Präsentation zum Vortrag

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Die Rolle von glykosidischen Vorstufen für das Aroma von Sekt
und Wein und deren technologische Beeinflussung
Prof. Dr. Peter Winterhalter
FEI- Jahrestagung 2015, Braunschweig
Zugrundeliegende AiF-Forschungsvorhaben
„Förderung der Sektqualität durch
gezielte Erfassung von gebundenen
Aromastoffen (Aromaprekursoren) in
Sektgrundweinen und deren
optimierten Freisetzung während der
zweiten Gärung“
(AiF-16627N )
„Minimierungsstrategie für TDN Verursacher der Petrol-Fehlnote in
Wein und Sekt“
(AiF-18680N)
Kooperationsprojekte:
DLR Neustadt (Prof. Fischer) und
TUBS (Prof. Winterhalter)
ZIELE AiF-16627N („Sektqualität“)
 das Aromapotenzial von Sektgrundweinen zu bestimmen, um
geeignete Grundweine gezielter
einkaufen zu können (FT-MIR)
O
O
 leistungsfähige Hefen zu
identifizieren, die Maximalgehalte an Aromastoffen
freisetzen können
 Entwicklung neuer Strategien
für die Versektung
Nonvolatile
Precursors
Forschungsziel: verbesserte Freisetzung der gebundenen Aromastoffe
während des Prozesses der Sektbereitung
Precursorzusatz (doppelte Menge) führt zur einer
hochsignifikante Erhöhung positiver Aromanoten !!
Farbe
Farbe
bitter 200%
Mundgefühl
sauer
150%
Eisbonbon
100%
Apfel
50%
fruchtig
bitter
alkoholisch
Pfirsich
0%
Honigmelone
hefig
grüne Bohne
mostig
grünes Gras
Holunderblüte
Mundgefühl
sauer
200%
150%
Riesling + Precursoren
Eisbonbon
100%
Apfel
50%
fruchtig
Pfirsich
0%
Honigmelone
hefig
grüne Bohne
mostig
grünes Gras
grüne Banane
Riesling nativ
alkoholisch
Holunderblüte
grüne Banane
Chardonnay nativ
Chardonnay + Precursoren
ABER: Starke Unterschiede im Freisetzungspotential einzelner Weinhefen!!
Modellgärungen – Eingesetzte Hefen
Biodiva
Flavia
Gehalt der einzelnen Stoffgruppen im Riesling-Wein
700
Konzentration [µg/L]
600
500
hohe
Freisetzung
geringe
Freisetzung
C13Norisoprenoide
400
300
200
100
0
Monoterpene
Die Einfluss der Hefestämme auf die Sensorik der
Riesling-Weine ist signifikant!
Länge
Nachgeschmack
Farbintensität ***
6
5
4
Körper *
3
Zitrusfrüchte ***
Pfirsich ***
2
1
Hartes Mundgefühl ***
exotische Früchte **
0
bitter **
Honigmelone
Säure ***
HPS
Siha7
Süße ***
U228
Heiligenstein
blumig *
grünes Gras ***
Rhône
Biodiva+QA23
Freddo
Flavia+QA23
Beziehung zwischen dem Gehalt an gebundenen
Aromastoffen und der Sensorik der Riesling-Weine
Korrelationen auf Achsen t1 und t2
1
geb. aromat.
Alkohole
geb. C13
Norisoprenoide
Comp 2: 13% (Analytik), 20% (Sensorik)
0,75
Rhône
geb.
