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Die Klimaveränderung und die damit einhergehende verstärkte Fäulnisdynamik auf Trauben stellt eine Herausforderung für die nördlichen Weinbauregionen Europas dar. Daher wurde die vollautomatisch-optische Traubensortierung, eine innovative Verfahrenstechnik bei der Traubenverarbeitung, im zugrundeliegenden Projekt erstmals zur maschinellen Selektion fauler Beeren aus Hand- und Maschinenlesegut unter Praxisbedingungen in den Jahrgängen 2010 und 2011 eingesetzt. Hierzu wurden 15 Sortierversuche mit durchschnittlich zwei Tonnen Lesegut unterschiedlicher Rebsorten des Weinanbaugebietes Mosel mit unterschiedlichen Fäulnisarten und intensitäten durchgeführt, wobei Selektionsquoten bis zu 99 % erreicht wurden. Durch die Sortierung erfolgte eine Fraktionierung des Lesegutes in Saftvorlauf (aus geöffneten Beeren austretender Saft), Positivfraktion (gesunde Beeren) und Negativfraktion (faule Beeren), die im Vergleich zur unsortierten Kontrolle repräsentative Aussagen über den Fäulniseinfluss von Beeren auf die standardisiert verarbeiteten Moste und Weine lieferten.
Ziel dieser Arbeit war es, mittels vielseitiger analytischer und sensorischer Untersuchungen der einzelnen Fraktionen die vollautomatisch-optische Traubensortierung als Maßnahme zur Qualitätssicherung, -steigerung und -sicherheit der Moste und korrelierenden Weine zu bewerten. Im Rahmen der analytischen Untersuchungen wurden die Gehalte an Mykotoxinen, biogenen Aminen, Phenolen, Gluconsäure, Glycerin, organischen Säuren, Kationen, Schwefelbindungspartnern und Off-flavour-Verbindungen sowie das Mostgewicht bestimmt. Die notwendigen Methoden zur Bestimmung der Mykotoxine mittels HPLC-MS/MS sowie der phenolischen Verbindungen mittels HPLC-UV wurden entwickelt und validiert. Sensorisch wurden deskriptive sowie diskriminative Untersuchungen durchgeführt.
Die Ergebnisse der analytischen und sensorischen Untersuchungen aller Versuche zeigten, dass die Art und Entwicklung der auf Trauben auftretenden Fäulnis überwiegend zu qualitativ negativen Beeinflussungen der rebsortentypischen Weinstilistik führte. Die effiziente Selektion fäulnisbelasteter Beeren mittels vollautomatisch-optischer Traubensortierung und die hierdurch ermöglichte, individuelle Handhabung der einzelnen Sortierfraktionen tragen zur Sicherung, Steigerung und Sicherheit der Qualität von Weinen bei.
Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass diese Ergebnisse nur den Zustand zweier Jahrgänge widerspiegeln. Zukünftige Untersuchungen über mehrere Jahre sollten daher angestrebt werden, um die beobachteten Trends zu bestätigen.
Immobilisierung von Glycosidasen an magnetische Partikel mit dem Ziel einer Weinaromaverbesserung
(2016)
In der Winzertechnik werden Enzympräparate für diverse Anwendungen eingesetzt. Dabei gibt es zahlreiche kommerzielle Enzyme zur Verbesserung bzw. Freisetzung von Aromen. Solche Enzympräparate werden nach einiger Zeit durch eine Bentonitschönung inaktiviert bzw. ausgefällt und gehen damit verloren. Der Einsatz von neuem Enzympräparat bei jedem weiteren Gärungsansatz stellt dabei einen Kostenfaktor für den Winzer dar und es bleibt eine gewisse Rest-Enzymaktivität im Wein erhalten. Letzteres führt dazu, dass solche Weine sensorisch nach einem halben bis einem Jahr abbauen. Um sensorische Beeinträchtigungen und Qualitätsminderungen vorzubeugen ist eine vollständige Entfernung der Enzyme wichtig. Eine Immobilisierung dieser Enzyme an Magnetit-Partikel stellt eine Möglichkeit dar, dieses Problem zu lösen. Besonders die vollständige Entfernung durch eine Magnet-Separation und die anschließende Wiederverwendbarkeit der Enzyme sind dabei wichtige Vorteile für den Winzer.
