Mehrjährige Erfahrungen

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1 Neue Starterkulturen zum Biologischen Säureabbau Mehrjährige Erfahrungen Fotos:Schindler Mikrobiologie zu Beginn des BSA. Abgestorbene Hefezellen und stäbchenförmige aneinandergereihte Zellen von O. oeni am Ende eines BSA. Nicht nur aufgrund des säuregeprägten Jahrganges 2010 erfährt der Biologische Säureabbau in der Weinbereitung eine immer größere Bedeutung. Gerade auch bei Weißweinen wird er zu einem immer bedeutsameren oenologischen Stilmittel, um die Harmonie, die Komplexität und die Raffinesse der Weine zu optimieren. Im ersten Teil des Artikels berichten Josef Valentin Herrmann, Christine Maier, Erna Schindler und Hans Jürgen Köhler, Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau, Veitshöchheim, von einer vergleichenden Untersuchung simultaner und sequentieller Beimpfung kommerzieller, auch citratnegativer Starterkulturen in Bezug auf Verlauf und Dauer des Äpfelsäureabbaus, der Entwicklung der Keimzahlen und des bakteriellen Abbaus der Zitronensäure. Die Weinbereitung ist charakterisiert durch zwei hochkomplexe Fermentationsprozesse. Die alkoholische Gärung ist die primäre und die bedeutendste Fermentation, die durch Hefen, besonders aber durch Saccharomyces cerevisiae vollzogen wird. Der Biologische Säureabbau (BSA) ist eine sekundäre Fermentation, die in der Regel der alkoholischen Gärung nachfolgt. Durch Co-Inokulation (Simultanbeimpfung) werden vielfach heute beide Fermentationsprozesse zur gleichen Zeit induziert (Jussier et al., 2006, Zapparoli et al., 2009). Durch den BSA wird vornehmlich die Äpfelsäure unter Abspaltung von Kohlendioxid in die Milchsäure überführt. An diesem Prozess sind Milchsäurebakterien (MSB) aus den Gattungen Leuconostoc, Pediococcus, Lactobacillus, in herausragender Weise ist aber die Spezies Oenococcus oeni daran beteiligt. Mit dem Abbau der Dicarbonsäure Äpfelsäure in die Monocarbonsäure Milchsäure wird der Säuregehalt des Weines verringert, der ph-wert entsprechend erhöht und damit auch die Bekömmlichkeit des Weines verbessert. Mit dem Abbau der Äpfelsäure und weiterer organischer Kohlenstoffverbindungen werden potenzielle Nährstoffquellen für andere mikrobiologische Prozesse mit möglicherweise negativen Auswirkungen aus dem Wein entfernt und in Folge dessen der mikrobiologische Status des Weines stabilisiert. Der BSA hat Einfluss auf das Aromaprofil des Weines und kann durch die Stoffwechselprodukte der MSB die sensorische Wahrnehmung des Weines maßgeblich verändern (Maicas et al., 1999; Swiegers et al., 2005), die Fülle und Komplexität des Biologischer Säureabbau Oenologische Bedeutung des BSA Der BSA ist aus vielerlei Gründen für die Oenologie von erheblicher Bedeutung: Abb. 1: Weißburgunder 2007, Abbau der Äpfelsäure, sequenzielle 35

2 Weines erhöhen und zur Harmonisierung des Weines beitragen. In Folge des BSA wird die Konzentration SO 2-bindender Stoffe wie Acetaldehyd, α-ketoglutarat und Pyruvat erheblich verringert (Mayer et al., 1976). Einfluss des BSA auf Sensorik und Qualität des Weines MSB können sowohl positiv wie aber auch negativ die Sensorik und die Qualität des Weines verändern, wobei dies nicht nur durch die Bakterienart, sondern maßgeblich auch durch den jeweiligen Bakterienstamm bestimmt wird. MSB sind in der Lage, Inhaltsstoffe des Mostes wie auch des Weines zu metabolisieren, sekundäre Stoffwechselprodukte der Traube und der Hefen zu modifizieren und geschmacksrelevante Stoffe an den Zellwänden zu absorbieren (Bartowsky und Henschke, 1995). Zu den positiven Aromakomponenten zählen Diacetyl, 2,3-Butandiol, Abb. 2: Weißburgunder 