SCHWEIZ. Z. OBST-WEINBAU Nr. 25/00 649 FRANKHESFORD UNDHANSPETERRUFFNER,
EIDGENÖSSISCHEFORSCHUNGSANSTALTWÄDENSWIL
D
as Auge trinkt mit! Dieser Ausspruch – ursprüng- lich zwar auf das Essen gemünzt – trifft in der ab- gewandelten Form ganz besonders für den Wein zu.Farbtiefe (Menge) und Farbqualität geben nicht nur dem Kenner Hinweise auf den zu erwartenden Ge- nuss. Die Klarheit des Getränks und allenfalls Brauntöne sind Anhaltspunkte für den mikrobiologi- schen Zustand und das Alter des Getränks. Eine kräf- tige Farbe verspricht Stoffigkeit, Körper und nach- haltige Gaumenfreude.
Die Farbstoffe
Entsprechend grosse Sorgfalt wird der Weinbereitung (Vinifikation) und demzufolge der Extraktion der Far- be aus den Trauben gewidmet. Da zumindest unter Fachleuten bekannt ist, dass in Europäer-Trauben das Vorkommen der roten Farbstoffe (Anthocyane) auf die Beerenhaut beschränkt ist, wird auch die Grösse der Beeren zunehmend in die Überlegungen zur Si- cherung einer hohen Farbintensität einbezogen. Es ist klar, dass bei grösseren Beeren der Hautanteil ver- gleichsweise geringer ist als bei kleinen Beeren. Da kleine Beeren im Allgemeinen auch noch früher (oder schneller) reifen als grosse, ist die Beerengrös- se ein nicht zu vernachlässigender Faktor bei der Klo- nenwahl.
Selbstverständlich spielt die Rebsorte für die Aus- prägung der Farbe in Traube und Wein eine aus- schlaggebende Rolle. Aus der Literatur (Boss et al.
1996 a, Hesford und Schneider, 1997) ist bekannt, dass Europäer-Trauben im wesentlichen Malvidin-3- Glucosid und dessen Derivate (Malvidin-3-acetylglu- cosid, Malvidin-3-Cumarylglucosid, Malvidin-3,5- Diglucosid), in variablen Mengen zudem Peonidin-3- Glucosid und in geringen Anteilen die Glucoside von Petunidin, Delphinidin sowie Cyanidin enthalten.
Die Farbextraktion
Abbildung 1B zeigt das Anthocyanmuster eines Ex- trakts aus Traubenhäuten von Blauburgunder-Trau- ben (nach Wenzel et al. 1987). Die verwendete Ex- traktionsmethode zielte auf eine maximale Ausbeute GETRÄNKETECHNOLOGIE
Roter Wein aus blauen Trauben
Die roten Farbstoffe des Weins, Anthocyane genannt, sind eine schillernde Gesellschaft. In Abhängigkeit von der aktuellen Mischung an einzelnen Komponenten und vom Säurewert der Lösung erscheinen sie in ganz verschiedenen Farbnuancen. Der vorliegende Beitrag geht auf die Eigenschaften ein, welche zu diesem Farbenspiel führen, und fasst Bekanntes und weniger Bekanntes über Bildung und Vorkommen der Farbstoffe in blauen Trauben und rotem Wein zusammen.
A. Blauburgunder Wein
B. Blauburgunder Beerenhautextrakt
C. Regent
Wein Mlv-3,5-diGlc
Malvidin-3-Glc
Delphinidin-3-Glc Cyanidin-3-Glc Petunidin-3-Glc Peonidin-3-Glc
Abb. 1 :
A: Anthocyanmuster eines Blauburgunderweins;
B: Anthocyanmuster eines Hautextrakts aus Blauburgunder Traubenbeeren (aus Wenzel et al. 1987);
C: Anthocyanmuster in Wein aus der interspezifischen Sorte Regent.
Mlv-3,5-diGlc = Malvidin-3,5-Diglucosid (Malvin).
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an Farbstoffen ab. Sie umfasste eine 16-stündige Ma- zeration der Häute in einem Gemisch aus Methanol, Ameisensäure und Wasser.
Abbildung 1A hingegen ist ein in unserem Labor aufgenommenes Chromatogramm der Anthocyane in einem Blauburgunder Wein aus der Ostschweiz. Ein Vergleich zeigt eindeutig die unterschiedlichen rela- tiven Anteile von Delphinidin, Cyanidin, Petunidin und Peonidin bezogen auf die Hauptkomponente Malvidin. Bei der Rotweinherstellung werden die ein- zelnen Anthocyane aus der Beerenhaut herausgelöst.
