Die Wahrheit einer Absicht ist die Tat. Georg Wilhelm Friedrich Hegel

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1 Die Wahrheit einer Absicht ist die Tat. Georg Wilhelm Friedrich Hegel

2 5. Preisverleihung der Gerd Erbslöh Stiftung Donnerstag, 12. Juni 2014, 16:00 Uhr Gerd-Erbslöh-Hörsaal, Von-Lade-Str. 1, Geisenheim Begrüßung Dr. Jörg Möller Gastredner Jean-Marie Aurand, Generaldirektor OIV OIV: eine Referenzorganisation im Schnittpunkt der zukünftigen Herausforderungen im Weinsektor Würdigung: Prof. Dr. Doris Rauhut Preisverleihung zur Promotionsarbeit von Dr. Caroline Knoll Evaluating the influence of stress parameters on Oenococcus oeni and the subsequent volatile aroma composition of white wine Würdigung: Prof. Dr. Kai Velten Preisverleihung zur Promotionsarbeit von Dr. Friedrich Geiger Mathematische Modellierung von Flaschenentleerungsprozessen Schlusswort Dr. Rowald Hepp Musikalische Begleitung: Traute Mittlmeier & Joey Becker Anschließend Sektempfang im Foyer Die Gerd Erbslöh Stiftung wurde 2008 von Gerd Erbslöh ins Leben gerufen. Sie widmet sich der Förderung von Bachelor-, Master- und Promotionsarbeiten, die die Entwicklung der Hochschule Geisenheim University fördern oder besondere Leistungen im Bereich der Getränketechnologie oder der Oenologie darstellen. Im Oktober 2009 konnte bereits die erste Auszeichnung der Stiftung vergeben werden. Die Preise werden alternierend für 3 Bachelor-, 2 Masterarbeiten oder 1 Promotionsarbeit vergeben. Die Stiftung ist mit einem Stiftungskapital von ,- ausgestattet. 2 3

3 Evaluating the influence of stress parameters on Oenococcus oeni and the subsequent volatile aroma composition of white wine Preisverleihung zur Promotion von Dr. Caroline Knoll Evaluating the influence of stress parameters on Oenococcus oeni and the subsequent volatile aroma composition of white wine Würdigung: Prof. Dr. Doris Rauhut DR. CAROLINE KNOLL Die malolaktische Fermentation (MLF), auch als biologischer Säureabbau bezeichnet, ist ein biochemischer Prozess, der im Wein in der Regel nach der alkoholischen Gärung stattfindet. Bei der malolaktischen Fermentation wird l-äpfelsäure unter Energiegewinnung zur schwächeren l-milchsäure durch das Malo-Lactat-Enzym decarboxyliert. Mehrere Gattungen von Milchsäurebakterien können eine MLF durchführen, Oenococcus oeni ist jedoch die am besten an das Weinmedium angepasste Bakterienspezies. Neben der Verminderung der Säure und der Anhebung des ph-wertes um ca. 0,1-0,2 Einheiten, hat die MLF eine mikrobiologische Stabilisierung zur Folge, da die auch durch unerwünschte Milchsäurebakterien abbaubare Äpfelsäure nicht mehr zur Verfügung steht. Weiterhin wurde deutlich, dass Milchsäurebakterien durch die Bildung von sekundären Metaboliten, Geruchs- und Geschmacksstoffen auch zur Verbesserung der sensorischen Qualität der Weine beitragen können. Verschiedene, im Wein vorkommende Stressfaktoren, wie z. B. niedrige ph-werte, hohe Alkoholgehalte und Gehalt an schwefeliger Säure, beeinflussen jedoch das Bakterienwachstum, ihre Stoffwechselprozesse sowie die zeitige Beendigung der MLF. Das übergreifende Ziel dieser Arbeit war es, die Auswirkung einer partiellen und vollständigen MLF auf das Aromaprofil von Weißweinen zu untersuchen. Um die Einflüsse der kühlen und warmen Weinbaugebiete auf die MLF einerseits und auf das sensorische Profil des Weines anderseits zu untersuchen, wurden Weinlesen in den klimatisch verschiedenen Weinbauregionen Deutschland und Südafrika durchgeführt. 4 5