Monoterpene
niedrige
Freisetzung
0,5
geb. C6 Alkohole
CEG
0,25
U228
exotische Früchte
HPS
0
grünes Gras
Biodiva+QA23 Heiligenstein
geb. fl. Phenole
-0,25
Honigmelone
Flavia+QA23
blumig
Pfirsich
Siha7
-0,5
Zitrusfrüchte
Freddo
-0,75
starke
Freisetzung
-1
-1
-0,75
-0,5
-0,25
0
0,25
0,5
Comp 1: 13% (Analytik), 50% (Sensorik)
0,75
1
Sensorische Validierung der Rolle der Aromaprecursoren
Chemische Validierung der Rolle der Aromaprecursoren
Most
Hefe geringe Freisetzung
Minimale mögliche Freisetzung
Hefe starke Freisetzung
Maximal mögliche Freisetzung
= Schutz der Aromastoffe
Grundwein
Grundwein
Versektung
Hefe schwache
Freisetzung
Sekt
Minimale
mögliche
Freisetzung
Versektung
Hefe starke
Freisetzung
Sekt
?
Versektung
Hefe schwache
Freisetzung
Sekt
?
Versektung
Hefe starke
Freisetzung
Sekt
Maximal
mögliche
Freisetzung
 deskriptive sensorische sowie gaschromatographische
Analyse der Sektgrundweine und Sekte
Sensorischer Einfluss der Hefestämme und ihres Freisetzungsstatus (+ oder -) bei der
Versektung. Relative Darstellung mit dem Aromaprofil des jeweiligen Sektgrundweines
(1. Gärung) als Bezugspunkt (100%)
Farbe
Farbe
Mundgefühl
fruchtig
Pfirsich/
Aprikose
150%
100%
Mundgefühl
Honigmelone
fruchtig
150%
100%
rauchig/
Honig
0%
blumig
sauer
Zitrone/
Grapefruit*
grünes Gras
bitter
Sekt U228 (-)
rauchig/
Honig
0%
sauer
blumig
Zitrone/
Grapefruit*
grünes Gras
Apfel
Apfel
1. Gärung RC212 (+)
Honigmelone
50%
50%
bitter
Pfirsich/
Aprikose
Sekt RC212 (+)
1. Gärung U228 (-)
Sekt U228 (-)
Sekt RC212 (+)
freigesetzte Aromastoffe in µg/L
Freisetzung von Aromastoffen aus ihren Vorläufern während der Vergärung von
Sektgrundwein und der Versektung in Abhängigkeit von der Hefe und ihrem
Freisetzungsstatus (+) oder (-) (2012er Riesling Grundwein)
140
120
100
80
60
40
20
0
C6-Alkohole
Monoterpene
aromatische Alkohole
2012 Riesling
Empfehlungen AiF-16627N („Sektqualität“)
Hefekombination:
• Als optimal für die Aromaausprägung von Sekt erwies
sich die Verwendung einer schwach freisetzenden Hefe
bei der Herstellung der Sektgrundweine und einer stark
freisetzenden bei der Versektung.
• Die Effekte sind umso deutlicher, je mehr Prekursoren im
Most und Sektgrundwein vorliegen (FT-MIR-Analytik).
Überleitung zu AiF-18680N („Petrolnote“)
Das neue Klima wird zu riechen und zu schmecken sein,
wenn Feste gefeiert und Flaschen entkorkt werden. Wenn
weißen Burgundern die Klasse fehlt. Wenn der duftige
Sancerre von der Loire breit wird und plump. Wenn es dem
Riesling, dem Pinot Noir, dem Grenache zu warm wird und
alle Frische nach und nach aus Frankreichs Weinen weicht.
Wenn sie nicht mehr schmecken nach „terroir“, sondern nach
Neuer Welt, nach Kalifornien, Tasmanien und Chile; wenn sie
nur noch schnell betrunken machen ohne besonders viel
Genuss. Dann beginnt eine andere, ärmere Zeit.