Dabei sind verschiedene Faktoren für die Farbaus- beute wichtig: die Verweildauer, die Temperatur, der CO2-Gehalt, das Rühren und die Präsenz von Farb- stoff abbauenden Enzymen und Mikroorganismen. Es muss offen bleiben, ob die Extraktion mit Metha- nol/Ameisensäure/Wasser einfach effektiver ist oder ob in der Maische durch den werdenden Wein be- vorzugt Malvidin herausgelöst wird. Aber auch ein stärkerer Abbau der begleitenden Anthocyane – sei es enzymatisch oder durch spontanen Zerfall – kann nicht ausgeschlossen werden.
Dass die Muster der im Wein zu erwartenden Farb- komponenten trotzdem typisch sind, geht aus Abbil- dung 1 C hervor. Während Blauburgunder Weine cha- rakteristischerweise nur die dargestellten Monoglu- coside enthalten, sind in den meist viel dunkleren Produkten aus Shiraz- und Cabernet-Sauvignon-Trau- ben immer auch beträchtliche Mengen an acylierten Malvidin-Derivaten anzutreffen. Die normalerweise tief blauroten Regent-Weine sind gekennzeichnet durch einen markanten Anteil an Malvin, dem Malvi- din-3,5-Diglucosid. Fast jede blaue Traubensorte bringt entsprechende Marker-Substanzen in den Wein. Solche Eigenschaften können zum Nachweis von nicht deklarierten Zusätzen an Fremdwein ver- wendet werden.
Anthocyane – eine schillernde Gesellschaft
Die Anthocyane sind reaktions- und umwandlungs- fähige Moleküle, wie in Abbildung 2 dargestellt. Die Farbprägung des Weins durch die einzelnen Moleküle ist unterschiedlich: während Cyanidin und Delphi- nidin allgemein in den Blaubereich gehende Farbein- drücke vermitteln, erscheint Malvidin tiefrot und das in Trauben fehlende Pelargonidin (Erdbeeren!) lachs- farben. Die bevorzugte Extraktion von Malvidin ge- genüber Delphinidin und Cyanidin kann auch erklä- ren, weshalb aus blauen Trauben Rotwein entsteht.
Die Farbintensität ist zudem stark vom Säuregrad der Umgebung abhängig. Weine mit höherem Säure- gehalt, d. h. tieferem pH-Wert, sind farbintensiver.
Das bekannte vorübergehende Verblassen von Wein nach Zugabe schwefliger Säure ist hingegen auf eine Reaktion der Anthocyane mit H2SO3zurückzuführen (vgl. Abb. 2 zuoberst). Das Produkt ist farblos. Da die- se Reaktion nie alle Anthocyan-Moleküle in einem Weinmuster betrifft, kommt es in der Praxis lediglich zu einem Blasserwerden der Probe. Die vorüberge- hende Natur dieses Phänomens beruht auf der Um- kehrbarkeit fast aller chemischen Reaktionen sowie einem späteren Abbinden der schwefligen Säure mit Oxidationsprodukten, die im Wein nach und nach un- ter dem Einfluss von Sauerstoff entstehen (zum Bei- spiel Acetaldehyd). Bei hohen pH-Werten erscheinen Anthocyan-Lösungen violett, blau oder sogar gelb. Im Wein haben die letztgenannten Farbprägungen auf- grund der herrschenden pH-Bedingungen normaler- weise keine Bedeutung. Beim Abwaschen von Rot- weingläsern mit einem Detergens kann es aber schon einmal vorkommen, dass sich der Weinrest im Glas unter dem Einfluss des alkalischen Abwaschmittels violettblau verfärbt.
GETRÄNKETECHNOLOGIE
S U L F O N D E R I V A T
O X O N I U M K A T I O N
P S E U D O B A S E
A N H Y D R O B A S E
P H E N Y L A T
C H A L K O N
GELBBLAUVIOLETTROTFARBLOS
p H
< 3
3
7
8
11
>11
O C H3 O H O C H3 H O3S
O
O G l c O H
H O
O C H3 O H O C H3 O G l c O H
H O O
H+
O C H3 O H O C H3 O G l c O H
H O O
H O
O C H3
O C H3 O O
O G l c - O
O -
O C H3
O
O C H3 O G l c O H
H O O
O C H3 O - C H3 O G l c O -
- O O -
VERBLASSUNG
H S O3-
O H -
+H20
-H20
Abb. 2: Farbenspiel des Anthocyans Malvidin-3-Glucosid unter verschiedenen physikalisch-chemischen Bedingungen.
