| Literature DB >> 32326124 |
Fanny Bordet1,2, Alexis Joran1, Géraldine Klein1, Chloé Roullier-Gall1, Hervé Alexandre1.
Abstract
During the winemaking process, alcoholic fermentation is carried out by a consortium of yeasts in which interactions occurs. The consequences of these interactions on the wine matrix have been widely described for several years with the aim of controlling the winemaking process as well as possible. In this review, we highlight the wide diversity of methodologies used to study these interactions, and their underlying mechanisms and consequences on the final wine composition and characteristics. The wide variety of matrix parameters, yeast couples, and culture conditions have led to contradictions between the results of the different studies considered. More recent aspects of modifications in the composition of the matrix are addressed through different approaches that have not been synthesized recently. Non-volatile and volatile metabolomics, as well as sensory analysis approaches are developed in this paper. The description of the matrix composition modification does not appear sufficient to explain interaction mechanisms, making it vital to take an integrated approach to draw definite conclusions on them.Entities:
Keywords: fermentation conditions; methodologies; mixed culture; omics; sensory; wine; yeast–yeast interactions
Year: 2020 PMID: 32326124 PMCID: PMC7232261 DOI: 10.3390/microorganisms8040600
Source DB: PubMed Journal: Microorganisms ISSN: 2076-2607
Diversity of methodologies and results in S. cerevisiae/Lachancea thermotolerans interaction experiments.
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| 210 (Glc) | 200 (Glc) | 210 (Glc) | 200 (Glc) | 200 (Glc 100 Fru 100) | 162 | 160 | 231 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| PAN 154/NH3 22 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 25 | 20 | 25 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| +/- | +/- | + | +/- | + | - | + | ++ | +++ | +/- | + | + | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 24 | 48 | 72 | 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 1:1 | 1:1 | 1:1 | 1:1 | 1:10 | 1:1 | 1:1 | 1:1 | 1:1 | 1:100 | 1:10,000 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | 3 | 3 | 3 | 3 | 2 | 2 | 1 | 5 | 7 | 7 | 2 | 4 | 15 | |||||||||||||||||||||||||||||
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| + | = | + | + 1 | + 1 | + | + | + | + 1 | + 2 | + 7 | + 12 | + 1 | + 10 | + 15 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| - | 2.5 | 2.5 | - | - | - | - | 3 | 3 | 3 | 6 | - | - | - | - | - | - | - | - | ||||||||||||||||||||||||||||||
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| 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 3 | 2 | 5 | 3 | 1 | 3 | 3 | |||||||||||||||||||||||||||||
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| 3 | 2.5 | 2.5 | 3-6 | 1 | 1 | - | - | - | - | 3 | 4 | 3 | 6 | 6 | 10 | 3 | 10 | 15 | ||||||||||||||||||||||||||||||
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| Low 6 | Low 6-10 | No 6 | Low 6/Yes | Low 4 | Low 6 | No 7 | No 8 | Low 8 No 30 | Low 30 | No 15 | No 22 | No 22 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 10 | 10 | 6 | 5 | 10 | 10 | + | + | + | + | + | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| = | - - | - - | - - | - - | - - | - - | = | - - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ++ | - - | - - | - - | = | ++ | ++ | ++ | ++ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| - - | - - | - - | - - | - - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ++ | ++ | ++ | ++ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| OX/SPE | OX | DEL | RAT/SPE | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| No TOX/No COMP/CCC | No TOX/No COMP/No QS/CCC | COMP | TOX/CCC | COMP | No TOX/COMP | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| [ | [ | [ | [ | [ | [ | [ | [ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 254 | 222 | 249 | 226 | 280 (Glc 140 Fru 140) | 245 | 226 | 236 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| PAN 160/NH3 36 | PAN 167 | PAN 241 | YAN 170 (supp) | YAN 181 | PAN 333 | YAN 235 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 20 | 30 | 25 | 20 | 25 | 25 | 25 | 22 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ++ | + | + | - | ++ | + | + | + | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 0 | 0 | 48 | 96 | 96 | 96 | 72 | 72 | 48 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 1:10 | 1:10 | 1:10 | 10:1 | 1:1 | 1:1 | 1:1 | 1:1 | 1:1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 4 | 1 | 4 | 7 | 6 | 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| - | - | 4 | 7 | - | - | - | - | - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 4 | 4 | 2 | 2 | 4 | 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 18 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | + | + | 5 | 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| No 7 | Low 10 | Low 10 | No 8 | Low 10 | No 7 | No 6 | Low 5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 24 | 13 | 12 | 10 | 17 | 14 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| - - | = | - - | - - | - - | - | = | - - | - - | - - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ++ | + | ++ | ++ | ++ | ++ | + | = | ++ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ++ | ++ | ++ | ++ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| + | - - | ++ | ++ | ++ | = or ++ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ++ | + | ++ | ++ | ++ | ++ | +/- | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| - - | - - | - - | ++ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| TEMP/DEL/GRA/REAC | SPE | SPE | SPE/NS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| [ | [ | [ | [ | [ | [ | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 224 | 237 | 205 | 245 | 217 | 234 | 218 | 225 | 487 | 212 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| PAN 154/NH3 22 | PAN 147 | PAN 177 | YAN 170 (supp) | YAN 250 (supp) | 251 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 25 | 20 | 18 | 25 | 15 | 25 | 20 | 22 | 20 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| - | + | + | + | - | - | ++ | + | + | + | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 0 | 24 | 48 | 48 | 0 | 24 | 48 | 72 | 0 | 96 | 96 | 168 | 0 | 48 | 0 | 24 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 1:10 | 1:10 | 1:10 | 10:1 | 1:1 | 1:2.5 | 1:2 | 1:1 | 1:1.3 | 1:10 | 1:1 | 1:5 | 1:20 | 1:50 | 1:1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 2 | 1 | 2 | 4 | 4 | 4 | 8 | 4 | 2 | 4 | 3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| + 11 | - | - | + | - | - | - | + | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| - | - | - | - | 6 | 6 | - | - | 6 | 6 | 14 | - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 1 | 2 | 2 | 2 | 4 | 0 | 0 | 6 | 6 | 6 | 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 11 | 2 | 4 | 6 | + | 4 | + | + or - | 4 | 6 | 4 | - | - | - | 5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Low 18 | No 15 | Low 7 | Yes | No 6 | No 8 | No 14 | No 6 | No 8 | No 6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| + | - | - | + | 7 | 9 | 10 | 14 | 19 | 10 | 12 | + | - | - | - | 16 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
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| - - | - - | - - | - | = | - - | - | - - | = | = | = | - - | = | - - | - - | - - | - - | ||||||||||||||||||||||||||||||||
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| + | ++ | ++ | ++ | - | ++ | = | = | ++ | - - | - - | - - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ++ | ++ | ++ | ++ | ++ | - - | = | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| - - | - - | - - | ++ | +++ | - - | - - | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| ++ | ++ | ++ | + | ++ | +++ | ++ | ++ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| = | = | - - | - | = | = | = | - - | - - | - - | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| TEMP/DEL/GRA/REAC | SPE | DEL | SPE | MED | OX/SPE | DEL | RAT | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| COMP | CCC/COMP | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| [ | [ | [ | [ | [ | [ | [ | [ | [ | [ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
YAN = yeast assimilable nitrogen/PAN = primary amino nitrogen. Sc = S. cerevisiae/NS = Non-Saccharomyces. TA = total acidity/VA = volatile acidity/LA = lactic acid/AA = acetic acid. SGJ = Synthetic Grape Juice/Glc = Glucose/Fru = Fructose/WYPD = Yeast Peptone Dextrose medium modified for wine fermentation/Supp = with supplementation. Oxygen: - = anaerobia, +/- semi-anaerobia, low oxygenation, + = semi-anaerobia, ++ aerobia, +++ aerobia, with higher oxygenation. Population columns: Max = maximal population reached by day x/Dominance: + = dominance of S. cerevisiae, = similar populations, “x” = dominance obtained after x days/Decrease = decrease since day x/Low = low population since day x/No = population not detectable since day x/Yes = population still detectable at day x. Fermentation completion: x = reached at day x, +/- = reached/not reached during experimentation. Ethanol, glycerol and organic acids are compared to Sc pure culture: +++ very high increase, ++ high increase, + increase, +/- slight decrease, = no change, - decrease, - - high decrease. Impacting factors: inoculation delay (DEL), inoculation ratio between S. cerevisiae and non-Saccharomyces yeast (RAT), yeast species (SPE), yeast strain S. cerevisiae (SC) or non-Saccharomyces (NS), medium composition (MED), grape nature (GRA), temperature (TEMP), oxygenation (OX), type of reactor (lab, pilot, industrial) (REAC). Interaction mechanisms: involvement of quorum sensing mechanisms (QS), toxic compounds (including ethanol, antimicrobial peptides) (TOX), competition for nutrient (including oxygen) (COMP), cell-cell contact mechanisms (CCC)/No = mechanism involvement has been ruled out by the study.
