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Nutrition azotée et levure : un levier pour piloter le profil aromatique des vins

07.06.2013

L’azote des moûts est un élément essentiel pour la nutrition des levures en cours de fermentation. Cet article propose de voir l’influence de la composition azotée du moût sur le profil aromatique du vin.  

Denis Caboulet1, Amélie Roy1, Marie Agnès Ducasse1, Philippe Cottereau2, Dominique Solanet2, Laurent Dagan3, Anthony Sivano4, Anne Ortiz-Julien4 et Rémi Schneider1, 3

1 Institut Français de la Vigne et du Vin, UMT Qualinov, Domaine de Pech-Rouge, 11430 GRUISSAN
2 Institut Français de la Vigne et du Vin Domaine de Donadille, 30230 RODILHAN
3 Nyséos, 2 place Viala, 34 060 MONTPELLIER
4 Société Lallemand, Parc d'Activité Font Grasse19, Rue des Briquetiers, 31700 BLAGNAC


Mots clefs : Azote, fermentation, arômes, thiols variétaux, diméthylsulfure


L’azote des moûts est un élément essentiel pour que les levures puissent achever la fermentation. Cet élément participe en effet au métabolisme de la levure et permet la synthèse de biomasse ainsi que celle des enzymes et transporteurs membranaires nécessaires au fonctionnement de la levure. Il conditionne ainsi à la fois la cinétique et l’achèvement de la fermentation, et différents niveaux de carence ont été mis en évidence selon la concentration en sucres de départ (Sablayrolles et al., 1996).
A côté de ces aspects, le métabolisme de l’azote, et notamment celui des acides aminés, engendre la formation de composés d’arômes abondant qui participent à la matrice aromatique du vin : alcools supérieurs et par voie de conséquence de leurs acétates. Le métabolisme levurien interfère également avec la révélation ou la préservation de certains précurseurs d’arôme de nature aminés (précurseurs cystéinylés de thiols variétaux et précurseur du diméthylsulfure), et la composition azotée du moût peut ainsi modifier le profil aromatique du vin.

Les composés d’arôme issus directement du métabolisme azoté

Les alcools supérieurs
Le métabolisme des acides aminés (anabolisme et catabolisme) par la levure entraine la formation d’alcools dits supérieurs (nombre de carbones supérieurs à 2). Ces composés sont abondants dans le vin (de 400 à 500 mg/l au total) comme dans toutes les boissons fermentées et la plupart des boissons distillées. Dans le vin ils sont largement dominés par les 2- et 3-méthylbutanol, le propanol, le 2-méthylpropanol, le butanol, le pentanol, le 2-phényléthanol, le méthylthiopropanol (méthionol) le tyrosol et le tryptophol(Baumes, 1998). On considère qu’au-delà de 1 g/l au total ces composés à l’exception notoire du 2-phényléthanol, constituent un défaut d’arôme, alors qu’aux teneurs optimales de 400 à 500 mg/l, ils auraient un effet positif (Etiévant, 1991).
Leur formation, liée au métabolisme azoté, est fortement influencée par la composition azotée du moût. Le catabolisme des acides aminés par la levure entraine la formation, par décarboxylation puis réduction, des acides ?-cétoniques issus de la transamination des acides aminés. L’anabolisme de ces mêmes acides aminés entraîne aussi la formation d’acides  ?-cétoniques à partir des sucres.
La régulation de ce métabolisme est très complexe et il apparaît que la composition en azote des moûts est essentielle. De manière macroscopique, une carence azotée entraine l’accumulation d’acides ?-cétoniques et donc des alcools supérieurs correspondants, tandis que la présence en quantité importante d’acides aminés provoque la retro inhibition de la voie anabolique, donc la diminution des alcools supérieurs issus de cette voie, mais l’activation de la voie catabolique de formation.

La production des alcools supérieurs est variable selon les souches de levures, et plus précisément selon leur profil d’utilisation des acides aminées et de leur demande en azote totale. Cependant, il semble que les différences soient faibles en l’absence de carence azotée (Jiranek et al., 1995).

