Bisakah Membuat Wine Nol Persen Akohol?

Seorang penulis terkenal di zamannya, dari Britania Raya, bernama Virginia Woolf  (1882-1941 ) berucap "Language is wine upon the lips (Bahasa adalah anggur di atas bibir.) berbahasa yang manis dan tajam itu juga ibarat kita  merasakan aroma anggur. Oleh karena itu,  sejatinya wine adalah sebuah 'dimensi' yang membuat  kehidupan lebih berarti. Khalil Gibran pun  menegaskan dalam bahasa yang indah "Cinta adalah wine yang dihidangkan oleh pengantin perempuan waktu fajar, yang menguatkan jiwa-jiwa teguh dan memungkinkan mereka menuruni bintang gemintang.  Tak  berlebihan bila dikatakan, bahwa wine menginspirasi kehidupan manusia.

Sejarah wine memang panjang,  diduga bermula dari  tanaman anggur ( Vitis vinifera ) itu dibudidayakan di Timur Tengah pada 4000 SM dan mungkin lebih awal. Catatan  di Mesir yang berasal dari 2500 SM merujuk pada penggunaan anggur untuk pembuatan wine, dan banyak referensi alkitab tentang anggur menunjukkan asal mula awal dan signifikansi industri di Timur Tengah. Orang Yunani menjalankan perdagangan anggur aktif dan menanam anggur di koloni mereka dari Laut Hitam hingga Spanyol. Bangsa Romawi membawa anggur yang tumbuh ke lembah sungai Rhine dan Moselle (yang menjadi daerah anggur besar di Jerman dan Alsace), Danube (Rumania, Serbia, Kroasia, Hungaria, dan Austria), dan Rhne, Sane, Garonne, Loire, dan Marne (yang masing-masing mendefinisikan wilayah besar Prancis Rhne, Burgundy, Bordeaux, Loire, dan Champagne). Peran anggur dalam massa Kristen membantu mempertahankan industri setelah jatuhnya Kekaisaran Romawi, dan ordo monastik melestarikan dan mengembangkan banyak daerah penghasil anggur yang sangat dihormati di Eropa.

Mengikuti pelayaran Columbus, budaya anggur dan pembuatan wine diangkut dari Dunia Lama ke Dunia Baru. Misionaris Spanyol membawa pemeliharaan anggur ke Chili dan Argentina pada pertengahan abad ke-16 dan ke Baja California pada abad ke-18. Dengan membanjirnya imigrasi Eropa pada abad ke-19 dan awal abad ke-20, industri modern berdasarkan anggur impor V. vinifera dikembangkan. Daerah penghasil anggur utama di Amerika Selatan didirikan di kaki Pegunungan Andes. Di California pusat pemeliharaan anggur bergeser dari misi selatan ke Central Valley dan kabupaten utara Sonoma, Napa, dan Mendocino.

Pemukim Inggris menanam anggur Eropa di Australia dan Selandia Baru pada awal abad ke-19, dan pemukim Belanda membawa anggur dari wilayah Rhine ke Afrika Selatan sejak tahun 1654.

Pengenalan  anggur , yang disebabkan oleh kutu akar, yang merebak di  Amerika bagian timur, phylloxera, sangat mengancam industri anggur di seluruh dunia antara tahun 1870 dan 1900, akibatnya kutu itu menghancurkan kebun anggur hampir di mana-mana V. vinifera ditanam tetapi terutama di Eropa dan sebagian Australia dan California. Untuk memerangi parasit ini, batang atas V. vinifera (pucuk terpisah termasuk tunas) dicangkokkan ke spesies asli Amerika Serikat bagian timur, yang terbukti hampir sepenuhnya resisten terhadap phylloxera. Setelah kebun anggur pulih, pemerintah Eropa melindungi reputasi daerah besar dengan memberlakukan undang-undang yang memberikan nama daerah dan peringkat kualitas hanya untuk anggur yang diproduksi di daerah tertentu di bawah prosedur yang diatur secara ketat. Saat ini, negara penghasil anggur yang lebih baru telah mengeluarkan peraturan serupa.