2007, Keimzahlentwicklung, sequentielle Abb. 3: Weißburgunder 2007, Abbau der Äpfelsäure, simultane Abb. 4: Weißburgunder 2007, Keimzahlentwicklung, simultane Ester (Liu, 2002) und höhere Alkohole, mit einer letztendlich aber oftmals konzentrationsabhängigen ambivalenten sensorischen Bewertung (Teil 2). Die negativen Aromakomponenten umfassen flüchtige schwefelhaltige Verbindungen, flüchtige Säure (Essigsäure) und flüchtige Phenole (Swiegers et al., 2005). Neben diesen off-flavours kann die Bildung von gesundheitsschädigenden Verbindungen wie Ethylcarbamat und biogenen Aminen zum Weinverderb beitragen. Der Einsatz von kommerziellen Starterkulturen kann diese Risiken, die mit einem spontanen BSA einhergehen können zwar reduzieren, jedoch, wie am Beispiel des stammspezifischen unterschiedlichen Bildungsvermögens von spezifischen biogenen Aminen (Guerrini et al., 2002) selbst durch O. oeni nicht völlig ausschließen. Auch wenn Lactobacillus plantarum aufgrund des komplexeren enzymatischen Profils eine vielversprechende Starterkultur sein könnte (Pozo-Bayón et al., 2005; Matthews et al., 2006; Mtshali et al., 2009), so werden, letztendlich auch aus den chemisch-physikalischen Bedingungen in Most und Wein (im weiteren Textverlauf beschrieben), in der Praxis weitestgehend Starterkulturen auf der Basis von selektierten O. oeni-stämmen eingesetzt (Köhler et al., 2010). Präferenz für Oeococcus oeni So vielfältig das natürliche genetische und biochemische Potenzial in den MSB auch ausgeprägt ist, so eng begrenzt ist letztendlich doch die für die oenologische Praxis zur Verfügung stehende Auswahl der für den BSA tatsächlich geeigneten MSB-Stämme. Starterkulturen müssen hohe Alkohol- und SO 2- Konzentrationen sowie niedrige ph-werte tolerieren und unter den praktischen kellerwirtschaftlichen Bedingungen, auch unter Nährstoffkonkurrenz und Nährstoffverknappung, ein ausreichendes Vermehrungs- und Aktivitätspotenzial zeigen. Sie müssen dabei zu den Trockenreinzuchthefen kompatibel sein, keine Stoffwechselprodukte erzeugen, die den Geruch und den Geschmack des Weines negativ beeinflussen oder gar den Wein durch die Bildung von biogenen Aminen verderben. Unter diesen, für Bakterien sehr unwirtlichen Umweltbedingungen im Wein, gerade auch bei den dort üblichen ph-werten unter 3,5, ist O. oeni am besten adaptiert beziehungsweise adaptierbar und daher die MSB-Art, aus der vornehmlich Starterkulturen selektiert werden (du Toit et al., 2010). Milchsäurebakterien und der Zitronensäureabbau Aus energetischer Sicht ist der Abbau des Zuckers des Mostes und des Weines für die MSB weitaus effektiver als der Abbau der Säuren. Unter den besonderen physikalisch-chemischen und anaeroben Bedingungen im Wein sind zudem aber auch Äpfel- und Zitronensäure energieliefernde Substrate. O. oeni ist heterofermentativ und metabolisiert Glukose zu Milchsäure, Alkohol und Kohlendioxid und prinzipiell auch noch zu anderen, gegebenenfalls sensorisch negativen Verbindungen. Dieser Aspekt muss bei der Selektion von Starterkulturen in besonderer Weise berücksichtigt werden. Auch die Metabolisierung der Zitronensäure durch O. oeni liefert Verbindungen, die in besonderer Weise für das sensorische Bild eines BSA positiv wie aber auch negativ sein können (Teil 2). Für die zeitliche Abfolge des Zitronensäureabbaus in Bezug auf alkoholische Gärung und Äpfelsäureabbau gibt es in der Literatur unterschiedliche Angaben. Nach Ramos und Santos (1996) erfolgt der Zitronensäureabbau parallel zur alkoholischen Gärung, während die Kofermentation mit Äpfelsäure stammund ph-abhängig ist (Miranda et al., 1997). 36

