Grundlagen der Chemie & Mikrobiologie des Weines

Transkript

1 Grundlagen der Chemie & Mikrobiologie des Weines Direktor HR Dr. Reinhard EDER Höhere Bundeslehranstalt und Bundesamt für Wein- und Obstbau Wiener Straße 74, 3400 Klosterneuburg Tel / stündige Vorlesung 4 Blöcke Theorie am Freitag von Seminarraum Dept. LMW, 3. Stock 3 Blöcke Laborpraxis, Freitag von (HBLAu.BA Klbg.- Labors) Voraussetzung: Allgemeines Chemielaboratorium Beurteilung: praktische Ergebnisse + Protokolle Abschließender Test Planung Inhaltsstoffe und MO s auf Beeren, Schimmel-Fäulnis: Mykotoxine u.a., Enzyme, Pektin Biochemie und Mikrobiologie der alkoholischen Gärung, Gärungsnebenprodukte, Säuren im Wein, Entsäuerung, Säuerung, BSA Schwefeldioxid, Stickstoffverbindungen, Phenole, Aromastoffe, Mineralstoffe Laborübungen: SÄUREN ph-wert, titrierbare Säuren (acid, pot), flüchtige Säuren, SCHWEFELDIOXID - SO 2 freies und gesamtes SO 2 ; jodometrisch, acidimetrisch ZUCKER-ALKOHOL reduzierende Zucker; vorhandener Alkohol (dest); Alkohol (chem.); Gesamtalkohol, Extrakt (grav., ber.), MIKROBIOLOGIE Biologischer Säureabbau (DC-Säuren), Mikroskopische Identifizierung (Hefen, Bakt); Keimzahlbestimmung (Thomakammer); Membranfiltration

2 SCHWEFELDIOXID - SO 2 freies und gesamtes SO 2 ; jodometrisch, elektrochemisch, acidimetrisch RQ-flex (Easylab) AUFBAU DER BEERE: Fruchtfleisch-Pulpe: Zucker, Säuren, Proteine, Mineralstoffe, Phenolsäuren außen: Zucker, Säuren innen: Zucker, Säuren Schale: Wachs, Aromastoffe, Phenole Flavonoide, blaue Trauben: Anthocyane, Stilbene (Resveratrol) Kerne: Öl, Phenole Procyanidine und Flavonoide (Catechin) VERÄNDERUNG DER TRAUBENZUSAMMENSETZUNG WÄHREND DER REIFE: mit zunehmender Reife: Beerengewicht Zucker, Säuren ph ÄS/WS FAN?? (Prolin) Phenole (Anthocyane) Aromastoffe Masszahlen für die Traubenqualität BESTIMMUNG DES MOSTGEWICHTES-ZUCKERGEHALT Mostgewicht gelöste Trockensubstanz Zucker:

3 Angabe von Gewichtsprozent: Balling: % (w/w) gesamte lösliche Trockensubstanz (Zu+NZ) Messtemp C, veraltet, Basis von KMW 20 Bg= Brix: % (w/w) gesamte lösliche Trockensubstanz (Zu+NZ) Messtemp. 20,0 C Anwendung: anglophile Länder (USA, Australien, SA, NZ ); Säfte, internat. Literatur KMW: % (w/w) Zucker im Most, Messtemp C, keine exakte Zuckerbestimmung Umrechnung empirisch (Babo+Rösler, ca. 1860) Beobachtung: Most mit 20 Bg 200 g/kg gel.ts => Verhältnis: 17/20 = Faktor 0,85 bzw. 1,18 dh. Bx * 0,85 = KMW bzw. KMW * 1,18 = Bx Interpretation: 17 KMW = 170 g Zucker in 1 kg Most Anwendung: k.k. Staaten, (A, ITA, Slow., Ungarn, Cz (±) aber: KMW und Zucker passt nur zwischen 15 und 20 KMW z.b. unreife Moste (12 KMW~14,4 Bx) => reife Moste (25 KMW~30 Bx) => KMW: % (w/w) Zucker im Most, Messtemp C, Gewichtsvolumsprozente Nm: tschechische normierte Grade % (w/v) Zucker im Most, Messtemp C, Mostgewicht gelöste Trockensubstanz - Zucker - Dichte: Oechsle: Dichtewert, einfach zu messen Wert der rel. Dichte minus 1 multipliziert mit 1000, Oe = e.g = 80 Oe Anwendung in Deutschland Gehalt natürlichen Alkohols (%vol): In Trauben ist kein Alkohol sondern gelöste TS, Wird in Alkoholgehalt umgerechnet VT: Most und Wein gleiche Skalierung Umrechnung: nat. alc. (%vol) = bei niedrigen Gehalten 1 KMW ~ 0,7 %vol Anwendung in frankophilen Ländern: Frkr., Spanien - EU-VO) MESSUNG DES MOSTGEWICHTES. Refraktometer Aräometer Pyknometer Biegeschwinger Hydrostatische Waage FTIR

4 EINTEILUNG DER MOST-; WEINQUALITÄT NACH MOSTGEWICHT BESTIMMUNG DER TITRIERBAREN SÄUREN TITRATIONSACIDITÄT (g/l, ): Gehalt an H+ im Most, der von verschiedenen Säuren (hpts. Weinsäure, Äpfelsäure.) stammt. berechnet als Weinsäure (g/l) ÄM = 75 (Rest) oder als Schwefelsäure (g/l) ÄM = 49 (frankophile Länder) Gehalt b.a.ws (g/l): 1,5 Gehalt b.a. SS (g/l) Analyse: Neutralisation bis ph 7.0 (Bromthymolblau-n/3NaOH=Blaulauge) Ein Teil der Säureanionen im Most (Wein) liegt nicht als Säure sondern als Salz vor dh. Summe der Anionen Titrationsacidität BESTIMMUNG DES ph-wertes abhängig von Reife, Sorte, Jahrgang, Pufferung Masszahl für den sauren Geschmack üblicherweise zwischen 2,9 und 3,5 Messung mit ph-meter oder FT-IR Große Bedeutung für VERHÄLTNIS ÄPFELSÄURE : WEINSÄURE Äpfelsäuregehalt nimmt reifebedingt stark ab Weinsäuregehalt bleibt ab gewisser Grundreife in etwa gleich => beliebter Indikator für physiologische Reife Äpfelsäure schmeckt sehr sauer, grün, hart

5 Weinsäure schmeckt besser, traubig, wenig hart Analytik: Enzymatik, Easy-Lab, IC, HPLC oder FT-IR HEFEVERFÜGBARER STICKSTOFF (HvN) freier Aminostickstoff (FAN ) und Ammonium beruht hpts. auf Aminosäuren (Arginin, Asparagin, HvN - Werte sollte über aber dominierende AS ist mit zunehmender Reife = sekundäre AS (bis zu 50 %), kann nicht bzw. nur unter ärgsten Stress von Hefe aufgenommen werden. ist dh ein Reifeindikator In wasserreichen Pflanzenorganen sind AS im 50 der stickstoffhaltigen Vbdg., in der Traube %. (hpts. Alanin, Arginin, Threonin, Serin, Prolin, Arginin, Glutamat, Glutamin sowie GABA (=γ- Aminobuttersäure) Gehalt in Traubenmosten zwischen mg/l, Analyse des hefeverfügbaren Stickstoffs (FAN) Formoltitration: Farbreaktionen mit spezifischen Substanzen OPA/NAC (ortho Phtalaldehyd) oder Coomassie blue (ohne NH4+) Schnelltest mit RQ-flex = Schnelltest Fa. Erbslöh 2 Werte: PEKTIN: Kittsubstanz zwischen den Zellwänden der Beere, smooth (methylierte Polygalacturonsäure) und hairy region (Proteine, Pentosen u.a.) - Quelle des Methanols in Wein, Destillaten Pektinabbau durch pektolytische Enzympräparate Pectinmethylesterase Polygalacturonase Pectinlyase Pectatlyase HEFEN AUF DER TRAUBE Römpp: Eukaryonten; Gruppe von Pilzen, i.d.r. einzellig, nur wenige mit Myzel-Bildung rundlich ovale Einzelzellen (Länge: 1-9 µm, Durchmesser: 1-5 µm) meist wenig-zellig bis verzweigt-kettige Verbände Dittrich: Pilze, Vermehrung durch Sprossung (asexuell); oder auch Sporen (sexuell) keine systematisch einheitliche Gruppe Charakteristika von Hefen: Eukaryo(n)ten, zählen zu Pilzen > 500 Hefearten bekannt Zellwand: Homopolysaccharide (Glucan und Mannan) und Mannoproteine, gelegentlich Chitin (Peptidoglucan). Reservestoff = Glycogen, hoher Gehalt an Vitamin B. In Zellwand periphere Membranproteine (z.b. Invertase, Transportproteine) Morphologie: unterschiedlich, meist rundlich bis oval,

