique) et de la consommation en oxygène (analysé avec capteur Nomasens®). Une analyse métabolomique non-ciblée (UHPLC-qTOF-MS/MS) a permis d‘obtenir une image globale des effets sur les métabolismes levuriens lors de l’application de la bioprotection.Les résultats montrent que l’effet bioprotectant et les mécanismes impliqués diffèrent en fonction des souches de Metschnikowia et des températures de croissance utilisées. De plus, les deux espèces de Hanseniaspora montrent des sensibilités différentes à la bioprotection. Ces résultats montrent également l’importance d’adapter les doses de bioprotection utilisées en fonction de la concentration en levures apiculées dans le moût, afin d’optimiser son efficacité.Cependant l’utilisation de la bioprotection seule, en tant que remplacement au SO2, n’assure pas forcément une protection des moûts contre l’oxydation. Dans le but de fournir une protection complète en substitution du SO2, l’étude de l’utilisation combinée de la bioprotection pour ses propriétés antimicrobiennes et de tanins œnologiques pour leurs capacités antioxydantes a été investiguée au cours d’une expérimentation terrain sur vinification en rosé. Bien que nos résultats ne nous permettent pas de conclure quant aux interactions qui ont lieu entre la bioprotection, les tanins, et les composés phénoliques du moût, l’action combinée de tanins œnologique et de la bioprotection semble protéger la couleur des vins d’une façon comparable à l’utilisation combinée de la bioprotection et du SO2.

Sulfites are commonly used in oenology for their antioxidant, anti-oxidasic and antimicrobial properties. However, their use is now being called into question by the wine industry and consumers, who want the production and consumption of more natural products with fewer chemical inputs. This trend has led to a search for alternatives to the use of SO2 to protect the organoleptic quality of musts and wines. Among the alternatives studied and proposed to replace sulfites during winemaking, bioprotection is being widely investigated. Bioprotection involves the early inoculation of bunches of grapes during the harvest, or of must after pressing, with yeasts selected for their antimicrobial properties. Numerous field trials have demonstrated the effectiveness of this strategy.The main aim of the thesis work was to study the interactions between bioprotection and potential spoilage microbiota during the pre-fermentation stages, focusing mainly on competition for nitrogen and oxygen resources. In order to understand the mechanisms involved in the bioprotective effect, the experiments were carried out in synthetic must (MS300), a controlled and reproducible medium. Three Metschnikowia strains (two strains of M. pulcherrima and one strain of M. fructicola) were studied as bioprotective agents. Synthetic must was artificially contaminated with apiculate yeasts of the genus Hanseniaspora (one strain of H. uvarum and one strain of H. valbyensis), the main flora in the must and a potential spoilage agents. Three different initial concentrations of Hanseniaspora were used to mimic different levels of contamination.The effect of bioprotection was first studied with the M. pulcherrima MCR24 strain, on each of the two Hanseniaspora species at 20°C. Then the effect of the three Metschnikowia strains on the growth of a mixture (50/50) of the two Hanseniaspora species was investigated at 12°C to mimic the conditions of cold pre-fermentative maceration.The mechanisms involved in the bioprotective effect were first investigated by analysing the growth kinetics of each species. The involvement of competition for nitrogen and oxygen resources was studied by monitoring amino acid and ammonium consumption (HPLC and enzymatic analysis) and oxygen consumption (analysis by measuring luminescence with the Nomasens® sensor). A non-targeted metabolomic analysis using UHPLC-qTOF-MS/MS provided an overall signature of the effects on yeast metabolisms when bioprotection was applied.The results show that the bioprotective effect and the mechanisms involved differ according to the Metschnikowia strains and temperatures applied. In addition, the two species of Hanseniaspora show different sensitivities to bioprotection. These results also show the importance of adapting the doses of bioprotection used according to the initial concentration of apiculate yeasts in the must, in order to optimise its effectiveness.However, the use of bioprotection alone, as a replacement for SO2, does not necessarily protect musts against oxidation. With the aim of providing complete protection as a replacement for SO2, the combined use of bioprotection for its antimicrobial properties and oenological tannins for their antioxidant capacities was investigated in a field trial on rosé winemaking. Although our results do not allow us to draw any conclusions about the interactions that take place between bioprotection, tannins and the phenolic compounds in the must, the combined action of oenological tannins and bioprotection seems to protect the colour of wines in a way that is comparable to the combined use of bioprotection and SO2.