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ALKOHOLREDUZIERTE WEINE DURCH MIKROBIELLE MAßNAHMEN

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Academic year: 2022

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(1)

ALKOHOLREDUZIERTE WEINE DURCH MIKROBIELLE MAßNAHMEN

Prof. Dr. Manfred Großmann, M.Sc. Jessica Röcker Hochschule Geisenheim University

Institut für Mikrobiologie und Biochemie

(2)

Wieso Thema

„Alkohol-Management“?

für lange Zeit:

Erhöhung der Alkoholausbeute erwünscht

seit einiger Zeit:

Kritische Betrachtung des

Alkoholgehaltes, auch in

Weinen

(3)

„Alle reden über den ?

Klimawandel, höhere Mostgewichte

und daraus folgend höhere

Alkoholgehalte“

(4)

13. April 2018, 05:51 Uhr Studie:

Auch ein Glas Wein am Tag kann schädlich sein

Einer Studie zufolge sind die Richtwerte für den Verzehr von Alkohol in Deutschland deutlich zu hoch.

Die Ergebnisse zeigen: Wer weniger Alkohol trinkt, hat auch ein geringeres Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Schlaganfälle und andere Erkrankungen.

Forscher empfehlen nun, die Richtwerte zu überprüfen.

Eine große Übersichtsstudie zeigt, dass der Konsum von mehr als 100 Gramm

reinem Alkohol pro Woche - das entspricht etwa fünfeinhalb Gläsern Wein oder 2,5 Litern Bier - die Lebenserwartung verkürzt und das Risiko für Herz-Kreislauf-

Erkrankungen steigert.

Das berichtet ein internationales Forscherteam, an dem auch viele deutsche

Wissenschaftler beteiligt waren, im Fachblatt The Lancet

(5)

„Genuss-Welten“

L‘abus d‘alcool est

dangereux pour la

santé, à consommer

avec modération

(6)

Zu vermeiden!

Alkohol kann

tödlich sein.

(7)

Weißwein und Alkohol

steigende Alkoholgehalte überdecken Weinaroma

Kundenwunsch nach weniger Alkohol

Gesundheitsaspekte/Fahrtüchtigkeit/Führerschein

„Wine in Moderation“: einfacher bei niedrigen Alkoholgehalten

Erhaltung der Typizität von Weißweinen (11-12 % vol)

Branche ist gut beraten, sich auf

entsprechende (Sonnen)-Jahrgänge und

gesetzliche Auflagen einzustellen!

(8)

Aktuelle Situation:

Alkohol reduzierte Weine

geregelt nach EU-Recht:

Zulassung physikalischer Verfahren ( 20 % Abreicherung) nicht geregelt:

Zulassung „nicht physikalischer“ Verfahren (biochemisch, mikrobiologisch)

 gesetzliche Regelungen

(9)

Organisation des Projektes „Alkoholmanagement“

Finanzierung durch:

Bundesministerium für Ernährung,

Landwirtschaft

(und Verbraucherschutz)

(BMEL(V))

(10)

Alkohol-Management im Wein

Grundsätzliche mikrobielle und biochemische Möglichkeiten:

Glu/Fru

EtOH + CO 2

„X“

Glucose/Fructose

(11)

Mikrobiologie/Biochemie zum Alkohol-Management

Glu/Fru

Glu/Fru

Glucose Fructose

Enzymzusatz zum Most:

Glucose-Oxidase

(12)

Mikrobiologie/Biochemie zum Alkohol-Management

Glu/Fru Glucose Fructose

Enzymzusatz zum Most:

Glucose-Oxidase

Gluconsäure

(13)

GOX

Röcker, 2013

(14)

Heatherbell & Pickering, 1996

(15)

Heatherbell & Pickering, 1996

Entsäuerung nicht mehr nötig!

Stabiles Enzym

jetzt verfügbar!