6 Größe: 5-10 x 5-12 µm (ø 10 x 10 µm) Generationszeit: ca. 60 min UNTERSCHEIDUNG WILDE HEFE - WEINHEFEN Nach Boulton, et al. USA, 1996: WEINHEFEN: Hefen auf Trauben, in Weingärten in Tafel- oder Dessertweinen, in gesunden wie in verdorbenen Weinen, sowie in Kellereien und auf Kellereigeräten. Können Gärung vollenden, hohe Alkoholtoleranz. Gattungen Saccharomyces, Schizosaccharomyces, Brettanomyces, Dekkera und Zygosaccharomyces WILDE HEFEN: Gärfähige Hefen, die nicht zur Gattung Saccharomyces zählen. Können, falls sie nicht gehindert (SO2-empfindlich) werden, an Weinvergärung, insb. zu Gärungsbeginn, teilnehmen; geringe Alkoholtoleranz. Gattungen: Hanseniaspora, Debaryomyces, Hansenula und Metschnikowia. Vermehrung: Vegetative Vermehrung: Sprossung, Spaltung (Schizosacch.) Generative (geschlechtliche Vermehrung): Sporen, Ascus. HEFEZAHL AUF TRAUBEN Zellen/ml Zellen pro ml Most Hpts. Hanseniaspora (60-90%), Metschnikowia, Hansenula, Pichia, Candida Anteil Saccharomyces cerevisiae sehr gering (ca. 1%), zt. noch niedriger Anteil (<1 %) Nach dem Pressen: Zellen/ml ; Zellen pro ml Hefe bei Spontangärung kommt zumeist vom Keller und nicht vom Weingarten ( terroir ) APICULATUSHEFEN: ( Wilde Hefen ) Form: Kugelige, ellipsoide an beiden Polen zugespitzt Zellen, relativ klein (1,5-5)x(2,5-11) µm ( Flughefen ) Vertreter von 2(4) Gattungen : Brettanomyces/Dekkera: Verursacher des Weinfehlers Pferdeschweiß Hanseniaspora (früher Kloeckera keine Sporenbildung) Zitronenförmig zugespitzt (bipolar), auch ellipsoid Vorkommen: ubiquitär, v.a. verletzte, verderbende Beeren, Übertragung: Essigfliege Drosophila (Darm), Moste, Traubenwein, in der Angärungsphase (Apfelweinaroma), Rasche Vermehrung; Unterdrückung durch Reinzuchthefe, SO2. kurze Generationszeit (1/2 so lang wie Saccharomyces), geringe Gärvermögen (idr. 5-6 % vol, max 10 %vol), Kälteverträglich (Vorsicht bei Kaltmazeration) höhere Alkoholtoleranz (bis 12 % vol), ev. Nachtrübungen Glucose & Fructose werden gleich schnell vergoren, Saccharose kann nicht vergoren werden starke Glycerinbildung,

7 geringe SO2-Toleranz, vollständige Unterdrückung durch Mostschwefelung mit 50 mg/l starke Bildung von Essigsäure (bis 1,2 g/l) und Essigsäureethylester (EET-UHU-Ton) => Weinfehler Bildung von Schwefelwasserstoff (unreiner Ton) Antibiose gg Saccharomyces cerevisiae Arten: Hanseniaspora uvarum früher Kloeckera uvarum Verhinderung: Most-SO2, Entschleimung, Reinzuchthefe. KAHMHEFEN: Gärschwache Hefen - geringe Alkoholtoleranz, sind an Angärphase beteiligt. Vertreter von 5 Gattungen: Candida, Metschnikowia, Hansenula, Pichia, Debaryomyces Zellen wachsen in die Länge => Pseudomycel (Hefedecke), Fetteinlagerung, schwimmen auf Flüssigkeit auf, bilden Kahmhaut (weißer, samtiger Schaum, wie Frischkäse, anfangs am Gefäßrand Ring, => Inseln, wachsen zusammen). Gattung: PICHIA: Typische Kahmhefen, mehrseitige Vermehrung, Sprossung; ascosporogen, geringe Gärfähigkeit Art: Pichia membranaefaciens: Zellen eiförmig, oval oder zylindrisch, einzelne Zellen bilden Pseudomycel, aerobe Hefe, geringes Gärvermögen (1-2 %vol), bildet auf Traubenmost weiße, später gelblich bis rötliche, dick und grob gefaltete Decken (Name!) Art: Pichia farinosa mehlige, befallene Flüssigkeit wie mit Mehl bestreut Gattung: HANSENULA Sporenbildend (Ascosporen), multilaterale Sprossung, Zellen kugelförmig, ellipsenförmig.

8 Vorkommen: bei Luftzutritt auf Most, Wein: trocken, matt aussehende Kahmhaut; Oxidieren Restzucker, Alkohol, Glycerin & Säuren. CO 2 kann nicht durch Decken entweichen, hohe CO2 Konz hemmt andere Hefen (z.b Sacch. cer.) starke Esterbildung (Ethylacetat, Amylacetat), starke Phenylethanolbildung Empfindlich gg. Alkohol, SO2, positive Nitrat-Assimilation (Unterscheidung zu Pichia). Art: Hansenula (Pichia ) anomala einzeln oder in kleinen Haufen, Pseudomycel Gattung: CANDIDA keine Sporenbildung, (F. imperfecti), haploid, Zellen kugelig, eiförmig, multilaterale Sprossung, weiß-cremefarbenen Kolonien, einfache bis baumähnlich verzweigte Pseudomycel, unterschiedliche Formen, zumeist trockene Haut, grau, weich, glatt, leicht granuliert. Vorkommen: Häufig auf Traubenbeeren, Angärung von Mosten (hohe Gehalte an Ethylacetat, Fuselöle (Isobutanol) - [Humaninfektionen] Art: Candida vini Häufigste Kahmhefe d Weines, kein Gärvermögen, Oxidation von Ethanol, Glycerin (gering) Art: Candida stellata: Osmotolerant, hpts. auf botrytisinfizierten Beeren, zuckerreichen Mosten, sternartige Sproßverbände, rel kleine Zellen. Starke Bildung von Glycerin, Mannit & Sorbit. Art: Candida glabrata: Früchte & Moste, dünne Haut Art: Candida (Metschnikowia) pulcherima: Schönste Hefe, kugelige Zellen mit Ölkugel, orange bis rote Kolonien. Geringes Gärvermögen, starke Bildung von Arabit, Mannit & Sorbit schon am Stock. Sporenbildende Hefe => Metschnikowia (hpts. in südl. Ländern und bei Botrytis)

9 Gattung: DEBARYOMYCES Öfters auf Trauben, verunreinigten Moste, sehr schwaches Gärvermögen dh. bei Vergärung sehr rasch durch Apiculatus und Saccharomyces Hefen unterdrückt Bedeutung: Kahmbildende Infektionshefe bei Mosten. Gattung: RHODOTORULA Reine Atmungshefe, Kolonien rot oder lachsfarben eiförmige Zellen, asporogen, mit Fetttröpfchen und Schleimhülle Vorkommen: häufig auf Trauben, kaum im Wein, vertragen max %vol, häufig auf Gerätschaften (Leitung, Tanks, Füller) => Schmutzindikator => mangelnde Reinigung- und Desinfektionsarbeit. Durch Schleimbildung mechanisch schwierig entfernbar, durch Hitzeeinwirkung schwer abzutöten (überleben 30 min 55 C). Bestandteil des Kellerrotz (Symbiose gemeinsam mit Bakterien + Algen) Infektion der Traube, einzelner Beeren mit Schimmelpilzen (Ascomyceten so wie Hefen)

