Weinanalytik und Sensorik im Dienst des Weingenusses

„…drink it and forget it all“

von Prof. Dr. Leo Gros, Prof. Dr. Doris Rauhut

Keine Fehltöne soll er haben, nach dem Terroir seiner ­Herkunft soll er schmecken, „Trinkfreude“ soll er bereiten und sortentypisch sein: So stellen wir uns den idealen Wein vor. Wie erkennt und bewertet die önologische Forschung Weinqualität? Indem sie immer bessere Kenntnis des ­Wechselspiels von Rebe und Boden, Hefen und Gärung,­ ­sensorischer Erfahrung und Weininhaltsstoffen verbindet! Das geht nur mit guten Kenntnissen der Mikrobiologie und einer soliden Weinanalytik.

Vom Boden in die Traube

Stimmt es wirklich, dass die Zisterziensermönche im Burgund die Böden ihrer Region regelrecht „probierten“ – also schmeckten – und so ihre weinbaulichen Eigenschaften ermittelten [2]? Jedenfalls sind die „climats de Bourgogne“, als Weltkulturerbe angemeldet, frühe Vorläufer dessen, was wir heute „Terroir“ nennen: Die Wechselwirkung von Bodenstruktur, Wasserhaushalt, Klima, Kleinklima steht am Beginn jener Wertschöpfungskette, zu der die Arbeit des Winzers hinzukommt: Bodenpflege, Düngung, Ertragsregulierung, Rebenerziehung, Laubarbeiten, Pflanzenschutz, önologische Maßnahmen [3].

„Als Mittel der Erquickung, wo die Kräfte des Lebens erschöpft sind, der Befeuerung und Steigerung, wo traurige Tage zu beringen sind, der Korrektion und Ausgleichung, wo Missverhältnisse in der Ernährung und Störungen im Organismus eingetreten sind, und als Schutz gegen vorübergehende Störungen durch die organische Natur wird der Wein von keinem Erzeugnis der Natur oder Kunst übertroffen.“

Justus von Liebig, (1803-1873), Chemiker, Doktorvater von C.R. Fresenius

Justus von Liebig und sein Schüler Carl Remigius Fresenius hatten schon im 19. Jahrhundert durch Analysen von Böden und Pflanzen nachgewiesen, welche Rolle die Versorgung einer Pflanze mit Mineralstoffen spielt und daraus auf die Notwendigkeit der Düngung geschlossen. Wir wissen heute: „Gesunde“ Böden sind nicht einfach eine anorganische, mineralische Subs­tanz: Sie enthalten organische Inhaltsstoffe wie Humus und eine Vielzahl von Bodenlebewesen. Ein fruchtbarer Boden beherbergt bis zu 100 Mio. Mikroorganismen pro cm³ – das sind bis zu 10.000kg/ha –, darunter vor allem Pilze (60%), Bakterien (25%), Würmer (10%) [4]. Hinzu kommen Algen, Amöben, Ciliaten, Schnecken, Nematoden, Regenwürmer, Milben, Spinnen und andere. Sie bauen Bodenbestandteile und Pflanzenmaterial ab und um. Sie machen Mineralstoffe „pflanzenverfügbar“, sodass die Rebe sie aufnehmen kann. Manche dieser Organismen leben mit den Rebwurzeln in Symbiose – die Rebe ernährt sie mit den von ihr durch Assimilation von Kohlensäure und Wasser aus der Luft erzeugten Stoffen und profitiert umgekehrt von ihren Stoffwechselprodukten.

Wer Naturwissenschaften betreibt, will wissen: Was heißt das konkret? Für die chemische Betrachtungsweise ist dabei nicht nur die Bodenphysik oder -chemie entscheidend. Sie fragt darüber hinaus: Welche Bodenkomponenten beeinflussen wie den Stoffwechsel welcher Rebe? Welche Stoffe entstehen dabei, und wie prägen sie den Geruch und Geschmack des fertigen Weines? Ein Beispiel: Wie oft lesen oder hören wir, dieser Wein sei „mineralisch“. Es wäre physiologisch naiv anzunehmen, wir schmeckten Bodenbestandteile im Wein, weil die Rebe sie aufgenommen und von den Wurzeln bis in die Trauben transportiert habe. Wahrscheinlicher ist hingegen, dass der Gehalt bestimmter Nährstoffe, auch der im Boden vorhandenen Spurenelemente, in Wechselwirkung mit dem Wasserhaushalt eines Bodens an der Regulierung der Genexpression in der Pflanze beteiligt ist. Die Gene und die von ihnen codierten Stoffwechselprozesse und Enzymmuster sind es, die letztlich die komplexe Mischung der Inhaltsstoffe einer Traube erzeugen, die wir als Primäraromen bezeichnen.