Fichtner, U. Der Spiegel 44, 2014 | Foto: Maurice Weiss / Ostkreuz
Riesling
 Vitis vinifera cv. “Riesling”
 Gesamtanbaufläche 22.837 ha  22,4% der deutschen Weinanbaufläche, 57,8% der weltweiten Rieslinganpflanzungen
 Riesling  die „Vorzeigerebe“ Deutschlands
 Einsatz für die Herstellung von hochwertigen Sekten
Aber:
 Im Rheingau stetiger Temperaturanstieg, Austreiben der Reben 10 Tage früher und die
Ernte 3 Wochen früher als noch in den 1950er Jahren (Quelle: Weinbaumt Eltville)
Sortentypische Aromastoffe in Rieslingwein
frisch
OH
OH
OH
rassig
OH
würzig
fruchtig
Linalool
Geraniol
O
Nerol
Hotrienol
OH
α-Terpineol
O
O
Rieslingacetal
TDN
O
blumig
O
β Jonon
β Damascenon
Vitispiran
Was ist bekannt ?
Verursacher der Petrolnote
1978 von Bob Simpson am AWRI identifiziert
Geruchsschwelle:
20 µg/L (Simpson, 1978)
2 µg/L (Sacks et al., 2012)
1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalin
Was ist bekannt ?
Entstehung der Petrolnote
Anbau:
Sonnenlicht
Hohe Temperaturen
Wasserstress
Lagerung:
Hoher Säuregehalt
Marais, in: CONNAISSANCE AROMATIQUE DES CÉPAGES ET QUALITÉ DES VINS pp. 65-73 (1994)
Was ist bekannt?
Beschattungsexperimente:
 Trauben werden während der Reifung einer definierten
Sonneneinstrahlung ausgesetzt
 Verwendung von Filterfolien mit 4%, 18%, 31%, 37%,
50%, 71% und 97% Lichtdurchlässigkeit
 Bestimmung von freiem und gebundenem TDN
Gerdes et al., 2001
Was ist bekannt ?
Abbau von Carotinoiden
Carotinoide schützen den Photosyntheseapparat vor zu viel Licht
 Unterliegen photochemischem/thermischem Abbau:
 1 mg/g Blatttrockengewicht pro Tag
 Enzymatischer Abbau über Dioxygenasen
ERSTES
SPALTPRODUKT
Carotinoid
Keton / Aldehyd
Bio-oxidative
Spaltung
Prekursor
Enzymatische
Umwandlung(en)
O
β CAROTIN
β Jonon
Aromastoff
H+
- Quantifizierung von TDN SIVA
Isotopologer Standard
Analyt
Äquilibrierung
Aufreinigung
Strukturell abweichender
interner Standard
Derivatisierung
MS
D
D
D
Rychlik und Asam, 2009
CD3
D
O
D
CD3
Was ist bekannt ?
7. Standard für die Quantifizierung von TDN
D
D
D
D3C
D
O
D
D
O
O
D
O
D
AlCl3
O
D
D
D
AlMe3
O
OH
D
D
D
NaBH4
CD3
CD3
CD3
OH
D
D
TsOH
D
D3C
D
D
D
D
O
D3C
D
Mogilaiah et al., 2003
Kim et al., 1994
Yan et al., 2003
D
OH EtOH/HCl
D3C
D
O
D
O
D
D
CD3
D
D
TFAA/TFA
O
- Probenaufarbeitung Bestimmung von freiem TDN und Vitispiran
HS-SPME-GC-MS
Pozo-Bayón et al., 2001
 5 mL Probe + 2 g NaCl + ISTD
 Temperieren: 10 min, 40 °C
 Adsorption: 20 min, 40 °C
 PDMS-Faser
 Desorption: 3 min, 240 °C
 GC-MS-Analyse
- Probenaufarbeitung Bestimmung von gebundenem TDN und Vitispiran
Säurekatalysierter Abbau der Vorstufen
Simultane Destillation-Extraktion (SDE)
Säurekatalysierter Abbau + HS-SPME










50 mL Probe entalkoholisieren
im Ölbad zum Sieden erhitzen
Extraktionsmittel: n-Pentan
trocknen, filtrieren
einengen an Vigreux-Kolonne
 GC-MS-Analyse
SDE-Apparatur nach Likens und Nickerson
druckfestes Schraubdeckelgefäß
im Heizblock erhitzen (100 °C)
5 mL Probe + 2 g NaCl + ISTD
Temperieren: 10 min, 40 °C
Adsorption: 20 min, 40 °C
 PDMS-Faser
 Desorption: 3 min, 240 °C
 GC-MS-Analyse
Was ist bekannt ?
