Einflüsse der Mikrobiologie - weinbruderschaften.net · Ammonium SO2 SO2-S 4 Pool S S2-2-Sulfat Sulfit Stickstoff Pool Biosynthese von S-haltigen Aminosäuren in der Hefezelle OAH

DR/2004Forschungsanstalt Geisenheim

Einflüsse der Mikrobiologie

- Weinqualität und Hefeeinsatz -

Prof. Dr. Doris RauhutFachgebiet Mikrobiologie und Biochemie

Forschungsanstalt Geisenheim


110 Jahre Hefereinzuchtstation in Geisenheim

Julius Wortmann


Alkoholische GärungGlucose/Fructose Ethanol Kohlendioxid

C6H12O6 2 C2H5 OH + 2 CO2

Saccharomyces cerevisiae

„echte Weinhefe“



Kloeckera/ Hanseniaspora

15 ° C

Zeit

Zellzahl



Zeit

Zellzahl



20 ° C

Zeit

Zellzahl



Zeit

Zellzahl

Entwicklung der Hefepopulation wEntwicklung der Hefepopulation wäährend derhrend derGGäärungrung

Spontangärung Reinhefe-Gärung

50-90 % auf Trauben

0,3 - 2,3 % auf Trauben


Morio-Muskat

Most

Wein

Bildung von Aromastoffen während der Gärung

Lit.: Rapp 1988


Injektor

GC-Ofen

Detektor (FID)

Nase/Schnüffeldetektor

Trägergas

GC-Trennsäule

Gaschromatographische Bestimmung derAromastoffe des Weines

Lit.: Rapp 1988


15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

500000

550000

Time-->

Abundance

TIC: GHM-14.D

Gaschromatographische Bestimmung der Aromastoffe - qualitativ und quantitativ -


VerVeräänderung im Gehalt einiger Acetate bei dernderung im Gehalt einiger Acetate bei derFlaschenlagerung (Rebsorte Riesling)Flaschenlagerung (Rebsorte Riesling)

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4 5 6 7 8

Lagezeit [Jahr]

rela

tiv

e P

ea

kh

öh

e

iso-Amylacetat 2-Phenyl-ethylacetat

Lit. Rapp 1992, modifiziert

Verlust des Gäraromas im Wein


Stress-Faktoren fStress-Faktoren füür Weinhefen wr Weinhefen wäährendhrendder alkoholischen Gder alkoholischen Gäärungrung

Rückstände vonPflanzenschutzmitteln

ungenügendeReaktivierung der

Trockenhefe

Sulfit

NNäährstoffmangelhrstoffmangel((N-VerbdgN-Verbdg., Vitamine,., Vitamine,ungesungesäätttt. Fetts. Fettsääuren)uren) Sauerstoff-Mangel

Ethanol

niedrige Temperaturen (< 15°C)

hohe Temperaturen(>26 °C)

Nährstoff-zehrende Begleitflora (wilde Hefen, Bakterien) und deren

Hemmstoffe

Überschuss an CO2

Osmotischer Stress


Einfluss der Bewässerung auf die Gäraktivität

Lit.: Werwitzke, Rauhut, Löhnertz, Schultz 2003

Fermentation time [days]

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

S [

/L] 0

10

20

30

40

50150

200

250MP 96 irrigated

MP 96

Fermentation time [days]

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

Tota

l yeast c

ells

0

20x106

40x106

60x106

80x106

100x106

120x106

140x106

Dead c

ells

[%]

0 %

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 %

MP 96 irrigated

MP 96

Zucker

[g/L

]

bewässertbewässert

Gärdauer [Tage] Gärdauer [Tage]H

efe

ze

llen

/ m

l

Tote

Zelle

n [%

]


Substanz rKohlenstoff-Quel

SubstanzMenge pro Stickstoff-Quelle

Zusammensetzung eines kZusammensetzung eines küünstlichen Mostes*nstlichen Mostes*

*nach *nach JiranekJiranek, , LangridgeLangridge und und HenschkeHenschke, 1990, 1990


Bedarf an HefenBedarf an Hefenäährstoffenhrstoffen Analysen im MostAnalysen im Most

Salze (ohne N)

Spurenelemente

Vitamine

Stickstoff-haltige

Verbindungen

nein

nein

nein

teilweise(Formolzahl, FAN-Wert,

ferm-N-Wert)

ja

ja

ja

für Hefen nahezuohne Bedeutung

Mostgewicht

Mostsäure

pH-Wert

NNäährstoffbedarf und Mostanalytikhrstoffbedarf und Mostanalytik


0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Geh

alt

[m

g/L

]