4 Insbesondere in Weinen mit hohen Gesamtsäuregehalten gestaltet sich eine erfolgreiche MLF oftmals als schwierig. Diese Studie befasste sich zunächst mit dem Einfluss zweier Stressfaktoren (ph-wert und Alkoholgehalt) auf zwei O. oeni-stämme und die Bildung flüchtiger Aromastoffe in Weißweinen der Rebsorten Riesling und Chardonnay. Die Ergebnisse zeigten, dass der ph-wert und der Alkoholgehalt des Weines sowie die Rebsortenmatrix den Verlauf der MLF und die Bildung flüchtiger Aromastoffe des Weines stark beeinflussen. Auch wurde deutlich, dass schon eine partielle MLF Auswirkungen auf das Abbildung 2: Tendenzieller Einfluss des Alkoholgehaltes und ph-wertes auf das Vitalitäts- und Aktivitätsspektrum der unterschiedlichen Bakterienstämme. Abbildung 1: Relative Veränderungen der Gesamt-Esterkonzentrationen in Riesling und Chardonnay Weinen nach der MLF. Aromaprofil hat (Abbildung 1) und die verschiedenen Bakterienstämme unterschiedlich auf die niedrigen ph-werte und hohen Alkoholgehalte reagierten (Abbildung 2). Die MLF kann entweder simultan (meist 24 Stunden nach Hefegabe) während der alkoholischen Gärung oder sequentiell eingeleitet werden. Je nach Beimpfungszeitpunkt, erhält man frische, rebsortentypische und fruchtigere oder reifere und komplexere Weine. Die Vor- und Nachteile von simultaner und sequentieller MLF sind nach wie vor umstritten. In dieser Studie wurden vier unterschiedliche Beimpfungzeitpunkte für die MLF in Riesling-Weinen mit hohen Säurewerten untersucht. Im Vergleich zur sequentiellen Inokulation, konnte mit einer simultanen Beimpfung eine Reduzierung der gesamten Gärdauer erreicht werden. Der Beimpfungszeitpunkt der simultanen MLF spielt jedoch eine wesentliche Rolle. Ergebnisse dieser Arbeit zeigten, dass vor allem eine Inokulation nach 40 % der alkoholischen Gärung den Start der MLF verzögerte. Durch den Hefemetabolismus sinkt der ph-wert während der alkoholischen Gärung um 0,1-0,2 und steigt zum Ende wieder an. Dies hat einen negativen Einfluss auf Bakterienwachstum und aktivität. Die Untersuchungen bestätigten, dass sequentiell vergorene Weine niedrigere Gehalte an beispielsweise Essigsäure-3-methylbutylester, Essigsäure-2-phenylethylester, Bersteinsäurediethylester und Buttersäureethylester enthielten als die Weine, die 24 Stunden nach Hefegabe beimpft wurden (Abbildung 3). Die simultane MLF hatte keinen negativen Einfluss auf das Aromaprofil der Weine und zeichnete sich durch erhöhte Esterkonzentrationen aus. Signifikant höhere Essigsäuregehalte konnten in diesen Weinen nicht nachgewiesen werden. 6 7