TDN-Konzentration in Rieslingwein
Deutsche Rieslingweine
Eine weitere Studie über
Deutsche Rieslingweine
Schwellenwert
freies TDN
1 – 14 µg/L
Rudy & Scholten, 2007
Amerikanische Rieslingweine
2 – 18 µg/L
Sacks et al. 2012
gebundenes TDN
Australische Rieslingweine
Black et al. 2012
Was ist bekannt ?
TDN-Konzentration in Rieslingwein
Deutsche Rieslingweine
Eine weitere Studie über
Deutsche Rieslingweine
Schwellenwert
freies TDN
1 – 14 µg/L
Rudy & Scholten, 2007
Amerikanische Rieslingweine
2 – 18 µg/L
Sacks et al. 2012
Australische Rieslingweine
Black et al. 2012
0
DE1027 - 2012
Deutschland
AT1427 - 2009
DE1033 - 2012
DE1032 - 2012
DE1031 - 2012
DE1030 - 2012
DE1029 - 2012
DE1028 - 2012
Österreich
FR1361 - 2008
AT1397 - 2013
AT1394 - 2013
AT1407 - 2012
AT1417 - 2012
AT1423 - 2011
Frankreich
freies TDN
LU1339 - 2012
FR1345 - 2013
FR1344 - 2013
FR1343 - 2013
FR1342 - 2013
FR1346 - 2012
Luxemburg
AU0679 - 2009
LU1340 - 2013
LU1304 - 2013
LU1303 - 2013
LU1302 - 2013
LU1301 - 2013
Australien
Internationale Rieslingweine (Auswahl von Wettbewerb „Best of Riesling 2014“)
(sortiert nach Ländern und Jahrgang)
AU0677 - 2013
AU0676 - 2013
AU0675 - 2013
AU0674 - 2013
AU0673 - 2013
PT SI TR
TR1324 - 2013
SI1333 - 2012
PT1323 - 2013
Konzentration [µg/L]
II. TDN-Konzentrationen in internationalen Rieslingweinen
(freies TDN)
200
150
100
50
freies Vitispiran
PT: Portugal
SI: Slowenien
TR: Türkei
0
Deutschland
AT1427 - 2009
DE1033 - 2012
DE1032 - 2012
DE1031 - 2012
DE1030 - 2012
DE1029 - 2012
DE1028 - 2012
DE1027 - 2012
Österreich
FR1361 - 2008
AT1397 - 2013
AT1394 - 2013
AT1407 - 2012
AT1417 - 2012
AT1423 - 2011
Frankreich
gesamtes TDN
LU1339 - 2012
FR1345 - 2013
FR1344 - 2013
FR1343 - 2013
FR1342 - 2013
FR1346 - 2012
Luxemburg
AU0679 - 2009
LU1340 - 2013
LU1304 - 2013
LU1303 - 2013
LU1302 - 2013
LU1301 - 2013
Australien
Internationale Rieslingweine (Auswahl von Wettbewerb „Best of Riesling 2014“)
(sortiert nach Ländern und Jahrgang)
PT SI TR
TR1324 - 2013
SI1333 - 2012
PT1323 - 2013
AU0677 - 2013
AU0676 - 2013
AU0675 - 2013
AU0674 - 2013
AU0673 - 2013
Konzentration [µg/L]
II. TDN-Konzentrationen in internationalen Rieslingweinen
(gesamtes TDN)
600
400
200
gesamtes Vitispiran
PT: Portugal
SI: Slowenien
TR: Türkei
III. Verhalten von TDN bei Lagerung
freies TDN
20
18
16
Konzentration [µg/L]
14
12
10
8
6
4
2
Schwellenwert
0
Jahrgang
Riesling aus dem gleichen Weinberg (1950-2010)
Stabilität von TDN bei Lagerung
1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalin-2-on
O
Lagerung in Anwesenheit von Luft
Intens.
x105
m/z 186
TDN
1.0
m/z 172
0.5
0
10
15
20
25
30
35
40
45
Time [min]
Was ist bekannt ?