Impact on volatile organic compounds of different mixed starters.
| Mixed Culture | VOCs Families | VOCs Impacted by Interactions | Impact | Inoculation Protocol | Mixed Culture Compared to | Matrix | SA | Ref. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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| acetate esters | - | sim/blend | S | Sauvignon blanc | x | [ |
| ethyl dodecanoate | + | |||||||
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| 3-mercaptohexan-1-ol | + | ||||||
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| 3-mercaptohexan-1-ol | + | sim | S | Sauvignon | [ | |
| - | seq | S and NS | Sauvignon | [ | ||||
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| + | seq | S and NS | Sauvignon | [ | |||
|
| - | seq | S and NS | Sauvignon | [ | |||
|
| + | seq | S | Shiraz | [ | |||
|
| + | seq | S | Shiraz | [ | |||
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| + | sim | S and NS | Pedro Ximenez | [ | ||
| seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||||
| 1-propanol, methionol | seq | S | Tempranillo | [ | ||||
| 2-methyl butanol, 3-methyl butanol, iso-butanol | sim/seq | S | Emir | x | [ | |||
| - | seq | S and NS | Muscat | [ | ||||
|
| 2-phenyl ethanol acetate, ethyl acetate, isoamyl acetate, isoamyl decanoate | + | sim | S and NS | Pedro Ximenez | [ | ||
| ethyl octanoate | seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | |||
| 2-phenylethyl acetate, isobutyl acetate, hexyl acetate | sim/seq | moschofilero | x | [ | ||||
| seq | S | Shiraz | [ | |||||
| sim/seq | S | Ecolly, Cabernet Sauvignon | x | [ | ||||
| isoamyl acetate | - | sim/seq | S | Emir | x | [ | ||
| seq | S | Synthetic must with precursors | [ | |||||
| seq | S and NS | Muscat | [ | |||||
|
| + | seq | S and NS | Muscat | [ | |||
| - | seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | |||
| ethanoic acid | sim | S | synthetic must | [ | ||||
|
| geraniol, citronellol | + | sim | S and NS | Pedro Ximenez | [ | ||
| seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||||
| geraniol, damascenone | sim/seq | moschofilero | x | [ | ||||
| geraniol, linalool, alpha terpinene | seq | S | Shiraz | [ | ||||
| linalool, geraniol | seq | S | Synthetic must with precursors | [ | ||||
|
| - | sim | S and NS | Pedro Ximenez | [ | |||
|
| + | sim | S and NS | Pedro Ximenez | [ | |||
|
|
| - | seq | S and NS | Rondo, Bolero, Regent | x | [ | |
| seq | S | Malbec | [ | |||||
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| + | sim/seq | S | Ecolly, Cabernet Sauvignon | x | [ | ||
| ethyl acetate, 2-phenylethyl acetate | seq | S and NS | Rondo, Bolero, Regent | x | [ | |||
|
| - | seq | S | Malbec | [ | |||
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| 2-phenyl ethanol, methionol | + | seq | S | Chardonnay, Soave, Vino Santo | x | [ |
| 2-phenyl ethanol, 1-butanol, methionol | seq | S | Tempranillo | [ | ||||
| 2-phenyl ethanol | seq | S | Sauvignon | [ | ||||
| seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||||
| phenlethyl alcohol | sim/seq | Sc | Cabernet sauvignon | [ | ||||
|
| acetate esters (2-phénylethyl acetate, isoamyl acetate, hexyl acetate, isobutyl acetate) and ethylesters (ethyl lactate, ethyl octanoate, ethyl hexanoate)) | + | seq | S | Sauvignon, Syrah | x | [ | |
| sim/seq | S | Cabernet sauvignon | [ | |||||
