Influence of ergosterol and phytosterols on wine alcoholic fermentation with Saccharomyces cerevisiae strains - Archive ouverte HAL Access content directly
Journal Articles Frontiers in Microbiology Year : 2022

Influence of ergosterol and phytosterols on wine alcoholic fermentation with Saccharomyces cerevisiae strains

Influence de l’ergostérol et des phytostérols sur la fermentation alcoolique du vin avec des souches de Saccharomyces cerevisiae

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Erick Casalta
Jean-Luc Legras
Thibault Nidelet
  • Function : Author
  • PersonId : 1155785
Martine Pradal
  • Function : Author
  • PersonId : 1184629
Faïza Macna
  • Function : Author
  • PersonId : 1184630
David Ferreira
  • Function : Author
Anne Ortiz-Julien
  • Function : Author
Virginie Galeote
Jean-Roch Mouret
  • Function : Correspondent author
  • PersonId : 1184631

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Abstract

Sterols are a fraction of the eukaryotic lipidome that is essential for the maintenance of cell membrane integrity and its good functionality. During alcoholic fermentation, they enhance yeast growth, metabolism and viability, as well as resistance to high sugar content and ethanol stress. Grape musts clarified in excess lead to the loss of solid particles rich in sterols, resulting in sluggish and stuck fermentations. Two sterol sources can help Saccharomyces cerevisiae yeasts to adapt to fermentation stress conditions: ergosterol (synthesized by yeast under aerobic conditions) and phytosterols (plant sterols imported by yeast cells from grape musts under anaerobiosis). Little is known about the physiological impact of phytosterols assimilation in comparison with ergosterol and the influence of sterol type on fermentation kinetics parameters. Moreover, studies to date have analyzed a limited number of yeast strains. Thus, the aim of this work was to compare the performances of a set of Saccharomyces cerevisiae wine strains that represent the diversity of industrial wine yeast, fermenting with phytosterols or ergosterol under two conditions: sterol limitation (sterol starvation) and high sugar content (the most common stress during fermentation). Results indicated that yeast cell viability was negatively impacted by both stressful conditions, resulting in sluggish and stuck fermentations. This study revealed the huge phenotype diversity of the S. cerevisiae strains tested, in particular in terms of cell viability. Indeed, strains with better viability maintenance completed fermentation earlier. Interestingly, we showed for the first time that sterol type differently affects a wide variety of phenotype, such as viability, biomass, fermentation kinetics parameters and biosynthesis of carbon central metabolism (CCM) metabolites. Ergosterol allowed preserving more viable cells at the end of fermentation and, as a consequence, a better completion of fermentation in both conditions tested, even if phytosterols also enabled the completion of alcoholic fermentation for almost all strains. These results highlighted the essential role of sterols during wine alcoholic fermentation to ensure yeast growth and avoid sluggish or stuck fermentations. Finally, this study emphasizes the importance of taking into account sterol types available during wine fermentation.
Les stérols sont une fraction du lipidome eucaryote qui est essentielle au maintien de l’intégrité de la membrane cellulaire et à son bon fonctionnement. Pendant la fermentation alcoolique, ils améliorent la croissance, le métabolisme et la viabilité des levures, ainsi que la résistance à la teneur élevée en sucre et au stress de l’éthanol. Les moûts de raisin clarifiés en excès entraînent la perte de particules solides riches en stérols, ce qui entraîne des fermentations lentes et bloquées. Deux sources de stérols peuvent aider les levures de Saccharomyces cerevisiae à s’adapter aux conditions de stress de fermentation : l’ergostérol (synthétisé par la levure dans des conditions aérobies) et les phytostérols (stérols végétaux importés par les cellules de levure des moûts de raisin sous anaérobiose). On sait peu de choses sur l’impact physiologique de l’assimilation des phytostérols par rapport à l’ergostérol et sur l’influence du type de stérol sur les paramètres de cinétique de fermentation. De plus, les études menées à ce jour ont analysé un nombre limité de souches de levure. Ainsi, le but de ce travail était de comparer les performances d’un ensemble de souches de vin de Saccharomyces cerevisiae qui représentent la diversité de la levure de vin industrielle, fermentant avec des phytostérols ou de l’ergostérol sous deux conditions: limitation des stérols (privation de stérols) et teneur élevée en sucre (stress le plus courant lors de la fermentation). Les résultats ont indiqué que la viabilité des cellules de levure était affectée négativement par les deux conditions stressantes, ce qui entraînait des fermentations lentes et bloquées. Cette étude a révélé l’énorme diversité phénotypique des souches de S. cerevisiae testées, notamment en termes de viabilité cellulaire. En effet, les souches ayant un meilleur maintien de la viabilité ont achevé la fermentation plus tôt. Fait intéressant, nous avons montré pour la première fois que le type de stérol affecte différemment une grande variété de phénotypes, tels que la viabilité, la biomasse, les paramètres de cinétique de fermentation et la biosynthèse des métabolites du métabolisme central du carbone (CCM). L’ergostérol a permis de conserver des cellules plus viables en fin de fermentation et, par conséquent, une meilleure complétion de la fermentation dans les deux conditions testées, même si les phytostérols ont également permis l’achèvement de la fermentation alcoolique pour presque toutes les souches. Ces résultats ont mis en évidence le rôle essentiel des stérols lors de la fermentation alcoolique du vin pour assurer la croissance des levures et éviter les fermentations lentes ou bloquées. Enfin, cette étude souligne l’importance de prendre en compte les types de stérols disponibles lors de la fermentation du vin.
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hal-03846594 , version 1 (10-11-2022)

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Attribution - CC BY 4.0

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Cite

Giovana Girardi-Piva, Erick Casalta, Jean-Luc Legras, Thibault Nidelet, Martine Pradal, et al.. Influence of ergosterol and phytosterols on wine alcoholic fermentation with Saccharomyces cerevisiae strains. Frontiers in Microbiology, 2022, 13, ⟨10.3389/fmicb.2022.966245⟩. ⟨hal-03846594⟩
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