Produksi wine 

Wine umumnya dibuat dari  jus anggur yang difermentasi dengan bantuan ragi. Saat ini wine tidak hanya dibuat dari buah anggur, namun berbagai jenis buah tropis  telah dicoba untuk menjadi bahan dasar wine, sehingga dengan mudah dapat ditemukan: wine nanas, wine manga, wine apel, dan lain-lain.

Walaupun demikian, buah anggur tetap menjadi primadona dalam memproduksi wine.  Berbagai jenis buah anggur dari beragam spesies telah digunakan sebagai dasar memproduksi wine, beberapa diantaranya, yakni  dari genus anggur Vitis, yakni , V. vinifera (sering keliru disebut anggur Eropa), digunakan hampir secara eksklusif. Minuman yang dihasilkan dari V. labrusca, anggur asli Amerika, dan dari spesies anggur lainnya juga dianggap anggur. Saat buah-buahan lain difermentasi untuk menghasilkan sejenis wine, nama buahnya dicantumkan, seperti istilah anggur persik dan anggur blackberry. Ragi yang umum digunakan adalah dari strain Saccharomyces cerevisiae.

Saat ini, penggunaan strain Saccharomyces cerevisiae komersial dalam memproduksi  sudah umum dilakukan Di masa lalu, wine  diproduksi melalui fermentasi spontan oleh mikrobiota yang secara alami mengkolonisasi Wine  dan kilang Wine . Dengan cara ini, banyak strain dan spesies ragi berkontribusi pada fermentasi wine yang menentukan interaksi yang tidak dapat diprediksi, terkadang mengakibatkan kegagalan.

Untuk alasan ini, praktik fermentasi terkontrol meluas sejak tahun 1970-an, melalui inokulum kultur starter S. cerevisiae murni. Kondisi ini  dengan cepat menetapkan proses yang dapat diprediksi dengan populasi ragi yang terkenal  baik, pasti, dan dapat diandalkan. Jika keuntungan berkorelasi dengan fermentasi wine  murni seperti manajemen proses dan kualitas  akhir wine, dapat diprediksi dengan mudah.

Lalu,  penggunaan strain S. cerevisiae komersial secara besar-besaran dan meluas mengurangi keanekaragaman hayati mikroba dan terjadi  penurunan kompleksitas pada wine.  Memang, profil sensorik wine yang dihasilkan oleh fermentasi inokulasi monokultur berbeda secara substansial dari Wine  yang difermentasi secara spontan.

 Hal ini ditunjukkan oleh studi perbandingan karakteristik biokimia wine yang diinokulasi dengan yang berasal dari fermentasi spontan, yang jelas berbeda. Tentu saja, fermentasi spontan menyiratkan risiko yang lebih tinggi, yakni  waktu  fermentasi yang lambat dan  macet, kontaminasi pembusukan, dan aroma akhir yang relatif tidak diinginkan bila dibandingkan dengan proses murni.

Untuk alasan ini, dalam beberapa tahun terakhir, para peneliti wine telah mengeksplorasi penggunaan terkendali kultur starter non-Saccharomyces selain strain S. cerevisiae komersial. Diketahui bahwa ragi non-Saccharomyces umumnya tidak dapat menyelesaikan fermentasi alkohol. Untuk ini, mereka digunakan berpasangan dengan formulasi  konvensional. Tujuan penggunaan ragi campuran adalah untuk memanfaatkan fermentasi multi starter, menghindari risiko fermentasi macet, dicapai dengan menetapkan kondisi di mana semua ragi yang berpartisipasi hidup bersama secara stabil. Hal ini dapat dicapai dengan menginokulasi dua galur starter dalam kokultur (strain non-Saccharomyces dan S. cerevisiae) atau pertama ragi non-Saccharomyces diikuti oleh S. cerevisiae untuk menyelesaikan fermentasi.

