Ľudstvo vyrába a konzumuje víno viac než 8 tisíc rokov (Almeida et al., 2015; McGoverna et al., 2017). Jeho prvopočiatky siahajú do Gruzínska (6000 p.n.l.) a vďaka rozvíjajúcej sa stredomorskej civilizácii (4500 p.n.l.) sa stáva súčasťou európskej a neskôr celosvetovej kultúry ľudstva. Vinič je jednou z prvých rastlín, ktoré človek začal cielene pestovať a jeho plody patria k prvým, ktoré zámerne ďalej spracúvame. Až do polovice 20. storočia bola fermentácia vína vedená spontánne a vinári sa spoliehali len na kvasinky prirodzene sa vyskytujúce na viniči. Výsledok bol nepredvídateľný, bez možnosti regulácie. Neostávalo len sa modliť k Šesemovi, Bakchovi, Dionýzovi, Velesovi, či neskôr k svätému Urbanovi.

OD SPONTÁNNEJ FERMENTÁCIE K ČISTÝM KULTÚRAM

Jednou z najvýznamnejších technologických inovácií vo výrobe vína bolo zavedenie čistých kultúr Saccharomyces cerevisiae. Stalo sa tak v druhej polovici 20. storočia a predchádzali mu stáročia ľudského bádania. Koncom 17. storočia zostrojil Antonie van Leeuwenhoek mikroskop, ktorý mal dovtedy nevšednú rozlišovaciu schopnosť. Po prvýkrát boli pozorované preparáty kvasiaceho muštu a po prvýkrát ľudské oko zbadalo kvasinku. Nikto však vtedy netušil, o čo vlastne ide a už vôbec nie, aký to má pre víno význam. Až Louis Pasteur koncom 19. storočia predložil odvážnu hypotézu, že malé telieska v kvasiacom mušte sú živé organizmy schopné množenia, ktoré svojim pôsobením premieňajú cukry v mušte na etanol a CO2. Jeho tvrdení sa chytili ďalší vedci a zymológia (náuka o kvasení) i kvasinková mikrobiológia sa začali rýchlo rozvíjať. Čisté kultúry kvasiniek a postup ich získania predstavil svetu Dr. Hansen v roku 1888, po prvýkrát sa experimentálne skúšajú pri výrobe vína v roku 1890. V roku 1935 sa spúšťa priemyselná produkcia kvasiniek S. cerevisiae, nie však pre vinárstvo, ale pre pekárenskú výrobu (droždie). V roku 1953 je objavená a postulovaná dvojzávitnicová štruktúra DNA, vo vinárstve však stále kvasenie prebieha pomocou spontánnej fermentácie alebo autoinjektáže. K zmene dochádza v roku 1965, kedy sú predstavené prvé aktívne suché kvasinky určené špecificky pre vinárstvo. Prvú generáciu preparátov aktívnych suchých vínnych kvasiniek (ASVK) zosobnili dva kmene – S. cerevisiae „Montrachet“ a S. cerevisiae „Pasteur Champagne“. Ich univerzálne vlastnosti sa však nepotvrdili a technologické použitie bolo obmedzené. Druhá generácia ASVK bola na trh uvedená v sedemdesiatych rokoch 20. storočia firmou Lalvin a zahŕňala už kmene s výraznými technologickými vlastnosťami. Prvý preparát ASVK v strednej a východnej Európe bol pripravený v roku 1982 na Fakulte chemickej a potravinárskej technológie Slovenskej technickej univerzity v Bratislave (vtedy s názvom Chemicko-technologická fakulta Slovenskej vysokej školy technickej). Jeho ochranný názov bol „Viakvas“ a v rokoch 1983 – 1988 sa ho v Československu vyrobilo približne 8 ton (Malík, 1997). V súčasnosti sa pomocou kríženia vyvíjajú ASVK tretej generácie, ktoré sú nositeľmi špecifických aktivít a umožňujú kontrolovane transformovať chemickú skladbu vín.

Čisté kultúry kvasiniek v podobe ASVK sú bežnou praxou každej modernej vinárskej prevádzky od 70. rokov 20. storočia. Vinárstva dnes už rutinne štartujú fermentáciu pomocou komerčných kultúr S. cerevisiae a veľmi efektívne dosahujú konzistentný, spoľahlivý a reprodukovateľný priebeh fermentácie. Na trhu sú pritom k dispozícii stovky komerčných štartovacích kultúr vínnych kvasiniek s rozmanitými vlastnosťami.