5 Abbildung 3: Esterkonzentrationen in Rieslingweinen nach simultaner MLF (24h) und sequentieller MLF (AFEnd). Abbildung 4: Vorgeschlagener Stoffwechselweg von Cystein, Methionin und Cystationin. Zusätzlich ist dies auch die erste Studie, die über eine Klonierung und Charakterisierung einer Cystathionin-β/γ-Lyase zweier O. oeni-stämme berichtet. Bei dem identifizierten Enzym handelt es sich um ein Pyridoxalphosphat (PL- P)-abhängiges Enzym, das einerseits die Fähigkeit besitzt, Cystathionin durch eine α,β- und eine α,γ- Eliminations-Reaktion abzubauen. Anderseits weist dies in Gegenwart von O-Succinyl-l-Homoserin und l-cystein eine Cystathionin γ-synthase -Aktivität auf (Abbildung 4). Darüber hinaus besitzt es die Eigenschaft, Methionin zu Methanthiol zu demethylieren. Die bisherigen Studien zum Schwefelmetabolismus der Milchsäurebakterien unter Weinbedingungen konnten jedoch keine Bildung von schwefelhaltigen Stoffen in Konzentrationen nachweisen, die die Weinqualität negativ beeinflussen oder gar ein Fehlaroma auslösen. Diese Arbeit zeigt den Einfluss von O. oeni auf das Aromaprofil im Wein in der Abhängigkeit von ph-wert, Alkoholgehalt und Weinmatrix. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Produktion von flüchtigen Aromastoffen, durch Bakterienstamm, Beimpfungszeitpunkt, Rebsorte und chemische Zusammensetzung des Weines beeinflusst wird. Erkenntnisse über Bak- terienstoffwechsel-aktivitäten sind von großer Bedeutung, da sie dazu dienen können, neue Techniken zu entwickeln, die das Weinaroma positiv verändern. Referenzen Knoll C., du Toit M., Schnell S., Rauhut D., Irmler S., 2011, Cloning and characterisation of a cystathionine β/γ-lyase from two Oenococcus oeni oenological strains, Appl Microbiol Biotechnol, Volume 89, Issue 4, Knoll C., Fritsch S., Schnell S., Grossmann M., Rauhut D., du Toit M., 2011, Influence of ph and ethanol on malolactic fermentation and volatile aroma compound composition in white wines, LWT - Food Science and Technology, Volume 44, Issue 10, Knoll C., Fritsch S., Schnell S., Grossmann M., Krieger-Weber S., du Toit M, Rauhut D., 2012, Impact of different malolactic fermentation inoculation scenarios on Riesling wine aroma, World J Microbiol Biotechnol, Volume 28, Issue 3,

6 Mathematische Modellierung von Flaschenentleerungsprozessen DR. FRIEDRICH GEIGER Preisverleihung zur Promotion von DR. FRIEDRICH GEIGER Durch den großen Erfolg von PET als Material für Getränkeverpackungen in den letzten Jahren, was nicht zuletzt der leichten Formbarkeit des Materials zu verdanken ist, sind viele neue Flaschengeometrien entstanden. Jede dieser neuen Flaschengeometrien muss vor ihrem Einsatz in der Produktion auf ihre Verwendbarkeit geprüft werden, und der Produktionsprozess sollte, entsprechend der Eigenarten einer jeden Flaschenform, optimiert werden. Mathematische Modellierung von Flaschenentleerungsprozessen Würdigung: Prof. Dr. Kai Velten Abbildung 1: Visualisierung des Numerische Strömungssimulation der Flschenreinigung in (a) senkrechter und (b) geneigter Position. Bisher ist zur Untersuchung neuer Flaschengeometrien eine Vielzahl von realen Experimenten nötig. Diese Experimente geben aber nur einen sehr groben Überblick über das auftretende Strömungsregime. Die genaue Geschwindigkeit für das gesamte Feld lässt sich nicht messen und die Struktur der Wirbel ist kaum quantifizierbar. Aufgrund der wachsenden Rechenleis