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Eine komplizierte Sache
Die Bildung der Anthocyane in blauen Trauben setzt bei Reifebeginn ein (Abb. 5). Sie ist eine der Faktoren, die unter dem Begriff «Véraison» zusammengefasst werden. Neben der Farbe verändern sich bekanntlich auch die Elastizität der Beeren, der Säuregehalt, die Zuckereinlagerung beginnt und es setzt der zweite Wachstumsschub ein. Während Säureabnahme und Zuckereinlagerung eigentlich recht einfache Prozes- se voraussetzen, braucht die Anthocyanbildung nicht weniger als neun (!) Reaktionsschritte. Ausgehend vom Enzym mit dem Zungen brechenden Namen Phenylalanin-Ammonium-Lyase (PAL: dem Schlüssel- enzym des Sekundärstoffwechsels) wird das drei- ringige Flavangerüst (Abb. 2) aufgebaut. Vor allem der O-haltige (mittlere) Ring wird dann intern so lange modifiziert, bis schliesslich über das farblose Leuco- anthocyanidin mit Hilfe eines letzten Enzymschritts (UDPG-Flavanoid-3-Glucosyl-Transferase: UFGT) das einigermassen stabile und farbige Anthocyan entsteht.
Wozu soll das gut sein?
Molekularbiologische Studien, welche die sogenann- ten Expressionsmuster der Gene für die meisten der oben erwähnten Enzymschritte untersuchten – das heisst abklärten, welche dieser Gene in verschiede- nen Organen der Rebe aktiv sind und damit die Bil- dung dieser Enzyme ermöglichen – zeigten, dass in weissen Trauben vermutlich nur der Code zur Auslö- sung der Synthese von UFGT (der Promoter) nicht vorhanden ist (Boss et al. 1996 a). Das ist erstaunlich angesichts der Tatsache, dass die Natur sonst mit den Ressourcen sehr sparsam und effizient umgeht. Nor- malerweise werden nicht beschrittene Stoffwechsel- wege an der Abzweigungsstelle reguliert, um zu ver- hindern, dass aufwändig synthetisierte Stoffe in eine Sackgasse gelangen. Eine Erklärung für diese Ausnah- me mag sein, dass von den Zwischenprodukten der Anthocyanbildung eine Reihe von andern für die Re- be wichtigen Stoffwechselwege abzweigen, so auch derjenige, der letztlich zu den Tanninen (Gerbstof- fen) führt (Abb. 4).
Auf Grund dieser Situation muss man aber davon ausgehen, dass blaue Trauben die ursprüngliche Fruchtform von Vitis viniferasind. Dies deckt sich auch mit der Beobachtung, dass Früchte von Pflan- zen, die auf eine Verbreitung über Vögel angewiesen sind, normalerweise blaue oder rote Pigmentierun- gen aufweisen, da Vögel (im Gegensatz zu Insekten) das Farbspektrum ähnlich wie der Mensch aufneh- men, das heisst die genannten Farben im grünen Blattwerk besonders gut ausmachen können. Für uns bedeutet das, dass Pinot blanc und Pinot gris Spiel- formen, also Mutanten von Pinot noir sind und nicht umgekehrt – dies mag aber von rein akademischem Interesse sein.
Die Kupferfarbenen
In ein besonderes Kapitel der Farbbildung scheinen die kupferfarbenen Pigment-Zwischenformen wie
der Grauburgunder oder Pinot gris zu gehören. Un- tersucht wurde die Angelegenheit vor nicht allzu lan- ger Zeit in Langhorn Creek (South Australia) an einer selektionierten kupferfarbenen Mutante von Caber- net Sauvignon, dem Bronze Cabernet (Boss et al.
1996 b). Es besteht Grund zur Annahme, dass die Ver- hältnisse bei Pinot gris dieselben sind.
Die Zusammensetzung der Farbkomponenten ist mit den Hauptbestandteilen Malvidin-Glucosid, Mal- vidin-Acetylglucosid und Malvidin-Cumarylglucosid qualitativ identisch. Es ist also keine Mutation in der Befähigung zur Bildung einzelner Komponenten ein- getreten, die eine Veränderung in der Farbausprä- gung nach sich gezogen hätte. Mengenmässig enthält der Bronze Cabernet bei vergleichbarer Reife aber GETRÄNKETECHNOLOGIE
Epidermis
Hypodermis
Tage vor oder nach der Blüte Reife 120 10
6 4 0 -5
Abb. 3: Die Entwick- lung des Hautsys- tems von Trauben- beeren (nach Consi- dine und Knox 1981).
Abb. 4: Die Fähigkeit zur Bildung der Anthocyane ist nicht auf die Beeren(haut) beschränkt. Gewisse blaufrüchtige Rebsor- ten neigen – beson- ders nach Infektion mit dem Blattroll- virus oder bei Mag- nesium-Mangel – zu starker Herbstverfär- bung der Blätter.
