Freisetzung glycosidisch gebundener Aromastoffe während der Wein- und Sektbereitung: chemische, sensorische und molekularbiologische Untersuchungen

In der vorliegenden Arbeit wurden 18 Saccharomyces-Hefestamme sowie zwei Stamme der Nichtsaccharomyces-Hefen Torulaspora delbruckii und Metschnikowia pulcherrima und ein Enzympraparat aus Aspergillus niger in Garungen im Labor- und Praxismasstab sowie in betriebsublichen Wein- und Sektgarungen bezuglich ihres Potentials zur Freisetzung von glycosidisch gebundenen Aromastoffen charakterisiert. Die Untersuchungen wurden in drei Jahrgangen fur die Rebsorten Chardonnay, Riesling und Muskateller durchgefuhrt. Hierbei wurden die Verfahren der Traubenverarbeitung zur Intensivierung der unterschiedlichen Ausgangsgehalte an Aromastoffvorlaufern variiert. Zusatzlich wurden in Mosten der Rebsorten Riesling, Muskateller und Gewurztraminer die Einflussfaktoren Maischestandzeit und Pressung auf den Ausgangsgehalt an Aromastoffvorlaufern untersucht. Alle Moste, hergestellten Weine, Grundweine und Sekte sind aromachemisch mittels SPE/GC-MS sowie die Weine und Sekte sensorisch durch die deskriptive Analyse untersucht worden. Anhand multivariater Statistik wurden die Datensatze modelliert. Die 18 eingesetzten Saccharomyces-Hefestamme sowie zusatzlich zwei Laborstamme der Art Debaromyces hansenii und Pichia anomala wurden mittels Plattentests unter Verwendung von YNB-Mangelmedium bei Zugabe der Substrate Arbutin und Cellobiose als Kohlenstoff-Quelle sowie mittels pNPG-Assay quantitativ auf Glycosidase-Aktivitat getestet. Das Enzympraparat wurde ebenfalls mit dem Assay untersucht. Mittels qPCR erfolgte die Analyse der relativen Genexpression der mit der Glycosidase-Aktivitat von Saccharomyces-Hefen in Verbindung stehenden Gene EXG1, SPR1 und YIR007W uber den Verlauf einer Garung. Die Analyse der Aromastoffvorlaufer wurde mittels einer im Zuge der Arbeit etablierten SPE/GC-MS-Methode fur die Injektion groser Probenvolumina durchgefuhrt. Anhand dieser Analytik als Referenzmethode sollte eine Schnellanalytik mittels FT-MIR entwickelt werden. Die Untersuchungen zur Variation der Traubenverarbeitung demonstrierten einen signifikanten Einfluss auf die Aromastoffvorlaufer-Gehalte im Most. Erstmalig konnte in dieser Arbeit verdeutlicht werden, dass eine verlangerte Maischestandzeit sowie gesteigerter Pressdruck bis hin zum fertigen Wein und Sekt als signifikanter Einflussfaktor sowohl auf die Gehalte der Aromastoffvorlaufer als auch auf die Sensorik bestehen bleibt. Die Auswahl des Saccharomyces-Hefestammes hingegen konnte nicht als signifikanter, maximal als marginaler Einflussfaktor auf die Freisetzung der Aromastoffvorlaufer oder die Sensorik der finalen Weine, Grundweine und Sekte identifiziert werden. Es wurden selbst bei weitestgehendem Ausschluss anderer mikrobiologischer Einflussfaktoren keine reproduzierbaren Unterschiede zwischen den untersuchten Hefestammen nachgewiesen, wodurch kein prognostizierbarer Effekt ermittelt werden konnte. Dieses Ergebnis konnte durch die Charakterisierung der Enzymausstattung und aktivitat der Hefen erklart werden. Die Hefen konnten in den Plattentests die glycosidische Bindung der Substrate Arbutin und Cellobiose nicht spalten. Da Arbutin als spezifisch zum Nachweis des Enzyms 1,4 β Glucosidase gilt, kann davon ausgegangen werden, dass das Enzym in den Saccharomyces-Hefen nicht exprimiert wurde. Detektierbar mittels pNPG-Assay war hingegen eine basale Glycosidase-Aktivitat, welche vermutlich auf die Nebenaktivitat der exo 1,3 β Glucanase Exg1p zuruckzufuhren ist. Fur das korrespondierende Gen EXG1 wurde mittels qPCR uber den