Je nach Rebsorte, Standort und Weinbereitung entsteht so die unerschöpfliche Vielfalt, die sensorisch sensible Weintrinkerinnen und Wein­trinker immer auf's Neue ergötzt.

Von der Traube in die Flasche

Das Aroma oder auch „Bukett“ des Weines wird vom Zusammenspiel einer Vielzahl von aromaaktiven Substanzen geprägt. Die Gehalte der etwa 800 flüchtigen Stoffe bewegen sich in Dimen­sionen von 10-4 bis 10-12g/l. Die Konzentra­tionen der sensorischen Geruchsschwellenwerte sind mit einem Bereich von 10-4 bis 10-13g/l ebenso weit gespannt [5].

Das Bukett des Weines kann in vier Kategorien unterteilt werden [5]: die originären Aromastoffe der Traube, wie sie in der unverletzten Weinbeere und deren Bestandteilen vorkommen; die sekundären Aromastoffe, die in den Verarbeitungsprozessen (Mahlen, Maischen, Pressen etc.) durch chemische, enzymatisch-chemische und thermische Reaktionen gebildet werden; das Gärbukett, d.h. Aromastoffe, die durch den Hefestoffwechsel während der alkoholischen Gärung entstehen, und aromaaktive Substanzen, die im Verlauf des biologischen Säureabbaus (auch malolaktische Fermentation genannt) durch den Metabolismus der Milchsäurebakterien gebildet werden; schließlich das Reifungs- und Alterungs­bukett, das durch Aromastoffe geprägt wird, die durch chemische Reaktionen im Laufe der Lagerung des Weines gebildet werden. Lese­zeitpunkt und Reifestadium der Trauben sowie die zahlreichen önologischen Verarbeitungsschritte zur Gewinnung von Maische und Most liefern somit einen wesentlichen Beitrag für die qualitative und quantitative Zusammensetzung der Aromastoffe eines Weines.

Wichtige Komponenten, die zum Geruch und Geschmack des Weines beitragen, sind Proanthocyanidine und andere polyphenolische Kompo­nenten, Terpenoide (Monoterpene, Ses­qui­terpene und C13-Norisoprenoide) sowie geruchlose, an Zuckerbausteine gebundene Vorstufen (Glykoside) der Monoterpene und Cys­tein- oder Glutathion-Konjugate, aus denen die für die Typizität vieler Rebsorten maßgeben­den flüchtigen Thiole gebildet werden. Sie kommen überwiegend im Exokarp vor, während Zucker und organische Säuren hauptsächlich in den Vakuolen des Mesokarps lokalisiert sind [6] (Abb.1).

Viele der aromaaktiven Substanzen werden erst nach dem physikalischen Pressvorgang und durch anschließende enzymatische Trennung aus den geruchlosen Vorstufen durch trauben- oder hefeeigene Enzyme freigesetzt. Darüber hinaus können im sauren Milieu des Mostes und Weines aus aromaaktiven oder -inaktiven Verbindungen auch neue geruchsaktive Substanzen entstehen.

Die Schlüsselrolle der Gärhefen

Die Vergärung des Traubenmostes stellt die wichtigste und auch eine kritische Phase während der Weinbereitung dar, um die potenzielle sensorische Qualität der Traubeninhaltsstoffe in optimaler Weise auf den Wein zu übertragen.

