Optimización del momento de aplicación de elicitores para mejorar la calidad de las uvas y vinos de la variedad Monastrell

La presente Tesis Doctoral forma parte del proyecto ¨Optimización de la calidad de vinos tintos en base a factores agronómicos y biotecnológicos¨, encaminado a mejorar las características funcionales y organolépticas de vinos de la Región de Murcia, especialmente de la variedad Monastrell, principal uva de vinificación de esta zona. La principal línea de investigación se centra en el incremento de metabolitos secundarios mediante el uso de elicitores, los cuales al ser aplicados exógenamente son capaces de activar mecanismos defensivos de la planta, como la biosíntesis de polifenoles. Estudios recientes han demostrado que la aplicación de elicitores como metil jasmonato (MeJ) y benzotiadiazol (BTH), pueden aumentar la concentración de polifenoles y compuestos aromáticos en uvas de vinificación; además, estos dos compuestos tienen la ventaja de que no suponen problemas desde el punto de vista de contaminación medioambiental. Sin embargo, en la mayoría de estos estudios los tratamientos se aplicaron durante el envero, un periodo relativamente corto con cambios fisiológicos críticos en las uvas, los cuales no se producen simultáneamente y pueden variar considerablemente entre cultivares. De manera que en grandes áreas de viñedo y/o condiciones ambientales desfavorables, la aplicación puntual podría complicarse dificultando una adecuada programación de tratamientos. Por ello, el objetivo general fue evaluar durante dos campañas consecutivas (2016-2017), el efecto de la aplicación foliar de MeJ, BTH y una combinación de ambos, en dos momentos distintos de maduración de Monastrell (envero y mitad-de-maduración), para determinar el o los tratamientos más adecuados, así como su momento óptimo de aplicación, con el fin de obtener la uva y los vinos de la mejor calidad organoléptica y funcional. Para ello, se estudió el efecto sobre los componentes estructurales de la pared celular de la piel y la composición fenólica de las uvas. Se estudió además, la liberación de polifenoles y carbohidratos complejos a los vinos, y las características sensoriales finales. De todo este estudio, se dedujo que los tratamientos MeJ y MeJ+BTH aplicados en envero fueron los que más influyeron en la composición de las paredes celulares de la piel. Disminuyeron la concentración de hemicelulosa y derivados pécticos, e incrementaron la concentración de lignina, proteínas y fenoles. Por otro lado, BTH aplicado en envero y mitad-de-maduración fue el único tratamiento que incrementó la concentración de celulosa en las paredes celulares de la piel. Desde el punto de vista fenólico, el periodo más adecuado para la aplicación de elicitores fue en mitad-de-maduración, ya que las uvas presentaron una mayor cantidad de antocianos y proantocianidinas en el momento de la vendimia. No obstante, el tratamiento MeJ+BTH aplicado en envero también obtuvo resultados similares. Por otro lado, el incremento de antocianos conseguido en las uvas debido a los tratamientos, no se reflejó en todos los vinos elaborados. Solo los vinos de uvas tratadas con BTH (envero) registraron una mayor concentración de antocianos que los vinos control. Otro efecto notorio fue la reducción en la liberación de polisacáridos procedentes de las uvas, principalmente en vinos de uvas tratadas con MeJ (ambos periodos de aplicación). La baja concentración de estos compuestos en los vinos de uvas tratadas, podrían atribuirse al incremento generalizado de lignina, proteínas y fenoles, y la reducción de derivados pécticos de las paredes celulares de la piel, confiriéndole unas características estructurales más reforzadas y dificultando la extracción de los compuestos de interés. Finalmente, el análisis sensorial reflejó que las características organolépticas de los vinos, no fueron alteradas en mayor medida por los tratamientos en campo. No obstante, los catadores manifestaron ligeras preferencias por los vinos de uvas tratadas con BTH. Por tanto, de todo el trabajo realizado se puede concluir que los tratamientos MeJ y BTH aplicados en mitad-de-maduración serían la mejor opción para mejorar la calidad de las uvas Monastrell. El tratamiento MeJ+BTH podría ser aplicado en ambos momentos de maduración, ampliando el periodo de aplicación en caso de necesitarlo. No obstante, se recomienda un estudio más exhaustivo a nivel enológico para incrementar la máxima extracción de aquellos