Modalitas terakhir ini dikenal sebagai inokulasi berurutan. Selama beberapa tahun terakhir, penggunaan ragi non-Saccharomyces yang terkontrol dalam pembuatan Wine  telah berkembang pesat, dengan cepat menjadi alat bioteknologi baru  untuk lebih memahami dampak dari proses multi starter pada sifat kimia dan sensorik Wine. Dalam hal ini, menganalisis studi komprehensif tentang fermentasi campuran terkontrol dalam Wine , muncul dua aspek: (i) variabilitas intraspesifik yang luas dari ragi non-Saccharomyces untuk karakter oenologis; (ii) perilaku mereka yang berbeda dan spesifik dalam kokultur karena interaksi molekuler dengan S. cerevisiae.

Lebih lanjut,  Penelitian eksperimental berdasarkan aspek-aspek ini sangat menyoroti peran penting dalam fokus dan penerapan ragi non-Saccharomyces, menentukan efek pada profil analitik dan sensorik serta kompleksitas aromatik wine . Memang, telah diketahui dengan baik bahwa ada beberapa tujuan khusus untuk penggunaan kultur campuran dalam produksi minuman fermentasi seperti peningkatan sifat wine tertentu, peningkatan kompleksitas atau fitur struktural/aromatik yang khas dari produk akhir, pengurangan etanol, atau pengendalian mikroorganisme spontan atau yang tidak diinginkan. Dalam konteks ini, pilihan strain yang direncanakan dan studi interaksi ragi memainkan peran penting dalam pencapaian fitur yang diinginkan yang mempengaruhi pertumbuhan dan/atau jalur metabolisme kultur campuran.

 Selain itu, kekuatan pendorong pasar yang didukung oleh permintaan konsumen yang besar terus meningkatkan minat untuk mempelajari fenomena  interaksi ragi dengan ragi dalam fermentasi campuran , hal ini penting untuk memberikan solusi bioteknologi baru  untuk meningkatkan karakteristik sensorik wine.

Upaya lebih lanjut diperlukan untuk memahami modalitas interaksi tersebut dan bagaimana masing-masing spesies berkontribusi pada fermentasi. Namun, pengetahuan yang tersedia telah mendefinisikan potensi fermentasi campuran yang dikelola dengan baik untuk mengendalikan mikroorganisme yang tidak diinginkan atau pembusuk, mengingat perspektif produksi Wine  organik yang berkelanjutan. Memang, dengan kemungkinan kombinasi ragi yang tak terhitung jumlahnya, potensi fermentasi campuran dalam penemuan produk alami tampaknya cukup menjanjikan.

Di sini perlu ditinjau  perkembangan terbaru dalam studi tentang interaksi molekuler dan metabolisme antara ragi non-Saccharomyces dan Saccharomyces dalam fermentasi Wine . Setelah tinjauan singkat tentang metode yang digunakan untuk studi molekuler, lalu perlu dilihat  perkembangan terkini dalam regulasi metabolisme dalam interaksi ragi Wine  yang berfokus pada penyerapan nutrisi, produk sampingan, dan produksi senyawa volatil, serta pengurangan etanol dan tindakan antagonis untuk pengendalian biologis.

Wine Rendah Alkohol

Wine yang rendah alcohol, mulai diminati  Selama beberapa tahun terakhir, telah terjadi peningkatan minat terhadap penuruan  kandungan alkohol dalam wine. Hal ini  untuk menjaga kesehatan manusia dan mengurangi masalah sosial.  peningkatan kualitas citra rasa dan aroma wine. Pemanasan global dan buah   anggur   yang terlalu matang karena permintaan konsumen yang dimodifikasi menyebabkan peningkatan konsentrasi alkohol.

Di antara strategi metabolisme yang telah diterapkan untuk mengurangi produksi  etanol, pada hasil akhir wine, dilakukan dengan berbagai  strategi modifikasi gen pada strain S. cerevisiae, yaitu mengubahnya  untuk memproduksi gliserol berlebih telah terbukti paling efektif, meskipun ketidakseimbangan redoks dapat muncul, menyebabkan peningkatan metabolit yang tidak diinginkan, termasuk asam asetat, asetaldehida, dan acetoin.

