Een wetenschappelijke blik op Metschnikowia pulcherrima

Dit artikel bespreekt Metschnikowia pulcherrima, een niet-Saccharomyces-gist met unieke eigenschappen zoals pulcherrimin-productie. Het belicht morfologie, fysiologie, ecologie en toepassingen in wijnmaking, met recente inzichten in biocontrole en biotechnologie.

Metschnikowia pulcherrima Geslacht / soort (aliassen): Metschnikowia pulcherrima (Candida pulcherrima, anamorfe;Torula pulcherrima, Torulopsis pulcherrima, Rhodotorula pulcherrima, Saccharomyces pulcherrima, Cryptococcus castellanii; recente synoniemen: M. reukaufii, M. andauensis, M. fructicola, M. sinensis, etc., behalve M. chrysoperlae).

Classificatie: Ascomycete, teleomorf. Recente genomische studies hebben geleid tot een herclassificatie, waarbij de pulcherrima-clade nu als één variabele soort wordt beschouwd, met chimeric genoomkenmerken die intra-soort variatie verklaren.

Morfologie:

• Cel: Reproduceert door knopvorming; ovaal tot ellipsoïdaal; pulcherrima-cellen gevormd: bolvormig, dikwandig, bevatten een enkele grote oliedruppel en zijn sterk lichtbrekend; pseudohyfen kunnen worden gevormd onder anaerobe omstandigheden.
• Kolonie: Crèmekleurige kolonies, produceren een roodbruine oplosbare pigment, pulcherrimin, die kolonies kan kleuren en in het medium kan diffuseren.
• Moutagar: Langzaam groeiend.
• WL (Wallerstein Laboratorium Voedingsbodem): Groeit zeer goed. WL is een medium ontworpen voor de wijn- en brouwindustrie voor het kweken van gist.
• Spore: Een tot twee lancetvormige (speerachtige) sporen kunnen zich vormen.
• Zygote: Chlamydosporen.
• Ascus: Ontstaat uit sferoidale chlamydosporen, die een enkele lipideglobule bevatten; asci zijn sferopedunculair.

Fysiologische Eigenschappen

• Fermentatie: Glucose; variabel: Galactose
• Assimilatie: Galactose, Sucrose, Maltose, Melezitose, Cellobiose, Trehalose, D-Xylose, Ribitol, Mannitol, Succinaat, Glucitol, Mannitol, variabel: Sorbose, Salicine, Arbutine, Citrate, Succinaat, Ethanol; Geen assimilatie van nitraat of nitriet; Cadaverine gebruikt als enige stikstofbron; variabel gebruik van Ethylamine, Lysine, tryptofaan als enige stikstofbron; Geen groei op vitaminevrij medium, vereist biotine
• Groei: 37 °C: variabel
• Groei gevoeligheden: 10% NaCl: +; groeit op hoge glucoseconcentraties; niet cycloheximide resistent

Het groeisubstraat is voornamelijk glucose en andere suikers. De eindproducten zijn alcohol, lipase en een in water oplosbaar rood pigment genaamd pulcherrimin, dat antimicrobiële effecten heeft op ongewenste micro-organismen. Recente stammen tonen variabele gevoeligheid voor itraconazol (antischimmel) en genen voor pulcherrimin-transport identificeren, wat de antimicrobiële werking versterkt.

Ecologische Eigenschappen

De gist komt voor in terrestrische habitats, vooral op fruit, in bloemen en in nectars. De gist kan op wijnmakerijapparatuur blijven hangen, wat kan leiden tot opeenvolgende inoculaties als de apparatuur niet goed wordt gereinigd. Breid uit met habitats zoals rijpend fruit en rozenbottels, en recente isolaties uit lokale vruchten voor biocontrole.

Onderscheidende Kenmerken:

Culturen kunnen gemakkelijk worden herkend als diploïd door de vorming van asci en ascosporen onder specifieke kweekomstandigheden, altijd vanuit een enkele cel zonder voorafgaande conjugatie en in soorten met een bekende heterothallische haploïde fase, door de afwezigheid van zygotevorming wanneer gemengd met dergelijke haploïden.

Bij M. pulcherrima en M. reukaufii, door de aanwezigheid van onderscheidende ascus-moedercellen, die vaak chlamydosporen worden genoemd, zijn ook onderscheidende kenmerken. De productie van pulcherrima-cellen en het pigment pulcherrimin is een uniek kenmerk van Metschnikowia.