Hefestämme

Müller-Thurgau´96

4-ABA

Thr

Leu/Phen/Ileu

Gln

Arg

Einfluss von Gärsalz auf den Gehalt an Aminosäurenam Gärende bei verschiedenen Hefestämmen


Stickstoff -

Cystein

Methionin

O-AcetylhomoserinSO2-

3SO2-

3

SO2-3

SO2-3

SO2-

4

S

Aminosäuren

Ammonium SO2

SO2-4

SO2-4S

S2-S S 2-2-Pool

Sulfat

Sulfit

StickstoffPool

Biosynthese von S-haltigen Aminosäurenin der Hefezelle

OAH

C-Quelle

Ref.: Jiranek und Henschke 1991, verändert

elementarer Schwefel

HH22SS S-KomponentenS-Komponenten


S-SubstanzS-Substanz GeruchsschwellenwertGeruchsschwellenwert Sensorischer EindruckSensorischer Eindruck

[[ g/l]g/l]

Schwefelwasserstoff (HSchwefelwasserstoff (H22S) 10-80S) 10-80 faule Eierfaule Eier

Dimethylsulfid (DMS)Dimethylsulfid (DMS) 25-60 25-60 Spargel, Korn, MelasseSpargel, Korn, Melasse

MethanthiolMethanthiol ( (MeSHMeSH) 2-10) 2-10 faule Eier oder faule Eier oder KohlKohl

EthanthiolEthanthiol ( (EtSHEtSH)) 1,11,1 Gummi, ZwiebelGummi, Zwiebel

DimethyldisulfidDimethyldisulfid (DMDS) (DMDS) 2929 gekochter Kohl, gekochter Kohl, zwiebelartigzwiebelartig

DiethyldisulfidDiethyldisulfid (DEDS) (DEDS) 4,34,3 verbrannter Gummi, verbrannter Gummi, KnoblauchKnoblauch

ThioessigsThioessigsääure-S-methylesterure-S-methylester 300300 kkääseartigseartig

((MeSAcMeSAc)) 10-40 10-40

ThioessigsThioessigsääure-S-ethylesterure-S-ethylester 4040 schwefelartig, verbranntschwefelartig, verbrannt

((EtSAcEtSAc)) 10-30 10-30

3-(Methylthio)-1-propanol3-(Methylthio)-1-propanol 20002000 gekochte Kartoffelngekochte Kartoffeln

( (MethionolMethionol))

2-Methyl-3-furanthiol (FSH)2-Methyl-3-furanthiol (FSH) 0,4 0,4 Fleisch, HefeextraktFleisch, Hefeextrakt

Ref.: Goniak und Noble 1987, Rapp et al. 1985, Keck 1989, Soltoft 1988, Fors 1983, Meilgaard 1981, Bernath 1997

S-Komponeten - Geruchsschwellenwerte


Chromatogramm eines Weines

ohne BöckserChromatogramm eines Weines

mit Böckser

Böckser -S-Komponenten in Weinen mit und ohne Fehlton


A B C D E F G H I J K L M N O P Q0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Hefestamm

rel.

Pea

kfl

äch

e Synthetisches Medium

Abb.: Einfluss des Hefestammes auf die Bildung flüchtiger S-Substanzen in einem synthetischen Medium

Einfluss des Hefestammes auf die Bildung von S-Substanzen


0/0 kg N/ha/a 0/0 kg N/ha/a+ 0,3 g/L DAHP

90/0 kg N/ha/a 90/0 kg N/ha/a+ 0,3 g/L DAHP

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1S. cerev. st. 1

S. cerev. st. 4

S. cerev. st. 5

S. cerev. st. 6

S. cerev. st. 9

S. cerev. st. 20, 21, 22

MeSAcMeSAc

[rel

ativ

e P

eak

fläc

he]

-1995 Riesling, Rheingau-

Einfluss von Stickstoff-DEinfluss von Stickstoff-Düüngung, Gngung, Gäärsalz undrsalz undHefestHefestäämmen auf den Gehalt an mmen auf den Gehalt an ThioesternThioestern