(16)

0 10 20 30 40 50

0 100 200 300 400 500 600

0 20 40

G lu co ns äu re [g /l ]

H

2

O

2

[mg /l ]

Zeit [h]

100 ppm Katalase

0 10 20 30 40 50

0 100 200 300 400 500 600

0 20 40

G lu co ns äu re [g /l ]

H

2

O

2

[mg /l ]

Zeit [h]

1000 ppm Katalase

0 10 20 30 40 50

0 100 200 300 400 500 600

0 20 40

G lu co ns äu re [g /l ]

H

2

O

2

[mg /l ]

Zeit [h]

5000 ppm Katalase

GOX EINFLUSS DER KATALASE

H 2 O 2

Gluconsäure Röcker, 2013

(17)

KLEINVERSUCHE

GOX

0 10 20 30 40 50

0,3 0,6 1,2

G lu co ns äu re , E th an ol [g /l]

Druckluftzufuhr [l/min]

nach 24 h

0 10 20 30 40 50

0,3 0,6 1,2

G lu co ns äu re , E th an ol [g /l]

Druckluftzufuhr [l/min]

nach 48 h

Röcker, 2013

(18)

SENSORIK

GOX

N = 21

Röcker, 2013

(19)

• GOX-Stabilität verbessert, Katalase-Zusatz notwendig

• Innerhalb von 24 h eine „Alkoholabreicherung“ um 2,0 % vol.

möglich

• In 40 L-Versuchen Alkoholabreicherung von 3,1 % vol. möglich (48 h)

• Suche nach geeignetem Entsäuerungsverfahren!

ODER: gezielte Anwendung bei zuckerreichen säurearmen Weißmosten

Gesetzliche Regelung notwendig!!

ZUSAMMENFASSUNG – GLUCOSE - OXIDASE

GOX

Röcker, 2013

(20)

Verfahren 1:

Enzymatische Umsetzung von Glucose mit Glucose-Oxidase (GOX)

Mikrobiologie/Biochemie zum Alkohol-Management

Kennzeichen:

 GOX-gereinigtes Enzym aus Schimmelpilz Aspergillus

 gezielte Oxidation von Glucose zu Gluconsäure

 vor der alkoholischen Gärung

 Säure als Ca-Salz ausfällbar ??

 „punktgenaue“ Zuckerabreicherung

Probleme:

 Veränderung Glu/Fru-Verhältnisses

 Eintrag von Sauerstoff

 Einfluss auf Sensorik

(21)

Verfahren 2:

Enzymatische Umsetzung von Glucose mit Hilfe gentechnisch veränderter Weinhefen

Kennzeichen:

 Ablauf ähnlich Enzymzusatz, aber ohne aktive pH-Wertanhebung

 Enzymsynthese in Sacch. cer. steuerbar durch den Promoter

 Einsatz von Gentechnik

 resultierender Hefestamm ist ein GVO!

Mikrobiologie/Biochemie

zum Alkohol-Management

(22)

Glu/Fru

Glu/Fru

Glucose Fructose

Enzymzusatz zum Most:

Glucose-Oxidase

Gentransfer aus Schimmelpilz in Weinhefe

CO 2 + H 2 O

„Zufütterung“ von Most in Weinhefe-Suspension

„ Fed-Batch-Verfahren“

 Zuckergehalt < 5g/L

 Patent „Moselland“

ausgelaufen

Mikrobiologie/Biochemie

zum Alkohol-Management

(23)

(1)

Veratmung von Zucker

C 6 H 12 O 6 + 6 O2  6 H 2 O + 6 CO 2 (2)

Gärung

C 6 H 12 O 6  2 CO 2 + 2 C 2 H 5 OH (3)

Veratmung von Ethanol

C 6 H 5 OH + 3 O 2  3 H 2 O + 2 CO 2 (4)

RESPIRATIONSQUOTIENT (RQ)

RQ = CO 2 ( formed )

O 2 ( used )

(24)

Verfahren 3 :

Zufütterungsverfahren bei Saccharomyces cerevisiae Direkte Oxidation von Glucose in CO 2 + H 2 O

Kennzeichen:

 Bei Zuckergehalten unter 5 g/L wird der Zucker direkt zu CO 2 u. H 2 O veratmet

 Ablauf: Teilmenge des Mostes wird nach dem Zufütterungsverfahren behandelt

 kompletter Zuckerabbau

 Problem: Veränderung Aromaprofil

 nach Rückverschnitt mit Hauptmenge

 weniger Alkohol bei noch ansprechender Aromatik

 patentiertes Verfahren (Moselland e.G.)