compuestos de interés.La presente Tesis Doctoral forma parte del proyecto ¨Optimización de la calidad de vinos tintos en base a factores agronómicos y biotecnológicos¨, encaminado a mejorar las características funcionales y organolépticas de vinos de la Región de Murcia, especialmente de la variedad Monastrell, principal uva de vinificación de esta zona. La principal línea de investigación se centra en el incremento de metabolitos secundarios mediante el uso de elicitores, los cuales al ser aplicados exógenamente son capaces de activar mecanismos defensivos de la planta, como la biosíntesis de polifenoles. Estudios recientes han demostrado que la aplicación de elicitores como metil jasmonato (MeJ) y benzotiadiazol (BTH), pueden aumentar la concentración de polifenoles y compuestos aromáticos en uvas de vinificación; además, estos dos compuestos tienen la ventaja de que no suponen problemas desde el punto de vista de contaminación medioambiental. Sin embargo, en la mayoría de estos estudios los tratamientos se aplicaron durante el envero, un periodo relativamente corto con cambios fisiológicos críticos en las uvas, los cuales no se producen simultáneamente y pueden variar considerablemente entre cultivares. De manera que en grandes áreas de viñedo y/o condiciones ambientales desfavorables, la aplicación puntual podría complicarse dificultando una adecuada programación de tratamientos. Por ello, el objetivo general fue evaluar durante dos campañas consecutivas (2016-2017), el efecto de la aplicación foliar de MeJ, BTH y una combinación de ambos, en dos momentos distintos de maduración de Monastrell (envero y mitad-de-maduración), para determinar el o los tratamientos más adecuados, así como su momento óptimo de aplicación, con el fin de obtener la uva y los vinos de la mejor calidad organoléptica y funcional. Para ello, se estudió el efecto sobre los componentes estructurales de la pared celular de la piel y la composición fenólica de las uvas. Se estudió además, la liberación de polifenoles y carbohidratos complejos a los vinos, y las características sensoriales finales. De todo este estudio, se dedujo que los tratamientos MeJ y MeJ+BTH aplicados en envero fueron los que más influyeron en la composición de las paredes celulares de la piel. Disminuyeron la concentración de hemicelulosa y derivados pécticos, e incrementaron la concentración de lignina, proteínas y fenoles. Por otro lado, BTH aplicado en envero y mitad-de-maduración fue el único tratamiento que incrementó la concentración de celulosa en las paredes celulares de la piel. Desde el punto de vista fenólico, el periodo más adecuado para la aplicación de elicitores fue en mitad-de-maduración, ya que las uvas presentaron una mayor cantidad de antocianos y proantocianidinas en el momento de la vendimia. No obstante, el tratamiento MeJ+BTH aplicado en envero también obtuvo resultados similares. Por otro lado, el incremento de antocianos conseguido en las uvas debido a los tratamientos, no se reflejó en todos los vinos elaborados. Solo los vinos de uvas tratadas con BTH (envero) registraron una mayor concentración de antocianos que los vinos control. Otro efecto notorio fue la reducción en la liberación de polisacáridos procedentes de las uvas, principalmente en vinos de uvas tratadas con MeJ (ambos periodos de aplicación). La baja concentración de estos compuestos en los vinos de uvas tratadas, podrían atribuirse al incremento generalizado de lignina, proteínas y fenoles, y la reducción de derivados pécticos de las paredes celulares de la piel, confiriéndole unas características estructurales más reforzadas y dificultando la extracción de los compuestos de interés. Finalmente, el análisis sensorial reflejó que las características organolépticas de los vinos, no fueron alteradas en mayor medida por los tratamientos en campo. No obstante, los catadores manifestaron ligeras preferencias por los vinos de uvas tratadas con BTH. Por tanto, de todo el trabajo realizado se puede concluir que los tratamientos MeJ y BTH aplicados en mitad-de-maduración serían la mejor opción para mejorar la calidad de las uvas Monastrell. El tratamiento MeJ+BTH podría ser aplicado en ambos momentos de maduración, ampliando el periodo de aplicación en caso de necesitarlo. No obstante, se recomienda un estudio más exhaustivo a nivel enológico para incrementar la máxima extracción de aquellos compuestos de interés. ABSTRACT This Doctoral Thesis is part of the project ¨Optimización de la calida