Bei Enzympräparaten zur Weinaromaverbesserung handelt es sich um pektolytische Enzymmischungen mit einer β-Glucosidase-Nebenaktivität. Gerade in Weißwein kommen viele Aromen glykosidisch gebunden vor und sind dadurch sensorisch nicht wirksam. Diese glykosidischen Verbindungen können durch eine β Glucosidase-Aktivität gespalten und das entsprechende Aroma-Aglykon freigesetzt werden. Allerdings liegt bei der Freisetzung der Aromastoffe ein sequentieller Mechanismus vor, d.h. es werden ebenfalls andere Glycosidasen, wie Arabinosidase, Rhamnosidase oder Xylosidase, benötigt, um Aroma freizusetzen. Daher muss es sich bei den für die Aromafreisetzung eingesetzten Enzymen immer um eine Mischung aus Glycosidasen handeln. Die Immobilisierung verschiedener Enzyme auf einen Träger ist dahingehend eine Herausforderung, indem jedes Enzym andere Voraussetzungen hat, um erfolgreich an einen Träger zu koppeln. Aus diesem Grund ist die simultane Immobilisierung mehrere Enzyme immer nur ein Kompromiss.
Ziel dieser Arbeit war es, die Enzyme erfolgreich an Magnetit-Partikel zu koppeln und mittels analytischer und sensorischer Untersuchungen die Wirksamkeit und die Eigenschaften der Enzyme hinsichtlich eines Einsatzes in der Winzertechnik zu bewerten. Zur Immobilisierung wurden superparamagnetische Magnetit-Partikel, die in einer Matrix aus Polyvinylalkohol eingeschlossen waren, verwendet und die Konjugation der Enzyme wurde mit Carbodiimid durchgeführt.
Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist mehrere Glycosidasen verschiedener Spezifität aus einem kommerziellen, önologischen Enzympräparat erfolgreich an Magnetit-Partikel zu koppeln und dadurch die Aroma-Ausprägung von Wein positiv zu beeinflussen. Bei den untersuchten Bedingungen stellten sich pH 3,8 bis 4,0 als beste Voraussetzung heraus, um möglichst viele Glycosidasen aktiv an den Träger zu konjugieren. Generell hatte die β-Glucosidase eine relativ hohe Kopplungsaffinität zum Träger, sodass im immobilisierten Enzymgemisch andere Mengenverhältnisse der einzelnen Glycosidasen vorlagen als im Ausgangsprodukt. Untersuchungen hinsichtlich einer möglichen Änderung im Aktivitätsprofil zeigten keine signifikanten Unterschiede. Durch die Kopplungsreaktion kam es zu keiner negativen Beeinträchtigung. Für alle Enzympräparate wurde allerdings eine deutliche Inhibition der β-Glucosidase-Aktivität durch Glucose festgestellt. Die Enzyme sollten daher erst am Ende bzw. nach der Gärung eingesetzt werden, da dort die Glucose-Konzentration am niedrigsten ist. Stabilitätsuntersuchungen der gekoppelten Glycosidasen im Wein zeigten lediglich leichte Aktivitätsverluste. Somit war die Kopplung stabil und stellte kein Hindernis für einen Einsatz im Wein dar. Die Rückgewinnung der Magnetit-Partikel aus Wein wurde mit Hilfe eines Hochgradient-Magnet-Separators durchgeführt. Die Separation hatte ebenfalls keinen negativen Einfluss auf die Enzymaktivität der gekoppelten Enzyme.
Da die Enzyme an Magnetit-Partikel gekoppelt wurden, ist eine mögliche Eisenmigration aus den Partikeln in den Wein ebenfalls ein wichtiges Kriterium und wurde entsprechend untersucht. Dabei konnten durch den Einsatz der Magnetit-Partikel im Wein teilweise ein stark erhöhter Eisengehalt festgestellt werden. Eine erhöhte Eisen-Konzentration im Wein kann zu drastischen Qualitätseinbußen und zu vermehrter Oxidation führen. In Folge dessen stellt die Eisenmigration aus den Partikeln noch ein erhebliches Problem bei einem späteren Einsatz in der Winzertechnik dar. Untersuchungen zum Phenolgehalt der mit Magnetit-Partikel behandelten Weinproben ließen auf einen solchen oxidativen Abbau durch die erhöhten Eisen-Konzentrationen schließen. Weitere Untersuchungen einiger Einzelphenole bestätigten diese Annahme. Neben verminderten Phenolgehalten konnten dagegen einige Phenole, wie Kaffeesäure, p Coumarsäure und Resveratrol, durch den Enzymeinsatz signifikant gesteigert werden.