10 SCHIMMELPILZE AUF TRAUBEN Botrytis cinerea (Ordnung: Helotiales,Fam. Sclerotiniacea) Name von Nebenfruchtform; weißlich-grauer-schwarzer Mycelrasen, Konidienträger sind gekammert und baumartig verzweigt, an Endzellen sitzen Konidien µm lang und 6-10 µm breit Infektion von Trauben: Sauerfäule: unreife Beeren mit wenig Zucker, hohe Säure, KMW < 18 KMW Edelfäule: reife Beeren, optimaler Zuckergehalt für Prädikatsweine i.d.r. KMW > 19 KMW Danach: Sekundärinfektionen mit Penicillium, Aspergillus Botrytis ist Voraussetzung für Beerenauslesen (25 KMW), Ausbruch (27 KMW) und Trockenbeerenauslese (30 KMW), Zunahme Mostgewicht Zunahme Gesamtsäure, Äpfelsäure, Zitronensäure Bildung von Glyzerin = Mostglyzerin Bildung von Zuckersäuren, Gluconsäure, Galactarsäure (Mucate) Bildung von flüchtiger Säure (Essigsäure) Bildung von Polysacchariden (Glucane ß1-3, ß1-6 Glucosen) auch Hefe (Sacch. cerevisiae bildet etwas Glucan): Filtrationsprobleme, Abbau mit Glucanasen Bildung von Laccase (para-diphenoloxidase, p-dpo): enzym. Oxidation, Farbverluste Bildung spezifischer Aromastoffe: Sotolon, Octanole, Octenole Oxidation,Abbau von Terpenen erhöhten SO2-Bedarf (Thiamin, Depot SO2 ) Verringerung des FAN (hefeverfügbare N) Verringerung der Rotweinfarbstoffe (Anthocyane) Zuckersäuren infolge Botrytisinfektion: Gluconsäure, Glucarsäure (Mucate) Phenoloxidation durch para-diphenol-oxidase (Laccase): Sekundäre Aromastoffe infolge Botrytisinfektion:

11 INFEKTION MIT ANDEREN SCHIMMELPILZEN: Aspergillus (Gießkannenschimmel) grün-gelb-schwarzer Rasen, wärmeliebend, Schimmelton, Mykotoxinbildung (OTA) Penicillium - Pinselschimmel weißlich-grün-gelb, kälteliebend, Schimmelton, bitter, Mykotoxine (OTA) Trichoderma roseum rosa Fäule, selten, säureempfindlich, Schimmelton, Mykotoxine (Trichotecin) Aurebasidium pullulans - Russtaupilz schwarzer Belag, Schimmelton, im Exkret von Läusen, keine Mykotoxine (?) Aspergillus Penicillium Trichoderma Aurebasidium AROMASTOFFE DURCH SCHIMMEL: Geosmin (octahydro-4,8a-dimethyl-4a(2h)-naphthalenol) trocken-erdig (25-60 ng/l), Kartoffelkeller Artischocken, Beton, Erde, Pilz und Schimmel Methylisoborneol schimmelig, rote Rübe, ng/l 2-Isopropyl-3-methoxypyrazin schimmelig, Wurzel, Erdäpfel, 2-3 ng/l Analytik von allen Aromastoffen:: GC-MS nach Vorreinigung GC-MS mit SPME Mykotoxine durch Traubenschimmel: PATULIN (4-Hydroxy-4-H-furopyran-2-on) toxisch dh. krebserregend, WHO Empfehlung: Patulin < 50 µg/l Bildung: Penicillium expansum Aspergillus clavatus Aspergillus giganteus Gehalte in Traubensäften µg/l (70 % patulinfrei, 15 % > 50 µg/l) ABER Zerstörung durch SO2, Zerstörung im Zuge der alk. Gärung => im Wein kein Patulin nachweisbar (< 5 µg/l) Analytik: HPLC nach Vorreinigung mit Immunoaffinitätssäulchen ELISA OCHRATOXIN A Isocumarin, mittels Carboxylgruppe, an L-ß-Phenylalanin gebunden, Toxikologische Eigenschaften: karzinogen (Niere...), teratogen, immunotoxisch, neurotoxisch NOEL: 21 µg/kg kg/tag

12 Bildung: versch. Schimmelpilze z.b. Aspergillus ochraceus, Aspergillus carbonarius und Penicillium verucosum Vorkommen: Pflanzenprodukten hpts. Getreide (Codex: < 5 µg/kg), Bohnen, Kaffee, Trockenobst, Nüsse, Gewürze, Bier, Innereien (Leber, Milz..) Analytik: HPLC nach Vorreinigung mit Immunoaffinitätssäulchen ELISA VORKOMMEN IM WEIN (seit 2005 EU-Höchstwert 2 µg/l) In österreichischen Weinen auch Prädikatsweinen sehr geringe Gehalte, in der Regel unter 0,1 µg/l (Eder et al., 2004) KOHLENHYDRATE IN DER TRAUBE Gesamtzuckergehalt von Beeren i.a. zwischen 130 und 350 g/kg (13-35 KMW) In Weintrauben fast ausschließlich Monosaccharide in gesunden Beeren Glucose : Fructose 1:1, infolge Fäulnis insbesondere Botrytis cinerea Glucose wurde veratmet, Fructose überwiegt Glucose : Fructose < 1 WELCHE ZUCKER SIND VERGÄRBAR? Die Monosaccharide Glucose+Fructose, im geringem Ausmaß auch Raffinose und Mannose (Saccharose), nicht vergärbar sind: Pentosen, Maltose u.a. MONOSACCHARIDE IN DER TRAUBE GLUCOSE D-Glucose (Aldohexose), Pyranose), in wässriger Lösung Gleichgewicht von α- und β-d-glucose von 34 : 66 (Mutarotation). Eigenschaften: Relative Süßwerte 69 (Saccharose = 100) optische Drehung: D-Glukose: + 52,7 (rechts) (α-d-glucose +112, β-d-glucose +19); sehr gut wasserlöslich: (817 g/l Wasser, 17 C) Leicht biologisch umgesetzt => leicht vergärbar fast alle Hefen sind glucophil FRUCTOSE Ketohexose, ß-D-Fruktose, Furanose Eigenschaften: relative Süßkraft: 130 optische Drehung: (links) sehr gut wasserlöslich Hauptbestandteil des Restzuckers, schlecht vergärbar VERGÄRUNG VON SACCHAROSE Saccharose kommt nativ in Trauben in geringer Konzentration vor, beim Zerquetschen sofortige Spaltung durch Invertase

13 Zusatz von Saccharose (Rübe oder Rohrzucker) gestattet (Ausnahme PW + Kabinett) = Anreicherung (max. 3,4 kg/hl = +2,0 %vol nat. Alk) Saccharose nicht vergärbar, nach Zusatz durch Invertase in Fructose und Glucose gespalten Invertase aus Hefe Traube ph-optimum Temperatur-Optimum 55 C 80 C Trauben-Invertase: Verminderung durch Botrytis, Vorklärung, Bentonit, Erhitzung Hefeinvertase = Exoenzym, Hefekontakt muss gegeben sein NACHWEIS ILLEGALER ANREICHERUNG - SÜSSUNG interessant wenn Saccharosezusatz nicht deklariert oder nicht genehmigt (Prädikatswein, Kabinett, Vinea u.a) Nachweis von Saccharose: DC, Bildung von HMF, nur wenn Spaltung durch Invertase nicht vollständig Veränderung der Isotopenzusammensetzung Rübenzucker (weniger Verdunstung H, O-Isotopen) Rohrzucker (C4-Pflanze C-Isotopen) Analyse der Isotopenzusammensetzung: H/D-Isotopenratio = NMR (Nuclear Magnetic Resonanz, Kernmagnetische Resonanz) 12 C/ 13 C, 16 O/ 18 O Isotopenratio = = IRMS Isotopen Ratio Massenspektrometer ALKOHOLISCHE GÄRUNG: anaerobe Fermentation (lat = gären): Fermentation früher Synonym für Gärung (=anaerobe Stoffwechselleistung) Definition - Fermentation: Alle Prozesse, bei denen unter aerobem od. anaerobem Stoffwechsel von Mikroorganismen (Bakterien, Hefen, Pilze) mit mikrobiellen Enzymen oder auch mit pflanzlichen oder tierischen Zellkulturen definierte Produkte entstehen. Alkoholische Gärung ist komplexer, aber gut bekannter Stoffwechselvorgang vieler Mikroorganismen, vor allem der Hefen. Saccharomyces cerevisiae ist bedeutendster Gärungserreger. Alkoholische Gärung (= Gärung): für Hefen, insbesondere Saccharomyces cerevisiae typischer Stoffwechselweg des anaeroben Zuckerabbaues. Hefen können Zucker aerob und anaerob abbauen = Pasteur-Effekt. Aerob: Glucose zu Kohlendioxid und Wasser veratmet C 6 H 12 O 6 6 CO H 2 O kcal/mol Anaerob: Glucose zu Ethanol + Kohlendioxid vergoren. C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO ,5 kcal/mol