Enfin il apparaît que de nombreux facteurs qui concourent à une vitesse de fermentation élevée sont favorables à la production de ces alcools : éléments de croissance, turbidité élevée, aération du moût, température de fermentation élevée, pH élevé, pression en gaz carbonique forte, mais l’interaction de ces différents facteurs reste difficile à appréhender

Les esters
Ces composés constituent la deuxième classe de composés en abondance. Si les alcools supérieurs sont plus à considérer comme défavorables à l’arôme des vins, les esters éthyliques ou les acétates d’alcools supérieurs, constituent eux la majeure partie du tampon aromatique des vins tel que défini par (Ferreira, 2012). Ils apportent ce que les technologues appellent la note vineuse, issue de leur interaction entre eux, sachant qu’individuellement ils apportent plus des notes fruitées allant des fruits à chair blanche aux fruits rouges en passant par la banane ou l’ananas.

De ces deux familles, les acétates sont les composés qui sont le plus à relier au métabolisme azoté (Baumes, 1998) dans la mesure où ils sont formés par la levure par acétylation des alcools supérieurs précédemment décrits (via l’acétyl-S-coenzyme A). Cependant la biogénèse des esters éthyliques d’acides gras implique aussi la présence acyl-S-coenzyme A, dont la production est régulée essentiellement par le métabolisme lipidique mais aussi par le métabolisme azoté.

En termes de régulation, il semble que pour les acétates se soit plus la disponibilité des alcools supérieurs que celle de l’acétyl-S-coenzyme A qui soit prépondérante. Par contre, l’activité de l’acétyltransférase reste primordiale, ce qui explique la variabilité entre souches de levure observées en conditions œnologiques. Pour les esters éthyliques d’acides gras en revanche, c’est bien l’acyl-S-coenzyme A qui est le facteur essentiel, et les conditions qui diminuent la vitesse de fermentation, semblent favoriser celle des acides gras et de leurs esters éthyliques : anaérobiose stricte, faible turbidité, abaissement de la température.

Les composés d’arôme dont la formation est régulée par le métabolisme azoté

Il s’agit essentiellement des thiols variétaux et du diméthylsulfure.

Les thiols variétaux
Les premiers sont issus de manière prépondérante de précurseurs cystéinylés ou glutathionylés. Caractéristiques des vins blancs de Sauvignon (Dubourdieu et al., 2009), ils se retrouvent dans les vins de nombreux autres cépages auxquels ils confèrent leur notes spécifiques d’agrumes ou de fruits de la passion quand ils sont en quantité suffisantes (cas des vins de  Colombard par exemple) ou au fruité desquels ils apportent de la fraîcheur à plus faibles concentrations (cas des vins de Melon B par exemple).
Les précurseurs à leur origine sont des dérivés d’acides aminés ou de peptides. Ils sont transportés dans la levure et c’est en son sein qu’a lieu la réaction de clivage via l’activité C-S lyase de la levure. La régulation des transporteurs des acides aminés et du glutathion, au moins en partie responsables du transport dans la cellule des précurseurs de thiols variétaux de thiols, interfère de ce fait avec la biosynthèse des thiols variétaux, et il a notamment été montré que la répression catabolique de l’azote sur la biosynthèse des transporteurs d’acides aminés de type Gap entraine une libération moindre de thiols variétaux dans les vins (Subileau et al., 2008).

Le diméthylsulfure
Le diméthylsulfure est un puissant exhausteur du fruité  ou conférant à plus forte concentration des notes de sous-bois et de truffe qui sont l’apanage du bouquet réducteur de certains vins rouges mais aussi de liquoreux (Segurel et al., 2004; Escudero et al., 2007). Le précurseur majoritaire du diméthylsulfure des vins en bouteille est un dérivé d’acide aminé encore une fois, la S-méthylméthionine (SMM ; (Loscos et al., 2008), dont le clivage au cours de la conservation des vins, génère le diméthylsulfure. Ce composé est présent dans les raisins et les moûts de nombreux cépages, mais l’on observe une perte lors de l’étape de fermentation. Une des explications avancée est son assimilation par la levure comme source d’azote, et l’on comprend ainsi le rôle de la composition azotée du moût ainsi que de la demande en azote des levures dans la préservation de la SMM dans les vins fin FA.