Eine Schlüsselrolle spielt dabei die Hefeart Saccharomyces cerevisiae, die auch als „echte“ Weinhefe bezeichnet wird, da sie die Anforderungen zum eigenen Überleben während der Gärung und zum vollständigen Vergären eines Traubenmostes weitgehend erfüllt. Innerhalb der Mikroflora auf der Traube und in einem frisch gekelterten Traubenmost stellt sie jedoch meist sogar nur unter 1% der Population. In einem spontan vergärenden Most dominieren zunächst Nichtsaccharomyceten, sogenannte „wilde“ Hefen, die teilweise sehr unerwünschte Eigenschaften haben. Sie können zu Fehlaromen und Gärstörungen und sogar zu einem Gärstopp führen. In Abhängigkeit von der vorkommenden Hefespecies, der Zusammensetzung des Traubenmostes und den Gärbedingungen wie z.?B. der Gärtemperatur setzen sich die Hefen der Art Saccharomyces cerevisiae erst allmählich durch und übernehmen dann bis zum Ende der Gärung die Führung. Eine Spontangärung birgt jedoch immer ein gewisses Risiko für den Weinproduzenten [7]. Um Fehlentwicklungen zu verhindern, wurden Stämme der Art Saccharomyces cerevisiae mit besonderen Gäreigenschaften aus positiv verlaufenden Spontangärungen und natürlichen Quellen selektiert und in Form von „Reinzuchthefen“ der Praxis schon seit dem ­Ende des vorletzten Jahrhunderts zur Verfügung gestellt. So wurde auch das Institut für Mikro­biologie und Biochemie der Hochschule Geisen­heim durch Julius Wortmann im Jahre 1894 gegründet und trug damals den Namen „Geisenheimer Reinhefestation“. 1890 erkannte bereits Müller-Thurgau in Geisenheim, dass Hefe­stämme der Species Saccharomyces cerevisiae sich deutlich in ihren Eigenschaften unterscheiden und somit entscheidend das Gärbukett, die Rebsortentypizität und die Weinqualität beeinflussen (Abb.2). Es entwickelte sich ein reichhaltiges Angebot von mehr als 200 kommer­ziellen Hefestämmen, die weltweit für die Vergärung von Mosten unterschiedlicher Rebsorten und die Herstellung bestimmter Weintypen und -stile angeboten werden [7]. Zur Steigerung der Vielfalt werden auch Versuche zum Einsatz ausgewählter Mehrstammkulturen von Saccharomyceten und Nichtsaccharomyceten durchgeführt.

Spurenanalytik misst unerwünschte und erwünschte Aromastoffe

Der Klimawandel hat in einigen Jahrgängen und bestimmten Regionen zur Folge, dass die Versorgung des Traubenmostes mit hefeverwertbarem Stickstoff und Mikronährstoffen wie z.B. Vitaminen und Spurenelementen zu gering ist. Die Hefe gerät unter Stress und bildet vermehrt unerwünschte flüchtige Stoffe wie z.B. höhere Alkohole und Schwefelwasserstoff (H2S) und dessen Folgeprodukte (z.B. Methan- (MeSH) und Ethanthiol (EtSH), deren Disulfide (DMDS und DEDS), Thioessigsäure-S-methylester (MeSAc) und Thioessigsäure-S-ethylester (EtSAc) u.a.). Besonders kritisch sind solche schwefelhaltigen Stoffwechselprodukte der Hefe oder Substanzen anderer biochemischer oder chemischer Genese während des Weinausbaus, die in der vorliegen­den Konzentration nach der Gärung und im Jungweinstadium wenig aromawirksam sind (z.B. Thioessigsäureester), während der Lagerung des Weines aber sehr geruchsintensive, leicht flüchtige Schwefelverbindungen (z.B. Merkaptane) freisetzen können (Abb.3). So kann ein Fehlton im abgefüllten Wein nach Lagerung von einigen Monaten oder erst nach einem Jahr entstehen [9]. Die dafür verantwortlichen Stoffe lassen sich zum Beispiel durch Extraktion aus dem Wein und gaschromatografische Messung bestimmen (Abb.4). Die weinbauliche und önologische Forschung und die chemische Spurenanalytik tragen zur Aufklärung solcher und ähnlicher biochemischer und chemischer Prozesse bei. Dabei spielen die Entwicklung schonender Extraktionsverfahren zur Identifizierung und Quantifizierung der Aromastoffe mit gaschro­ma­tografischen Messmethoden und unterschiedliche Detektionsverfahren (massenspek­tro­metrische und elementselektive Detektoren) ent­scheidende Rollen [10]. Sie unterstützen die Qualitätskontrolle und die Forschung zur frühzeitigen Vermeidung und Erkennung von Fehlentwicklungen, aber auch die gezielte Bildung von Aromastoffen zur Steigerung der Rebsortentypizität und des Reifungs- und Alterungspotenzials der Weine. Auf diese Weise wird der gesamte Produktionsablauf während der Weinbereitung in Verbindung mit anderen Messtechniken und Testverfahren analytisch begleitet. Für die Weinkonsumenten zählen aber nicht messbare Gehalte an Aromastoffen, sondern der Geruchs- und Geschmackseindruck. Deshalb brauchen wir die Sensorik.