14 Gärungsformel: 1789 Lavoisier: Endprodukte der alkoholischen Gärung (= Ethylalkohol und Kohlendioxid) Gay-Lussac: Allgemeine Definition einer anaeroben Fermentation: Anaerober energieliefernder Prozess (Bildung von Energieäquivalent = ATP), bei dem einen organischem Substrat (z.b. Kohlenhydrat) Reduktionsäquivalente (NADH+H+ bzw. NADH2) entzogen werden und auf einem organischen Rezeptor übertragen zu werden (z.b. Ethanal = Acetaldehyd). 1) Abbau von Kohlenhydrat (Zucker) zu Brenztraubensäure (=Pyruvat), zentrale Stellung im anaeroben Stoffwechsel, 2) Entzug von Reduktionsäquivalenten und Bildung von NADH+H+. 3) Die bei der Gärung gebildete Energie steht in Form des Energieäquivalentes ATP der Zelle zur Verfügung. (Gruppentranslokation, Zucker werden phosphoryliert). 4) Reduktionsäquivalente bzw. Energieäquivalente müssen immer rückgebildet werden => 2 Kreisläufe NAD NADH+H+ ADP + P ATP. Aufnahme des Zuckers in Hefezelle Embden-Mayerhof-Parnas Abbauweg, Fructose-1,6-biphosphat Weg

15 1803 Entdeckung der Hefe 1837 Namensgebung Saccharomyces cerevisiae durch Meyen 1810 Stöchiometrie der Gärungsformel durch Gay Lussac Justus Liebig: chemische Gärungstheorie, Gärung ist rein chemischer Prozess 1866 Pasteur veröffentlicht Buch Etudes sur le vin, Gärung wird durch Hefen verursacht wird (Durchbruch der vitalistische Gärungstheorie) Hans und Eduard Buchner, zellfreie Gärung, Gärung auch außerhalb lebender Zellen Artur Harden und William Young. Hefesaft und Glucoselösung => sofortige Gärung, aber Gärung bleibt stecken wenn kein verfügbares anorganisches Phosphat => anorganisches Phosphat wird als Zuckerphosphat eingebaut 1940 Aufklärung des Stoffwechselweges der Glycolyse durch Gustav Emden, Otto Meyerhof, Jacob Parnas. Endprodukt = Pyruvat dann 3 Möglichkeiten: aerob => Bildung von Acetyl-CoA => Zitratzyklus anaerob => Milchsäure anaerob => Ethanol GLYCOLYSE detailliertes Ablaufschema 1. Teil

16

17 REGULIERUNG DER ALKOHOLISCHEN GÄRUNG: Reaktionsgeschwindigkeit der Phosphofructokinase abhängig vom ATP zu AMP Verhältnis HEFEN WÄHREND DER GÄRUNG Hefezahl (Au) lösl. TS (Brix) Alkohol- (% vol) Gärdauer 5-7 Tage, falls länger = schleppende Gärung

18 HEFEZUSAMMENSETZUNG WÄHREND DER GÄRUNG Mikroorganismen während der Gärung

19 GÄRHEFE: Gattung Saccharomyces (Meyen) Rees Eukaryot, rückgebildete Endomyceten Mycel auf einzelne Zellen reduziert, im Ascus sind 1-4 Sporen Gattung Saccharomyces umfasst 7 Arten, inkl Saccharomyces cerevisiae Meyen ex Hansen. Art: Saccharomyces cerevisiae Meyen ex Hansen: umfaßt verschiedene Rassen (früher selbstständige Arten z.b. S. uvarum, S. chevalieri, S. italicus, S. aceti, S. diastaticus, S. oviformis, S. pastorianus S. vini), heute phänotypisch verschiedene infertile Stämme von Sacch. cer.) Gärkräftige Hefe, i.d.r. keine Sproßverbände Kolonien: weiß-cremefarbig hellgelb, germig Vergärung: Glucose, Fructose, (Saccharose nach Invertasespaltung) Keine Vergärung: Cellobiose, Lactose, Pentosen und Citronensäure. Keine Nitratverwertung, Hemmung durch Cycloheximid (100 mg/l). Temperaturoptimum: ca. 30 C Beginnende Abtötung: Versieden der Hefe ca. 37 C (abhäng. Alk.) Vorkommen von Hefen auf Trauben, in Most: Auf Beeren, im Most Zellen/ml, ca. 1 % Saccharomyces Gärender Most enthält ca Zellen/ml Hefezellwandoberfläche: m²/liter Morphologie von Saccharomyces cerevisiae Größe von Hefezellen: (2,5-11) x (5-21) µm ca 10 x10 µm Junge Hefe: rundlich oval, auch länglich bis zylindrisch, einige bilden lange hyphenartige Zellen, Andeutung eines Pseudomycels Zelle enthält große Vakuole, Protoplasma gleichmäßig durchsichtig, körnige Einschlüsse, Hefe sprosst unilateral an Sprossungsstelle verbleibt Narbe Vorkommen: einzeln oder paarweise, gelegentlich in kurzen Ketten oder Trauben Ruhende oder hungernde Hefe: körniges Plasma, kleine Vakuole, gelblich-braune Zelle,

20 Zelle noch lebensfähig Tote Zelle: Zelle nicht mehr vermehrungsfähig, Plasma löst sich von Zellwand, geschrumpfte unregelmäßige Zellen Gattung Saccharomyces (Meyen) Rees Art: Saccharomyces bayanus: eng verwandt mit Art Sacch. cerevisiae Sacch. bayanus umfasst 2 Gruppen Sacch.bayanus var. bayanus Sacch. bayanus var. uvarum Unterschied zwischen S.bayanus-bayanus von S.c.: relativ kälteunempfindlich ( Kaltgärhefe ), bis zu 6 C geringere Zuckeraufnahme (3-5 x glucophiler als S.c.) dh. eventuell Gärstörungen überwíegt am Ende einer spontanen Vergärung ( Nachgärhefe ) Einsatz bei steckengebliebenen Gärungen ( Sekthefe ) Sac. bayanus var. uvarum: mehr Glyzerin, Phenylethanol SELEKTION VON REINZUCHTHEFEN Reinzuchthefen: polyploid, Ergebnis langjähriger Selektionsarbeit zumeist hohe Alkoholbildung, eher weniger Biomasse und Glyzerin Selektion aus verschiedenen Gebieten und Topweingütern Es gibt dzt. in Österreich ca. 220 gemeldete TH für Wein ( Herstellung als vakuumgetrocknete Trockenpräparate (zb. Ottakringer Hefewerke für Lallemand) Wichtig ist auch der Herstellungsprozess (Ausstattung mit Nährstoffen,zusätzlich Startsubstanz beim Quellen zugeben z.b. GoFerm..) Erwünschte Eigenschaften: rasche Angärung zügige Durchgärung (RZ<2g/l) gute Endvergärung Kältetolerant

21 Osmotolerant gute Ausbeute an Alkohol, Glyzerin (meist Gegensatz) Bildung von positiven Gär-Estern (tropische Früchte) Freisetzung gebundener Terpene (viel ß-Glucosidase) keine Bildung von H2S (Böckser), SO2 gutes Absetzvermögen (Flokkulation) geringe Nährstoffansprüche(FAN etc.) geringe Farbverluste (wenig Adsorption, ß-Glucosidase) u.v.a.m. Hefezugabe nicht unbedingt notwendig natürliche Hefeflora auf Beeren und in Kellereien i.d.r. aber nur 1-5 % sind Saccharomyces cerevisiae hauptsächlich Wilde Hefen (Apiculatus): empfindlich gegenüber SO2, geringe Alkoholbildung, geringe Alkoholtoleranz (<4%vol) Zugabe von 50 mg/l SO2 => erwünschte Selektion Phase zwischen 0 4 %vol Alk. rasch durchlaufen, gute Gärbedingungen schaffen (z.b. Temp. 22 C) Zugabe von Trockenreinzuchthefe (15-30 g/hl) Quellen in handwarmem Wasser+Most (1:1; 37 C) ca. 30 min quellen (nicht länger verhungern) Zugabe von Aktivatoren (z.b. Go-ferm) Spontangärung: Hefen auf Lesegut hpts. Hanseniaspora, Candida (Σ > 90%), Brettanomyces (ca. 3 %), nur 1-3 % Saccharomyces cerevisiae Gärung i.d.r. durch Hefe des Kellers nicht des Weingartens Sacch. cer. muss sich erst gegen Konkurrenten durchsetzen Ergebnisse sind Zufall, gelegentlich erfolgreich, oft Durchschnitt, gelegentlich schlecht aber authochton, hohe Glyzerinbildung als RZH Reinzuchthefen - Trockenhefen: Zugabe von Saccharomyces cerevisiae, üblicherweise schnelle Gärung, selten Gärprobleme gute Aromatik, geringe SO 2 und H 2 S Bildung Non-Saccharomyces Hefen und Mischhefe Präparate als Alternative, Kompromiss Stress-Faktoren für Weinhefen während der alkoholischen Gärung ANDERE GÄRHEFEN Gattung: Zygosaccharomyces hohe Alkoholtoleranz; zumeist fructophil Besondere Eigenschaften: Resistenz gegen Konservierungsmittel (Nachtrübungen) Häufig osmophil (Trockenbeeren); hohe Resistenz gegen Desinfektionsmittel Bildung von Ascosporen Verwendung als Reparaturhefe bei steckengebliebener Gärung Restzucker: deutlicher Fructoseüberhang; normale Hefe scheitert Zygosaccharomyces wandelt Fructose in Glucose um Gärstopp wird aufgehoben, Gärung läuft weiter Wädenswiler Selektion Lallemand W3 bzw. W33 Gafner: Glucose wird rascher abgebaut, aber bei Fructoseüberhang kann Fructose abgebaut werden