7 tung der letzten Jahrzehnte bietet sich Computational Fluid Dynamics (CFD) als adäquates Werkzeug für die Untersuchung derartiger Prozesse an, die bisher nicht ausreichend analysiert werden konnten. In der Arbeit wird belegt, dass durch die Wahl eines entsprechenden Modells der Prozess der Flaschenentleerung akkurat simuliert werden kann und bisher verwendete empirische Modelle im Vergleich zum verwendeten Modell sehr limitiert sind. Abbildung 3: Response Surface zur Visualisierung des Einflusses von Oberflächenspannung und Mündungsdurchmesser auf die Entleerungszeit [s]. Abbildung 2: Mathematische Modell zur Simulation der zweiphasen Strömung in der Flasche. Nach der erfolgreichen Validierung des Modells anhand von Daten aus eigenen Experimenten wurde das gefundene Modell zudem genutzt, um den Flaschenentleerungsprozess in zwei Studien genauer zu untersuchen. Erwartungsgemäß konnte der Mündungsdurchmesser als wichtigster Parameter für die Entleerungszeit einer Flasche identifiziert werden. Zudem wurde bewiesen, dass zwischen allen untersuchten Parametern, Oberflächenspannung der Fluide, Neigung der Flasche, Form des Flaschenhalses, Tiefe der Einbuchtung und Mündungsdurchmesser starke Interaktionen herrschen, die zum Teil die Dauer des Leerungsprozesses erheblich beeinflussen und eine individuelle Untersuchung jeder Flasche erfordern. Referenzen Der Nachteil eines CFD- Modells ist der hohe Berechnungsaufwand. In der Arbeit werden zur Bewältigung dieses Problems die Methoden der Versuchsplanung und der Response Surface genutzt, welche die Anzahl der durchzuführenden Simulationen erheblich reduzieren und die Optimierung der Flaschenform erleichtern. Geiger, F., Velten, K. & Methner, F.-J. (2012) 3D CFD simulation of bottle emptying processes, Journal of Food Engineering 109, S Geiger, F., Meister, C., Velten, K., Evers, H. & Methner, F.-J. (2011) A CFD Perspective of Bottle Cleaning Processes, 2011, Open Source CFD International Conference 2011, Paris-Chantilly. Meister, C., Geiger, F., Velten, K., Evers, H. & Methner, F.-J.(2011) Simulation of PET bottle rinsing, 2011, Open Source CFD International Conference 2011, Paris-Chantilly. Meister, C., Geiger, F., Velten, K., Evers, H. & Methner, F.-J. (2010) CFD- Simulation of fast Bottle Cleaning Processes, 2010, Open Source CFD International Conference 2010, München

8 Bisherige Preisträger: 2009 M.Sc. Dirk Hofmann: High-Resolution Continuum Source Atomabsorptionsspektrometrie in der Wein- und Getränkeanalytik Dipl.-Ing. Philipp Rüger: Einfluss von oxidativen und reduktiven Bedingungen während der Weinbereitung auf die Aromaausprägung in Weinen der Rebsorte Sauvignon blanc 2010 M.Sc. Manuella Webber-Witt: Allergic potential of wine fining material from animal proteins, milk and egg Dipl. Ing. Jochen Vestner: Untersuchungen zum gaschromatographischen Nachweis von 2,4,6-Trichloranisol in Korken mittels mikrowellenunterstützter Extraktion Dipl. Ing. Frank Seckler: Die qualitative Eignung von PET-Flaschen mit O 2 -Scavenger als Weinverpackung im Vergleich zu Glasflaschen. Dipl. Ing. Giacomo Widmann: Synthese, chemische, physikalische und mikrobiologische Charakterisierung von Silica Nanofilm zur Vermeidung der Kontamination von Holz in der Önologie 2013 M.Sc. Anne Vortkamp: Versuche zur möglichen Charakterisierung der Laccaseaktivität ausgewählter Stämme von Botrytis cinerea M.Sc. Sebastian Jenne: Alternativen zum SO2 - Einsatz bei der Fassreinigung und -konservierung 2014 Dr. Caroline Knoll: Evaluating the influence of stress parameters on Oenococcus oeni and the subsequent volatile aroma composition of white wine Dr. Friedrich Geiger: Mathematische Modellierung von Flaschenentleerungsprozessen 2012 B.Sc. Markus Kiebel: Vergleich verschiedener Proteinstabilisierungsmethoden & Proteinstabilitätstests in den Phasen der Vinifikation B. Sc. Sabrina Schach: Untersuchungen zur Hefepopulation von spontan vergorenen Spätburgunder-Mosten 14 15

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