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nur 4,1 «Einheiten Farbe» (A520) pro Beere gegenüber 30,6 Einheiten im Cabernet Sauvignon, also rund sie- benmal weniger.
Eine mögliche Erklärung dafür ist in den Vorgän- gen zu suchen, die in der Zeit zwischen Blüte und Reifebeginn zur Bildung der Beerenhaut führen. Die
«Haut» der reifenden Traubenbeere besteht anato- misch aus einer einlagigen äussersten Zellschicht, der Epidermis und der darunterliegenden Hypodermis, die aus mehreren Schichten aufgebaut ist. In den Va- kuolen dieser beiden Zellgruppen werden im Nor- malfall bei blauen Trauben die Anthocyane eingela- gert. Im Detail untersucht wurde die Entwicklung des Hautsystems von Considin und Knox (1981) an der Sorte Gordo. Es ist bekannt, dass bezüglich der Anzahl Zelllagen in der Hypodermis sortenspezifi- sche Unterschiede bestehen, bei Gordo sind es sechs oder sieben.
Die Entstehung der Haut am Beispiel von «Gordo»
ist in Abbildung 3 schematisch dargestellt: Aus der im Blütenstand (Geschein) bereits vorhandenen Lage der Hypodermis-«Mutterzellen» entsteht während und kurz nach der Blüte durch eine Reihe von (bei Gordo offenbar vier bis fünf) nicht-synchronen Tei- lungen die bei blauen Trauben anthocyanhaltige Hy- podermis. Die Epidermis ist keinen Teilungen unter- worfen. Im Normalfall ist – wieder bei blauen Trau- ben – in beiden Ausgangsgeweben die genetische In- formation für die Farbsynthese vorhanden. Wenn nun aus irgendwelchen Gründen diese Information in der Hypodermis-Mutterzelle nicht vorhanden oder der genetische Befehl zur Umsetzung fehlerhaft ist, be- trifft dies bei Reifebeginn die gesamte Hypodermis- Schicht, da ja alle ihre Zellen von derselben «Mutter»
stammen und demzufolge genetisch identisch sind.
Das bedeutet für Bronze Cabernet und aller Wahr- scheinlichkeit nach auch Pinot gris , dass nur die Epi- dermiszellen Anthocyane aufweisen und damit die Farbintensität auf einen Siebtel oder Achtel reduziert wird.
Literatur:
Boss P.K., Davies C. and Robinson S.P.: Expression of anthocyanin biosynthesis pathway genes in red and white grapes. Plant Molec.
Biol. 32, 565–569, 1996 a.
Boss P.K., Davies C. and Robinson S.P.: Anthocyanin composition and anthocyanin pathway gene expression in grapevine sports dif- fering in berry skin colour. Australian J. Grape and Wine Res. 2, 163–170, 1996 b.
Considine J.A. and Knox R.B.: Tissue origins, cell lineages and pat- terns of cell division in the developing dermal system of the fruit of Vitis vinifera L. Planta 151, 403–412, 1981.
Hesford F. und Schneider K.: Anthocyane: Die natürlichen Farbstoffe des Weines. Schweiz. Z. Obst-Weinbau 22, 559–561, 1997.
Wenzel K., Dittrich H.H. und Heimfarth M.: Die Zusammensetzung der Anthocyane in den Beeren verschiedener Rebsorten. Vitis 26, 65–78, 1987.
GETRÄNKETECHNOLOGIE
Du vin rouge à partir de raisin bleu
La couleur du vin rouge dépend essentiellement de la composition des anthocyanes dans le raisin et de leur transfert dans la solution alcoolique acide au cours de la vinification. Mais ces anthocyanes
«annoncent aussi la couleur» dans le vin, changeant de nuance au gré du pH. La production d’anthocyanes dans le raisin est un processus assez compliqué du point de vue biochimique et on est donc étonné de constater que dans le raisin blanc, c’est unique- ment l’ultime étape enzymatique, celle qui conduit à la compo- sante couleur, qui est inhibée. Cette régulation peu économique à première vue s’explique sans doute par le fait que les précurseurs peuvent aussi intervenir dans d’autres voies de synthèse (tan- nins). La couleur mixte «grise» du cabernet bronze, et sans doute aussi du pinot gris, n’est apparemment pas le fait d’une composi- tion ou d’une forme particulière des anthocyanes, mais se fonde sur la prolifération irrégulière de deux lignées de cellules avec une information génétique différente en cours de développement des baies.
R
ÉSUMÉAbb. 5: Der Beginn der Anthocyan-Synthese bei Einsetzen der Reife erfolgt nicht synchron. Innerhalb einer Traube sind deutliche Unterschiede im Fortschritt der Farbbildung feststellbar.