22 Vorkommen: Saure Fruchtsaftkonzentrate, Fruchtsäfte; Weinlagerung (Süßreserve) Art: Zygosaccharomyces bailii: osmophile Hefe, hpts. Prädikatsweine, Konzentrate Art: Zygosaccharomyces rouxii: Honig & Marzipan, hpts. Prädikatsweine Gattung: Schizosaccharomyces vegetative Vermehrung durch Teilung Spalthefen Art: Schizosaccharomyces pombe: Eigenschaften: Vegetative Vermehrung durch Spaltung, nicht Sprossung +) gutes Gärvermögen, +) Vergärung der Äpfelsäure ( 95 %), Sacch cer. ( 23 %), Bildung von Ethanol +) hohe SO2-Toleranz (300 mg/l) -) wärmebedürftig d.h. hohe Startkeimzahl notwenig -) keine Trockenhefepräparate verfügbar Verwendung eines Immobilisates: Anwendung im Säckchen (verhindert absetzen, verklumpen mit Weinstein) Verbleibt bis 4-5 %vol im Wein, % der AS abgebaut Sensorische Ergebnisse früher schlecht ( Pombeton-Hirsebier ) Angeblich gute Erfahrungen in Portugal (Vinho verde), Spanien, Österreich Böckser Gattung: Saccharomycodes Art: Saccharomycodes ludwigii ( winemakers nightmare, 1993 ) Allgemeine Eigenschaften: Gefürchtete Infektion von gelagertem Wein, hohe Alkoholtoleranz, starke SO2-Verträglichkeit, Resistenz gg. Sorbinsäure. Vermehrung: Kombination aus Sprossung und Spaltung. Eigenschaften: geringe Gärfähigkeit, träger Gärverlauf, sehr ausgeprägte Alkoholtoleranz: sehr hohe SO2-Verträglichkeit (ca. 500 mg/l, sehr hohe Essigsäuretoleranz PRIMÄRE GÄRPRODUKTE Alkohol (Ethanol): theoretisch 51,1 %, praktisch ca. 48 % üblicherweise: KMW * 0,67-0,72 (0,71) 17 g/l Zucker ergeben ca. 1 %vol (7,89 g/l) max. Alkoholbildung durch Hefen: %vol, Während der Gärung: Verluste (Verdunstung ), Rotweine: 0.5 bis 1 %vol Weißwein: vernachlässigbar ca vol % vorhandener Alkohol = effektiver Alkohol (Analyse) potentieller Alkohol (%vol)= red. Zucker (g/l) 1 :17 Angabe des vorhandenen Alkohols auf Etikette verpflichtend (auf 0,5 %vol genau), WG 1999 Mindestwerte: TW 8,5 %vol LW, QW 9,0 %vol PW 5,0 %vol Maximalwerte: Kabinett 13,0 %vol angereicherte weiß TW 12,0 %vol

23 angereicherte rot TW 12,5 %vol Analytische Bestimmung des Gehaltes an vorhandenem Alkohol: 1) Destillativ und Bestimmung des Alkoholgehaltes im Destillat (Spindel, Biegeschwinger ) 100 ml Wein+Siedesteinchen+ Antischaummittel überdestillieren, Destillat auf 100 ml auffüllen => Dichtemessung (-Tabelle) auch für EXTRAKTBESTIMMUNG (Summe gelöster Trockensubstanz im Wein) ohne Schaummittel 2) Destillativ und chemisch mittels Kaliumdichromat (Rebeleinmethode) 1 ml Wein in salpetersaure Kaliumdichromatlösung übertitrieren, Kaliumdichromat oxidiert Alkohol Essigsäure, dabei wird ein Teil des Cr6+ zu Cr 3+ reduziert, Vorlage mit Wasser verdünnen, restliches Cr 6+ mit Jodid in äquivalente Menge Jod umwandeln, Jod wird exakt mit Natriumthiosulfat zurücktitriert Verbrauch Thiosulfat ist verkehrt proportional zu Alkoholgehalt. Relativ einfach aber chem. Know How erforderlich, gefährlich (Salpetersäure bei falscher Durchführung, Bildung von Joddämpfen und nitrosen Gasen) 3) Siedepunktsverringerung mittels Ebulliskop nach Malligand Wasser bis zum ersten Ring einfüllen und erhitzen bis konstante Temp.= Siedetemperatur vom Wasser bei herrschendem Luftdruck Wein bis zum zweiten Ring einfüllen und erhitzen bis konstante Temp. = Siedetemperatur vom Wein, umso niedriger umso höher der Alkoholgehalt Einfach, nur für trockene Wein, Geräte auf Richtigkeit prüfen!! 4) FT-IR 5) Schnelldestillation und Bestimmung der Dichte mittels hydrostatischer Waage (Prinzip Ghibertini) Schnelle Destillation (ca. 5min), automatische Dichtebestimmung (OIV anerkannte Methode) EXTRAKTGEHALT=GEHALT (vgl. LÖSLICHE TROCKENSUBSTANZ) Bestimmung:

24 1) Gravimetrisch, definierte Menge Wein in Schale geben, dann in Wasserbad und Trockenschrank bei 105 C eindampfen 2) Berechneter Extrakt nach Tabarié Dichte Extrakt = (Dichte Wein + 1) Dichte Alkohol 3) Berechneter Extrakt nach Krauss Extrakt (g/l) =1,19 * c + 1,43 * b +3 Alkohol (g/l) =2,907 *c 2,865 *b b = Dichtewert des Weines in Oechsle c = Refraktometerwert des Weines in Oechsle abgeleitete Größen: Zuckerfreier Extrakt zfe = Extrakt Gehalt red. Zucker Extraktrest (ER) = zfe (titr. Säuren - flü. Säure * 1,25) RÜCKRECHNUNG AUF DAS URSPRÜNGLICHE MOSTGEWICHT ENTSCHEIDEND FÜR EINSTUFUNG DER WEINE: KMW = ALK (vol%) * 1,2 + Extrakt (g/l) * 0,07 + 2,5 Früher RESTZUCKERGEHALT= neu: GEHALT REDUZIERENDER SUBSTANZEN Bei alkoholischer Gärung wird nicht immer der gesamte Zucker abgebaut es kann Restzucker verbleiben bzw. nach Gärung durch Most oder Konzentratzugabe (SÜSSUNG) wieder etwas Zucker zugegeben werden. Angabe des Restzuckergehaltes auf Etikette in Österreich verpflichtend: trocken: 4 g/l oder RZ titr.säure (g/l) + 2 (max. 9 g/l) halbtrocken: > trocken und RZ titr. Säuren (g/l) + 10 (max 18 g/l) lieblich: RZ 45 g/l süß RZ > 45 g/l

