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Die Rolle der Bio-Ernährung bei der Gärung von Weinen mit hohem Alkoholgehalt

Dr. Gianpaolo Benevento, AB Biotek

Die potenziellen Auswirkungen des Klimawandels auf den Weinbau müssen noch umfassend verstanden werden. Jedoch wurden bereits Untersuchungen durchgeführt, um zu untersuchen, was Winzer tun können, um einige dieser potenziellen Auswirkungen zu mildern und die Rolle zu identifizieren, die aktuelle und neue Weinbehandlungsmittel spielen können.

Im Weinbau erfordern die Auswirkungen der globalen Erwärmung ein Überdenken der aktuellen Weinproduktionsmethoden. Angesichts des starken Einflusses von Wetter- und Klimafaktoren auf Ernteerträge, Traubenqualität und -eigenschaften kann der Klimawandel in der Tat erhebliche Auswirkungen haben. Die Trends der jüngsten Vergangenheit deuten bereits auf eine Verlängerung der Vegetationsperiode aufgrund von Änderungen der Mittleren Temperaturen sowie der Niederschlagsmengen und -häufigkeit hin. Diese Faktoren haben bereits die Weintypizität in einigen der renommiertesten Weinregionen der Welt beeinflusst. Darüber hinaus prognostizieren mehrere Klimawandelszenarien bis zum Ende des Jahrhunderts erhöhte Stressbedingungen für das Wachstum von Weinreben. Obwohl die Technologie eine gewisse Hilfe
bietet, drängen klare Hinweise für einen signifikanten Klimawandel in den kommenden Jahrzehnten darauf, dass die Winzer Anpassungs- und Minderungsmaßnahmen ergreifen.

In zukünftigen Klimawandelszenarien können steigende Temperaturen den Zeitpunkt der Traubenreifung und das daraus resultierende Erntedatum verändern und die Qualität und den Ertrag der Trauben beeinträchtigen.
Das wärmere Klima führt zu einer höheren Zuckerkonzentration in der Traube / dem Most und dann zu Weinen mit einem höheren Ethanolgehalt. Der Anstieg des Alkoholgehalts von Weinen wird weltweit
gemeldet, zum Beispiel in Italien (Abruzzeni und Apulienii), Frankreich (Côtes du Rhôneiii , Elsassiv), Kalifornienv (Napa Valleyvi), Australien.vii
Die Alkoholbildung kann ein erheblicher Stressfaktor während der Gärung sein. Obwohl Saccharomyces cerevisiae sehr ethanoltolerant ist, hemmen relativ hohe Alkoholkonzentrationen das Zellwachstum und die
Lebensfähigkeit, was es schwierig macht, die Fermentationen abzuschliessen. Dies stellt eine echte Herausforderung für die Winzer dar, die trotz des anfänglich hohen Zuckergehalts trockene Weine
produzieren wollen.
Obwohl in den letzten Jahrzehnten erhebliche Anstrengungen unternommen wurden, um die Ethanol - Stressreaktion zu untersuchen, sind die Mechanismen der Ethanoltoleranz noch nicht vollständig bekannt.
Es ist unbestritten, dass der Stoffwechsel von Saccharomyces cerevisiae ohne Sauerstoff mehrere Anpassungen erfordert. Es ist auch klar, dass die Hefe unter anaeroben Bedingungen nicht in der Lage ist, Sterole und ungesättigte Fettsäuren zu synthetisieren und dass diese für das anaerobe Wachstum zugesetzt werden müssen. In jüngerer Zeit hat sich herausgestellt, dass noch weitere Faktoren eine Rolle spielen.
Mehrere andere biosynthetische Reaktionen benötigen ebenfalls molekularen Sauerstoff, und die Hefe muss dafür Alternativen haben. Darüber hinaus zeigen die Zusammensetzung der Zellwand und der Zellmembran
große Unterschiede, wenn aerobe und anaerobe Zellen verglichen werden.

