Investigación de calidad en fermentación maloláctica y bacterias lácticas del vino en España

Albert Bordons, Cristina Reguant y Nicolas RozèsDepartamento de Bioquímica y Biotecnologia, Facultad de Enología de Tarragona,  Universitat Rovira i Virgili, Campus Sescelades, Tarragona

Obtención de los datos En este artículo se analiza la investigación realizada recientemente en España en temas de la fermentación maloláctica (FML) y de las bacterias lácticas (BL) del vino, en un sentido amplio y por lo tanto no solamente de la conversión maloláctica en sí. Sin embargo, para delimitar el estudio a la enología, no se han analizado aquí los trabajos realizados sobre la FML de la sidra y las bacterias lácticas que en ella intervienen. Caben destacar en este ámbito de la sidra los trabajos realizados por el grupo de la Facultad de Química de la Universidad del País Vasco en San Sebastián, cuya responsable es M. Teresa Dueñas. Sus trabajos más destacables son sobre la producción de aminas biógenas [23, 24] y sobre todo de los glucanos producidos por las bacterias lácticas en la sidra.[21, 25, 38, 39, 93] Asimismo, el grupo de Mario Díaz de la Universidad de Oviedo ha trabajado en la aplicación de la citometría de flujo al análisis de poblaciones de las bacterias lácticas (incluyendo las no cultivables) de la sidra, [77,78] técnica que por supuesto es aplicable a las del vino. Para conocer en detalle la investigación realizada recientemente en FML por los grupos españoles se ha recurrido a buscar y recoger los artículos científicos publicados en revistas científicas internacionales indexadas, o sea, las que constan en la base de datos del Institute for Scientific Information (ISI), denominado desde 2008 Thomson Reuters ISI, con su central en Nueva York. La base de datos del ISI es utilizada por la mayoría de organismos evaluadores de las Administraciones y de las mismas universidades como criterio preferente de calidad en las publicaciones científicas. La base de datos ISI es accesible sin coste desde los organismos públicos a través del portal de acceso a la Web of Knowledge (WOK) del Sistema Español de Ciencia y Tecnología (Ministerio de Ciencia e Innovación y la Federación Española para la Ciencia y la Tecnología): http://www.accesowok.fecyt.es/ Para intentar delimitar la búsqueda al tema que nos interesa, dentro del WOK, en la Web of Science se ha procedido a buscar artículos con alguno de los términos siguientes como tópico: malolactic, Oenococcus, y con Spain como término obligatorio en la dirección. En cuanto al año de publicación, se ha limitado a los artículos publicados desde 2006 hasta la actualidad, para conocer la investigación actual o más reciente. Con ello se han cubierto los 5 últimos años, período que a menudo también es utilizado en diversos sistemas de evaluación de la calidad de la investigación. Con esta búsqueda se han obtenido 136 referencias, frente a 470 si no se introduce el término Spain, lo cual significa que un 30% aproximadamente de la investigación mundial en este ámbito corresponde a grupos españoles. De estas 136 referencias se han seleccionado aquellas que están estrictamente relacionadas con vino, y en las que las bacterias lácticas y/o la fermentación maloláctica tienen un cierto papel y no son solo menciones indirectas que se hacen en la introducción del artículo. Para intentar mostrar exclusivamente la investigación realizada en centros españoles, también se han excluido aquellos artículos en los que el autor de correspondencia es de un centro extranjero, a pesar de que alguno de los autores sea español. También se han excluido los capítulos de libro porque entendemos que no pasan por el mismo sistema de evaluación que los artículos indexados, y suelen ser revisiones del estado de un tema, muy útiles para su comprensión, pero que remiten a los mismos artículos ya publicados. Con ello se ha obtenido una relación de 84 artículos, que creemos reflejan la actualidad de la investigación de calidad en FML y las bacterias lácticas del vino, por los grupos españoles. Pedimos disculpas por posibles errores u omisiones en la obtención y análisis de estos datos. Temas actuales de investigación de FML y bacterias lácticas del vino en España Los artículos