Von der Flasche in den Mund: Warum wir sensorische Testpanels brauchen

Analytik kann dabei helfen, sensorisch wahrgenommene Eindrücke „dingfest zu machen“. Andererseits sollen Gruppen von darin erfahrenen Geruchs- und Geschmackstestern (sogenannte Panels) riechen und schmecken, ob analytisch erfassbare Einzelstoffe sensorisch positiv oder negativ auffallen. Warum?

Die Wahrnehmungsfähigkeit für jeden der vielen Aromastoffe ist bei jedem Menschen ­unterschiedlich stark ausgeprägt – die Geruchs- und Geschmacksschwellenwerte können sich deutlich unterscheiden. Häufig kommt den in sehr geringen Konzentrationen (wenige Nanogramm pro Liter) vorliegenden Aromastoffen eine wesent­lich größere Bedeutung zu als den in ­höheren Mengen vorkommenden Substanzen. Dies erschwert nach wie vor die analytische Identifizierung und Quantifizierung trotz hoch­leistungs­fähiger Analysensysteme. Die Komplexität des Zusammenspiels von analytischem Gehalt und sensorischer Wahrnehmung wird noch dadurch gesteigert, dass sowohl die anderen Inhaltsstoffe eines Weines (Matrix) als auch die Temperatur, Beleuchtung und Farbe der Umgebung [11], die vorher genossenen Nahrungs­mittel und die subjektive Befindlichkeit des Trinkenden unsere Wahrnehmung beeinflussen. Ein Werkzeug der Sensorik sind sogenannte Spinnennetzdiagramme, in denen von einem zentralen Punkt ausgehende Koordinaten jeweils für einen Sinneseindruck stehen (Abb.5). Trägt man den Mittelwert der von den Testern eines Panels wahrgenommenen relativen Intensität des jeweiligen Geruchs oder Geschmacks auf diesen Geraden ein und verbindet die so erhaltenen Punkte, ergibt sich ein visueller Eindruck des sensorischen Profils eines Lebensmittels.

Im Wechselspiel von Sensorik und Analytik gewinnt die Önologie ein immer besseres Verständnis vom „Weinmachen“ – also von der Kunst, die stofflichen Schätze der Traube möglichst unversehrt in den Wein zu überführen. Sind sie in der Flasche angekommen, kann nichts mehr passieren, oder?

Gereifte Weine – ein Genuss?

Zu den häufigen Fragen an die Önologen gehört die nach der Lagerfähigkeit und dem Alterungspotenzial von Weinen. Dass große Weine auch nach Jahrzehnten noch ein Genuss sind, kann man bei Weinversteigerungen wie denen in Kloster Eberbach riechen und schmecken. „Fehltöne“ wie Korkton oder muffige Noten ­machen dagegen keine Freude. Die Weinana­lytik kennt „Leitsubstanzen“, mit denen wir diese sensorischen Erfahrungen verbinden (z.B. 2,4,6-Trichloranisol und 2,4,6-Tribromanisol, Abb.6). Sie sucht ihre Ursachen und findet Vermeidungsstrategien [12]. Ein Beispiel: Natur­korken durch alternative Verschlüsse wie Drehverschluss oder Glasstopfen ersetzen – das Aus für den Korkton? Leider nicht. Das Lagern von mit bestimmten Holzschutzmitteln behandelten Paletten im Keller reicht aus, um den Korkton auch in Flaschen ohne Korken schmeckbar zu machen [13]. Fehltöne können sich, wie wir gesehen haben, auch während der Weinlagerung aus anderen Inhaltsstoffen entwickeln. Die Einflüsse von Verschluss und Lagerung werden deshalb intensiv erforscht [14]. Auch dabei müssen Sensorik und Analytik Hand in Hand arbeiten.

