Optimizing craft beer production in the Basque Country: The impact of native yeasts and water quality

Abstract

L'objectiu principal d'aquesta tesi va ser millorar la qualitat i consistència de la cervesa artesanal al País Basc, a través de la selecció i caracterització de llevats silvestres i la monitorització de la composició de l'aigua. Es va desenvolupar un sistema de monitorització espai-temporal de l'aigua utilitzant eines d'ArcGISPro per predir variacions en components clau en l'elaboració de cervesa. La composició de l'aigua al País Basc és homogènia, amb un baix contingut mineral, la qual cosa permet ajustar la seva composició mineral segons l’estil de cervesa a elaborar. Es van aïllar un total de 76 soques de llevats silvestres, de rouredes i vinyes del País Basc, que van incloure espècies de Saccharomyces i no-Saccharomyces. Ambdós ecosistemes van demostrar ser fonts úniques de llevats silvestres, amb aplicacions biotecnològiques potencials. Es va desenvolupar un protocol de cribatge ràpid que permet la selecció d'aïllats mitjançant una perfil bioquímic inicial. A les fermentacions de mostos, tres aïllats de Lachancea thermotolerans van mostrar un notable potencial i adaptabilitat per fermentar diferents estils de mostos cervecers. A més, es va explorar l'ús de llevats silvestres com a agents de biocontrol, identificant cinc aïllats, pertanyents a Torulaspora delbrueckii, Kluyveromyces dobzhanskii i Saccharomyces paradoxus, com a candidats prometedors per al control biològic de Fusarium circinatum i Diplodia sapinea. Per últim, es va evidenciar la presència de comunitats bacterianes endògenes associades als llevats silvestres. La presència de comunitats endobacterianes en cultius de laboratori i en experiments d'elaboració de cervesa suggereix que els llevats silvestres poden actuar com a nínxols per a aquestes comunitats bacterianes, la biodiversitat dels quals sembla estar influenciada pels processos biotecnològics.

El objetivo principal de esta tesis fue mejorar la calidad y consistencia de la cerveza artesanal en el País Vasco, a través de la selección y caracterización de levaduras silvestres y la monitorización de la composición del agua. Se desarrolló un sistema de monitoreo espacio-temporal del agua utilizando herramientas de ArcGISPro para predecir variaciones en componentes clave en la elaboración de cerveza. La composición del agua en el País Vasco es homogénea, con bajo contenido mineral, lo que permite ajustar su composición mineral según el estilo de cerveza a elaborar. Se aislaron un total de 76 cepas de levaduras silvestres, de robledales y viñedos del País Vasco, que incluyeron especies de Saccharomyces y no-Saccharomyces. Ambos ecosistemas demostraron ser fuentes únicas de levaduras silvestres, con aplicaciones biotecnológicas potenciales. Se desarrolló un protocolo de cribado rápido que permite la selección de aislados mediante un perfil bioquímico inicial. En las fermentaciones de mostos, tres aislados de Lachancea thermotolerans mostraron un notable potencial y adaptabilidad para fermentar diferentes estilos de mostos cerveceros. Además, se exploró el uso de las levaduras silvestres como agentes de biocontrol, identificando cinco aislados, pertenecientes a Torulaspora delbrueckii, Kluyveromyces dobzhanskii y Saccharomyces paradoxus, como candidatos prometedores para el control biológico de Fusarium circinatum y Diplodia sapinea. Por útimo, se evidenció la presencia de comunidades bacterianas endógenas asociadas a las levaduras silvestres. La presencia de comunidades endobacterianas en cultivos de laboratorio y en experimentos de elaboración de cerveza sugiere que las levaduras silvestres pueden actuar como nichos para estas comunidades bacterianas, cuya biodiversidad parece estar influenciada por los procesos biotecnológicos.

The main objective of this thesis was to improve the quality and consistency of craft beer in the Basque Country through the selection and characterization of wild yeasts and the monitoring of water composition. A spatio-temporal monitoring system for water was developed using ArcGISPro tools to predict variations in key components in beer production. The water composition in the Basque Country is homogeneous, with low mineral content, allowing its mineral composition to be adjusted according to the beer style being brewed. A total of 76 wild yeast strains were isolated from oak forest and vineyard in the Basque Country, including species of Saccharomyces and non-Saccharomyces. Both ecosystems proved to be unique sources of wild yeasts with potential biotechnological applications. A rapid screening protocol was developed, allowing the selection of isolates based on an initial biochemical profile. In wort fermentations, three Lachancea thermotolerans isolates showed remarkable potential and adaptability to ferment different beer wort styles. Additionally, the use of wild yeasts as biocontrol agents was explored, identifying five isolates, belonging to Torulaspora delbrueckii, Kluyveromyces dobzhanskii, and Saccharomyces paradoxus, as promising candidates for the biological control of Fusarium circinatum and Diplodia sapinea. Finally, the presence of endogenous bacterial communities associated with wild yeasts was evidenced. The presence of endobacterial communities in laboratory cultures and brewing experiments suggests that wild yeasts may act as niches for these bacterial communities, whose biodiversity seems to be influenced by biotechnological processes.