Using an ensymatic extract of penicillium citrinum CIAL 274,760 to evaluate the degradation of biogenic amines in wine cellar pilot scale

Abstract

[EN]: Wine, like other products of fermentative origin, is not without risk and contamination of microbial origin. Among others, the presence of high concentrations of biogenic aminesis one aspect of concern from the point of view of safety and health quality. In high concentrations, certain biogenic amines such as histamine or tyramine, can cause adverse effects in sensitive individuals, and furthermore, its presence is a problem during commercial transactions wines to certain countries. In turn, the presence of high concentrations of putrescine may lead to organoleptic defects in the final product. This study focused on a new alternative to remove biogenic amines in wine once formed, based on the use of enzymatic extracts from fungi isolated from vineyard, capable of degrading the major biogenic amines (histamine, tyramine and putrescine) present in wines. The main objective resided in optimizing the efficiency and specificity of the process for subsequent application to industrial scale. To do this, a young red wine from Tempranillo variety was used in its winemaking stage, namely after malolactic fermentation. Three enzymatic extracts from P. citrinum CIAL-247, 470 (CECT 20748), were obtained after inducing their enzymatic activity by fungal growth on a minimal medium with histamine, tyramine and putrescine, according to the procedure of the Patent PCT/S20127070694. Moreover, the main variables for the application of the extracts to the cellar conditions were optimized, such as Tª (16° C) and enzyme extract/wine (1:9, v/v) volume ratio. The evaluation of the degradation of biogenic amines of the wine treated with enzymatic extracts was performed by RP-HPLC (Marcobal et al. 2005). On the other hand, it was carried out the analysis of the phenolic and volatile composition of treated wines by UPLC-DAD-ESI-TQ MS (Muttley Sánchez et al., 2011) and HS-SPME-GC-MS (Rodríguez-Bencomo et al. 2011), respectively. Further, toxicological analysis of the enzymatic extracts was performed following the OIV methodology OIV (OIV-MA-AS315-10), to rule out the presence of the mycotoxin ochratoxin A (OTA). The results showed the absence of OTA in the enzymatic extracts of P. citrinum CIAL 274, 760, demonstrating its safety for use at scale winery. Fungal extracts obtained by induction with putrescine were those showing greater effectiveness in removing of biogenic amines in the studied wine. The use of this extract in a pilot trial at the winery allowed degradation of 21.5% of putrescine, 16% of histamine, and 10% of tyramine present in the wine, turn without significant changes in the chemical composition of wine, in regard to polyphenols and aroma compounds. Together, these results highlight the potential of enzymatic extracts of P. citrinum CIAL 274, 760 as a novel alternative for reducing the presence and concentration of biogenic amines in wine cellar scale.

[ES]: El vino, como otros productos de origen fermentativo, no está exento de riesgos y contaminaciones de origen microbiano. Entre ellos, la presencia de elevadas concentraciones de aminas biógenas, es uno de los aspectos de mayor preocupación desde el punto de vista de la seguridad y calidad sanitaria. En concentraciones elevadas, algunas aminas biógenas como la histamina o tiramina, pueden ocasionar efectos adversos en individuos sensibles, y además, su presencia constituye un problema durante las transacciones comerciales de los vinos a determinados países. A su vez, la presencia de elevadas concentraciones de putrescina puede dar lugar a defectos organolépticos en el producto final. Este estudio se ha centrado en una nueva alternativa para eliminar las aminas biógenas una vez formadas en el vino, basada en el empleo de extractos enzimáticos obtenidos de hongos aislados del viñedo, con capacidad de degradar las principales aminas biógenas (histamina, tiramina y putrescina) presentes en los vinos. El principal objetivo del estudio residió en optimizar la eficacia y especificidad del proceso para su posterior aplicación a escala industrial. Para ello, se utilizó un vino tinto joven de la variedad Tempranillo en su etapa de elaboración, en concreto, después de la fermentación maloláctica, y tres extractos enzimáticos procedentes de P. citrinum CIAL-247,470 (CECT 20748), cuya actividad enzimática se indujo mediante el crecimiento del hongo en un medio mínimo con histamina, tiramina o putrescina, de acuerdo con el procedimiento desarrollado en la Patente PCT/S20127070694. Además, se optimizaron las principales variables para la aplicación de los extractos a las condiciones propias de la bodega, como son la Tª (16ºC) y relación volumen extracto enzimático/vino (1:9, v/v). La evaluación de la degradación de aminas biógenas del vino tratado con los extractos enzimáticos se realizó mediante RP-HPLC (Marcobal et al. 2005). Por otro lado, se llevó a cabo el análisis de la composición fenólica y volátil de los vinos tratados mediante UPLC-DAD-ESI-TQ MS (Sánchez Patán et al. 2011) y HS-SPME-GC-MS (Rodríguez-Bencomo et al. 2011), respectivamente. Adicionalmente se realizó un análisis toxicológico de los extractos enzimáticos, para descartar la presencia de la micotoxina ocratoxina A (OTA), siguiendo la metodología establecida por la OIV (OIV-MA-AS315-10). Los resultados de este estudio mostraron la ausencia de OTA en los extractos enzimáticos de P. citrinum CIAL 274, 760, demostrando su inocuidad para ser empleados a escala de bodega. Los extractos fúngicos obtenidos mediante inducción con putrescina, fueron los que mostraron una mayor eficacia en la eliminación de aminas biógenas en el vino de estudio. El empleo de este extracto en un ensayo piloto en bodega permitió degradar un 21,5 % de la putrescina, un 16 % de la histamina, y un 10% de la tiramina presentes en el vino, sin que a su vez se observarán cambios significativos en la composición química del vino, en lo que se refiere a compuestos del aroma y polifenoles. En conjunto, estos resultados ponen de manifiesto el potencial de extractos enzimáticos de P. citrinum CIAL 274, 760 como una alternativa novedosa para reducir la presencia y concentración de aminas biógenas en vinos a escala de bodega.