publicados están relacionados con los temas que se esquematizan en la tabla 1. Vemos tres temas mayoritarios que son los de identificación y tipificación de las bacterias lácticas del vino, la relación de las mismas con los compuestos fenólicos, y la producción de aminas biógenas por ellas. Entre los motivos posibles de estas preferencias cabe pensar, en primer lugar, en la misma trayectoria investigadora de los grupos, ya que una vez se adquiere experiencia y prestigio en un tema determinado, es lógico profundizar en el mismo. También influyen en una determinada preferencia la obtención de proyectos en función de las convocatorias, colaboraciones con otros grupos, algunas técnicas puestas a punto, y por supuesto los intereses del sector, y también la preocupación de la sociedad por la salud del consumidor, como pasa con las aminas o el carbamato de etilo por ejemplo. En cuanto a las publicaciones de identificación y tipificación de bacterias lácticas del vino, una buena parte son estudios de seguimiento mediante técnicas moleculares de las especies y cepas, sobre todo de Oenococcus oeni, presentes en la FML o en mostos y vinos de diferentes variedades,[10, 40, 54, 55, 66, 86, 87] o en el ambiente de la bodega.[30] Otra parte son trabajos sobre nuevos métodos moleculares para la identificación o tipificación, incluyendo métodos independientes de cultivo y de secuenciación. [5, 7, 15, 75, 80, 89] Finalmente, en esa línea de caracterización taxonómica cabe destacar la descripción de cuatro nuevas especies de Lactobacillus de mostos y vinos por el grupo Enolab de la Universidad de Valencia.[57, 58, 59, 79] En dicho tema, estos últimos años se han optimizado y utilizado con éxito diversos métodos moleculares que han permitido caracterizar las bacterias lácticas presentes en el vino, y al mismo tiempo conocer su diversidad intraespecífica, sobre todo deO. oeni. Tabla 1: Temas de investigación de FML y bacterias lácticas del vino en España, 2006-2011 TEMA Nº ART. REFERENCIAS EN BIBLIOGRAFÍA Identificación y tipificación 18 5, 7, 10, 15, 30, 40, 54, 55, 57, 58, 59, 66, 75, 79, 80, 86, 87, 89 Análisis 4 9, 22, 33, 34 Nutrientes y adaptación 7 1, 2, 4, 19, 49, 71, 72 Aromas y beta-glucosidasa 4 35, 37, 41, 73 Compuestos fenólicos 14 3, 11, 12, 13, 17, 26, 27, 29, 31, 32, 45, 53, 68, 81 Aminas 20 8, 14, 28, 33, 34, 36, 42, 43, 44, 46, 47, 48, 50, 51, 52, 60, 61, 62, 69, 74 Carbamato de etilo 6 6, 16, 63, 85, 91, 92 Eliminación de ocratoxina por BL 3 18, 64, 65 Polisacáridos 1 67 Bacteriocinas 4 70, 82, 83, 90 Antibacterianos 3 20, 76, 84 Selección e Inoculación 2 56, 88 Aunque estas publicaciones de identificación tienen como uno de sus objetivos el análisis microbiológico, bajo el tema análisis se han señalado solo los artículos de mejoras de métodos de análisis químico o bioquímico, bien para control de la FML analizando málico y láctico por espectroscopía o con biosensores [9, 22], o bien para analizar las aminas biógenas por cromatografía.[33, 34] Desde el punto de vista del desarrollo de la FML y por lo tanto de los factores de crecimiento y de la supervivencia y adaptación de las bacterias, sobre todo de O. oeni, se han obtenido resultados interesantes (apartado nutrientes y adaptación) por un lado en aspectos básicos del metabolismo del ácido málico[49] o en la influencia de compuestos procedentes de las levaduras [4, 19]. También se ha estudiado el efecto inverso de la influencia de la FML sobre componentes nitrogenados del vino final [1, 2]. Por otro lado, en relación con la adaptación, recientemente se ha comprobado que las condiciones estresantes del vino como el etanol afectan la expresión de algunos genes, como los de la ruta del citrato. [71, 72] Un tema del que hay pocas publicaciones estos últimos años pero que es de interés para el sector enológico es la relación de la FML y las bacterias lácticas como los aromas (aromas y beta-glucosidasa). Se ha trabajado en la influencia de las bacterias lácticas sobre el desarrollo de aromas [35, 37, 41] y en el estudio de la expresión del gen de la beta-glucosidasa. [73] Como se ha dicho, la relación de las bacterias lácticas del vino con loscompuestos fenólicos ha sido uno de los temas preferentes en las publicaciones