Abbau von Epoxy-Carotinoide:
OH
O
O
HO
Violaxanthin
OH
O
O
HO
HO
Luteoxanthin
OH
.
O
HO
Neoxanthin
HO
Abspaltung
O
OH
O
O
O
enzymatische
Umwandlungen
+
HO
HO
Erstes Spaltprodukt
H
OH
"Black Box"
O
HO
OH
Vorstuf en
TDN
Bekannte Prekursoren und Chemie der TDN-Bildung
1,7 Allyldiol
5
6
7
4
prototrophische Dehydratation
*
O
1
HO
* gebunden als Glykoside
2
OH
3,6-Dihydroxy-7,8-dihydro-α-jonon
3
O
O
*
*
HO
HO
O
2H2O
OH
OH
OH
Winterhalter, 1991
H
O
O
O
OH
Daniel et al., 2009
O
OH
OH
OH
H2O
OH
OH
H2O
TDN
Was unterscheidet Riesling von anderen Rebsorten?
EPOXY CAROTINOIDE (Neoxanthin/Violaxanthin)
3,6-Dihydroxy-α-jonon
3,6-Dihydroxy-7,8-dihydro-α-jonon
"Black Box"
O
O
HO
O
(Enzymatische)
Umlagerungen
7
O
9
OH
8
TDN
OH
HO
HO
,
(Winterhalter 1991)
Primäres Spaltprodukt
OH
OH
OH
HO
OH
HO
Actinidole
Vitispirane
+Spuren von TDN
.,
(Winterhalter et al 1990)
.,
(Strauss et al 1986)
Vermeidungsstrategie für TDN (AiF 18680N)
Weinbauliche
Maßnahmen
Kellertechnische
Maßnahmen
 Adsorbentien
(freies TDN)
 Hefen als Reduktionsmittel
(gebundenes TDN)
 Neue Rieslingklone
 Entblätterung der Traubenzone
 Alternative Erziehungsformen
O
O
 Kühllagerung
 Verschluss
Hef einduzierte
Reduktion
OH
HO
HO
HO
OH
OH
OH
HO
Lagerung
OH
OH
Winterhalter, 1991
TDN
Winterhalter et al., 1990
Vitispiran
Hefeinduzierte Reduktion der TDN-Vorstufen
(XAD2-Extrakt von Rieslingmost)
„proof of concept“
Fermentation (3 Tage)
vorher
nachher
Konzentration [µg/L]
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Ohne Hefe
TDN
Bäckerhefe
Vitispiran
CEG-Hefe
Rieslingacetal
forcierte Weinalterung
bei pH 3
Hefeinduzierte Reduktion der TDN-Vorstufen
(Synthetische TDN-Vorstufen)
O
3,6-Dihydroxy-α-jonon
.
