BIOLOGISCHER SÄUREABBAU
DER BIOLOGISCHE SÄUREABBAU -DEFINITION
[Malo-Lactat-Fermentation, Malolactische Fermentation (= MLF), malolactische Gärung, Abk.: BSA].
Bezeichungfür die Umsetzung von sauer (?) ("spitz") schmeckender Äpfelsäurein CO2 u. milder (?) schmeckender Milchsäure durch heterofermentative Milchsäurebakterien [Oenococcusoeni, Lactobacillus, Leuconostocoenos (s. Leuconostoc), Pediococcuscerevisiaeod. Pediococcuspentosaceus (s. Pediococcus)].
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MILCHSÄUREBAKTERIEN
Gattungen
• Leuconostoc (Diplokokken, heterofermentaitiv)
• Lactobacillus (Stäbchen, homo-/heterofermentativ)
• Pediococcus (Kokken, homofermentativ)
• Lactococcus ( Streptokokken, homofermentativ) Gattungen, Arten und einzelne Stämme unterscheiden sich generell in-
• Wachstum bei niedrigem pH
• Wachstumsrate
• Gärungsaktivität
• Kohlenhydrat-Abbauwege
• Phagenresistenz
• Geschmacks-und Aromabildung
MILCHSÄUREBAKTERIEN
– OENOCOCCUSOENI(LEUCONOSTOCOENOS) –
• heterofermentativ
• einzige Art im Wein dieser Gattung
• Wachstumopt. pH 4,0 bis 6,0min. pH 3,2
• überwiegt im Wein bei pH < 3,5
• Ethanoltolerant bis 14 % vol.
• hoher Bedarf an Aminosäuren (bis 16)
• am besten strikte anaerobe Verhältnisse
MILCHSÄUREBAKTERIEN
- LACTOBACILLUSPLANTARUM –
• homofermentativ
• Wachstum opt. pH 5,8 bis 7,2 min. pH 4,0
• geringe Ethanoltoleranz (bis 5 % vol.)
• geringste Nährstoffansprüche
• Vitaminbedarf geringer
• produziert u.U. Bakteriozid
MILCHSÄUREBAKTERIEN
- LACTOBACILLUSCASEI –
• homofermentativ
• Wachstum opt. pH 5,8 bis 7,2 min. pH 4,0
• höhere Ethanoltoleranz
• geringe Nährstoffansprüche
• Vitaminbedarf höher als L. pantarum
MILCHSÄUREBAKTERIEN
- LACTOBACILLUSBREVIS –
• heterofermentativ
• Wachstum opt. pH 4,0 bis 6,0 min. pH 3,4
• höhere Ethanoltoleranz
• geringere Nährstoffansprüche als Oenococcus oeni
• verursacht Geschmacksfehler (z. B. Mäuseln)
MILCHSÄUREBAKTERIEN
- PEDIOCOCCUS –
• homofermentativ
• Wachstum min. pH 3,3
• säuretoleranteste Art der Gattung Pediococcus
• Selten während des BSA, häufiger danach
• Fehltöne und Polysaccharidbildung möglich
• Bildung großer Mengen Diacetyl
MALATABBAUFÄHIGEHEFEN
Schizosaccharomyces
• nur ausreichend bei alleiniger Gärung
• hohes Wärmebedürfnis
• wird i.d.R. von Saccharomyces verdrängt
Saccharomyceten
• nur undissoziiertes L-Malat wird umgesetzt
• Abbau nur unvollständig
→neu: GMO-Hefe die alk. Gärung und BSA parallel durchführt!
Keine Zulassung in EU !!
MALATABBAUFÄHIGEHEFEN
Zygosaccharomyces bailii
• Malatabbau vollständig möglich
• Gleichzeitige Erhöhung der Gesamtsäure
Kahmhefen
• Hansenula bis 50 % Malatabbau
• Pichia 25 –95 % Malatabbau
• Candida 32 –85 % Malatabbau
-> Problematisch für Gebinde im Anbruch!
ABBAUWEGE DES MIKROBIELLEN
L - MALATABBAUS
1. Malo-Lactat-Enzym
• direkte Umsetzung von L-Malat zu L-Lactat
• Mn2+und NAD werden benötigt
• keine freien Zwischenprodukte, kein freies NADH2.
2. Malat-Enzym
• L-Malat -> Pyruvat + CO2 -> D-und L-Lactat
• L-Malat kann auch als Kohlenstoffquelle dienen
• z.B. Lactobaccillus casei
3. Malatdehydrogenase
• pH < 4 L-Malat -> Oxalacetat -> Pyruvat + + CO2-> D-und L-Lactat
• pH > 5 L-Malat -> Fumarat -> Succinat + Acetat
• z.B. Lactobaccillus delbrueckii
GRÜNDE FÜR EINEN BIOLOGISCHEN SÄUREABBAU
• Säureminderung (weltweit nur sehr begrenzt !!!)