Verlauf einer Garung proportional zum Abbau der Glucose eine ansteigende relative Expression bestimmt. Glucose scheint als Hemmstoff fur die Genexpression von EXG1 zu wirken. Mit dem Anstieg der Genexpression ging die Abnahme der glycosidisch gebundenen Aromastoffvorlaufer einher. Zwischen den untersuchten Saccharomyces-Hefestammen bestanden dabei keine Unterschiede. Die Analyse der Sekte ergab nach neunmonatiger zweiter Garung signifikante Unterschiede zwischen den regular mit Hefe hergestellten Sekten und den ausschlieslich unter Saureeinfluss stehenden Varianten ohne Hefezugabe. Damit konnte verdeutlicht werden, dass Saccharomyces-Hefen eine Glycosidase-Aktivitat ausbilden, da sie im Vergleich zur ausschlieslichen saurehydrolytischen Wirkung signifikant erhoht Aromastoffvorlaufer freigesetzt hatten. Die Verwendung verschiedener Hefestamme fuhrte hingegen nicht zu konsistenten Unterschieden in der Freisetzung der Aromastoffvorlaufer und blieb ohne bemerkenswerte Auswirkungen auf die Sensorik der Grundweine und Sekte. Die im Praxismasstab hergestellten Weine bestatigten diese Beobachtungen. Das aus Aspergillus niger stammende Enzympraparat AR2000 zeichnete sich hingegen in der Quantifizierung der Glycosidase-Aktivitat mit ca. 1000fach erhohter Aktivitat gegenuber den Hefen aus. Dementsprechend setzte das Enzym in den Garungen signifikant erhoht Aromastoffvorlaufer frei und fuhrte zu veranderten sensorischen Profilen der Weine und Sekte. Die weiterhin in die Versuche einbezogenen Nichtsaccharomyces-Hefen wurden teilweise positiv auf das Enzym β Glucosidase getestet und waren, insbesondere im Fall des Pichia anomala Stammes, auch durch eine signifikant erhohte quantitative Enzymaktivitat charakterisiert. Durch die umfassende Charakterisierung der Saccharomyces-Hefen im Vergleich mit Nichtsaccharomyces-Hefen und Enzympraparat wurde deutlich, dass die Glycosidase-Aktivitat der Saccharomyces-Hefen nicht ausreicht, um das Aromapotential wahrend der Wein- und Sektbereitung bedeutend ausschopfen zu konnen. Die in dieser Arbeit etablierte large volume injection GC-MS-Methode wurde validiert und gilt als eine stabile Methode mit hohen Wiederfindungsraten und guter Reproduzierbarkeit. Aufgrund von probenabhangigen Verlusten durch die SPE und die moglicherweise unvollstandige enzymatische Spaltung der Aromastoffvorlaufer bleibt der Gesamtmethode vermutlich ein systematischer Fehler der absoluten Aromastoffvorlaufer-Gehalte zueigen, vergleichende Analysen sind jedoch problemlos moglich. Zum jetzigen Kenntnisstand existiert keine alternative Analysemethode. Die Unscharfe der SPE/GC-MS-Analytik pflanzte sich entsprechend bei der Entwicklung der Schnellmethode zur Quantifizierung der Aromastoffvorlaufer mittels FT-MIR fort, welche mit der GC-MS-Methode als Referenzmethode etabliert werden sollte. Im Zuge der Methodenentwicklung am Gerat FT 120 Winescan (Foss) wurde zunachst die Signalintensitat der Analyten in den Spektren verbessert, da Aromastoffvorlaufer in Most und Wein unterhalb der ublichen Nachweisgrenze der MIR Spektroskopie liegen. Diese Erhohung der Signalintensitat wurde durch eine Vergroserung der Kuvettenstarke auf 150 µm und durch Verwendung der Losungsmittel Dimethylsulfoxid oder Methanol erreicht. Fur beide Kuvetten-Losungsmittel-Kombinationen wurde jeweils eine Basiskalibration mit einem Probensatz aus 37 heterogenen Most- und Weinproben verschiedener Rebsorten und Herkunft erstellt. Die Kalibrationen waren durch vielversprechende statistische Vorhersageparameter charakterisiert. Der Validierung mit unabhangigen Datensatzen konnten beide Kalibrationen aber bisher nicht standhalten.