Application en œnologie

Modulation du profil des esters par l’ajout d’azote
Au vu des liens qui existe entre métabolisme de l’azote et production d’esters fermentaires, les premiers essais de modulation du profil aromatique par l’ajout d’azote ont porté sur ce type d’arôme. Si l’on se réfère aux travaux les plus récents (Charrier et al., 2007), il apparaît que l’ajout d’azote à la vigne par pulvérisation foliaire, pratique préconisée nous le verrons dans le cas des thiols variétaux, n’est pas en mesure de modifier profondément et systématiquement la quantité d’esters éthyliques, en revanche, les acétates d’alcools supérieurs voient par ce type de technique leur teneur augmenter de 50 à 100%. La comparaison de ce type d’application d’azote avec l’ajout de sels ammoniacaux au chai (pour une même teneur en azote assimilable à la fin) montre également que ces derniers sont moins efficaces, puisque l’augmentation des acétates n’excède jamais 50%.

Ces études donnent des résultats intéressant dans une première approche mais ne prennent pas en compte l’effet éventuel d’une demande en azote différentes des souches de levures, et de la possibilité de corriger la composition en azote des moûts par l’utilisation de nutriment azotés organiques, riches en acides aminés.

Cela a fait l’objet d’un travail récent mené en partenariat avec la société Lallemand à la fois sur Sauvignon, Vermentino et Mourvèdre rosé. Il ressort de manière globale que les ajouts de nutriments azotés sur des moûts non carencés (autour de 150 mg Nass./l) sont d’autant plus efficaces sur les acétates d’alcools supérieurs que la levure possède intrinsèquement de plus faibles besoins en azote et que l’azote organique aminé est privilégié.


Azote et valorisation du potentiel aromatique

Deux potentiels ont fait l’objet d’étude dans ce cas, il s’agit du potentiel en thiols variétaux et du potentiel en diméthylsulfure. Cet intérêt est justifié par la nature aminée des précurseurs en question, qu’il s’agisse des S-conjugués à la cystéine pour les thiols ou de la S-méthylméthionine pour le DMS.

Le cas des thiols variétaux est encore le plus documenté, et dans le processus de production, le statut azoté de la vigne est le premier point à regarder. Si l’amendement au sol qui, en absence de contrainte hydrique, permet une plus grande biosynthèse des précurseurs de cystéinylés de thiols dans les baies (Choné et al., 2006), les essais plus récents de pulvérisation foliaire d’urée ont donné des résultats encore plus intéressants (Charrier et al., 2007). En effet, ce traitement, positionné après véraison, et éventuellement combiné à la pulvérisation de soufre élémentaire permet de tripler voire de quintupler les teneurs en thiols variétaux dans les vins, sans augmentation de rendement, de vigueur ou de problème de pourriture grise sur les raisins. Cette augmentation est plus à mettre à l’actif d’une meilleure conversion des précurseurs de thiols en thiols qu’à l’augmentation des teneurs en précurseurs dans les baies identifiée par (Lacroux et al., 2008), en l’état actuel de nos connaissances.

En vinification, il a été démontré que l’ammonium en excès en début de fermentation limitait la libération des thiols variétaux par la levure (Subileau et al., 2008). L’explication de ce phénomène réside dans la répression catabolique par l’ammonium de la synthèse des transporteurs d’acide aminées chez la levure en fermentation, qui limite également l’entrée des précurseurs de thiols de type cystéinylés, et par voie de conséquence leur conversion intracellulaire en thiols volatils. Cette observation a été faite en laboratoire mais également à l’échelle pilote et a débouché sur la mise en place de stratégie de nutrition azotée en fermentation privilégiant des ajouts d’azote aminé en début de fermentation et d’ammonium plus tardifs. De la même manière que dans le cas des acétates d’alcools supérieurs, il apparait aussi que ce soit le couple levure/nutriment qu’il faille raisonner, en tenant compte de la demande en azote de la levure utilisée pour adapter la nutrition azotée dans un objectif de pilotage du profil produit.