 Patentschutz inzwischen abgelaufen

Mikrobiologie/Biochemie

zum Alkohol-Management

(25)

Prof. Dr. Manfred Großmann

10. Klosterneuburger Hefetagung 25

• Technisch aufwendig aufgrund exakt einzuhaltender Steuerung der Zuflussrate von Most

• Verfahren aber prinzipiell möglich:

• Totalentzuckerung einer Teilmenge (20 %)

• „normale“ Vergärung der Hauptmenge (80 %)

• Verlust an Aromastoffen noch zu verringern

• Rückverschnitt wichtig!!

Auch für dieses Verfahren: gesetzliche Regelung notwendig!

ZUSAMMENFASSUNG – FÜTTERUNGSVERFAHREN

GOX

Röcker, 2013

(26)

Glu/Fru

Glu/Fru

Glucose

Fructose Enzymzusatz zum Most:

Glucose-Oxidase

Gentransfer aus Schimmelpilz in Weinhefe

„Zufütterung“ von Most in Weinhefe-Suspension

„Fed-Batch-Verfahren“

 Zuckergehalt < 5g/L

Glycerin

Umlenkung des

Stoffwechsels:

weg von der Ethanolbildung Mikrobiologie/Biochemie

zum Alkohol-Management

(27)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

acetaldehyde pyruvate acetate acetoin butandiol succinate

by-product K1 control

K1 GPD1

Co ncen tr at io n ( m g/ L)

Einfluss von GPD1

Remize et al. 1999

Einsatz von Gentechnik notwendig!

(28)

Verfahren 4:

Umlenkung des Stoffwechsels

Einsatz Glycerin-produzierender Weinhefen (Sacch. cer.)

Kennzeichen:

 Hefeeigenes Gen mehrfach kopiert vorhanden (INRA Montpellier, ab 1994)

 verstärkte Enzymbildung führt zu deutlich mehr Glycerin

 durch zweite gentechnische Veränderung wird die Redox-Bilanz wieder hergestellt

 normaler Essigsäuregehalt

 Problem: GVO für EU  Zulassungspflicht

Mikrobiologie/Biochemie

zum Alkohol-Management

(29)

Gentechnisch veränderte S. cerevisiae:

gleichzeitige Alkohol- und Milchsäurebildung

Embden-Meyerhof-Weg

Hefe Milchsäurebakterien

Pyruvat pdc

CO 2

Acetaldehyd adh

Ethanol

NADH + H+

+ ldh

Lactat

(30)

Verfahren „4 plus X“ = Glycerinbildung plus weitere Metabolite zum Beispiel zusätzlich :

Einsatz Säure-produzierender Weinhefen (Sacch. cer.)

Kennzeichen:

 Produktion von Milchsäure oder Bernsteinsäure

 starke Produzenten sind in der Regel gentechnisch verändert (GVO)

Mikrobiologie/Biochemie

zum Alkohol-Management

(31)

Glu/Fru

EtOH

Glucose Fructose

Enzymzusatz zum Most:

Glucose-Oxidase

Gentransfer („GOX“) aus Schimmelpilz in Weinhefe

„Zufütterung“ von Most in Weinhefe- Suspension

„Fed-Batch-Verfahren“

 Zuckergehalt < 5g/L

Umlenkung des Stoffwechsels (z. B. Glycerin-produzierende gm-Hefen

CO 2 + H 2 0 Veratmung des Alkohols

 Nutzung des

„Pasteur-Effektes“

Mikrobiologie/Biochemie

zum Alkohol-Management

(32)

Starker Eingriff in das Aromagefüge eines Weines

• Verfahren prinzipiell möglich, aber…

(siehe oben)

ZUSAMMENFASSUNG – ALKOHOL-VERATMUNG

Röcker, 2013

(33)

Glu/Fru

CO 2 + H 2 0

Glucose Fructose

Enzymzusatz zum Most: Glucose-Oxidase

Gentransfer („GOX“) aus Schimmelpilz in Weinhefe

„Zufütterung“ von Most in Weinhefe- Suspension

„Fed-Batch-Verfahren“

 Zuckergehalt < 5g/L

Einsatz stark Glycerin-produzierender Weinhefen

CO 2 + H 2 0

Veratmung des Alkohols

 Nutzung des „Pasteur-Effektes“

„unproduktive Hefen“

?