25 ÄNDERUNG AB 2010: RESTZUCKERGEHALT=SUMME GLUCOSE + FRUCTOSE Reduzierende Zucker: unspezifische Methode Störungen, andere reduzierende Substanzen miterfasst (Phenole u.a.), bei Ww: ca. 1 g/l, bei Rw ca. 1,5 g/l Methode wird umgenannt => reduzierende Substanzen (keine amtliche Methode mehr, EU, OIV) Zuckeranalyse künftig: Glucose + Fructose Offizielle Methoden: enzymatisch (direkt oder ph-differenzmethode) Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC, > 10g/l) Inoffizielle Methode: FTIR BESTIMMUNG GLUCOSE + FRUCTOSE = ZUCKERGEHALT 1) ENZYMATISCHE BESTIMMUNG: (OIV Typ II) Offizielle Methode, selektiv, sensitiv aber aufwändig, teuer, üblicherweise manuel Verbesserung: Automatisation, Analysenautomat, verschiedene Parameter mit verschiedenen Chemikalien, geschultes Personal erforderlich Präzision 0,5 1,0 g/l 2) HOCHLEISTUNGSFRLÜSSIGKEITSCHROMATOGRAPHIE (HPLC) (OIV Typ II) Offizielle Methode wenn RZ > 10 g/l, sehr aufwändig, geschultes Personal erforderlich, komplex, fehleranfällig, Präzision rund 10 % 3) Fourier Transformiertes Infrarotmessgerät (FT-IR, Wine Scan, Fa. Foss) Analyse vieler Parameter möglich Titr. Säure, Alkohol, red. Zucker, Glucose, Fructose, Saccharose, Weinsäure, Äpfelsäure, Milchsäure, flüchtige Säure, ph-wert, rel. Dichte, Glycerin 4) Schnelltest RQflex Analyse vieler Parameter möglich Glucose, Fructose, Saccharose BESTIMMUNGSMETHODEN DES GEHALTES REDUZIERENDER SUBSTANZEN 5) Chemisch mittels Kupfersulfat (nach Fehling -Rebeleinmethode) 2 ml Wein mit Kupfer(2+)sulfat+Natronlauge+Seignettesalzlösung 30 sek sieden, Zucker reduziert Cu2+ zu Cu+ abkühlen, restliches Cu2+ wandelt Jodid in Jod um Jod exakt mit Natriumthiosulfat titrieren Verbrauch Thiosulfat verkehrt proportional zum Zuckergehalt. Tw. muss Blindwert bestimmt werden Relativ einfach aber chem. Know How erforderlich Rotwein muss mit Aktivkohle entfärbt werden (15 ml Rotwein, 0,3 g Aktivkohle) Saccharose muss invertiert warden 6) Zuckerbestimmung nach Luff-Schorl ähnlich wie Fehling, nur anstelle Seignettesalz wird Zitronensäure verwendet KONTROLLE DER ALK. GÄRUNG

26 Zuck er (g/l) Zuckerabbau z.b mit Clinitest Tabletten, FT-IR Dichteabnahme (z.b. Handbiegeschwinger) Sensorisch: Abwesenheit von Fehlern H2S, flüchtige Säure Typische verzögerter Gärprofile Gärbeginn ideale Gärung Zeit (Tagen) MÖGLICHE URSACHEN VON GÄRPROBLEMEN Mangel an hefeverfügbaren Stickstoff (FAN<150 mg/l); oder Vitamin B1 (Thiamin), wegen Botryits, Hitze u.v.a.m. Unterschiedlicher Nährstoffbedarf der Hefen Hefestämme zeigen hinsichtlich Nährstoffbedarf (hefeverwertbarer Stickstoff, Aminosäuren) Unterschiede Minimum - FAN: 150 mg/l Most, ca mg/l Aminosäuren Vitamine, P, Mg Genügsame, Durchschnittstypen und Verschwender Informationen der Hersteller bzw. Händler beachten UNTERSTÜTZUNG DER HEFEN Verfügbare Gärhilfsstoffe: - Stickstoff-Verbdg: (100 g/hl seit ) Diammoniumhydrogenphosphat; Ammoniumsulfat - Vitamin-Verbdg: (0,6 g/hl) Vitamin B1 = Thiamin - Hefezellwand-Präparate: (40 g/hl) Hefezellen ohne Zellinhalt - diverse Kombination aus den oben genannten Grundkomponenten Hinweis: Anwesenheit von inaktiven/inerten Hefen in manchen Kombinationen VERGÄRUNG DER ZUCKER Saccharomyces cerevisiae ist glucophil (Glucose wird mind. 3 Mal so schnell vergoren wie Fructose), schleppende, stockende Gärung

27 Restzucker hpts. Fructose (schmeckt sehr süß) mögliche und häufige Ursache von Gärstockungen Authentizitätsparameter für öster. Kabinett- und Prädikatsweine (RZ nur durch Gärungsunterbrechung hergestellt) Vergärungsgrad = effektive Alkohol/Gesamtalkohol Gesamtalkohol= effektive+ potentielle Alkohol potentielle Alkohol (%vol)= (Zucker-1)/17 ANALYSE DER RESTZUCKERZUSAMMENSETZUNG Beurteilungskriterium: Glucoseanteil in Abhängigkeit vom Vergärungsgrad (vorhandener Alkohol/Gesamtalkohol), sollte mit zunehmenden Vergärungsgrad abnehmen Zuckerrest mehr Fructose als Glucose. Weitgehende Vergärung (z.b. 90 % VG) Glucosenanteil = 10 % größerer Zuckerrest (z.b. 50 % VG) Glucosenanteil = % Methode: optische Drehung des polarisierten Lichtes Fructose = linksdrehend Berechnung: Glucose (g/l) = 0,625*RZ + 3,29 * OD Fructose (g/l) = 0,363 * RZ 3,6 * OD Bestimmung von Glucose-Fructose: enzymatische Testsets HPLC RQ-flex Schnelltest FT-IR FRUCTOPHILE HEFEN: Fructose wird zwar durch Hefen vergoren aber die meisten Stämme von Saccharomyces cerevisiae sind glucophil Es gibt auch fructophile Hefen: osmophile Hefen:Zygosaccharomyces rouxii Zygosaccharomyces bailii wilde Hefen Candida stellata Fructose wird gut vergoren,aber allgemeine Gärfähigkeit, ist gering und schleppend Einsatz als Reparaturhefen bei stockender Gärung, aber Bedingungen müssen optimal sein, hohe Beimpfungskeimzahl (50 g/hl), SO2 muss sehr niedrig sein, gemeinsame Beimpfung mit Sacch. Bayanus

28 PRIMÄRE GÄRUNGSPRODUKTE Kohlendioxid (CO2): Theoretisch Bildung 48,9 % (ca. ½ des Zuckers geht als CO2 verloren): 1Mol Glucose (=180 g/l 18 KMW) 2 Mol CO2 (= 2x22,4 = 44,8 lt CO2 ), 1000 lt Behälter lt CO2 CO2: nicht toxisch, aber hohes spezifisches Gewicht, sinkt ab, verdrängt in Bodennähe den Sauerstoff (= Erstickungsgefahr) Gärgasunfälle (einige pro Jahr in Österreich). Wirkung von CO2 in der Atemluft: ab 3-4 % vol Atembeschwerden ab 10 % vol starke Atemnot ab 15 % vol kurzfristige Bewusstlosigkeit Ersticken Brennende Kerze erlischt bei ca. 10 %vol. CO 2 -Warngeräte vor Lese warten, CO2-Exhauster Gärröhrchen Gärröhrchen üblicherweise mit Wasser-Ethanol oder SO2-Lösung gefüllt zur Vermeidung von Infektionen (Drosophila) CO 2 während Gärung muss aus Behälter entweichen, aber keine Infektionen in den Behälter hinein => Gärverschlüsse, Gärspund CO 2 Gehalte im Wein: In Weißweinen erwünscht, Frische-Fruchtigkeit, z.t. restliche Gärungskohlensäure bzw. Carbonisierung vor Füllung, Sättigung bei Normaldruck: g/l (920 ml CO 2 /l). In Rotweinen unerwünscht (unharmonisch-spitz), muss dh. entfernt werden (Holzfasslagerung, Stickstoffspülung) Das Kennzeichen von Schaumwein: muss beim Öffnen perlen.. Kohlensäureüberdruck > 3 bar Perlwein: Kohlensäureüberdruck < 2,5 bar Bestimmung des Druckes: (kalibrierte) Manometer (Aphrometer) Kohlendioxidbestimmung: Schüttelzylinder, Titration mit Carbo-Anhydrase Druckausdehnung IR-Spektrum mit Laser SEKUNDÄRE GÄRUNGSPRODUKTE GLYZERIN: Propantriol, süßlicher Alkohol wichtig für Fülle, Körper, Struktur Unterscheidung: Mostglyzerin z.b. Botrytis cinerea (PW!) Gärungsglyzerin: Bildung aus Dihydroxyacetonphosphat ca. 10 % des Alkohol in g/l, ca g/l Authentizitäts Parameter Glyzerinfaktor: GF= Glyzerin*100/Alkohol (g/l) ~ 8-12 Bildung von höheren Glyzerinanteilen: natürliche Hefen (Spontangärung), hohe SO2-Dosage, Analytik: hohe Gärtemperatur + zuckerreiche Moste Enzymatik, HPLC, GC

29 Nachweis des Zusatzes von weinfremdem Glyzerin: GC-MS von Verunreinigungen: z.b cyclischen Diglyzeriden ETHANAL- ACETALDEHYD Durchschnittliche Gehalte: Q-Wein, Kabinett: mg/l ( 50 mg/l) Spätlesen mg/l ( 60 mg/l) Auslesen mg/l ( 78 mg/l) Ethanal ist der wichtigste SO2-Bindner im Wein stöchiometrische Reaktion 1 mmol Ethanal bindet 1 mmol Schwefeldioxid 44 mg/l binden 64 mg/l 1 mg/l Ethanal bindet 1,45 mg/l Schwefeldioxid z.b. 50 mg/l Ethanal => ca. 80 mg/l gebundenes SO2 Analytik: Enzymatik GC Am Anfang der Gärung relativ viel Ethanal im Most, mit fortschreitender Gärung nimmt Ethanal ab Weine haben hohen Ethanalgehalt - wenn Gärung unterbrochen wurde (in Ö. Gärunterbrechung für RZ von Prädikatswein Pflicht, in D z.b. auch möglich mit Süßreserve) Weine haben hohen Ethanal Gehalt wenn sie langsam vergären, Hefe setzt sich ab, kann Ethanal nicht rückresorbieren

