Une étude révèle que les niveaux d'acide nicotinique sont déterminants pour la fermentation de la levure et la qualité du vin

Une étude récente publiée dans la revue IVES a attiré l'attention sur le rôle de l'acide nicotinique, une forme de vitamine B3, dans la fermentation du vin. L'acide nicotinique est un précurseur des cofacteurs d'oxydoréduction essentiels NAD⁺ et NADP, qui sont vitaux pour de nombreux processus métaboliques chez la levure. Chez Saccharomyces cerevisiae, la levure la plus couramment utilisée en vinification, ces cofacteurs sont produits dans des conditions anaérobies exclusivement par le recyclage de diverses formes de vitamine B3. Cela souligne l'importance de disposer d'une quantité suffisante d'acide nicotinique dans le moût de raisin pendant la fermentation.

Les chercheurs ont étudié comment une carence en acide nicotinique affecte les performances de fermentation de S. cerevisiae et comment elle influence le profil métabolique du vin. L'étude a utilisé un moût de raisin synthétique contenant 230 grammes de sucre par litre et a testé trois concentrations différentes d'acide nicotinique : déficiente (0,1 mg/L), moyenne (2,0 mg/L) et excessive (4,0 mg/L). Les expériences ont été menées à 25°C en utilisant la souche de levure commerciale EC1118™.

Les résultats ont montré que si la cinétique de fermentation était similaire au cours des 24 premières heures dans tous les traitements, une carence en acide nicotinique entraînait une fermentation plus lente et une réduction de 37,5 % de la production de biomasse de levure. Des niveaux excessifs d'acide nicotinique n'ont pas amélioré les taux de fermentation ou la biomasse par rapport aux concentrations normales, ce qui suggère qu'il existe un seuil optimal pour la supplémentation.

L'étude a également mesuré les concentrations de NAD⁺ et de NADH tout au long de la fermentation. Initialement, les niveaux de NAD⁺ ont augmenté jusqu'à la fin de la phase de latence, mais ont chuté brusquement lorsque la levure est entrée dans la phase de croissance exponentielle. Cette chute reflète l'augmentation de l'activité métabolique et de la croissance cellulaire, le NAD⁺ étant rapidement réduit en NADH au cours de la glycolyse et d'autres voies métaboliques. Dans les traitements à faible teneur en acide nicotinique, les niveaux de NAD⁺ sont devenus presque indétectables après 24 heures, ce qui indique un grave déséquilibre redox qui a ralenti la fermentation et réduit la production de biomasse.

Une analyse plus poussée a révélé que les cellules de levure importent et utilisent tout l'acide nicotinique disponible au début de la fermentation, avant d'atteindre la moitié de leur taille de population maximale. Après cela, elles s'appuient sur le recyclage des réserves internes de vitamine B3 pour maintenir la production de NAD⁺. Une certaine exportation de la vitamine B3 dans le milieu a également été observée, en particulier à des concentrations initiales plus élevées.

L'impact de la carence en acide nicotinique s'est étendu à la production de métabolites primaires. Les conditions de carence ont conduit à des augmentations significatives de glycérol, d'acide malique et d'acétoïne en tant que mécanismes compensatoires pour régénérer le NAD⁺, ainsi qu'à des niveaux plus élevés d'acide succinique mais plus faibles d'acide acétique. La production d'éthanol est restée stable quelle que soit la concentration d'acide nicotinique, soulignant son rôle central dans le métabolisme de la levure.

Les carences en vitamine B3 dans le moût de raisin sont moins fréquentes que celles en vitamine B1 (thiamine), qui peuvent être fréquentes. Toutefois, les infections fongiques telles que Botrytis cinerea peuvent épuiser les nutriments et réduire activement les concentrations d'acide nicotinique après le traitement du raisin. Aux premiers stades de la fermentation, la thiamine et d'autres vitamines B sont rapidement absorbées par les levures, ce qui limite leur disponibilité au fur et à mesure que la fermentation progresse. Une macération préfermentaire prolongée ou l'inoculation séquentielle avec des levures non-Saccharomyces peuvent réduire davantage les niveaux d'acide nicotinique, augmentant ainsi le risque de carence.

Pour faire face à ces risques, la supplémentation avec des nutriments dérivés de levures contenant de la vitamine B3 est considérée comme une stratégie viable dans les scénarios où une carence est probable. L'ajout contrôlé d'oxygène au début ou au milieu de la fermentation est une autre approche prometteuse, car l'oxygène permet la synthèse de novo de la vitamine B3 par la levure, ce qui réduit la dépendance à l'égard des sources externes. Cependant, il est essentiel d'optimiser à la fois le moment et le dosage pour garantir une production adéquate de niacine sans compromettre la fermentation.

L'étude souligne que le maintien de niveaux suffisants d'acide nicotinique est nécessaire non seulement pour une cinétique de fermentation efficace, mais aussi pour des profils métaboliques stables dans le vin. Une carence entraîne un grave déséquilibre redox dû à l'appauvrissement des pools de NAD⁺, ce qui nuit aux fonctions métaboliques centrales et ralentit la fermentation. Une supplémentation excessive n'apporte pas d'avantages supplémentaires par rapport aux conditions normales.

Des réponses spécifiques aux espèces ont également été observées : alors que S. cerevisiae pouvait achever la fermentation dans toutes les conditions testées (bien que plus lentement en cas de carence), certaines espèces non-Saccharomyces ont connu des réductions encore plus importantes des taux de fermentation ou une interruption prématurée lorsqu'elles étaient privées d'acide nicotinique.

Les résultats suggèrent que les recherches futures devraient se concentrer sur l'affinement des stratégies de supplémentation en nutriments et l'optimisation de la gestion de l'oxygène pour soutenir la biosynthèse du NAD⁺ pendant la vinification. Cela contribuerait à assurer des fermentations sans heurts et permettrait éventuellement aux viticulteurs d'influencer le profil métabolique du vin par des interventions ciblées basées sur la disponibilité des nutriments.