GENETIKA A DIVERZITA VÍNNYCH KVASINIEK

Prvá genetická analýza kvasiniek bola vykonaná v roku 1935 a v r. 1952 bola publikovaná prvá genetická mapa S. cerevisiae. Kompletná sekvenácia celého genómu tejto ušľachtilej kvasinky sa dokončila v r. 1996. Vďaka najnovším technológiám sekvenovania DNA je dnes možné „prečítať“ celý genóm skúmaného organizmu. Nakoľko je kvasinkový genóm pomerne malý (predstavuje približne 1/250 ľudského genómu), táto úloha je dosiahnuteľná v reálnom časovom horizonte. Vďaka tomu je dnes možné sekvenovať veľké množstvo kvasinkových kultúr, čo zároveň umožňuje pochopiť, ako sa genetické rozdiely premietajú do praktického využitia vo vinárstve.

Sekvenovanie genómu rôznych kmeňov S. cerevisiae poskytlo množstvo informácii o ich pôvode i príbuznosti. Európske kmene izolované z vinohradov a tie, ktoré sa používajú vo vinárstvach v podobe čistých kultúr, tvoria úzko príbuzné skupiny. Mimo Európy to však neplatí. Kmene S. cerevisiae používané vo vinárstve, ale aj izolované z vinárstiev alebo vinohradov, nevykazujú genetickú podobnosť s pôvodnými (autochtónnymi) kvasinkovými kmeňmi. To naznačuje, že európske kmene sprevádzali migráciu výroby vína po celom svete a správajú sa ako odlišné populácie (Borneman et al., 2016).

Vysoká genetická podobnosť bola zistená pri kmeňoch S. cerevisiae izolovaných zo stredomorských dubov. Predpokladá sa, že tieto kvasinky sú predchodcami kvasiniek používaných vinármi po celom svete (Almeida et al., 2015). Ak boli duby skutočne pôvodným biotopom organizmu, ktorý sa vyvinul až do dnešnej podoby S. cerevisiae, potom sa historická dôležitosť dubu v súvislosti s výrobou vína úplne mení. Úloha, ktorú tento strom zohráva v histórii výroby vína, je oveľa dôležitejšia, než sa pôvodne predpokladalo. Dub sa stal súčasťou výroby vína dávno predtým, ako sa začali dubové sudy používať na jeho uskladnenie.

S. cerevisiae má množstvo rozmanitých vlastností a niekoľko možností využitia. Používa sa na výrobu vína, piva, liehu a destilátov, chleba,pečiva, kŕmneho droždia, kvasničných extraktov, probiotík a rôznych výživových doplnkov (vitamíny skupiny B, ergosterol, manoproteín, beta-glukán a ďalšie) a palivového etanolu. Napriek tomu, že mnohé kmene majú spoločný geografický pôvod a sú schopné alkoholovej fermentácie, vínne kvasinky sú geneticky odlišné od kmeňov S. cerevisiae, ktoré sa používajú pri výrobe piva alebo saké (Borneman et al., 2016).

Viac než 50 rokov vývoja komerčných vínnych kvasiniek poskytuje rozmanitú paletu kmeňov, ktoré dnes môžu byť, vďaka rozvoju moderných molekulárnych metód, podrobené detailnému výskumu. Vedecký tím z AWRI (The Australian Wine Research Institute, Austrálsky vinársky vedecký inštitút) sekvenoval genóm 212 kmeňov kvasiniek Saccharomyces zo zbierky AWRI (Borneman et al., 2016). Ich hlavným cieľom bolo preskúmať genetickú rozmanitosť týchto kmeňov. Kmene zahŕňali 106 komerčne dostupných vínnych kvasiniek od deviatich rôznych dodávateľov a 13 komerčne dostupných pivovarníckych kmeňov. Napriek použitiu pomerne širokej škály vínnych kvasinkových kmeňov sa skoro všetky nachádzali v úzkej skupine s relatívne malou genetickou variabilitou, v porovnaní s globálnym fondom genetickej diverzity S. cerevisiae (obrázok 1). Zistilo sa, že skupina vínnych kvasiniek (zobrazená modrou farbou) obsahuje dôležitú podskupinu, ktorá obsahuje viac ako tretinu všetkých kmeňov vínnych kvasiniek sa ďalej rozdeľuje na dve odlišné línie. Najväčšia z nich je skupina šampanských kvasiniek (tmavozelená farba), druhou dominantnou skupinou sú kmene fermentujúce fruktózu a prirodzene sa vyskytujúce medzidruhové hybridy (svetlo zelená farba).

Analýza údajov ukázala, že mnohé zo sekvenovaných kvasinkových kmeňov, vrátane niektorých komerčne dostupných, sa zdajú geneticky identické. Celkovo bolo 69 kmeňov rozdelených do 23 odlišných skupín (v najdvochväčších skupinách bolo 6 kmeňov) a 13 skupín obsahovalo najmenej dva nezávislé komerčné kmene. Ďalším kľúčovým zistením bolo, že genetická variabilita vínnych kvasinkových kmeňov S. cerevisiae je veľmi obmedzená. To znamená, že šľachtiteľské programy, ktoré čerpajú len z existujúcich kvasinkových kmeňov, budú pri pokuse o vývoj nových kmeňov s novými alebo vylepšenými vlastnosťami pravdepodobne obmedzené. Cieľom by malo byť zavedenie nových odchýlok z vonkajšej skupiny vínnych kvasiniek a zvýšenie genetickej (a tým aj enologickej) rozmanitosti, ktorú vinársky priemysel môže využívať.