Die Fähigkeit, unter Bedingungen mit hohem Alkoholgehalt zu gären, ist zwischen den Hefestämmen unterschiedlich ausgeprägt. Diese Variabilität manifestiert sich in der Fähigkeit, die Fermentationsrate
während der stationären Phase aufrechtzuerhalten. In der Tat findet die alkoholische Gärung überwiegend während der stationären Phase statt, und die Fähigkeit, während dieser Phase stark zu gären, hat einen
großen Einfluss auf die gesamte Fermentationszeit.
Die Fähigkeit der Hefezellmembran, ihre Fließfähigkeit in einer Umgebung mit hohem Ethanolgehalt aufrechtzuerhalten, wurde mit der Ethanoltoleranz korreliert.
Saccharomyces cerevisiae benötigt keinen Sauerstoff, um bei der Gärung von Traubensaft Energie zu erhalten.
Es gibt jedoch einige essentielle Biosynthesewege, die Sauerstoff als Substrat verwenden. Dies gilt für die Biosynthese von Sterolen und ungesättigten Fettsäuren. Während der Wachstumsphase, während die
Zellvermehrung aktiv ist, muss die Hefe kontinuierlich neue Plasmamembranen aufbauen. Aus diesem Grund müssen Hefen in den ersten Phasen der alkoholischen Fermentation große Mengen an Sterolen, Fettsäuren
und Phospholipiden synthetisieren.
 

fig1

Abbildung 1 Lipiddoppelschicht eukaryotischer Membranen und ihrer Bestandteile: Phospholipide, Sterole, Membranproteine und
Glykolipide.

Quelle: Charakterisierung und Rolle von Sterolen in Saccharomyces cerevisiae während der alkoholischen Weißweingärung Giovana Girardi, Piva Erick Casalta, Jean- Luc Legras, Catherine Tesnière, Jean-Marie Sablayrolles, David Ferreira, Anne Ortiz-Julien, Virginie Galeote and Jean-Roch Mouret.

Wenn die Ethanolkonzentration progressiv ansteigt, müssen die Hefen ihre plasmatischen Membranen an diese aggressive neue Umgebung anpassen können. viii Anscheinend verändert das Vorhandensein von
Ethanol im Medium drastisch die Fließfähigkeit der Membran,ix und wenn es an Sterolen und ungesättigten Fettsäuren mangelt, ist der Effekt ein Hefezellbruch und / oder eine schwierige Permeation, was zu einer
trägen Fermentation führt.

Der Mechanismus der Veränderungen der Membraneigenschaften ist grundlegend für die Wirkung der Ethanoltoxizität. Die physikalischen Veränderungen, denen die Membranstruktur aufgrund der Anwesenheit
von Alkohol im Medium unterliegt, sind nicht vollständig beschrieben. Es wird angenommen, dass Ethanol in den Lipidköpfen der Membran eingelagert wird, wobei die OH-Gruppe des Ethanols mit der Phosphatgruppe
der Lipidköpfe verbunden ist. Der eher hydrophobe Molekülpart ist nach dem hydrophoben Kern der Membran ausgerichtet. Wenn diese Wechselwirkung stattfindet, ersetzen Ethanolmoleküle Grenzflächenwassermoleküle und erzeugen laterale Räume zwischen polaren Köpfen und folglich Räume im hydrophoben Kern. Diese Lücken führen zu ungünstigen Energiezuständen, so dass das System versucht, sie zu minimieren. Diese Modifikation in der Membran verursacht eine Abnahme ihrer Dicke um mindestens 25% und als Folge dieser Ausdünnung können Veränderungen in der Struktur und Funktion des Membranproteins auftreten, was zu einer zellulären Inaktivierung während des Fermentationsprozesses führt.x

Schließlich sind Phytosterole und inaktive Hefezellzusätze im Fermentationsmedium in der Lage, die
Sterolverfügbarkeit zu erhöhen und den zellulären Bedarf an Lipiden zu reduzieren, was zu einer Abnahme der Essigsäureproduktion führt.xi,xii

Die Supplementierung mit Sterolen kann auch die Produktion von flüchtigen Aromastoffen, wie z.B. höheren Alkoholen, steigern. Tatsächlich wurde eine positive Korrelation zwischen der Bildung von höheren Alkoholen und einem höheren Sterolgehalt sowohl für Ergosterin als auch für Phytosterole beobachtet.xiii

fig1

Tabelle 1 Sterole (Ergosterin und Phytosterole) und ihr Einfluss auf die Esterbiosynthese. (+) zeigt einen Anstieg und (−) eine Abnahme der Esterkonzentration an.
Quelle: Charakterisierung und Rolle von Sterolen in Saccharomyces cerevisiae während der alkoholischen Weißweingärung Giovana Girardi, Piva Erick Casalta, Jean-Luc Legras, Catherine Tesnière, Jean-Marie Sablayrolles, David Ferreira, Anne Ortiz-Julien, Virginie Galeote and Jean-Roch Mouret.