Welche Freude macht es „den Erfahrenen, den Neuen“ (Goethe) eine Flasche gereiften Rieslings, trocken oder restsüß, aus einem Schlüsseljahr­gang der Familie wie Hochzeits- oder Geburtsjahr zu genießen! Sein rebsortentypisches Alterungspotenzial ist bei dafür geeigneten großen Weinen sehr hoch. Die Zeit, die er im Keller ungestört lagernd verbringt, nutzt der Wein für eine Vielzahl von chemischen Reaktionen wie Umesterung, Oxidation und Oligomerisierung und entwickelt dabei ein spezifisches, vom Jungwein gänzlich verschiedenes Aromaprofil ohne Entwicklung von Fehltönen.

Wer sich önologisch und analytisch mit Wein beschäftigt, wird oft gefragt: „Schmeckt er dir noch oder weißt du schon zu viel?“ Klare Antwort: Kenntnis kann Genuss steigern. Wir folgen nach getaner Arbeit jedoch gern dem Ratschlag des großen Physikers Richard Feynman: „Drink it and forget it all“.

Literatur
[1] Champagnol, F. (1984) Eléments de physiologie de la vigne et de viticulture générale. Selbstverlag, Rückseite des Buches
[2] Johnson, H. (1989) Vintage. The Story of Wine. Simon and Schuster, New York. ISBN 0-671-68702-6, S. 131
[3] Hoppmann, D. (2010) Terroir. Wetter, Klima, Boden. Ulmer Stuttgart,
ISBN 978-3-8001-5317-6, S. 19ff. Goode, J., (2005) Wine Science, London, ISBN 1 84000968 3, S. 25 ff. Gesellschaft für Rheingauer Weinkultur mbH (Hrsg.) (2008) Terroir Hessen – Vielfalt erleben! Eltville
[4] http://bgld.lko.at/mmedia/download/2011.08.09/1312886500.pdf ;
http://www.dlr-rnh.rlp.de/Internet/global/themen.nsf/ALL/186B42B384EB1FF2C1256F5C002C2D71OpenDocument
[5] Rapp, A. (1992) Aromastoffe des Weines. Chemie in unserer Zeit 26 (6), 273–284
[6] Lund, S. T & Bohlmann, J. (2006) The Molecular Basis for Wine Grape Quality – A Volatile Subject. Science, 311, 804–805
[7] Dittrich, H. H. & Großmann, M. (2011) Mikrobiologie des Weines. 4. aktualisierte ­Auflage, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, 125ff; http://www.hs-geisenheim.de/fileadmin/user_upload/Mikrobiologie/Historie.pdf
[8] Bell, S.-J. & Henschke, P. A. (2005) Implications of nitrogen nutrition for grapes, ­fermentation and wine. Australian Journal of Grape and Wine Research,
Volume 11, Number 3, 242–295
[9] Rauhut D. (2009) Usage and Formation of Sulphur Compounds,
In: Biology of Microorganisms on Grapes, in Must and in Wine, Eds. König, H.,
Unden, G. & Fröhlich, J., Springer-Verlag, 181–209
[10] Rauhut, D. & Beisert, B. GERSTEL aktuell – „Wein“ Spezial, [o. J.]
[11] Oberfeld-Twistel, D., Baldauf, F. J., Hecht, H. (2010) labor&more 1, 42–45
[12] Jung, R. & Schäfer, V. (2010) Reducing cork taint in wine.
In: A.G. Reynolds (ed.), Managing wine quality Vol. 2, Oxford, S. 388-417
[13] Chatonnet, P. et al. (2004) J. Agric. Food Chem. 52, 1255–1262
[14] Zürn, F. & Jung, R. (2000) Alternative Verschlüsse für Weinflaschen:
vergleichende Untersuchungen mit verschiedenen Verschlussarten.
ATW-Forschungsbericht Nr. 103, Darmstadt
[15] Gros, L. & Köhler, B. (Redaktion), Gesellschaft Deutscher Chemiker (Hrsg.):
https://www.gdch.de/index.php?eID=tx_nawsecuredl&u=0&file=fileadmin/downloads/GDCh/historische_staetten/fresbrosi_01.pdf&t=1411288909&hash=3bab4e3aa20cfea10f4f26ba1558685c7c7c468e
[16] http://www-scf.usc.edu/~kallos/feynman.htm
[17] Ellwanger, S. (1998) Vergleich der Gäraktivität und Aromenproduktion verschiedener Hefestämme in Abhängigkeit von der Gärtemperatur. Diplomarbeit Fachhochschule Wiesbaden

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