Keberadaan  senyawa ini menurunkan  kualitas produk  akhir  wine.  Oleh karena itu, beberapa pendekatan genetic yang  fungsional telah dieksplorasi untuk membatasi produksi etanol  dengan menggunakan  S. cerevisiae, termasuk penghapusan gen aldehida dehidrogenase pengkodean ALD6 dan pengkodean berlebih gen 2,3-butanediol dehidrogenase BDH1 untuk membatasi produksi asam asetat dan asetoin, masing-masing . Namun, dalam kasus ini, regulasi gen yang sulit seperti batasan utama rekayasa genetika klasik menyebabkan proses yang tidak terkendali

Pendekatan  Omic " Sistemik .

Baru-baru ini, pendekatan 'omics sistemik' terbukti berguna dalam mengidentifikasi target genetik spesifik dari modifikasi dengan pendekatan  terintegrasi tentang fisiologi sel, pertama menggambarkan metabolisme wine   secara rinci, untuk memahami jaringan pengaturan kompleks yang terjadi pada organisme  ragi selama fermentasi wine.

Memang, pendekatan 'omics terintegrasi berdasarkan genomik, proteomik, dan metabolomik pada fermentasi S. cerevisiae tunggal membutuhkan studi yang luas dan mendalam tentang mekanisme seluler yang terlibat dalam pengendalian  proses fermentasi keseluruhan dan juga dalam pengurangan etanol sebagai hasil akhir.

Strategi biologis, yakni studi metabolisme ko-inokulasi ragi non-Saccharomyces bisa menjadi cara alternatif untuk mencapai pengurangan kadar  etanol dengan mengeksploitasi penurunan efisiensi fermentasi alkohol dari strain koinokulasi non-Saccharomyces. Distribusi profile senyawa metabolik selama fermentasi, nampak berbeda antara  ragi S. cerevisiae dan non-Saccharomyces.

Pada beberapa spesies  ragi non-Saccharomyces, pengalihan fermentasi alkohol dengan pembentukan senyawa sekunder yang melimpah, kondisi ini  menjelaskan hasil etanol yang rendah. Selain itu, peraturan metabolisme respiro fermentatif yang berbeda (efek Crabtree) dapat berkontribusi untuk mencapai pengurangan kadar etanol selama fermentasi

Efek Crabtree adalah sistem pengaturan dimana respirasi ditekan oleh fermentasi, kecuali dalam kondisi gula rendah. Ketika Saccharomyces cerevisiae tumbuh di bawah ambang batas gula dan mengalami metabolisme respirasi, jalur fermentasi masih sepenuhnya diekspresikan, sedangkan jalur respirasi hanya diekspresikan relatif terhadap ketersediaan gula.

Oleh karena itu, pengetahuan tentang gen yang terlibat dalam aktivitas metabolisme non-Saccharomyces dalam fermentasi campuran merupakan persyaratan untuk mengelola penggunaannya untuk mendapatkan wine  dengan kandungan etanol rendah.

Terkait hal tersebut, Milanovic dkk. [2012] menyelidiki interaksi metabolik Starmerella bombicola (sebelumnya Candida stellata) dalam bentuk amobil dalam fermentasi campuran dengan S. cerevisiae. Setelah banyak bukti bahwa penggunaan S. bombicola meningkatkan kandungan gliserol, meningkatkan profil analitik Wine , dan mengurangi kandungan etanol, itu dievaluasi sebagai mekanisme metabolisme melalui ekspresi dengan RT-PCR real-time. S. bombicola mempengaruhi ekspresi gen dalam S. cerevisiae: ekspresi gen alkohol dehidrogenase (ADH1) lebih tinggi pada fermentasi campuran daripada kultur murni berbeda dengan piruvat dekarboksilase (PDC1). Pendekatan transkriptomik ini memungkinkan kami untuk memahami bahwa gen PDC1 dan ADH1 sangat terinduksi pada fase awal fermentasi, sedangkan pada akhir proses, tingkat ekspresi PDC1 jauh lebih tinggi pada kultur murni.