30 Verringerung Ethanalgehalte: Vitale Hefen (sur lie) BSA Phenole (Holz, Chips, Tannine) PYRUVAT BRENZTRAUBENSÄURE: Endprodukt der Glykolyse, Bildung durch Pyruvatkinase aus Phosphoenolpyruvat Durchschnittliche Gehalte in Weinen: Q-Wein, Kabinett: mg/l ( 27 mg/l) Spätlesen mg/l ( 32 mg/l) Auslesen mg/l ( 64 mg/l) Pyruvat = bedeutsamer SO2-bindender Stoff im Wein 1 mmol Pyruvat bindet 1 mmol Schwefeldioxid 88 mg/l binden 64 mg/l 1 mg/l Pyruvat bindet 0,7 mg/l Schwefeldioxid z.b. 30 mg/l Pyruvat => ca. 21 mg/l gebundenes SO2 PYRUVAT BRENZTRAUBENSÄURE: Hohe Pyruvatgehalte: Anfang der Gärung bei starker Gärintensität bei Thiaminmangel (Vitamin B1) (Coenzym der Pyruvatdecarboxylase z.b. Botrytisinfektion und Mosterwärmung) Zur Verringerung ist der Zusatz von 0,6 mg/l (60 mg/hl) Thiamin zum Most erlaubt (= 0,75 mg/l Thiaminchlorid). z.b. fauler Most vergoren: Pyruvat Ketoglutarsäure SO2 gesamt bei 50 mg/l freien SO2 ohne Thiamin: mit Thiamin: Analytik: Enzymatische Methoden, HPLC 2-KETOGLUTARSÄURE: Ketodicarbonsäure mit 5 C-Atomen, stammt aus Zitratzyklus, Decarboxylierung der Isozitronensäure Gehalt in Qualitätsweinen: mg/l Hohe Gehalte: Ende der Gärung starke Gärintensität Verringerung durch Thiamin-Zusatz möglich 2-Ketoglutarsäure ist SO2-bindende Substanz 1 mmol 2-KGS bindet 1 mmol Schwefeldioxid 156 mg/l binden 64 mg/l 1 mg/l 2-KGS bindet 0,4 mg/l Schwefeldioxid z.b. 50 mg/l 2-KGS => ca. 20 mg/l gebundenes SO 2 HÖHERE ALKOHOLE: Nebenprodukte des Aminosäurestoffwechsel, Bildung aus Pyruvat & Acetaldehyd Zunahme der Konz. im Verlauf der Gärung, höherwertige Moste => höhere Gehalt höhere Alk., Gehalt aller höherer Alk. im Wein ca. 400 mg/l, Hauptkomponenten

31 3-Methylbutanol ( mg/l)(isoamylalkohol) 2-Methylbutanol (20-80 mg/l) (Amylalkohol) 2-Methylpropanol (Summe ca. 70 % d.höh.alk) Phenylethanol (Rosenalkohol) Methionol (Aroma von 2 Rotweinsorten) In geringen Konz. wichtig für Aromafülle, wenn zu hohe Konz. => Fehlaromen, Kopfschmerzen, Kater ESTER Bildung aus Alkohol (hpts. Ethanol höh. Alkhole, Methanol) und Säure (Essigsäure, Fettsäuren) Fettsäureethylester (Fettsäure+Ethanol) Acetate (Essigsäure+höhere Alkohole), wenig beständig Art der Ester abhängig von Gärtemperatur Bei niedriger Gärtemperatur (< 20 C) Kurzkettige Ester hpt. Acetate mit kurzkettigen höheren Alkoholen, Ethylester z.b. Ethylacetat, Ethyllactat, Isoamylacetat, Amylacetat Aroma: fruchtig, Zitrus, Banane, exotische Früchte, Drops Bei höherer Gärtemperatur (>20 C) längerkettige Fettsäuren Butyl-, Pentyl, Octylester Aroma: Brot, Nuss, Honig Im Zuge der Gärung werden hpts. Fettsäureethylester (Fettsäure + Ethanol) sowie ACETATE gebildet (höhere Alkohole und Essigsäure) Insbesondere Acetate sind verantwortlich für die Frische und Aromatik von Jungweinen Acetate riechen frisch, fruchtig z.b. Banana, Mango, Maracuja, Drops, Zitrus etc. Bildung der Acetate während der alkoholischen Gärung: Kühle Vergärung (15-18 C) kurzkettige Ester exotische Früchte, Banane, Marcuja, Zitrus, Drops - Isoamylalkohol instabiler, z.b. Ethylacetat, Ethyllactat, CH 2 O-CO-CH 3 I CH 2 I CH-CH 3 I CH 3 Isoamylacetat CH 2 O-CO-CH 3 I CH-CH 3 I CH 2 I CH 3 Amylacetat CH 3 -CH 2 -O-CO-CH 3 Ethylacetat CH 3 -CH 2 -O-CO-CHOH-CH 3 Ethyllactat Warme Vergärung (20-25 C) längerkettige Fettsäuren

32 brotig, nussige Aromatik, Honignoten, stabiler Butyl-, Pentyl, Octylester CH 3 -[CH 2 ] 6 -CO-O-CH 2 -CH 3 Ethyloctanoat CH 3 -[CH 2 ] 8 -CO-O-CH 3 Methyldecanoat SÄUREN EIGENSCHAFTEN VON SÄUREN Dritt-wichtigste Komponenten im Most (Wasser, Zucker) viert-wichtigste im Wein (Wasser, Ethanol, Glyzerin). saure Geschmack: Protolyse in wässriger Lösung in Hydroniumion (H3O+) und Säurerestanion saurer ph-wert (ph-wert ist ein Maß für die Konzentration an H3O+) von Traubenmost und Wein ph-wert Weine: i.d.r. 3,0-3,7, sehr reife Rotweine um 4 wichtig für die biologische Stabilität (Auftreten von Mikroorganismen, Wirksamkeit von SO2) Wirksamkeit von Bentonit Wirkung von Enzymen u.a. TITRIERBARE SÄUREN-TITRATIONSACIDITÄT Gehalt an H+ im Wein in (g/l, ), der von verschiedenen Säuren (Weinsäure, Äpfelsäure, Milchsäure ) stammt. berechnet als Weinsäure (g/l) ÄM = 75 (Rest) oder als Schwefelsäure (g/l) ÄM = 49 (frankophile Länder) Gehalt b.a.ws (g/l): 1,5 Gehalt b.a. SS (g/l) Definitionsgemäß gehört Kohlensäure nicht dazu Analyse: Probe entgasen (Filtration, Erwärmen ) Neutralisation bis ph 7.0 Endpunktserkennung mit Bromthymolbau-n/3NaOH=Blaulauge oder mit ph-meter (potentiometrisch) SÄUREN IN DER TRAUBE Säuregehalt in Beeren bzw. Most gesunder Beeren: zwischen 4 und 15 g/kg Vorwiegend Äpfelsäure, Weinsäure, Zitronensäure und Galakturonsäure, Geringe Konz.: Zitratzyklussäuren, Phenolsäuren Infektion der Beeren mit Essig- oder Milchsäurebakterien: Essigsäure, Milchsäure, Buttersäure Infektion der Beeren mit Botrytis cinerea: Gluconsäure, Galactarsäure, Zitronensäure VERÄNDERUNGEN DER SÄUREGEHALTE Im Zuge der alk. Gärung: Abnahme der Weinsäure Weinsteinausfall Abnahme der Äpfelsäure durch Metabolismus Zunahme der Säuren des Zitratzykluses (Brenztraubensäure, 2-Ketoglutarsäure, Zitronensäure, Bernsteinsäure, Fumarsäure) Im Zuge des BSA: Abnahme der Äpfelsäure, Zunahme von Milchsäure, Essigsäure

