Las interacciones microbianas juegan un papel decisivo en la dinámica de fermentación y la calidad del vino final. La coinoculación secuencial de levaduras no convencionales con Saccharomyces cerevisiae se ha propuesto como una estrategia para mejorar las propiedades organolépticas, reducir el contenido de etanol y/o ejercer un biocontrol sobre las levaduras de deterioro, disminuyendo de este modo el uso de dióxido de azufre (SO 2).
En este estudio reciente (publicado 27/11/2025 por la revista científica internacional https://oeno-one.eu), un grupo de investigadores argentinos de la Universidad Nacional de San Juan, el Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) y el Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (Conicet) analiza la interacción entre un agente de biocontrol y una levadura tradicional, concluyendo que esta práctica representa una estrategia prometedora para reducir el uso de SO 2 y promover técnicas de vinificación más sostenibles.
Entre estas especies, Wickerhamomyces anomalus ha mostrado eficacia; sin embargo, su interacción con S. cerevisiae bajo esquemas de inoculación secuencial no se ha explorado desde una perspectiva de modelización ecológica.
En este estudio, la dinámica poblacional de ambas especies se analizó utilizando un modelo basado en la Ecuación Diferencial Ordinaria (ODE), evaluando la influencia del tiempo de coinoculación, la temperatura y la concentración de SO 2 para maximizar la viabilidad de la levadura de biocontrol sin afectar a la cinética fermentativa de S. cerevisiae. Se llevaron a cabo 15 fermentaciones después de un diseño experimental Box-Behnken, temperatura variable (15-20 °C), SO molecular 2 (0–0.2 ppm) y tiempo de coinoculación (0–48 h).
Se aplicó un modelo de competencia Gilpin-Ayala, que incorpora modelos de temperatura secundaria (Arrhenius y Ratkowsky) y parámetros constantes para los efectos de SO 2 y tiempo de coinoculación. El modelo se refinó a través de la estimación de parámetros y el Criterio de Información Akaike (AIC), y se validó experimentalmente bajo diferentes proporciones de inóculo.
El objetivo de este estudio fue evaluar los factores fisicoquímicos relevantes y la cinética de interacción de la coinoculación mixta secuencial entre la levadura de biocontrol W. anomalus y S. cerevisiae desde una perspectiva de modelización ecológica. Específicamente, se persiguieron dos objetivos principales: maximizar la presencia de la levadura de biocontrol en el medio y asegurar que la cinética fermentativa de S. cerevisiae no se vea afectada.
El proceso de ajuste iterativo condujo a un modelo simplificado de Lotka-Volterra modificado únicamente para incluir el efecto del tiempo de coinoculación. La inoculación 48 h después anomalus aumentó significativamente la viabilidad de este último (en un 75% en comparación con la inoculación simultánea) sin afectar a la cinética fermentativa.
Las simulaciones confirmaron el dominio final de S. cerevisiae y la convergencia de ambas poblaciones hacia el mismo punto de hundimiento.
El retraso de la inoculación de favoreció el establecimiento temprano de W. anomalus, potenciando la eficacia del biocontrol sin comprometer la fermentación alcohólica. Este modelo ecológico simplificado proporciona un marco para optimizar la gestión microbiana en la vinificación, reducir el uso de SO 2 y promover procesos de fermentación más sostenibles.
Efecto en las características organolépticas del vino
Las interacciones microbianas son muy relevantes en la enología, ya que dan forma a la biodiversidad del proceso de fermentación y, en consecuencia, las características organolépticas del vino. Dentro de esta diversidad microbiana, ciertas levaduras de deterioro pueden causar desviaciones sensoriales y afectar negativamente la calidad del vino. Tradicionalmente, el dióxido de azufre (SO 2) se ha utilizado en la elaboración del vino para controlar estas poblaciones indeseables; sin embargo, su uso se desalienta cada vez más debido a sus efectos adversos sobre la salud humana.
El biocontrol, entendido como la capacidad de un organismo para prevalecer, dominar o biosuprimir a otro, se ha propuesto durante mucho tiempo como una estrategia alternativa y sigue siendo muy relevante hoy en día, en particular como medio de reducir el uso de SO 2 en la vinificación. Es un enfoque antrópico basado en mecanismos naturales de interacción microbiana, y está diseñado de acuerdo a los objetivos tecnológicos del proceso.
Por ejemplo, en el contexto de la fermentación del vino, Wickerhamomyces anomalus se ha aplicado con éxito contra Zygosaccharomyces rouxii durante la etapa pre-fermentativa. Otras especies, como Metschnikowia pulcherrima y Torulaspora delbrueckii, también se han propuesto para su uso en la misma fase. Sin embargo, las levaduras de biocontrol no deben alterar las condiciones requeridas para el establecimiento y la cinética de fermentación de la levadura fermentativa. Lograr este equilibrio dinámico entre ambas especies es crucial para combinar la eficacia del biocontrol con la estabilidad tecnológica del vino.