Thioessigsäure-S-methylester

H3C-CS-CH3

OH3C-C

OH

O+ HS-CH3

Essigsäure Methanthiol

Thioessigsäure-S-ethylester

H3C-CS-CH2-CH3

OH3C-C

OH

O+ HS-CH2-CH3

Essigsäure Ethanthiol

Schwellenwert: > 40 g/L Schwellenwert: > 2 g/L

Schwellenwert: > 30 g/L Schwellenwert: > 1 g/L

Entstehung von Fehlaromen während der Lagerung

Hydrolyse der Thioessigsäurester


Einfluss von GEinfluss von Gäärhilfsstoffen auf die Bildungrhilfsstoffen auf die Bildungvon flvon flüüchtigen S-Substanzenchtigen S-Substanzen


Biologischer Säureabbau – MalolaktischeGärung

Milchsäurebakterien

Oenococcus oeni

Lit.: Dittrich, 1993


Diacetyl – Geruchsschwellenwert ~ 1mg/L

mit biologischem Säureabbau

ohne biologischem Säureabbau

Veränderung des Aromas durch BiologischenSäureabbau (Malolaktische Gärung)

Lit.: Henick-Kling et al. 1998


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

ausreichende N-

Ve r so rgung

geringe N-

Ve r so rgung

Lalvin EC 1118

Alpha Trennung von der Hefe

Alpha Hefekontakt

SK2 Trennung von der Hefe

SK2 Hefekontakt

Einfluss des Hefestammes und der NEinfluss des Hefestammes und der Näährstoffversorgung imhrstoffversorgung imMost auf die Dauer der Most auf die Dauer der malolaktischenmalolaktischen G Gäärungrung

Ref.: Gawron-Scibek 2003

2003 Riesling Most

ausreichende N-Versorgung: Ferm-N-Wert: 32 geringe N-Versorgung: Ferm-N-Wert: 22

2003 Riesling Weine

Ferm-N-Wert < 3

ausreichende N-Versorgung im Most

geringe N-Versorgung im Most


Einfluss des Hefestammes und der NEinfluss des Hefestammes und der Näährstoffversorgung imhrstoffversorgung imMost auf die Dauer der Most auf die Dauer der malolaktischenmalolaktischen G Gäärungrung

Ref.: Gawron-Scibek 2003

2003 Riesling Most

ausreichende N-Versorgung: Ferm-N-Wert: 32 geringe N-Versorgung: Ferm-N-Wert: 22

2003 Riesling Weine

Ferm-N-Wert < 3

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

ausreichende N-

Ve r so rgung

geringe N-

Ve r so rgung

Lalvin CY 3079

Alpha Trennung von der Hefe

Alpha Hefekontakt

SK2 Trennung von der Hefe

SK2 Hefekontakt

ausreichende N-Versorgung im Most

geringe N-Versorgung im Most


Brettanomyces/Dekkera - Fehlaroma

Sensorische Beschreibung des Fehlaromas:Medizinalton, Lederton, speckig-animalisch,

an Pferdeschweiß erinnernd

Holzfasslagerung - Barrique

4-Ethylphenol > 0,07 mg/L

4-Ethylguajakol


Kommerziell erhKommerziell erhäältliche Hefestltliche Hefestäämmemme


„Geisenheimer Hefe-Finder“

ab 2004

Elektronisches Suchsystem ermittelt nach vorheriger Angabe

weinbaulicher und kellertechnischer Parameter für die Gärung

geeignete Hefestämme

Internet-Adresse

http://www.forschungsanstalt-geisenheim.de/

ÜÜbersicht zu Eigenschaften und Anforderungenbersicht zu Eigenschaften und Anforderungenvon Trockenhefenvon Trockenhefen

MG/2003


Aktuelle ForschungstAktuelle Forschungstäätigkeitentigkeiten

Interaktion zwischen Hefestämmen

Interaktion zwischen Hefen und Bakterien

• Nährstoffdefizite- Ausgleich und Optimierung durch

weinbauliche und oenologische Massnahmen

Kooperation:

- Fachgebiete Bodenkunde/Pflanzenernährung,

Weinbau und Kellerwirtschaft - Forschungsanstalt;

- nationale und internationale Forschungseinrichtungen

- Entwicklung und Bewertung von Nährstoffpräparaten

Einfluss unterschiedlicher Stressfaktoren auf

Mikroorganismen und die Bildung von Metaboliten

Aromastoffe


Vielen Dank fVielen Dank füür Ihre Aufmerksamkeitr Ihre Aufmerksamkeit

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