Onder abnormale omgevingsomstandigheden voor de gist kunnen pulcherrima-cellen functioneren als chlamydosporen en vervolgens terugkeren naar vegetatieve cellen. De dubbele rol van pulcherrima-cellen, die zowel functioneren als chlamydosporen als ascus-moedercellen, is uniek onder de gisten (Pitt, 1970).

Ascosporen gisten produceren relatief lange fimbriae (1-5 µm). Platen op WL-medium is een effectieve methode om de activiteit van niet-Saccharomyces gisten te analyseren. De kolonies die op het medium verschijnen, moeten door een microscoop worden bekeken om de hierboven besproken kenmerken te zoeken.

Rol in Wijn

Metschnikowia pulcherrima is een niet-Saccharomyces gist die betrokken kan zijn bij de vinificatie van wijn als deze aanwezig is op de druiven of wijnmakerijapparatuur tijdens het kneuzen. Niet-Saccharomyces gisten beginnen met fermentatie voordat de populaties van Saccharomyces gist een voldoende cel dichtheid hebben bereikt om de niet-Saccharomyces gist te overweldigen.

Niet-Saccharomyces gisten worden meestal als gunstig gezien voor fermentaties om extra smaak aan de wijn toe te voegen. Ze beginnen sneller met fermentaties om te voorkomen dat andere ongunstige organismen zich vestigen voordat de lagfase van Saccharomyces eindigt.

Ze kunnen wijn fermenteren totdat het alcoholgehalte 5% bereikt, waar hun gevoeligheid voor ethanol verdere metabolisme voorkomt en zorgt voor een afsterven van alle gistsoorten behalve Saccharomyces. Saccharomyces is verantwoordelijk voor alle wijnfermentaties na 5% ethanol.

Zuureiwitases uitgescheiden door Kloeckera apiculata, Metschnikowia pulcherrima en Torulaspora magnolia bleken effectief te zijn bij de afbraak van wijneiwitten in zowel wijn- als modeloplossingen [Lagace, 1990]. Dit suggereert dat als ze in te hoge concentraties aanwezig zijn, de algemene sensorische kwaliteiten van de afgewerkte wijnen door de niet-Saccharomyces gist kunnen worden beïnvloed.

Recente toepassingen omvatten sequentiële inoculatie met S. cerevisiae voor sulphite-reductie, verbeterde aroma-retentie in Tokaji-wijnen, en reductie van alcohol in Shiraz en Chardonnay. Ook: kleurverbetering in Tempranillo-rode wijnen door fenolische verbindingen.

Gevoeligheden

• SO2: Remt de groei van gist, maar moleculaire handtekeningen van niet-Saccharomyces gisten kunnen in wijnfermentaties behandeld met SO2 lang aanwezig blijven nadat die populaties niet meer kweekbaar zijn (Cocolin, 2003)
• Sorbaat: Het is niet gevoelig voor sorbaat
• DMDC: Remt gedurende 12 uur en daarna geen residueel remmend effect. Het is het meest effectief bij temperaturen onder 30 °C.
• pH: De gist kan lage pH-waarden verdragen, maar een pH boven 7 is remmend en een pH boven 3,6 zorgt voor concurrentie van bacteriën en andere micro-organismen.
• Zuren: Het is niet bijzonder gevoelig voor organische zuren.
• Ethanol: De gist kan ethanol verdragen totdat het medium een concentratie van meer dan 5% bereikt, dan begint Metschnikowia af te sterven en neemt Saccharomyces de fermentatie over.
• Anaërobiose: Minimale wateractiviteit die groei mogelijk maakt. Zuurstof is nodig voor de stofwisseling van gist, dus gebrek aan zuurstof is remmend.
• Temperatuur: De maximale temperatuur voor groei ligt rond 39 °C. De boventemperatuurlimiet voor sporulatie van Metschnikowia pulcherrima ligt onder 25 °C op alle behalve de meest gunstige media.

Update met synergie-effecten, zoals combinatie met 24-epibrassinolide voor postharvest-bescherming van rode druiven.

Biotechnologische Toepassingen

Biocontrole: Effectief tegen postharvest-pathogenen zoals Botrytis cinerea, Penicillium expansum en Aspergillus-soorten via pulcherrimin en stikstofcompetitie. Recente veldstudies tonen bio-bescherming in oenologie en fruitopslag.

Andere uses: Alternatief voor palmolie via lipide-productie uit afval (lignocellulose), met potentieel als biofuel. Tot 80% biomassa-conversie onder lage temperaturen. Ook probiotisch potentieel en secundaire metabolieten voor industrie.

Conclusie

Samenvattend biedt M. pulcherrima potentieel voor duurzame wijnproductie en bredere biotechnologische toepassingen, zoals biocontrole en alternatieven voor palmolie. Toekomstig onderzoek kan focussen op genoomgebaseerde optimalisatie.