Entre los factores que promueven un entorno favorable para el biocontrol, se destaca el efecto prioritario, ya que describe cómo el orden y el momento del establecimiento de especies dan forma a las interacciones posteriores. En este sentido, la coinoculación secuencial de levaduras, tales como Wickerhamomyces anomalus y Saccharomyces cerevisiae, representa una aplicación controlada del efecto prioritario. Al ajustar el tiempo de inoculación y las relaciones de población, es posible guiar las interacciones competitivas y definir el resultado del proceso, promoviendo el biocontrol, la estabilidad de la fermentación o la formación de metabolitos deseables.
Esta estrategia ha sido ampliamente estudiada en enología y sigue siendo un campo activo de investigación. Sin embargo, la coinoculación secuencial puede presentar desafíos relacionados con la competencia entre especies, lo que podría ralentizar la fermentación, si no se gestiona adecuadamente. Estas interacciones también pueden ser moduladas por factores fisicoquímicos e intervenciones en el proceso de fermentación, tales como la temperatura y la presencia de SO 2, que influyen directamente en la tasa de crecimiento y la densidad de población máxima alcanzada. Tales factores afectan a la competencia de los recursos y a la producción de metabolitos primarios y secundarios con potencial inhibidor.
La modelización de las interacciones microbianas representa el primer paso en la aplicación de la ingeniería de procesos a la biotecnología y la industria del vino. Aunque el mosto de uva constituye un sistema ecológicamente complejo, y a veces se requieren marcos más generales para describir las comunidades microbianas, este estudio tiene como objetivo dilucidar cuantitativamente los mecanismos de interacción que surgen durante la coinoculación secuencial dentro de la dinámica de interacción.
Los modelos primarios mecanicistas se pueden utilizar para determinar la magnitud de las variables de respuesta interesantes, como la tasa de crecimiento específica máxima o el tiempo requerido para alcanzar un nivel dado, en este caso, una o más poblaciones que interactúan. Sin embargo, la tasa de crecimiento de los parámetros, la capacidad de carga y la competencia interespecífica pueden depender de las condiciones ambientales, y los modelos secundarios describen esta dependencia, permitiendo así predicciones en condiciones no probadas. La evaluación de la cinética de crecimiento de levadura mientras se consideran simultáneamente múltiples factores fisicoquímicos puede ser laborioso y costoso. Por lo tanto, el uso de diseños experimentales que minimicen la carga de trabajo experimental mientras se maximiza el rendimiento de la información es particularmente relevante.
Pocos estudios han explorado la coinoculación secuencial en la vinificación a través de modelos de interacción ecológica, y los disponibles se centran exclusivamente en las especies de Saccharomyces. Hasta donde se sabe, aún no se han aplicado enfoques de modelización matemática para investigar el momento de la coinoculación y otros factores fisicoquímicos entre las levaduras no convencionales y S. cerevisiae con el objetivo de extender los efectos de biocontrol durante las primeras etapas de la elaboración del vino sin afectar el proceso de fermentación en sí.
Conclusión
El modelo Lotka-Volterra modificado se ajustó y validó con éxito para describir la dinámica de la coinoculación mixta secuencial entre la levadura no convencional y S. cerevisiae, considerando diferentes tiempos de inoculación y tamaños de población iniciales.
Dentro del rango experimental evaluado, la temperatura y la concentración de SO 2 no mostraron efectos significativos en la dinámica de la población, mientras que el tiempo de coinoculación se identificó como el único factor determinante.
Retrasar la adición de S. cerevisiae favoreció transitoriamente el establecimiento de W. anomalusanomalus; sin embargo, el sistema se desplazó rápidamente hacia el dominio competitivo de la levadura fermentativa.
El orden de llegada no afectó el resultado competitivo final o el estado del sumidero, contrariamente a las expectativas de un efecto de prioridad inhibitoria. Incluso en proporciones iniciales bajas, S. cerevisiae prevaleció consistentemente en las validaciones experimentales, alcanzando el mismo punto de equilibrio predicho por su capacidad de carga (4,7 x 10 7 células/ml).
La mayor persistencia de W. anomalus y su falta de interferencia con S. cerevisiae en las condiciones descritas en este estudio destacan su potencial como agente de biocontrol, lo que representa una estrategia prometedora para reducir el uso de SO 2 y promover prácticas de vinificación más sostenibles.
Fuente: IVES OENO ONE. Por Benjamín Kuchen, Érica Yanina Ocampo, Lina Paula Pedrozo, Yolanda Paola Maturano, Gustavo Juan Eduardo Scaglia, Fabio Vázquez