Nuevas variedades descendientes de Monastrell adaptadas al cambio climático

La variedad de uva Monastrell se cultiva en el sureste español para la elaboración de vinos tintos de calidad, pero como muchas otras variedades se está viendo afectada por las consecuencias del cambio climático. En su caso, los efectos más evidentes redundan en el desacoplamiento entre la madurez fenólica y la tecnológica, haciendo que al ser una variedad tardía, se obtengan vinos de alta graduación alcohólica. En el IMIDA, en los años 90 comenzamos un programa de mejora genética para la obtención de nuevas variedades descendientes de Monastrell mediante cruzamientos dirigidos con otras como Cabernet Sauvignon o Syrah. A lo largo de estos años se ha llevado a cabo un proceso de selección del material vegetal obtenido, cuyos criterios de selección han sido predominantemente su alto contenido fenólico y pequeño tamaño de baya. A día de hoy tenemos tres variedades tintas registradas a nivel europeo, MYRTIA, GEBAS y CALNEGRE. Estas variedades son de alta calidad fenólica, tienen una producción buena a pesar de ser vendimiadas en periodos coincidentes con épocas en las que las temperaturas en nuestra zona pueden superar los 40°C. Pudiendo así concluir, que disponemos de un material vegetal único que será una herramienta muy útil para el sector vitivinícola

Effect of Methyl Jasmonate Doped Nanoparticles on Nitrogen Composition of Monastrell Grapes and Wines

Nitrogen composition on grapevines has a direct effect on the quality of wines since it contributes to develop certain volatile compounds and assists in the correct kinetics of alcoholic fermentation. Several strategies can be used to ensure nitrogen content in grapes and one of them could be the use of elicitors such as methyl jasmonate. The use of this elicitor has been proven to be efficient in the production of secondary metabolites which increases the quality of wines, but its use also has some drawbacks such as its low water solubility, high volatility, and its expensive cost. This study observes the impact on the amino acid and ammonium composition of must and wine of Monastrell grapes that have been treated with methyl jasmonate (MeJ) and methyl jasmonate n-doped calcium phosphate nanoparticles (MeJ-ACP). The first objective of this study was to compare the effect of these treatments to determine if the nitrogenous composition of the berries and wines increased. The second aim was to determine if the nanoparticle treatments showed similar effects to conventional treatments so that the ones which are more efficient and sustainable from an agricultural point of view can be selected. The results showed how both treatments increased amino acid composition in grapes and wines during two consecutive seasons and as well as the use of MeJ-ACP showed better results compared to MeJ despite using less quantity (1 mM compared to 10 mM typically). So, this application form of MeJ could be used as an alternative in order to carry out a more efficient and sustainable agriculture.Spanish MCIN/AEI/10.13039/ 501100011033 and “ERDF, A way of making Europe” through the projects NanoVIT (RTI-2018-095794- B-C21 and RTI-2018-095794-A-C22) and NanoSmart (RYC-2016-21042).Junta de Andalucia for her postdoctoral contract within PAIDI 2020 program (DOC_01383

Nanoelicitores: una alternativa para aumentar la composición fenólica de los vinos de Monastrell

Este estudio observa el impacto en la composición fenólica de las uvas y los vinos de Monastrell que han sido tratados con metil jasmonato (MeJ) y nanopartículas de metil jasmonato (Nano-MeJ). El primer objetivo fue comparar el efecto de estos tratamientos para determinar si aumentaba la composición fenólica de sus uvas y vinos. El segundo objetivo fue determinar si los tratamientos con nanopartículas mostraban efectos similares a los tratamientos con MeJ. Los experimentos se realizaron durante tres añadas consecutivas (2019-2021) en las que se aplicaron dos tratamientos foliares en forma de suspensión acuosa de MeJ (10 mM) o de Nano-MeJ (1 mM) en el envero. Los vinos se elaboraron de acuerdo con una metodología tradicional y antocianos, taninos y estilbenos se analizaron cuando la fermentación alcohólica finalizó. Un incremento en la composición fenólica en uvas y vinos tratadas con MeJ y Nano-MeJ fue evidenciado. Este incremento fue diferente en función del tratamiento, tipo de compuesto así como de la añada. Por tanto, a la vista de los resultados, las nanopartículas podrían ser utilizadas como una opción más sostenible para la mejora de la calidad de las uvas y vinos de la variedad Monastrell