de los grupos españoles. Sin duda, estos compuestos son muy importantes en la calidad del vino (color, astringencia, etc.) y también por su papel como antioxidantes y por lo tanto beneficiosos para la salud. En relación con las bacterias lácticas, cabe destacar el relevante y continuado trabajo llevado a cabo por los grupos del Instituto de Fermentaciones Industriales (CSIC) de Madrid, que se refleja en sus numerosas publicaciones. En este tema por un lado se han estudiado los efectos positivos (quercitina y catequina por ej.) o negativos (flavonoles por ej.) de algunos compuestos fenólicos sobre las bacterias lácticas (Lactobacillus sobre todo) [3, 13, 27, 29]Por otro lado se ha visto la capacidad de degradación de algunos de los compuestos fenólicos (ácidos hidroxicinámicos por ej.) por parte de algunas bacterias lácticas. [11, 12, 17, 31, 32, 45, 53, 68], y por lo tanto, se ha relacionado con los cambios organolépticos consecuentes. Es importante señalar dos Review de este tema publicados por los grupos del IFI: Rodríguezet al. [81] y García-Ruiz et al. [26] Los posibles efectos perjudiciales de algunos compuestos a veces presentes en el vino sobre la salud son una preocupación de la sociedad y esto se refleja en el número de publicaciones, sobre todo en el tema de aminas biógenas, que constituyen uno de los temas mayoritarios. Cabe destacar la excelente contribución del grupo Enolab de la Universidad de Valencia para el conocimiento actual de este tema. Diversos trabajos suyos y de otros grupos han incidido en conocer la capacidad de producción de las diferentes aminas biógenas por las diversas cepas y especies de bacterias lácticas [42, 43, 47, 51, 52, 69] y también en el estudio de cuáles son los factores principales de su producción [8, 36, 61, 62, 74]. Desde el punto de vista de detección de las posibles cepas productoras se han optimizado métodos moleculares de detección de los genes implicados y de su posible origen,[14, 44, 50, 60] y se ha estudiado la regulación de la expresión génica.[46, 48] Finalmente, recientemente se ha empezado a examinar el potencial de usar algunas bacterias lácticas del vino para degradar las aminas. [28] El carbamato de etilo es otro compuesto nocivo para la salud, del cual se ha estudiado la capacidad de formación de sus precursores, como citrulina a partir de arginina, por las diversas bacterias lácticas, así como los factores o condiciones del vino que influyen en ello. [63, 85, 91, 92] Asimismo, los genes implicados en la degradación de arginina han sido detectados en un conjunto de cepas y especies, [6] y desde un punto de vista más básico, se ha caracterizado uno de los enzimas de la ruta.[16] Aunque la ocratoxina, otro compuesto tóxico, no es producida por bacterias lácticas sino por hongos, precisamente se han visto posibilidades de eliminarla con las bacterias lácticas del vino, como O. oeni, parece que por un mecanismo de adsorción pasiva por las células.[18, 64, 65] La producción de polisacáridos es otro aspecto negativo de algunas bacterias lácticas, pero que a diferencia de la sidra o la cerveza, en vinos ha sido muy poco estudiado estos años.[67] Las bacteriocinas, estudiadas sobre todo por el grupo del Área de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de la Rioja, tienen un doble papel de interés en relación con las bacterias lácticas del vino. Por un lado pueden ser usadas como inhibidores de las mismas, [83] y por otro la producción por algunas de ellas puede ser interesante para el control de las otras bacterias no deseadas. En este caso, se ha profundizado en el mecanismo de producción de plantaricina por L. plantarum de vino.[70, 82, 90] El uso de otros compuestos o métodos antibacterianos, aparte de las bacteriocinas, también ha sido estudiado, para inhibir las bacterias lácticas, por ejemplo cuando no interesa que ocurra la FML , mediante péptidos de origen animal [20] o campos de pulsos eléctricos, [76] y también se ha estudiado la susceptibilidad a antibióticos desde el punto de vista de la caracterización de las cepas. [84] Finalmente, aunque en muchos de los temas anteriores se efectúan indirectamente selecciones de cepas por diversos motivos, algunas de las publicaciones tratan más globalmente de la selección de cepas y/o suinoculación en vinos, estudiando sus capacidades en vinificación.