3 Nach Wirth et al., 2010 beginnt der Zitronensäureabbau wahrscheinlich erst, wenn etwa die Hälfte der Äpfelsäure abgebaut wurde. Nach Nielsen und Richelieu (1999) erfolgt der Zitronensäureabbau erst im Anschluss an den Äpfelsäureabbau. Nach Martineau und Henick-Kling (1996) wird in Anwesenheit von Äpfelsäure der Zitronensäuretransport gehemmt und Lonvaud-Funel et al. (1984) berichten, dass die Citrat-Lyase, das Schlüsselenzym für den Zitronensäureabbau, erst nach dem Abbau der Äpfelsäure ihre maximale Aktivität erreicht. Um von vorneherein die durch den Abbau der Zitronensäure möglichen sensorisch negativen Stoffwechselprodukte auszuschließen, wurden in den letzten Jahren sogenannte citrat-negative MSB entwickelt. Bei diesen wurde durch mutagene Selektionsprozesse die Citrat-Lyase inaktiviert. Die Metabolisierung der Zitronensäure ist dadurch blockiert. Einflussfaktoren auf den BSA ph-wert in Most und Wein Äpfelsäure hat auch bei niedrigen ph-werten einen stimulierenden Effekt auf die Entwicklung von O. oeni, der allerdings bei Vorliegen von Zitronensäure stark gehemmt wird (Augagneur et al., 2007). Hierfür ist weniger die Zitronensäure selbst, als vielmehr eines ihrer Abbauprodukte, möglicherweise die Essigsäure, die eigentliche Ursache. Bei niedrigen ph-werten (unter 3,5) wird durch die Verminderung der Membranpotenziale die Energiegewinnung aus dem Abbau der Säuren drastisch eingeschränkt und somit die Vitalität der Bakterien massiv vermindert und in Folge dessen das Vermehrungspotenzial stark eingeschränkt und der BSA verzögert. Abb. 5: Silvaner 2007, Abbau der Äpfelsäure, sequenzielle säuren in den Membranen (Rozès und Peres, 1998). Inhibition der MSB durch Hefen Hefen haben entweder neutrale oder aber positive beziehungsweise negative Auswirkungen auf die Vitalität und Aktivität von MSB. Die Inhibition der MSB durch Hefen beruht auf proteinartigen Faktoren, die von den Hefen in das Medium abgegeben werden und alleine oder aber in Kombination mit anderen weitgehend unbekannten Verbindungen konzentrationsabhängig bakteriostatisch oder bakterizid auf die MSB einwirken (Comitini et al., 2005). Diese Interaktionen zwischen Hefen und MSB sind hochgradig stammspezifisch. Bei der Auswahl der Hefe- und MSB- Präparate sind daher die Empfehlungen zur Verträglichkeit der entsprechenden Kombinationen unbedingt zu beachten. Simultane Sequenzielle Beimpfung Die Einleitung des BSA im Anschluss an die alkoholische Gärung (sequenzielle Beimpfung) bedingt für die MSB durch die hohe Alkoholkonzentration, gegebenenfalls hefestammspezifisch hohe SO 2-Konzentrationen, Nährstoffverknappung und Inhibitoren eine Phenolische Säuren Es ist seit längerem bekannt, dass phenolische Säuren in Most und Wein den BSA negativ beeinflussen können, wobei die Vitalität der MSB stärker durch Hydroxyzimtsäuren als durch Hydroxybenzoesäuren beeinträchtigt wird. Entsprechend ihrer spezifischen Struktur und ihres lipophilen Charakters erhöhen sie die Membranpermeabilität und verringern damit die Effizienz der membrangebundenen energieliefernden Stoffwechselprozesse (Campos et al., 2009). Einige MSB-Stämme reagieren hierauf, ähnlich wie auch bei höheren Alkoholkonzentrationen, mit der Erhöhung des Gehaltes an ungesättigten Fetterhebliche Stresssituation und resultiert in einem langen Zeitraum, in dem der Jungwein auch den Einflüssen der spontanen Bakterienflora mit möglichen negativen sensorischen Auswirkungen ausgesetzt ist. Durch die gleichzeitige Beimpfung des Mostes mit Hefen und MSB (simultane Beimpfung) kann nicht nur die Gesamtdauer der Gärungsprozesse erheblich reduziert, sondern auch die Stresssituation für die MSB erheblich gemildert werden. Einschlägige Untersuchungen