| acetate esters | sim | S | Barbera | x | [ | |||
| acetate esters (isoamyl acetate) and ethylesters (ethyl octanoate) | - | seq | S | Chardonnay, Soave, Vino Santo | x | [ | ||
| acetate esters | seq | S | Sauvignon | [ | ||||
|
| hexanoic acid and octanoic acid | - | seq | S | Chardonnay, Soave, Vino Santo | x | [ | |
| seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||||
| sim/seq | S | Cabernet sauvignon | [ | |||||
| sim | S | Barbera | x | [ | ||||
|
| geraniol, linalool, alpha terpinene | + | seq | S | Shiraz | [ | ||
| linalool, geraniol | seq | S | Synthetic must with precursors | [ | ||||
| geraniol, nerolidol, farnesol | seq | S | Sauvignon | [ | ||||
| seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||||
| sim/seq | S | Cabernet sauvignon | [ | |||||
|
| 4-vinylphenol, 4-vinylguaiacol | - | seq | S | Chardonnay, Soave, Vino Santo | x | [ | |
| sim/seq | S | Cabernet sauvignon | [ | |||||
|
|
| + | seq | S | Chardonnay, Riesling, Muscat, Sauvignon blanc | [ | ||
| seq | S | Barbera | [ | |||||
| seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||||
| 2-phenylethanol | - | sim | S and NS | Montepulciano | x | [ | ||
| sim/seq | S | Kotsifali/Mandilari | [ | |||||
| isobutyl alcohol 1-hexanol increase, methyl butanol decrease | +/- | seq | S | Muscat | [ | |||
|
| + | sim/seq | S | Kotsifali/Mandilari | x | [ | ||
| sim | S and NS | Montepulciano | x | [ | ||||
| seq | S | Chardonnay, Riesling, Muscat, Sauvignon blanc | [ | |||||
| seq | S | Barbera | [ | |||||
| ethyl octanoate, isoamyl acetate | seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | |||
| isobutyl acetate phenylethyl acetate, isoamyl acetate | +/- | seq | S | Muscat | [ | |||
|
| + | seq | S | Chardonnay, Riesling, Muscat, Sauvignon blanc | [ | |||
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| + | seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||
| - | seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | |||
|
|
| 1-propanol, methionol | + | seq | S | Tempranillo | [ | |
| sim | S | Merlot | x | [ | ||||
| seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||||
| phenylethyl alcohol, isobutyl alcohol | seq | S | Muscat | [ | ||||
| - | sim | NS | synthetic must | [ | ||||
|
| + | sim | S | Merlot | x | [ | ||
| seq | S | Shiraz | [ | |||||
| seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||||
| seq | S | Muscat | [ | |||||
| seq | S | Sauvignon | [ | |||||
|
| + | seq | S | Sauvignon | [ | |||
|
| + | seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||
| geraniol, linalool, alpha terpinene | seq | S | Shiraz | [ | ||||
| linalool | seq | S | Sauvignon | [ | ||||
|
| - | seq | S and NS | Pinot Grigio | x | [ | ||
|
| dimethylsulfide, ethanethiol, sulfure hydroxyde | + | sim | S | Merlot | x | [ | |
| Mix of four non- |
| - | seq | S and NS | synthetic must | x | [ | |
|
| = | |||||||
|
| - | seq | S | Tempranillo | [ | |||
| Mix of five non | seq | synthetic must Sauvignon blanc | x | [ |
Ref.: References Saccharomyces cerevisiae Candida zemplinina Lachancea thermotolerans Hanseniaspora uvarum Torulaspora delbrueckii Starmerella bacillaris Metschnikowia pulcherrrima. Impact on VOCs concentration: -: decrease +: increase +/-: two cases are encountered =: no change sim: simultaneous/seq: sequential S: S. cerevisiae/NS: non-Saccharomyces. SA: sensory analysis. VOCs: volatile organic compounds.