Effects of Methyl Jasmonate and Nano-Methyl Jasmonate Treatments on Monastrell Wine Volatile Composition

The application of methyl jasmonate (MeJ) as an elicitor to enhance secondary metabolites in grapes and wines has been studied, but there is little information about its use in conjunction with nanotechnology and no information about its effects on wine volatile compounds. This led us to study the impact of nanoparticles doped with MeJ (Nano-MeJ, 1mM MeJ) on the volatile composition of Monastrell wines over three seasons, compared with the application of MeJ in a conventional way (10 mM MeJ). The results showed how both treatments enhanced fruity esters in wines regardless of the vintage year, although the increase was more evident when grapes were less ripe. These treatments also achieved these results in 2019 in the cases of 1-propanol, ß-phenyl-ethanol, and methionol, in 2020 in the cases of hexanol and methionol, and in 2021, but only in the case of hexanol. On the other hand, MeJ treatment also increased the terpene fraction, whereas Nano-MeJ, at the applied concentration, did not increase it in any of the seasons. In summary, although not all families of volatile compounds were increased by Nano-MeJ, the Nano-MeJ treatment generally increased the volatile composition to an extent similar to that obtained with MeJ used in a conventional way, but at a 10 times lower dose. Therefore, the use of nanotechnology could be a good option for improving the quality of wines from an aromatic point of view, while reducing the necessary dosage of agrochemicals, in line with more sustainable agricultural practices

Methyl Jasmonate and Nanoparticles Doped with Methyl Jasmonate affect the Cell Wall Composition of Monastrell Grape Skins

The structural composition of the cell wall of grape skins is related to the cell wall integrity and subsequent extraction of the different compounds that are contained inside vacuoles and also the cell wall breakdown products. Different reports have established that methyl jasmonate (MeJ) produces changes in the composition of the grape skin cell wall. The use of elicitors to promote the production of secondary metabolites in grapes has been studied in several reports; however, its study linked to nanotechnology is less developed. These facts led us to study the effect of methyl jasmonate (MeJ) and nanoparticles doped with MeJ (nano-MeJ) on the cell walls of Monastrell grapes during three seasons. Both treatments tended to increase cell wall material (CWM) and caused changes in different components of the skin cell walls. In 2019 and 2021, proteins were enlarged in both MeJ and nano-MeJ-treated grapes. A general decrease in total phenolic compounds was detected with both treatments, in addition to an increment in uronic acids when the grapes were well ripened. MeJ and nano-MeJ produced a diminution in the amount of cellulose in contrast to an increase in hemicellulose. It should be noted that the effects with nano-MeJ treatment occurred at a dose 10 times lower than with MeJ treatment

The Effect of Methyl Jasmonate-Doped Nano-Particles and Methyl Jasmonate on the Phenolics and Quality in Monastrell Grapes during the Ripening Period

The effect produced by the application of methyl jasmonate (MeJA) in vineyards is clear, but this is a product that, despite its efficiency, is expensive, volatile and difficult to dissolve. Regarding increasing the MeJA use efficiency, new forms of application are proposed in this article, such as the use of calcium phosphate nanoparticles with two different morphologies: amorphous (ACP) and crystalline (Ap). In addition, few of the studies addressed so far have assessed MeJA’s effect during the ripening period of the grapes. As a result of this, in this article, we evaluated/studied for first time the effect of the different MeJA formats on the phenolic composition of the grape during the ripening period. The results showed small differences between the two morphologies of the nanoparticles, which promoted a significant a delay in the sugar accumulation and an increase in the different phenolic compounds compared to the control. Such improvements were not as significant as those induced by the conventional MeJA treatment. However, it is remarkable that when the nanoparticles were applied, we used a concentration 10 times lower than when it is used conventionally. Therefore, these findings revealed that both types of calcium phosphate nanoparticles are potential MeJA nanocarriers allowing for the increase in the quality of the grapes at the time of harvest in a more sustainable way, although future studies must be carried out in order to optimise the concentration with which these nanoparticles are doped