belegen den vollständigen und nahezu parallel verlaufenden Abbau von Zucker und Äpfelsäure innerhalb eines zirka einwöchigen Zeitraumes. Der geringere Gehalt an Acetaldehyd reduzierte den Schwefelbedarf. Die leicht erhöhten Essigsäuregehalte hatten keine sensorischen Auswirkungen. Im sensorischen Vergleich waren die Weine der simultanen und sequenziellen Beimpfung gleichwertig, wenn nicht sogar durch eine höhere Fruchtigkeit geprägt (Christen und de Orduña, 2010). Versuche Um den Einfluss der simultanen und sequenziellen Beimpfung kommerzieller, auch citratnegativer Starterkulturen in Bezug auf Verlauf TANKBAU CLEMENS GMBH & CO. KG - RUDOLF-DIESEL-STR. 8 - D WITTLICH - TEL: SICHERN SIE SICH IHRE FRÜHBEZUGSKONDITIONEN! moderne Weinlagertanks rund, kubisch und Maßanfertigung mit extrem stabilem Mannloch optional mit kontrollierter Gärführung durch Wärmetauscherplatte oder Doppelmantel Rotweinmaischetanks in diversen Varianten: - liegende Rühwerktanks - stehende pneumatische Maischetaucher - stehende Maischefluter mit Kernaustrag, Airpulssystem, Mikrooxidation, Maischeaustrag TECHNOLOGIES 37

4 Tab. 1: Analytische Parameter des Mostes und des Jungweines des Weißburgunders Analysenwerte Most Jungwein Oechsle 95 Zucker (g/l) ph-wert 3,42 3,48 Gesamtsäure (g/l) 7,6 6,5 Äpfelsäure (g/l) 4,5 3,5 Weinsäure (g/l) 6,1 2,8 Zitronensäure (g/l) 0,33 0,30 NOPA (mg/l) freies NH 4 (mg/l) 167 < 2 und Dauer des Äpfelsäureabbaus, der Entwicklung der Keimzahlen und des bakteriellen Abbaus der Zitronensäure zu erfassen, wurden im Jahrgang 2007 entsprechende Versuche und Untersuchungen an Mosten und Jungweinen der Rebsorten Weißburgunder und Silvaner durchgeführt. Versuchsdurchführung Die Versuche wurden bei 20 C in 50 l Glasballons (Silvaner, Weißburgunder sequenziell) beziehungsweise in 100 l Edeltanks (Weißburgunder simultan) durchgeführt. Die Moste des Weißburgunder wurden mit der TRZH SIHA 8, die des Silvaner mit der TRZH Lalvin W vergoren. Die relevanten analytischen Parameter sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt. Die BSA-Starterkulturen Viniflora CH11, VP41, Litto Malique Blanc (citratnegativ), Vini Bacti 111 (citratnegativ) sowie zusätzlich Vini Bacti 111 mit dem hierfür empfohlenen Nährstoff-Präparat Optimalo wurden entsprechend den Herstellerangaben eingesetzt. Ergebnisse: Abbau der Äpfelsäure Der Abbau der Äpfelsäure erfolgte beim Silvaner in allen Varianten sehr rasch und zügig (Abb. 5, 7) und erfolgte bei der sequenziellen Beimpfung in der Hälfte, bei der simultanen Beimpfung gar nur in einem Viertel der entsprechenden Zeitdauer des Äpfelsäureabbaus beim Weißburgunder (Abb. 1, 3). In der Variante Simultanbeimpfung setzte der Äpfelsäureabbau bereits mit Beginn der Inokulation ein (Abb. 7), beim Weißburgunder begann er dagegen erst deutlich nach Abschluss der alkoholischen Gärung (Abb. 3). Eine Verzögerung der Gärung durch die Starterkulturen ist nicht erkennbar. In allen Varianten hatten die Tab. 2: Analytische Parameter des Mostes und des Jungweines des Silvaners Analysenwerte Most Jungwein o Oechsle 84 Zucker (g/l) 197 0,3 ph-wert 3,43 3,27 Gesamtsäure (g/l) 7,0 6,8 Äpfelsäure (g/l) 4,5 3,5 Weinsäure (g/l) 4,6 3,0 Zitronensäure (g/l) 0,24 0,26 NOPA (mg/l) freies NH 4 (mg/l) 123 < 3 Tab. 3: Zitronensäuregehalte in den Weinen nach Abschluss des BSA Weißburgunder Silvaner sequentiell simultan sequentiell simultan Litto Malique Blanc 0,04 0,29 0,00 0,26 ViniBacti 111 0,03 0,28 0,07 0,25 VP41 0,11 0,15 0,09 0,21 Viniflora CH11 0,06 0,11 0,01 0,27 ViniBacti Optimalo 0,01 0,29 0,10 0,25 Präparate Viniflora CH11 und VP41 die höchsten Abbauraten und konnten den Äpfelsäureabbau deutlich vor den