Mikrobiologie/Biochemie

zum Alkohol-Management

(34)
(35)

Warum Nicht-Saccharomyces-Hefen?

 Viele sind Crabtree-negativ

1.1 NICHT-SACCHAROMYCTEN

Nicht-S.

Crabtree Effekt:

Sobald die Zuckerkonzentration im Medium 5 g/l übersteigt, gärt Saccharomyces cerevisiae auch in Gegenwart von Sauerstoff.

ABER:

Etliche Nicht-Saccharomyces-Spezies veratmen Mostzucker!

BMEL Projekt: dieser Teilbereich erfolgt in Zusammenarbeit mit der LWG Veitshöchheim.

Röcker, 2013

(36)

HEFEAUSWAHL

Identifizierung - FTIR (Bruker)

Erste

Charakterisierung

Gemessene Parameter:

- Zellzahl - Dichte - Alkohol

- Glucose/Fructose - Essigsäure

Kleiner Maßstab (200 ml)

Nicht-S.

Röcker, 2013

(37)

0 10 20 30 40 50 60 70

verbr.

Zucker

Ethanol Essig- säure [g/l]

Pichia guilliermondii

0 10 20 30 40 50 60 70

verbr.

Zucker

Ethanol Essig- säure [g/l]

Candida oleophila

(38)

• Selektion von Nicht-Saccharomyceten, die Zucker veratmen

• Upscaling bis zu 40 l mit:

- Pichia guilliermondii

- Metschnikowia pulcherrima

• In 40l-Versuchen war innerhalb von 4 Tagen eine Alkoholreduzierung von 2,8 % vol. möglich

ZUSAMMENFASSUNG

– NICHT-SACCHAROMYCETEN

Nicht-S.

Röcker, 2013

(39)

Sequenzielle Beimpfung

Nichtsaccharomycet zu Beginn

Saccharomycet nach 2-3 Tagen

ZUSAMMENFASSUNG

– NICHT-SACCHAROMYCETEN

Nicht-S.

Röcker, 2013

(40)

Dosage- Hefe GVO

5 METHODEN

GOX

Entfernung des Zuckers

Nicht-

Saccharomyceten

Umleitung des Stoffwechsels weg von der Ethanolproduktion

Pasteur- Hefe

Entfernung des Ethanols

Röcker, 2013

(41)

Alkohol-Management in Wein

Mikrobiologische und biochemische Verfahren

Zusammenfassung

• Verschiedene Verfahren sind bereits vorhanden

• Verfahrensanpassung an aktuelle Situation in Most (oder Wein) möglich:

Reduzierung d. Ethanolgehalts bis zu mind. 3 %vol)

• je nach Verfahren: relativ einfache Anwendung

• je nach Verfahren: finanzieller Einsatz gering bis mittel

• teilweise wird Problematik der GVO-Nutzung tangiert!!

•  Gesetzesänderungen notwendig

• Entwicklung neuer Verfahren im Gange

(42)

Alkohol-Management in Wein

Mikrobiologische und biochemische Verfahren

Zusammenfassung

• Verschiedene Verfahren sind bereits vorhanden

Verfahrensanpassung an aktuelle Situation in Most (oder Wein) möglich:

Reduzierung d. Ethanolgehalts bis mind. 3 % vol)

je nach Verfahren: relativ einfache Anwendung

je nach Verfahren: finanzieller Einsatz gering bis mittel

• teilweise wird Problematik der GVO-Nutzung tangiert!!

•  Gesetzesänderungen notwendig

• Entwicklung neuer Verfahren im Gange

Flexible Antworten (Weinbau/Önologie) des Weinherstellers

auf Umweltbedingungen ermöglichen!

(43)

Alkohol-Management in Wein

Mikrobiologische und biochemische Verfahren

Zusammenfassung 2

An Klimawandel angepasste Weinproduktion

benötigt

erhöhte Flexibilität

Anreicherung (bleibt)

Alkoholreduzierung

(kommt/wird kommen)

(44)

Möglichkeit für neue Weinstile?

Möglichkeit säurearme Moste zu säuern ohne externe Säurezugabe

Zusätzlich zu überdenken:

(45)

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit

Referenzen

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