Pour le potentiel en DMS, il apparaît que sa dégradation est importante en fermentation, vraisemblablement par métabolisation de la S-méthylméthionine par la levure. L’utilisation conjointe de souche faible demandeuse en azote et de complémentation azotée pouvait limiter cette dernière. Des essais menés, il ressort qu’une telle stratégie permet de préserver le double de potentiel en DMS dans les vins en fin de fermentation alcoolique, et ainsi de favoriser une libération de DMS au cours de la conservation en bouteille à une teneur intéressante plus rapidement.

 

Références bibliographiques

Baumes R. 1998. Les constituants volatils du stade fermentaire. In: Flanzy, C., editor). Oenologie, Fondements Scientifique et Technologiques. Paris: Tec & Doc Lavoisier. p. 183-202.
Charrier F, Pain A, Dufourcq T, Schneider R & Berger JL. 2007. Effets technologiques compares d’une pulvérisation foliaire d’azote a la vigne et d’un ajout de sels ammoniacaux au moût en cave. Vine and Wine World congress. Zagreb: OIV.
Choné X, Lavigne-Cruège V, Tominaga T, Leeuwen CV, Castagnède C, Saucier C & Dubourdieu D. 2006. Effect of vine nitrogen status on grape aromatic potential: Flavor precursors (S-cysteine conjugates), glutathione and phenolic content in Vitis Vinifera L. cv. Sauvignon Blanc grape juice. Journal International des Sciences de la Vigne et du Vin 40(1):1-6.
Dubourdieu D & Tominaga T. 2009. Polyfunctionnal Thiol Compounds. In: Moreno-Arribas, V. & Polo, C., editors. Wine chemistry and biochemistry. Springer. p. 275.
Escudero A, Campo E, Farina L, Cacho J & Ferreira V. 2007. Analytical Characterization of the Aroma of Five Premium Red Wines. Insights into the Role of Odor Families and the Concept of Fruitiness of Wines. Journal of Agricultural and Food Chemistry 55(11):4501-4510.
Etiévant P. 1991. Wine. In: H., M., editor). Volatile Compounds in Foods and Beverages.New-York, Basel, Hong-Kong: Dekker Inc. p. 483-546.
Ferreira V. 2012. Bases moléculaires de l'arôme du vin. Arômes du Vin. Toulouse / Zaragoza. p. 5-6.
Jiranek V, Langridge P & Henschke PA. 1995. AMINO-ACID AND AMMONIUM UTILIZATION BY SACCHAROMYCES-CEREVISIAE WINE YEASTS FROM A CHEMICALLY-DEFINED MEDIUM. American Journal of Enology and Viticulture 46(1):75-83.
Lacroux F, Tregoat O, Leeuwen CV, Pons A, Tominaga T, Lavigne-Cruège V & Dubourdieu D. 2008. Effect of foliar nitrogen and sulphur application on aromatic expression of Vitis Vinifera L. cv. Sauvignon Blanc. Journal International des Sciences de la Vigne et du Vin 42(3):125-132.
Loscos N, Ségurel M, Dagan L, Sommerer N, Marlin T & Baumes R. 2008. Identification of S-methylmethionine in Petit Manseng grapes as dimethyl sulphide precursor in wine. Analytica Chimica Acta 621(1):24-29.
Sablayrolles JM, Dubois C, Manginot C, Roustan JL & Barre P. 1996. Effectiveness of combined ammoniacal nitrogen and oxygen additions for completion of sluggish and stuck wine fermentations. J. Ferment. Bioeng. 82(4):377-381.
Segurel MA, Razungles AJ, Riou C, Salles M & Baumes RL. 2004. Contribution of Dimethyl Sulfide to the Aroma of Syrah and Grenache Noir Wines and Estimation of Its Potential in Grapes of These Varieties. Journal of Agricultural and Food Chemistry 52(23):7084-7093.
Subileau M, Schneider R, Salmon J-M & Degryse E. 2008. Nitrogen catabolite repression modulates the production of aromatic thiols characteristicof SauvignonBlanc at the level of precursor transport. FEMS Yeast Res. 8:771-780.

Cet article a été présenté lors du Colloque Euroviti, organisé par l’IFV, au SIVAL d’Angers le 14 janvier 2013. Pour retrouver l’ensemble des actes de colloque, cliquez-ici

 
 
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