[56, 88] Calidad de la investigación en FML y bacterias lácticas del vino en España Como se ha comentado, la relación de publicaciones que aquí se comenta ha sido extraída de las bases de datos ISI, con revistas científicas internacionales, cuyos artículos antes de su aceptación para ser publicados, han sido sometidos a evaluadores internacionales expertos en la materia, de dos a cuatro evaluadores para cada artículo, según la revista. Por lo tanto, todas estas publicaciones tienen una calidad científica demostrada. Ahora bien, algunas revistas tienen más prestigio que otras, en base a los artículos que se publican y a la repercusión que tienen en la comunidad internacional. La manera usual de cuantificar esta repercusión es el Factor de Impacto (FI) de la revista, que es la media de citas de todos los artículos por otros investigadores en otras publicaciones, en un período de dos años. Las revistas más frecuentes en las que se han publicado los artículos de FML y BL del vino en España tienen un FI alrededor de 2 (tabla 2), lo que demuestra su repercusión y buena calidad. Las revistas, en la base de datos Science Citation Index del ISI, están agrupadas por categorías, según el ámbito, y como vemos la mayoría de estas revistas son de la categoría Food Science and Technology. Dentro de cada categoría puede haber unas 100 revistas y al ordenarlas por su FI, se establecen los cuartiles. Por lo tanto una revista de cuartil 1, como vemos las de la mayoría de estas publicaciones, está dentro del 25% de revistas de más prestigio de su ámbito. De aquí se infiere otro elemento de la buena calidad de estas publicaciones. Tabla 2: Revistas más frecuentes de los artículos de grupos españoles sobre FML y BL del vino JOURNAL Nº ART. FI* JOURNAL 2010 SUBJET CATEGORY CUARTIL International Journal of Food Microbiology 13 3,143 Food Science and Technology 1 Journal of Agriculture and Food Chemistry 7 2,816 Food Science and Technology 1 Food Microbiology 6 3,320 Food Science and Technology 1 Journal of Food Protection 5 1,720 Food Science and Technology 1 Food Control 5 2,812 Food Science and Technology 1 Food Chemistry 5 3,458 Food Science and Technology 1 European Food Research and Technology 4 1,585 Food Science and Technology 2 Journal of Applied Microbiology 4 2,365 Biotechnology and Applied Microbiology / Microbiology 2 * FI: Factor de impacto de la revista.Cuando analizamos todas las publicaciones de FML y bacterias lácticas del vino en España en los 5 años de 2006 a 2010 (tabla 3), vemos que 50 de los 76 de los artículos (un 66%) han sido de 1r Cuartil, y que además este % ha ido aumentado a lo largo de estos años, en paralelo con un ligero aumento de la media de FI. No se ha tenido en cuenta el año 2011 porque los datos de FI de este año no se conocerán hasta el año que viene. Tabla 3: Índices de calidad de la investigación sobre FML y BL del vino en España, 2006-2010 AÑO ARTÍCULOS ISI 1r. CUARTIL %1r. CUARTIL MEDIA DE CUARTIL MEDIA DE FI 2006 13 8 62 1,62 2,20 2007 12 9 75 1,50 1,95 2008 18 10 56 1,50 2,26 2009 19 11 61 1,61 2,22 2010 15 12 80 1,27 2,91 5 años 76 50 66 1,50 2,31 Un muy buen índice de la calidad de un artículo per se, independientemente del FI de la revista, es ver el número de artículos posteriores que lo citan. En la tabla 4 se muestran los artículos más citados entre los 76 comentados de 2006 a 2010. En principio, a mayor número de años puede haber mayor número de citas, pero la importancia y repercusión de un artículo se ve también por el n. citas por año. Por ejemplo, el artículo con más citas por año (9,0) es el de Rodríguez et al. de 2009,[81] solamente dos años después, que es un buen Review sobre las relaciones entre los compuestos fenólicos y las bacterias lácticas del vino. Tabla 4: Artículos más citados (2006-2010) ARTÍCULOS Nº REF. GRUPO CITAS AÑOS DESDE LA PUB. CITAS AÑO Marcobal A et al. (2006). Formation of biogenic amines... J Food Protection... 61 IFI, CSIC, Madrid 27 5 5,4 Hernández T et al. (2006). Phenolic compounds in red wine... Anal Chimica Acta... 31 IFI, CSIC, Madrid 26 5 5,2 Martín-Álvarez PJ et al. (2006) Influence of... amine ..... Eur Food Res Technol... 