anderen Präparaten beenden. Ergebnisse: Keimzahlentwicklung Die Intensität und der Abbau der Äpfelsäure in den jeweiligen Varianten sind deutlich mit den Keimzahlentwicklungen der spezifischen Starterkulturen korreliert. Es bestätigt sich, dass ab einer Keimzahl von 10 5 KbE/ml der Äpfelsäureabbau beginnt und die Starterkulturen in der Regel auch dementsprechend eingestellt sind. Es ist bemerkenswert, dass, ganz im Gegensatz zum Silvaner (Abb. 6, 8), beim Weißburgunder und hier besonders bei der simultanen Beimpfung (Abb. 2, 4), die Keimzahlen einiger Starterkulturen nach der Inokulation sich zunächst erheblich vermindern und sich erst über einen längeren Zeitraum wieder eine effektive Keimzahl von über 10 5 KbE/ml aufbaut. Die Präparate Viniflora CH11 und VP41 waren von dieser anfänglichen Keimzahldepression kaum betroffen, dementsprechend zügig verlief der Abbau der Äpfelsäure. Ergebnisse: Zusätzliche Nährstoffversorgung der Starterkulturen Sowohl die Keimzahlentwicklung wie auch der Abbau der Äpfelsäure verliefen bei Vini Bacti 111 und Vini Bacti Optimalo parallel oder waren häufig sogar deckungsgleich, auch während der offensichtlichen kritischen Adaptionsphase bei der Simultanbeimpfung beim Weißburgunder (Abb. 3). Demzufolge hatte bei diesem Präparat die zusätzliche Versorgung mit spezifischen Nährstoffen keine Verbesserung der Vitalität und Aktivität der Bakterien zur Folge. Ergebnisse: Abbau der Zitronensäure Die Zitronensäuregehalte nach Abschluss des BSA sind in der Tabelle 3 dargestellt. Der fast vollständige Abbau der Zitronensäure nach der sequenziellen Beimpfung und die Erhaltung der Zitronensäure bei der simultanen Beimpfung sind bei beiden Weinen in nahezu identischer Weise ausgeprägt. In Bezug auf die sequenziellen Beimpfungen und die hier eingesetzten Präparate VP41 und Viniflora CH11 entspricht dies den Erwartungen und könnte im Weiteren darauf hindeuten, dass die als citratnegativ ausgelobten Präparate Litto Malique Blanc und Vini Bacti 111 entweder nicht citratnegativ sind, oder aber eine spontane MSB-Flora die Zitronensäure metabolisierte. In den mikrobiologischen Untersuchungen ergaben sich zwar hierauf Hinweise, die tatsächliche Ursache für den Abbau der Zitronensäure in den Varianten mit citratnegativen Starterkulturen blieb jedoch unbekannt. Weitere Erfahrungen mit citratnegativen Starterkulturen sind im folgenden zweiten Teil des Artikels dargestellt. Der weitgehende Erhalt der Zitronensäure bei der Simultanbeimpfung bestätigt die Angaben von Nielsen und Richelieu (1999), Martineau und Henick-Kling (1996) und Lonvaud- Abb. 6: Silvaner 2007, Keimzahlentwicklung, sequenzielle 38

5 Funel et al. (1984), denen zu Folge erst nach dem Abbau der Äpfelsäure der Abbau der Zitronensäure sein Maximum erreicht. Erfolgt die Schwefelung des Jungweines unmittelbar am Ende des BSA, wie hier in der Versuchsanstellung geschehen, so kann der Zitronensäureabbau gestoppt oder ganz vermieden werden. Schlussfolgernd aus den vorliegenden Befunden ergibt sich Klärungsbedarf bezüglich des unterschiedlichen Verhaltens der einzelnen Starterkulturen und inwieweit bei der simultanen Beimpfung möglicherweise unter Schonung der Zitronensäure die Glucose von den Starterkulturen metabolisiert wird und gegebenenfalls auch die Matrix der Moste in unterschiedlicher Weise hierauf Einfluss nimmt. Abb. 7: Silvaner 2007, Abbau der Äpfelsäure, simultane Literatur AUGAGNEUR, Y.; RITT, J.-F.; LINARES, D.M.; REMIZE, F.; TOURDOT- MARÉCHAL, R.; GARMYN, D.; GUZZO, J. (2007): Dual effect of organic acids as a function of external ph in Oenococcus oeni. Arch. 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