Weitere Untersuchungen zeigten, dass die gekoppelten Enzyme fähig waren, Aromastoffe im Wein freizusetzen. Der Terpengehalt konnte signifikant durch Enzymeinsatz, sowohl frei als auch immobilisiert, gesteigert werden. Dies betraf besonders die Monoterpene Nerol und Geraniol. Ein Vergleich zwischen gekoppelten und freien Glycosidasen zeigte, dass durch das nicht-immobilisierte Enzymgemisch etwas mehr der untersuchten Verbindungen freigesetzt wurde. Dieser Effekt kann mit der durch die Kopplung veränderten Enzym-Zusammensetzung erklärt werden, da ein größerer Anteil an β-Glucosidase an die Magnetit-Partikel koppelte, aufgrund des sequentiellen Mechanismus, aber auch andere Glycosidasen von Bedeutung sind, um das entsprechende Aglykon freizusetzen.
An Magnetit-Partikel gekoppelte Glycosidasen können gut in bestehende Batch-Prozesse der Weinherstellung integriert werden. Außerdem sind, abgesehen vom Magnet-Separator, nur geringe Investitionen in neue Anlagen nötig. Weitere Vorteile sind eine gute Abtrennung und Wiederverwendbarkeit der gekoppelten Enzyme, enzymfreies Produkt, nahezu identische Anwendung im Vergleich zu bestehenden Enzympräparaten und es ist kaum neue Prozess-Expertise für die Winzer notwendig. Die Prozessbetrachtung zeigte allerdings auch die Komplexität der Hydrolyse glykosidisch gebundener Stoffe im Wein, da eine Vielzahl von Faktoren die Hydrolyse der Glykoside im Wein beeinflusst. Somit ist eine Vorhersage bzw. Abschätzung der Freisetzung an Aromastoffen im Wein durch einen Enzymeinsatz äußerst kompliziert und es ist zurzeit noch nicht möglich die erworbenen Kenntnisse zur Hydrolyse der Glykoside den Weingütern effizient zur Verfügung zu stellen.
Die Glycosidasen β-Glucosidase, Arabinosidase, Rhamnosidase und Xylosidase konnten erfolgreich auf die verwendeten Magnetit-Partikel immobilisiert, deren mögliche Wiederverwendbarkeit gezeigt und durch den Einsatz dieser Enzyme der Gehalt an Terpenen und einiger Phenole signifikant gesteigert werden. Diese Erkenntnisse zeigen, dass ein Einsatz der an Magnetit-Partikel gekoppelten Glycosidasen in der Winzertechnik möglich ist. Allerdings können die erhöhten Eisengehalte durch die Verwendung der Magnetit-Partikel zu Qualitätseinbußen führen. Daher sind die verwendeten Partikeln noch nicht für einen Einsatz in der Winzertechnik geeignet. Diese bedürfen weiterer Entwicklung, da für einen erfolgreichen Einsatz möglichst inerte Partikel vorliegen sollten, um die beschriebenen negativen Effekte zu minimieren.