Studi terapan tentang penggunaan M. pulcherrim dalam fermentasi campuran menunjukkan penurunan etanol yang relevan dalam kondisi fermentasi yang berbeda. Sebuah studi baru-baru ini tentang fluks metabolik strain M. pulcherrima dalam fermentasi berurutan dengan S. cerevisiae menunjukkan pengurangan etanol dan konsentrasi produk sampingan siklus TCA yang lebih tinggi (yaitu, fumarat dan suksinat) dan gliserol dan konsentrasi asam asetat yang lebih rendah.

Pendekatan matematis teoritis seperti desain komposit pusat (the central composite design -CCD) dan metodologi permukaan respons (and response surface methodology -RSM) digunakan sebagai model prediktif untuk menyelidiki aplikasi potensial ragi non-Saccharomyces dalam reduksi etanol. Misalnya, mekanisme kohabitasi antara S. bacillaris (sinonim Candida zemplinina) dalam kombinasi dengan S. cerevisiae ditetapkan, baik dalam kokultur maupun kultur sekuensial, yang terlibat dalam reduksi etanol

Dengan pendekatan yang sama, Maturano dan rekan (2019)  mengevaluasi kemungkinan menggunakan fermentasi campuran antara strain starter komersial S. cerevisiae dan H. uvarum dan Candida membranaefaciens. Dalam hal ini, strategi mikrobiologi berdasarkan penggunaan fermentasi campuran yang dikalibrasi jelas menunjukkan hasil etanol yang berkurang secara signifikan bila dibandingkan dengan kultur murni S. cerevisiae.

Meskipun banyak karya ilmiah mendukung penggunaan fermentasi campuran untuk pengurangan etanol dalam wine , studi terpadu tentang interaksi metabolik antara S. cerevisiae dan non-Saccharomyces secara luas menunjukkan bahwa beberapa asosiasi dapat menyebabkan produksi senyawa yang tidak diinginkan seperti asam asetat dan etil asetat.

 Ragi non-Saccharomyces dicirikan oleh mekanisme regulasi respiro fermentatif yang berbeda dari S. cerevisiae, dan karakteristik ini dapat digunakan untuk mengurangi kandungan etanol dalam Wine. 

 Penapisan beberapa ragi non-Saccharomyces dalam kondisi aerasi menunjukkan bahwa strain yang sama cocok untuk menurunkan kadar etanol melalui respirasi, khususnya M. pulcherrima. Studi tentang metabolisme oksidatif-fermentatif dari strain ragi non-Saccharomyces yang berbeda memungkinkan pemilihan H. uvarum, Hanseniaspora osmophila, S. bacillaris, dan C. membranifaciens sebagai kandidat untuk merancang ko kultur.

Dalam skenario ini (Tabel 1), aktivitas penelitian seputar ragi non-Saccharomyces dan sifat metabolismenya membuka peluang baru untuk mengeksploitasi metabolisme ragi dengan tujuan mengurangi kandungan etanol Wine . Investigasi lebih lanjut diperlukan untuk mendukung studi aspek ini

Tabel 1. Regulasi metabolik dalam pengurangan etanol dalam ragi anggur yang berbeda.