33 Im Zuge der Reifung: Zunahme der flüchtigen Säuren, Gerbsäuren z.b. Ellagsäure Säuregehalt im Wein: zwischen 3,5 und 9 g/l Vorwiegend Äpfelsäure, Weinsäure, Milchsäure, Galakturonsäure, Zitronensäure, Kohlensäure,Essigsäure und Bernsteinsäure Was sind die Ursachen für die Veränderungen der Gehalte an titrierbaren Säuren Veränderung der Weinsäuregehalte: Fällung von Weinstein bei höheren Gehalten von Alkohol, Kalium, Weinsäure, Fällung bei niedrigen Temperaturen 1 g Weinsäure bildet mit 0,26 g Kalium 1,26 g Weinstein, 1 g Weinstein bewirkt Säureminderung um 0,4 g/l Biologischer Abbau von Äpfelsäure: Metabolisierung durch Hefen (Bakterien) Bildung von organischen Säuren insbesondere Bernsteinsäure, Essigsäure, Galakturonsäure GESETZLICHE VORGABEN BETREFFEND SÄUREGEHALT Mindestgehalt an titrierbaren Säuren in Weinen (EU-WeinVO 606/09): 3,5 g/l Mindestgehalt an titrierbaren Säuren in Land- und Qualitätsweinen (öst. Weingesetz 1999 i.d.g.f.): 4,0 g/l Weine der EU-Weinbauzone B dürfen grundsätzlich nur entsäuert und nicht gesäuert werden Ausnahmen möglich (z.b. 2003, 2007), ab 2009 national Entsäuerung im Jungwein uneingeschränkt (31.3.d.Fj) aber danach maximale Feinentsäuerung < 1 g/l ERLAUBTE ZUSÄTZE ZUR ph-verringerung NEBEN DER per se SÄUERUNG Säuerung in EU-Weinbauzone B: nur in Sonderjahren zulässig L-Ascorbinsäure (Auffrischung, Oxidationsschutz, metallisch): 0,25 g/l Zitronensäure (Metallstabilisierung aber zitrus-sauer) Endgehalt im Wein 1,0 g/l (Zusatz max. ca. 0,7 g/l) Metaweinsäure (Weinsäurestabilisierung): 0,1 g/l Kohlensäure (Auffrischung): 2,0 g/l (i.d.r. 1 g/l) AUSNAHMEREGELUNGEN (2003 und 2007) - ab 2009 nationaler Beschluss SONDERREGELUNG: SÄUERUNG unabhängig vom ph-wert des Mostes oder Weines Zusatz von bis zu 1,5 g/l Weinsäure zum Most Gleichzeitige Säuerung und Anreicherung von Most nicht gestattet Zusatz von bis zu 2,5 g/l Weinsäure zum Wein Gesamtsäuerung max. 4,0 g/l Meldepflicht an BKI bis spätestens 2 Tage danach Keine Einschränkung beim Weinverkauf Anwendung bei Mosten mit geringem Säuregehalt Ab 2009 kann Ausnahme national beschlossen werden Folgende Säuren sind zugelassen: Weinsäure D, L-Äpfelsäure D, L- Milchsäure

34 Verschiedene Säuerungsmittel (Zusammenfassung Sigler-Amann) Säure Produkt Molmasse [g/mol] Säure grup pen Erhöhung der tgs durch 1 g/l [g/l] Menge zur Erhöhung der tgs um 1 g/l Menge zur Erhöhun g der tgs um 1,5 g/l Menge zur Erhöhu ng tgs um 2,5 g/l Wein säure Äpfel säure Milchsäure Milchsäure (80 %) in ml Citronensäu re (wasserfrei) Citronensäu re (als Hydrat) L-(+)-Weinsäure (Fluka) D/L-Äpfelsäure (Merck) 4*2) Reinhard.Eder@hblawo.bmlfuw.gv.at L-(+)-Milchsäure (Erbslöh), ca. 80-prozentige Lösung, Dichte 1,187 g/l Citronensäure- Monohydrat, 1 g = 0,914 g Citronensäure (wasserfrei ) 210 (wasserfrei ) * 2/(15 0*2) 150* 2/(13 150* 1/(90 *2) 150* 3/(19 2*2) 150* 3/(21 0*2) 1,00 1,12 0,833 1,17 1,07 1/1,00 1/1,12 1/0,833 1/(0,833* 1,187*0.8) 1/(1,17) 1/(1,17* 0,914) 1,00 0,89 1,20 1,26 0,85 0,94 1,00*1,5 0,89*1,5 1,20*1,5 1,26*1,5 0,85*1,5 (wasserf rei) 0,94*1,5 (als Hydrat) 1,50 1,34 1,80 1,89 1,28 1,41 1,00*2,5 0,89*2,5 1,20*2,5 1,26 *2,5 0,85*2,5 (wasser frei) 0,94*2,5 (als Hydrat) Citronensäure im Most nicht zugelassen, im Wein bis Endgehalt 1,0 g/l. 2,50 2,23 3,00 3,15 2,13 2,35 Zugabe von 1 g/l WS => ph Verminderung ca. 0,1-0,15 Stärkste säuernde Wirkung: Äpfelsäure Mildeste Wirkung: Milchsäure Möglichkeit der Säureregulierung mit Hefen im Zuge der alkoholischen Gärung EINZELNE SÄUREN WEINSÄURE Dihydroxybernsteinsäure mit 2 asymmetrischen C-Atomen, weitverbreitete Säure, typisch für Vitaceaen, natürliche Form ist L (+)-Form, typische Säure des Weines, billige WS aus Ethanol Reine WS ist in Wasser, Alkohol gut löslich Relative stark saurer Geschmack Analyse der Weinsäure: Photometrisch: mit AgNO3 und Ammoniumvanadat Mit HPLC oder IC Racemat: Gemisch aus D,L-WS verwendet bei verbesserter Doppelsalzentsäuerung Metaweinsäure: erhitzte WS verhindert Weinsteinausfall Salze der WS sind altbekannt und bedeutungsvoll. Kaliumhydrogentartrat Weinstein (KHT): Weinstein in wässriger Lösung bei Zimmertemperatur noch relativ gut löslich (4,4 g/l bei 15 C). Verringerung der Löslichkeit: steigender Alkoholgehalt tiefe Temperaturen hoher Kalium bzw. Weinsäuregehalt Anwesenheit von Impfkristallen Im Zuge der alk. Gärung fällt Weinstein aus.

35 Abnahme des Weinsäuregehaltes i.d.r. um 0,5 bis 1,5 g/l. 1 g ausgefallener Weinstein = 0,4 g/l titrierbare Säure Weinstein bildet kristalline Ablagerungen, Krusten in Behältern, kristalline Ablagerung in Flasche, unter dem Mikroskop sargdeckelartige Form. Weinsteinkristalle lösen sich in kochendem Wasser langsam (saurer Geschmack) Gilt z.b. in Russland als Weinfehler, in USA unprofessioneles Winemaking Weinsteinausscheidung ist in einigen Produkten z.b Schaumwein und extrakt- und säurearmen Weinen unerwünscht => Weinsteinstabilisierung nötig Subtraktive Verfahren: Entfernung instabilen Weinsteins durch Kälte (z.b. -4 C, ca. 7 Tage oder mehrere Wochen 6-8 C) Elektrodialyse: physikalische Entfernung von K+ und T2- Additive Verfahren - Zugabe von Stabilisatoren: Metaweinsäure: max. 0,1 g/l, Wirkung ca. 6 Monate Gummi arabicum: Harz von Acacia senegal, Zuckersäuren, kein Maximalwert, Wirkung unsicher aber Zusatzeffekte (Mouth-feeling, Metallstabilis.) Mannoproteine: Glykoproteine der Hefezellwand, kein Maximalwert, Wirkung unsicher, Zusatzeffekte CMC (Carboxymethylcellulose) seit zugelassen BESTIMMUNG DER WEINSTEINSTABILITÄT MESSUNG der Weinsteinstabilität resp. Sättigungstemperatur z.b. mit Leitfähigkeitsmeßgerät (Fa. Erbslöh, Krista-Test) oder Minikontaktverfahren (zeitaufwändig) Fachlabor BERECHNUNG: Weinsteinausfall abhängig vom Gehalt an Weinsäure, Kalium und Alkohol sowie Temperatur, Impfkristallen; Schutzkolloiden u.a. PRAKTIKERREGEL: Weinsteinausfall bis 500 mg/l Kalium möglich (K-Analyse) ANDERE SALZE DER WEINSÄURE Calciumtartrat (CaT): Bei der chemischen Entsäuerung entsteht aus Weinsäure und Calciumcarbonat (Kalk) das neutrale, schlecht lösliche Calciumtartrat (Löslichkeit: 0,16 g/l, bei 15 C). Zur Ausfällung von 1g Weinsäure sind pro Hektoliter 66,6 g Kalk (CaCO3) erforderlich. Zu beachten sind die Mindestwert für Weinsäure (0,4 g/l)!