Die Bedeutung der biologischen Nährstoffe ist auch aus anderen Gründen von entscheidender Bedeutung.
Die Supplementierung von Stickstoff ohne korrektes Gleichgewicht mit Lipiden (ungesättigte Fettsäuren, Ergosterol) könnte während der Fermentation zum Absterben der Hefezellen führen.xix Es wird gezeigt, dass
Stickstoffquellen aufgrund ihrer Signalwirkung möglicherweise negative Auswirkungen haben können, und dies muss berücksichtigt werden. Ein tiefes Verständnis der spezifischen Auswirkungen jeder Stickstoffquelle
unter solchen Bedingungen ist erforderlich, um die Vorhersage der Risiken im Zusammenhang mit Stickstoffüberschuss bei lipidbegrenzten Fermentationen zu verbessern.

fig1

Abbildung 2 (A) (grüne Kurven) Ungesättigter Fettsäuremangel (18 mg/L), (B) (dunkelblaue Kurven): Ergosterolmangel (1,5 mg/L), (C) (hellblaue Kurven): Pantothensäuremangel (0,02 mg/L) und (D) (gelbe Kurven)-: Nikotinsäuremangel (0,08 mg/L).
Offene Kreise zeigen N-: stickstoffarm (71 mg/L YAN); Volle Diamanten zeigen N+ an: hoher Stickstoffgehalt (425 mg/L YAN). Die Fermentationen wurden doppelt durchgeführt; Fehlerindikatoren entsprechen der Standardabweichungxx

Daher ist eine angemessene Versorgung mit organischem Stickstoff, der auf natürlichem Weg mit Lipiden wie inaktivierter oder autolysater Hefe assoziiert ist, während der Fermentation unter Stressbedingungen, wie z.B. bei hoch zuckerhaltigem Most, besonders wichtig.
Pinnacle Nährstoffe unterstützen die Bereitstellung aller Wachstumsfaktoren, die für eine problemlose Fermentation unter schwierigen Bedingungen erforderlich sind:

  • Pinnacle FermiSafe bietet physikalische Unterstützung für die geimpfte Hefe, um sich besser im Medium zu verteilen und so die Anpassungsphase zu verkürzen. Die inaktivierte Hefe liefert Überlebensfaktoren (Sterole) und setzt während der Fermentation allmählich Aminosäuren frei. Die Cellulose erzeugt auch Keimbildungsstellen, welche die toxische Wirkung der CO2-Ansammlung im Boden der Gärgefäße vermeiden.
     
  • Pinnacle FermiFresh ist ein organischer (ammoniumsalzfreier) Nährstoff für Weiß- und Roséweine. Mit seiner schrittweisen Freisetzung von Aminosäuren, ungesättigten Fettsäuren, Sterolen und insbesondere Antioxidantien liefert er Wachstumsfaktoren für eine vollständige und sichere Gärung.
     
  • Pinnacle FermiTop ist eine sehr reiche Quelle an freien Aminosäuren, Vitaminen, Mineralien, ungesättigten Fettsäuren und Sterolen, die sofort für die Hefe verfügbar sind und die Zellvermehrung und Vitalität der Zellen verbessern. Es liefert Aminosäuren für die Synthese von Transportproteinen und Enzymen. Die allmähliche Freisetzung von Wachstumsfaktoren ermöglicht eine vollständige und sichere Fermentation. Die leichte Verfügbarkeit von Aminosäuren sorgt für einen vollständigen und reichhaltigen enzymatischen Pool für die Hefezellen, der die Aromasynthese erhöht.

 

fig3

Abbildung 3 Fermentation in Chardonnaymost bei 20°C, 14,6% EtOH-Potential und 150 ppm Initial-YAN
Die Zugabe erfolgte nach 48 h nach Beginn der Gärung. Interne Studien.

 

logo AB BiotekMehr Informationen:
www.Pinnaclewineingredients.com
www,pinnaclewineingredients/contact

 

Anmerkungen

i Di Lena, B.; Silvestroni, O.; Mariani, L.; Parisi, S.; Antenucci, F. European climate variability effects on grapevine harvest date time series in the Abruzzi (Italy). Acta Hortic. 2012, 931, 63–69.

ii Scaglione, G.; Graziani, G.; Federico, R.; Di Vaio, C.; Nadal, M.; Formato, A.; Di Lorenzo, R.; Ritieni, A. Effect of canopy managment techniques on the nutritional quality of the Montepulciano grapewine in Puglia (southern Italy). OENO One 2012, 46, 253–261.

iii Ganichot, B. Evolution de la date des vendanges dans les Côtes du Rhône méridionales. En Actes des 6e Rencontres Rhodaniennes; Institut Rhodanien: Orange, Francia, 2002; pp. 38–41.