62 IFI, CSIC, Madrid 25 5 5,0 Rojo-Bezares B et al. (2007). Coculture-inducible bacteriocin activity… Food Microb ... 82 U. Rioja. Logroño 29 4 7,3 Rojo-Bezares B et al. (2007). Antimicrobial activity of nisin... Int J Food Microb.... 83 U. Rioja. Logroño 23 4 5,8 Landete JM et al. (2007). Biogenic amine production... Food Control 52 U. València 22 4 5,5 García-Ruiz A et al. (2008). Potential of phenolic compound… Food Control.... 26 IFI, CSIC, Madrid 13 3 4,3 Moreno-Arribas MV et al. (2008) Occurrence of .... and biogenic amines... Food Microb... 69 IFI, CSIC, Madrid 12 3 4,0 Ruiz P et al. (2008). Intraspecific genetic diversity of... Food Microb… 86 UCLM, Toledo 12 3 4,0 Rodríguez H et al(2009). Food phenolics and lactic ... Int J Food Microb... 81 IFI, CSIC, Madrid 18 2 9,0 Hernández-Orte P et al. (2009). Effect of micro-oxygenation... LWT-Food Sci Technol... 35 U. València + U. Zaragoza 12 2 6,0 Hernández-Orte P et al. (2009) Aroma development... Food Res Int... 37 U. Zaragoza 9 2 4,5 Olguín N et al. (2009) Influence of ethanol and pH on the gene expression... Food Microb 71 URV, Tarragona 8 2 4,0 Landete JM et al. (2010) Requirement of the Lactobacillus casei MaeKR... Appl Env Microb... 49 IATA, CSIC, Valencia 4 1 4,0 Ruiz P et al. (2010) Analysis of lactic acid bacteria populations... Food Control... 87 UCLM, Toledo 4 1 4,0 Ruiz P et al. (2010) Selection of autochthonous Oenococcus oenistrains... Int J Food Microb... 88 UCLM, Toledo 4 1 4,0 Tabla 5: Grupos con mayor número* de publicaciones indexadas (2006 - septiembre 2011) GRUPO INVESTIGADOR RESPONSABLE Nº DE 1r. CUARTIL Nº DE OTROS CUARTILES TOTAL PUB. Departamento de Microbiología, Instituto de Fermentaciones Industriales, CSIC, Madrid Rosario Muñoz 12 5 17 ENOLAB Laboratori de Microbiologia Enològica, Departament de Microbiologia i Ecologia, Facultat de Ciències Biològiques, Universitat de València, Burjassot Sergi Ferrer 5,5 9,5 15 Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación, CSIC-UAM (antes en el IFI, CSIC), Madrid M. Victoria Moreno-Arribas 9 2,5 11,5 Área de Bioquímica y Biología Molecular, Departamento de Agricultura y Alimentación, Universidad de la Rioja, y Instituto de Ciencias de la Vid y del Vino, Logroño Fernanda Ruiz-Larrea 7 3 10 Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos, Facultad de Ciencias del Medio Ambiente, Universidad de Castilla La Mancha, Toledo M. Llanos Palop 6 2 8 Departament de Bioquímica i Biotecnologia, Facultat d’Enologia, Universitat Rovira i Virgili, Tarragona Albert Bordons 3 3,5 6,5 Total de éstos más el resto de grupos 53 31 84 * El número en algunos casos no entero corresponde a artículos publicados en colaboración con otros grupos. Principales conclusiones Las publicaciones científicas de investigación llevada a cabo estos últimos años por los grupos españoles en temas de fermentación maloláctica y bacterias lácticas del vino son relevantes a nivel internacional, y suponen casi un 30% del total mundial. Aunque estas publicaciones cubren multitud de aspectos relacionados con la FML, cabe destacar el esfuerzo realizado en los temas de aminas biógenas, identificación y tipificación de las bacterias lácticas del vino, y la relación de éstas con los compuestos fenólicos del vino. Así, cabe destacar la caracterización que se ha realizado de la producción de aminas por parte de diversas bacterias lácticas, su regulación, y los factores principales de su producción. En la identificación y tipificación, se han utilizado con éxito diversos métodos moleculares que han permitido caracterizar las bacterias lácticas presentes en los vinos, y al mismo tiempo conocer la diversidad intraespecífica, sobre todo de Oenococcus oeni. Respecto a los compuestos fenólicos, cabe señalar que se ha analizado el efecto positivo de algunos de ellos sobre las bacterias lácticas, y también la capacidad que tienen algunas especies de degradar algunos de estos compuestos. El conjunto de todas estas publicaciones presenta unos muy buenos índices de calidad, con un 66% de artículos publicados en revistas de primer cuartil, en su mayoría dentro del ámbito de Ciencia y Tecnología de los Alimentos. Bibliografía 1. 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