Geraadpleegde bronnen:

• Cocolin, Luca, Mills, David A. Wine Yeast Inhibition by Sulfur Dioxide: A Comparison of Culture-Dependent and Independent Methods Am. J. Enol. Vitic. 2003 54: 125-130.
• Fernández M, Ubeda JF, Briones AI., Typing of non-Saccharomyces yeasts with enzymatic activities of interest in wine-making. Int J Food Microbiol. 2000 Jul 25;59(1-2):29-36.
• Lagace, L., and L. F. Bisson. Survey of yeast acid proteases for effectiveness of wine haze reduction. Am. J. Enol. Vitic. 1990 41:147-155.
• Naturforsch, Z, C. S, Ener, B. Türkel, Isolation and characterization of new Metschnikowia pulcherrima strains as producers of the antimicrobial pigment pulcherrimin. 2009 May-Jun; 64(5-6):405-10. Department of Biology, Faculty of Arts and Sciences, Uludag University.
• Pitt J. I.,M. W. Miller, The Parasexual Cycle in Yeasts of the Genus Metschnikowia. Mycologia, Vol. 62, No. 3 (May – Jun., 1970), pp. 462-473.
• Pitt J. I.,M. W. Miller, Sporulation in Candida pulcherrima, Candida Reukaufii and Chlamydozyma Species: Their Relationships with Metschnikowia. Mycologia, 1960. Vol. 60, No. 3, pp. 663-685 .
• Sipiczki, M. (2022). Taxonomic Revision of the pulcherrima Clade of Metschnikowia (Fungi): Merger of Species. Taxonomy, 2(1), 107-123.
• Abeln, F., et al. (2020). Semi-continuous pilot-scale microbial oil production with Metschnikowia pulcherrima on starch hydrolysate. Biotechnology for Biofuels, 13, 127.
• Simonin, S., et al. (2023). Bio-protection in oenology by Metschnikowia pulcherrima selected from the grape must microflora: innovative strategy to reduce SO2 in white wines. Frontiers in Microbiology, 14.
• Freimoser, F. M., et al. (2025). Unlocking the potential of Metschnikowia pulcherrima: a dive into safety and genetic diversity. Applied Microbiology and Biotechnology.
• Piombo, E., et al. (2020). New Isolated Metschnikowia pulcherrima Strains from Apples for Postharvest Biocontrol of Blue Mold Disease and Patulin Reduction. Toxins, 12(6), 397.
• Wei, M. L., et al. (2025). Biocontrol ability and possible mechanism of Metschnikowia pulcherrima against major diseases of postharvest citrus fruit and its biopreservative application. Food Microbiology.
• Chuck, C. J., et al. (2015-2024 updates). Developing an alternative to palm oil from waste resources, using yeast. University of Bath Project.
• Petitgonnet, C., et al. (2024). Metschnikowia pulcherrima as a Tool for Sulphite Reduction and Enhanced Volatile Retention in Noble Rot Wine Fermentation. Fermentation, 10(9), 491.
• Ruiz-Moyano, S., et al. (2024). Exploring Metschnikowia pulcherrima as a Co-Fermenter: Impact on Cyanidin-3-Glucoside and Phenolic Acids in ‘Tempranillo’ Red Wine. Beverages, 10(2), 26.
• Wang, Y., et al. (2025). Effect of Metschnikowia pulcherrima and 24-epibrassinolide on postharvest quality and disease resistance of grape. Plant Physiology and Biochemistry.
• Seguinot, P., et al. (2021). The Important Contribution of Non-Saccharomyces Yeasts to the Aroma Complexity of Wine: A Review. Foods, 10(1), 13.
• Chen, Y., et al. (2025). Metabolomic Insights into the Antimicrobial Effects of Metschnikowia pulcherrima against Botrytis cinerea. Foods.
• Freimoser, F. M., et al. (2024). Unforeseen current and future benefits of uncommon yeast. Applied Microbiology and Biotechnology, 108, 675.
• Pawlikowska, E., et al. (2023). Biocontrol Efficacy of Metschnikowia spp. Yeasts in Organic Vineyard against Major Grapevine Pathogens: Botrytis cinerea, Plasmopara viticola, Erysiphe necator and Lobesia botrana. Foods, 12(18), 3508.
• Delgado, J., et al. (2025). Comparison between Metschnikowia pulcherrima and Torulaspora delbrueckii in mixed fermentation with commercial Saccharomyces cerevisiae strains. Frontiers in Microbiology.