1 NBS/AIBN
CCl , 76 °C, 1 h
. , 4- e
2 N N Di thylanilin
Pyridin, 90 °C, 2,5 h
O
39%
. 1 m CPBA
Et O, RT, 2,5 h
. a2
2 N 2S2O5(aq)
RT, 2,5 h
Strauss et al. 1986
OH
HO
Krohn und Agocs, 2007
OAc
+ AcO
AcO
O
Ag2CO3
CH2Cl2, RT, 5 d
O
AcO
OH
HO
39%
O
O
Br
32%
OAc
AcO
AcO
OH
O
AcO
O
O
NaOMe
Methanol, RT, 30 min
19%
OH
HO
HO
OH
O
O
OH
3-O-β-D-Glucopyranosyl-6-hydroxy-α-jonon
II. Hefeinduzierte Reduktion der TDN-Vorstufen
(Synthetische TDN-Vorstufen)
R = H, Glykosid
O
OH
Fermentation
OH
3 Tage
RO
- ,
3 6 Dihydroxy α jonon
pH 3,2
O
OH
OH
OH
RO
OH
RO
RO
+ weitere Norisoprenoide
∆
pH 3,2
O
∆
O
OH
O
O
+ weitere Norisoprenoide
O
Actinidole
Actinidole
4
TIC +
TDN
TDN
Vitispirane
Vitispirane
Intens.
x105
Kein TDN
+ weitere Norisoprenoide
O
O
Rieslingacetal
Rieslingacetal
O
OH
3
2
1
0
20
30
40
50
60
Time [min]
„proof of concept“
Einfluss von verschiedenen Hefen auf TDN-Bildung
Most / Grundwein
 Modell-Fermentationen
 ohne Prekursor
 mit Prekursor
Ohne Prekursor
Modell-Fermentationen
 Screening von 11 Wein- und 7 Sekthefen
 Most: Trebbiano
 Grundwein: Airèn
+ TDN-Prekursor
O
OH
HO
- 3,6 Dihydroxy α ionone
Hefen
Fermentation
Wein / Sekt
 Bestimmung der TDN-, Rieslingacetalund Vitispiran-Bildungspotentiale nach
zweistündiger saurer Hydrolyse
Analytik
säurekatalysierte
Hydrolyse
TDN / Vitispiran
SPME
GC-MS
III. Einfluss von verschiedenen Hefen auf TDN-Bildung
 Weinhefen - Trebbiano Most
Erste Gärung
Konzentration [µg/L]
200
150
100
50
0
[Gesamtgehalt, nach säurekatalysierter Hydrolyse (2 h)]
III. Einfluss von verschiedenen Hefen auf TDN-Bildung
 Sekthefen - Airèn Grundwein
3,6-Dihydroxy-α-jonon
Zweite Gärung
O
OH
HO
40
Zweite Gärung, Prekursorzusatz (1 mg/L)
20
0
60
Konzentration [µg/L]
Konzentration [µg/L]
60
40
20
0
[Gesamtgehalt, nach säurekatalysierter Hydrolyse (2 h)]
IV. Einfluss der ersten Gärung
(Reale Bedingungen - Riesling Most)
ohne Enzym
Einfluss - RAPIDASE® AR 2000
15
Konzentration [µg/L]
Konzentration [µg/L]
freies TDN
15
10
5
0
10
5
0
TDN
Vitispiran
Reaktiver
mit Enzym
Zusammenfassung
 Wein- und Sekthefen haben einen signifikanten Einfluss auf
das Aroma von Sekt und Wein
 Durch geschickte Kombination von schwach und starkfreisetzenden Hefen lässt sich das Sektaroma gezielt
beeinflussen
 Auch die Ausprägung der „Petrolfehlnote“ ist Hefe-abhängig
 Eine mögliche Vermeidungsstrategie ist die Reduktion der
TDN-Vorstufe (Bildung von Vitispiran)
Aktuelle Arbeiten
 Einfluss neuer Rieslingklone & Entblätterung auf das TDN-Bildungspotential
 Überprüfung von technologischen Maßnahmen, um freies TDN aus
Grundweinen selektiv zu entfernen (Adsorbentien)
 Weitere Gärversuche mit Wein- und Sekthefen sowie Milchsäurebakterien
 Ermittlung der Strukturen von noch unbekannten TDN-Prekursoren
 Strukturelle sowie sensorische Charakterisierung der TDN-Abbauprodukte
KOMPETENZZENTRUM
WEINFORSCHUNG
Neues FEI-Projekt: AIF 18680
Minimierungsstrategie für TDN
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!

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