iv Duchêne, E.; Schneider, C. Grapevine and climatic changes: A glance at the situation in Alsace. Agron. Sustain. Dev. 2005, 25, 93–99.

v Dokoozlian, N. Integrated canopy management: A twenty year evolution in California. En Recent Advances in Grapevine Canopy Management; Universidad de California: Davis, CA, USA, 16 de julio de 2009; pp. 43–52.

vi Vierra, G. Pretenders at the table—Are table wines no longer food friendly? Wine Business Monthly 2004, 11, 17–21.

vii Godden, P.; Gishen, M. The trends in the composition of Australian wine from vintages 1984 to 2004. Austral. New Zealand Wine Ind. J. 2005, 20, 21.

viii Weber, F.J. y Bont, J.A.M. (1996) Adaptation mechanisms of microrganisms to the toxic effects of organic solvents on membranes. Biochim. Biophys. Acta, 1286, 225–245.

ix Jones, R.P. y Greenfield, P.F. (1987) Ethanol and the fluidity of the yeast plasma membrane. Yeast, 3, 223–232.

x Lairón-Peris, M.; Routledge, S.J.; Linney, J.A.; Alonso-del-Real, J.; Spickett, C.M.; Pitt, A.R.; Guillamon, J.M.; Barrio, E.; Goddard, A.D. Querol A Analysis of lipid composition reveals mechanisms of ethanol tolerance in the model yeast 2 Saccharomyces cerevisiae.

xi Belviso, S.; Bardi, L.; Bartolini, A.B.; Marzona, M. Lipid nutrition of Saccharomyces cerevisiae in winemaking. Can. J. Microbiol. 2004, 50, 669–674.

xii Deroite, A.; Legras, J.L.; Ortiz-Julien, A.; Dequin, S. Reduction of acetic acid production during wine fermentation by Saccharomyces cerevisiae × Saccharomyces kudriavzevii hybrids using adaptive evolution under lipids limitation. En Proceedings of the ISSY 34, Bariloche, Argentina, 1–4 de octubre de 2018.

xiii Rollero, S.; Bloem, A.; Camarasa, C.; Sánchez, I.; Ortiz-Julien, A.; Sablayrolles, J.M.; Dequin, S.; Mouret, J.R. Combined effects of nutrients and temperature on the production of fermentative aromas by Saccharomyces cerevisiae during wine fermentation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015, 99, 2291–2304.

xiv Fairbairn, S.; Ferreira, A.C.S.; Bauer, F.F. Modulation of Yeast-Derived Volatile Aromas by Oleic Acid and Sterols. S. Afr. J. Enol. Vitic. 2019, 40, 1–11.

xv Varela, C.; Torrea, D.; Schmidt, S.A.; Ancin-Azpilicueta, C.; Henschke, P.A. Effect of oxygen and lipid supplementation on the volatile composition of chemically defined medium and Chardonnay wine fermented with Saccharomyces cerevisiae. 2012, 135, 2863–2871.

xvi Rollero, S.; Mouret, J.R.; Sanchez, I.; Camarasa, C.; Ortiz-Julien, A.; Sablayrolles, J.M.; Dequin, S. Schlüsselrolle des Lipidmanagements im Stickstoff- und Aromastoffwechsel in einem entwickelten Weinhefestamm. Mikrob. Zell-Fakt. 2016, 15, 1–15.

xvii Guittin, C.; Maçna, F.; Sanchez, I.; Poitou, X.; Sablayrolles, J.M.; Mouret, J.R.; Farines, V. Einfluss hoher Lipidgehalte auf die Erzeugung fermentativer Aromen während der Weißweingärung. Appl. Mikrobiol. Biotechnol. 2021, 105, 6435–6449.

xviii Rollero, S.; Bloem, A.; Camarasa, C.; Sanchez, I.; Ortiz-Julien, A.; Sablayrolles, J.-M.; Dequin, S.; Mouret, J.-R. Kombinierte Auswirkungen von Nährstoffen und Temperatur auf die Produktion von fermentativen Aromen durch Saccharomyces cerevisiae während der Weingärung. Appl. Mikrobiol. Biotechnol.

xix Catherine Tesnière, Pierre Delobel, Martine Pradal, Bruno Blondin Impact of Nutrient Imbalance on Wine Alcoholic Fermentations: Nitrogen Excess Enhances Yeast Cell Death in Lipid-Limited Must.

xx A set of nutrient limitations trigger yeast cell death in a nitrogen-dependent manner during wine alcoholic fermentation Camille Duc, Martine Pradal, Bruno Blondin.

Veröffentlicht am 06/09/2022
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