Jenis

Jalur Metabolik/Regulasi Gen

Kondisi Fermentasi

Referensi

S. cerevisiae

Modifikasi gen: penghapusan gen aldehida dehidrogenase (ALD6); 2,3-butanediol dehydrogenase (BDH1) ekspresi gen overexpression

Pure culture

Engliton, et al., 2002;

Combon et al., 2008

Ehsani, et al., 2009

S. bombicola

Ekspresi gen alkohol dehidrogenase (ADH1) meningkat; piruvat dekarboksilase (PDC1) menurun

Immobilized form in mixed fermentation

Milanovic et al., 2012

M. pulcherrima

konsentrasi yang lebih tinggi dari produk sampingan siklus TCA (yaitu, fumarat dan suksinat)

Sequential culture

Hranilovic, A, et al, 2020

H. uvarum dan C. membranifaciens

kalibrasi penggunaan fermentasi campuran jelas menunjukkan hasil etanol berkurang secara signifikan

Mixed fermentation

Maturano, et al., 2019

[52]

M. pulcherrima

Metabolisme respiro fermentative

Pure culture

Quirose , et al., 2014

H. uvarum, H. osmophila, S. bacillaris dan C. membranafaciens

Metabolisme oksidatif-fermentatif

Coculture

Master Furlani, 2017

 

Kesimpulan

Wine nol persen alkohol ternyata dapat diproduksi, dengan  menggunakan rekayasa ganetik, dan menggunakan kokultur ragi, atau menggunakan ragi campuran,  sehingga pengubahan produk akhir etanol, diubah menjadi gliserol. ****

Daftar Pustaka 

Albergaria, H.; Arneborg, N. Dominance of Saccharomyces cerevisiae in alcoholic fermentation processes: Role of physiological fitness and microbial interactions. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2016, 100, 2035--2046. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

Albergaria, H.; Francisco, D.; Gori, K.; Arneborg, N.; Grio, F. Saccharomyces cerevisiae CCMI 885 secretes peptides that inhibit the growth of some non-Saccharomyces wine-related strains. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2010, 86, 965--972. [Google Scholar] [CrossRef]

Alonso del Real, J.; Prez-Torrado, R.; Querol, A.; Barrio, E. Dominance of wine Saccharomyces cerevisiae strains over S. kudriavzevii in industrial fermentation competitions is related to an acceleration of nutrient uptake and utilization. Environ. Microbiol. 2019, 21, 1627--1644. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version].

Badura, J.; van Wyk, N.; Brezina, S.; Pretorius, I.S.; Rauhut, D.; Wendland, J.; von Wallbrunn, C. Development of Genetic Modification Tools for Hanseniaspora uvarum. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 1943. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

Branco, P.; Francisco, D.; Monteiro, M.; Almeida, M.G.; Caldeira, J.; Arneborg, N.; Prista, C.; Albergaria, H. Antimicrobial properties and death-inducing mechanisms of saccharomycin, a biocide secreted by Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2017, 101, 159--171. [Google Scholar] [CrossRef]

Barbosa, C.; Mendes-Faia, A.; Lage, P.; Mira, N.P.; Mendes-Ferreira, A. Genomic expression program of Saccharomyces cerevisiae along a mixed-culture wine fermentation with Hanseniaspora guilliermondii. Microb. Cell Factories 2015, 14, 124. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]

Belda, I.; Ruiz, J.; Alonso, A.; Marquina, D.; Santos, A. The biology of Pichia membranifaciens killer toxins. Toxins 2017, 9, 112. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]

Benito, .; Caldern, F.; Benito, S. The influence of non-Saccharomyces species on wine fermentation quality parameters. Fermentation 2019, 5, 54. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]

Comitini, F.; Ciani, M. The zymocidial activity of Tetrapisispora phaffii in the control of Hanseniaspora uvarum during the early stages of winemaking. Lett. Appl. Microbiol. 2010, 50, 50--56. [Google Scholar] [CrossRef]

Comitini, F.; De Ingeniis, J.; Pepe, L.; Mannazzu, I.; Ciani, M. Pichia anomala and Kluyveromyces wickerhamii killer toxins as new tools against Dekkera/Brettanomyces spoilage yeasts. FEMS Microbiol. Lett. 2004, 238, 235--240. [Google Scholar] [CrossRef][Green Version]

Comitini, F.; Ciani, M. Kluyveromyces wickerhamii killer toxin: Purification and activity towards Brettanomyces/Dekkera yeasts in grape must. FEMS Microbiol. Lett. 2011, 316, 77--82. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed][Green Version]