„Extrémnym“ príkladom vývoja nových kmeňov vínnych kvasiniek je vývoj medzidruhových krížencov (nejde o GMO, ale o hybridizáciu). Tieto sa vyvíjajú párovaním kvasiniek druhu S. cerevisiae s alternatívnymi kvasinkovými druhmi, ako je napr. Saccharomyces kudriavzevii. Potomstvo z medzidruhových krížení môže vykazovať nové vlastnosti a inovatívnym spôsobom ovplyvňovať kvasný proces i výsledné senzorické vlastnosti vína. „Nevýhodou“ medzidruhových hybridov je to, že sú sterilné a preto nemôžu byť použité v nasledujúcich šľachtiteľských programoch (podobne ako v živočíšnej ríši mul, mulica, liger, či tigon).

Druhou možnosťou je kríženie kmeňov vínnychkvasiniek S. cerevisiae s kmeňmi zo zdrojov mimo vinárskeho priemyslu. Jednodruhovým krížením kultúr, ktoré sú si geneticky vzdialené, možno tiež potenciálne vytvárať kmene s novými vlastnosťami. Potomstvo z takého kríženia je schopné pohlavného rozmnoženia a mohlo by byť využité v následných šľachtiteľských programoch na optimalizáciu kombinácie znakov v jedinom kvasinkovom kmeni.

AKÁ JE BUDÚCNOSŤ?

Vďaka vývoju technológií sekvenovania DNA existuje vzrušujúca budúcnosť v oblasti výskumu a vývoja vínnych kvasiniek. Nové programy na šľachtenie kvasiniek sa vyvíjajú na základe dôkladnej znalosti genómu S. cerevisiae. Tieto vedomosti umožnia generovanie kmeňov vínnych kvasiniek, ktoré sú odolné, spoľahlivé a schopné prinášať nové a senzoricky žiaduce atribúty bez toho, aby museli byť použité techniky genetickej modifikácie. Pre vinárov, ktorých zámerom je výroba technologicky zvládnutých vín s výraznými senzorickými deskriptormi, budú tieto kmene určite nesmierne žiadané.

Kvasinkový výskum však nekončí len pri šľachtení a prípadných genetických manipuláciách už existujúcich kmeňov. Na zachovanie geografickej jedinečnosti vína je nutné využívať kvasinky, ktoré boli alebo stále sú súčasťou prirodzeného mikrobiómu viniča danej lokality. Ich izolácia, charakterizácia a selekcia na základne hľadaných vlastností, je tiež možnosťou, ako získavať nové kmene vhodné pre vinárstvo.

Katarína Ďurčanská, Katarína Furdíková,
Fakulta chemickej a potravinárskej technológie STU, Bratislava

 

POUŽITÁ LITERATÚRA

Almeida, P., Barbosa, R., Zalar, P., Imanishi, Y., Shimizu, K., Turchetti, B., Legras, J.L., Serra, M., Dequin, S., Couloux, A., Guy, J., Bensasson, D., Goncalves, P., Sampaio, J.P. (2015) A population genomics insight into the Mediterranean origins of wine yeast domestication. Molecular Ecology 24: 5412–5427.

Borneman, A., Chambers, P., Schmidt, S., Forgan, A., Kolouchova, R., Herderich, M., Johnson, D. (2016) Wine yeast: where are they from and where are we taking them? AWRI report, Wine and Viticultural Journal, dostupné na www.winetitles.com.au.

Chambers, P.J., Pretorius, I.S. (2010) Fermenting knowledge: the history of winemaking, science and yeast research. EMBO reports 11, 914 – 920. DOI:10.1038/embor. 2010.179.

Lordkipanidze, D. (2017) Early Neolithic wine of Georgia in the South Caucasus, PNAS (online), E10309–E10318. DOI:10.1073/pnas.1714728114.

Malík, F. (1997) Čisté kultúry vínnych kvasiniek v stratégii enologickej moderny. Doktorská dizertačná práca. STU, CHTF. Bratislava.

McGoverna, P., Jalabadze, M., Batiuk, S., Callahan, M.P., Smith, K.E., Hall, G.R., Kvavadze, E., Maghradze, D., Rusishvili, N., Bouby, L., Failla, O., Cola, G., Mariani, L., Boaretto, E., Bacilieri, R., This, P., Wales, N.,

Minárik, E. (1994) Historický vývoj mikrobiológie vínnych kvasiniek, Vinohrad 4, 86– 87.

Tags:

No Comments
enologia