Chemische und sensorische Auswirkungen physikalischer Konzentrierungsverfahren auf Most und Wein
(2003)
In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen weinbaulicher und kellerwirtschaftlicher Anreicherungsverfahren mit der traditionellen Anreicherung durch Saccharose und der unbehandelten Variante verglichen. Die Auswirkungen wurden analytisch und sensorisch erfasst. Die physikalischen Mostkonzentrierungsverfahren zeichnen sich dadurch aus, dass nicht flüchtige Mostinhaltsstoffe mit einem Molekulargewicht größer als 80g/Mol in erwartetem Maße angereichert werden. Diese Anreicherung ist auch im Wein sowohl analytisch als auch sensorisch feststellbar. Ausnahmen von diesem Anreicherungsverhalten bilden Kalium und Weinsäure, die während des Konzentrierungsvorganges als Weinstein ausfallen. Somit steigt auch die titrierbare Säure nicht in theoretisch erwartbarem Maße und der pH-Wert bleibt nahezu gleich wie beim unbehandelten Most bzw. Wein. Die üblicherweise angewendeten, weil kostengünstigeren und auch für Qualitätswein b.A. zugelassenen physikalischen Konzentrierungsverfahren sind Umkehrosmose (UO) und Vakuumverdampfung (VD). Beide Verfahren eignen sich gleichermaßen zur Anwendung an geklärten Weiß- und Rotmosten. Das Wasser (Permeat bzw. Destillat) wird schonend dem Most entzogen. Dabei treten Verluste von maximal 2% der nicht flüchtigen Inhaltsstoffe auf. Bei den Rotweinen zeigen beide Verfahren die gleichen Effekte. Nach Maischeerwärmung werden die Moste durch die physikalische Konzentrierung in ihrem Phenolgehalt sofort angereichert. Auch bei der Maischegärung werden die Phenolgehalte gegenüber der Saccharoseanreicherung angehoben, aber indirekt über ein reduziertes Saft/Maische-Verhältnis. Mit einem Saftentzug von der Maische können vergleichbare Effekte erzielt werden. Dies führt im Vergleich zur Saccharoseanreicherung zu analytisch reicheren und sensorisch signifikant besser bewerteten Rotweinen. Bei den Weißweinen nach UO- bzw. VD-Mostkonzentrierung im Vergleich zur Saccharosekontrolle besticht vor allem die Aromaintensität dadurch, dass glycosidisch gebundene Vorläufersubstanzen aufkonzentriert und die Aglyca verstärkt freigesetzt werden. Die Weine werden fruchtiger und vollmundiger. In der sensorischen Gesamtbeurteilung der konzentrierten Weißweine im Vergleich zur traditionellen Saccharoseanreicherung werden die genannten positiven Effekte durch die meist zu spitze Säure und einem als unharmonisch, eindimensional und zu breit empfundenen Geschmack überlagert. Deswegen werden nur selten signifikante Verbesserungen erreicht. Von UO werden auch im Most frei vorliegende Aromastoffe mit einem Molekulargewicht größer 80g/Mol angereichert, während bei der VD flüchtige Inhaltsstoffe bereits zu Beginn des Konzentrierungsvorganges zum Großteil ins Destillat übergehen. Bei VD werden deutliche Verluste der freien Terpene, C6-Alkohole und 2-Phenylethanol festgestellt. Das führt bei den Estern, die diese Verbindungen als Alkoholkomponente enthalten zu einer stark eingeschränkten Bildung während der Gärung. Daher ist die Konzentrierung von aromaintensiven Mosten mittels VD nicht ratsam. Die Anwendung der Gefrierkonzentrierung (Kryoextraktion) zeigt die höchste Verlustrate an Mostinhaltsstoffen in das abgetrennte Eiswasser (3% Zucker und 9-11% organische Säuren). Bei den Weißweinen erbringt die Gefrierkonzentrierung sowohl im Aromabereich (Terpenanreicherung) als auch bei der Sensorik der jungen Weine deutliche Vorteile gegenüber der traditionellen Saccharoseanreicherung. Im Rotweinbereich haben sich die Verfahren nicht bewährt. Die Mostkonzentrierung von unreifem oder nicht gesundem Material ist nicht ratsam. Zum einen ist die Mostkonzentrierung beschränkt auf eine Anhebung im Gesamtalkoholgehalt von 2%vol. Dies führt bei Mostgewichten zwischen 50°Oe und 70°Oe nicht zu selbstständigen Weinen. Zum anderen werden Unreifefaktoren und Fäulnisparameter zumindest mit dem UO-Verfahren (hier am Beispiel von C6-Alkohlen und 1-Octen-3-ol nachgewiesen) analytisch angereichert, was in Grenzfällen zu einer Intensivierung dieser unerwünschten Eigenschaften führen kann. Durchschnittlich ist mit Mehrkosten von 50 Cent pro Liter mostkonzentriertem Wein gegenüber herkömmlicher Saccharoseanreicherung zu rechnen. Die bislang noch nicht erlaubte Weinkonzentrierung mittels UO bringt gute Ergebnisse bei der Verdichtung von qualitativ hochwertigen Weinen. Dieses Verfahren kann aber nicht als nachträgliches Alkoholanreicherungsverfahren dienen, da der Alkohol zu einem Großteil permeirt und die Anreicherung im Wein nur etwa halb so stark ist wie die der übrigen Inhaltsstoffe.