• Aromaveränderung
• Mikrobiologische Stabilität
• Geringerer SO2-Bedarf
WACHSTUMSVORAUSSETZUNGEN FÜR MILCHSÄUREBAKTERIEN
- NÄHRSTOFFVERSORGUNG –
Kohlehydrate
• Zellaufbau und Energieerzeugung
• aus Zuckern: 0,3 –2 g/L werden benötigt
• Bei Anwesenheit von Malat kaum AcetatbildungAminosäuren
• Freie AS und kurze Peptide wichtige Stickstoffquellen
• Frei AS nur von Oenococcus oeni verwertbar
• Oenococcus benötigt bis 16 essentielle Aminosäuren
• As können als Energiequelle dienen
WACHSTUMSVORAUSSETZUNGEN FÜR MILCHSÄUREBAKTERIEN
- NÄHRSTOFFVERSORGUNG TEIL 2 –
Vitamine
• Generell hoher Vitaminbedarf
• Nicotinsäure, Pantothensäure und –derivate, Biotin, Thiamin, Guanin, Adenin (Oenococcus), Xantin, Uracil u.a.außerdem
• Nucleinsäurederivate, Fettsäuren u. -ester, Salze, Mn2+, Mg2+, K+, Na+
WACHSTUMSVORAUSSETZUNGEN FÜR MILCHSÄUREBAKTERIEN-WACHSTUMSBEEINFLUSSENDE FAKTOREN
- Kohlendioxid
• wird nach neueren Erkenntnissen nicht benötigt
Sauerstoff
• kann von L. plantarum zur Reduzierung von Fructose genutzt werden
• Oenococcus wächst am schnellsten unter anaeroben BedingungenTemperatur
• Malatabbauopt. 30 –35 °CWachstumopt. ca. 25 °C
WACHSTUMSVORAUSSETZUNGEN FÜR MILCHSÄUREBAKTERIEN-WACHSTUMSBEEINFLUSSENDE FAKTOREN
- pH-Wert
• niedriger pH (3-3,5): geringer Zuckerabbaugeringes Wachstumhöchste Malatabbaurate
• hoher pH (5-6): starker Zuckerabbaustarkes Wachstumgeringer Malatabbau
• mittlerer pH (3,5-4,0): höchste Malatabbau-Aktivitäthöchste Aktivität des Malo-Laktat-Enzymshöchste Malat Transport-Aktivität
WACHSTUMSVORAUSSETZUNGEN FÜR MILCHSÄUREBAKTERIEN-WACHSTUMSHEMMENDE FAKTOREN
- SO2
• freie SO2ab 10 mg/L kann Oenococcusabtöten
• gebundene SO2ab 30 mg/L verzögert Wachstum, begrenzt Zelldichte
• gebundene SO2ab 50 mg/L kann Wachstum komplett hemmen
• gebundene SO2ab 20 mg/L reduziert Gäraktivität um 13 %
• gebundene SO2ab 50 mg/L reduziert Gäraktivität um 50 %
• gebundene SO2ab 100 mg/L komplette Gärhemmung möglich
WACHSTUMSVORAUSSETZUNGEN FÜR MILCHSÄUREBAKTERIEN-WACHSTUMSHEMMENDE FAKTOREN
- Ethanol
• 5-12 % keine Gärhemmung
• ab 6 % Wachstumspotential wird vermindert
• Toleranz ist abhängig von Temperatur, pH-Wert, Bakterien-Stamm und Stickstoffangebot
WACHSTUMSVORAUSSETZUNGEN FÜR MILCHSÄUREBAKTERIEN-WACHSTUMSHEMMENDE FAKTOREN
- Lactat
• ab 0,5 g/L reduziertes Wachstum (pH 3,5)
• ab 3 g/L Wachstumshemmung (pH 3,5; künstliches Medium)
• im Wein mit 4,6 g/L Lactat konnte BSA induziert werden
• Lactat in hohen Konzentrationen senkt den elektrochemischen Gradienten und begrenzt ATP-Gewinn und TransportsystemFumarat
• ab 0,4-1,5 g/L bakterizide Wirkung
• niedriger pH verstärkt die Hemmwirkung
• im Wein i.d.R. nur in geringen Mengen
• einige MSB bauen Fumarat zu Malat ab
BSA-STARTER-KULTUREN-ASPEKTE DES EINSATZES
• schnellerer Beginn des BSA
• kürzere Gärdauer
• komplette Vergärung der Äpfelsäure
• gezielter Einsatz bestimmter Bakterien-Stämme (passend zur Hefe!)
• Unterdrückung unerwünschter Bakterien/Fehltöne
• geringer Einfluss von Bakteriophagen
• Sicherheit der Ergebnisse/Geschmackscharakteristik
• Vortests sind möglich (Sensorik)
• Einsatz auch in Problemweinen (pH-Wert)
• Weine können mit hoher Zelldichte beimpft werden(106bis 108KBE/mL)
WEINFEHLER DURCH MILCHSÄUREBAKTERIEN
mögliche Fehler mögliche Verursacher
Milchsäureton (Diacetyl) vor allem Pediococcus
Milchsäurestich (Diacetyl + Acetat) heterofermetative MSB u. Kokken
Mannit-Stich (Mannit + Acetat) heterofermentativer Fructoseabbau
Essig-Stich (Acetat, D-und L-Lactat) heterofermetativer Zuckerabbau Schleimbildung (Polysaccharide) vor allem Pedococcus
Weinsäureabbau L. plantarum, L. Brevis
Mäuseln (2-Acetyltetrahydropyridin) L. brevis, L. Cellobiosis Glycerinabbau (Acrolein) einige L. brevis-Stämme
Biogene Amine (z.B. Phenylethylamin) Pedicoccus damnosus
LYSOZYM
• Lysozym ist ein zugelassenes Enzym zur Verzögerung bzw. zur Verhinderung des Biologischen Säureabbaues (BSA).
• Lyszoym ist eine Muramidase, die die 1,4-Bindung zwischen der N-Acethylmuraminsäure und den 2 Acetamido-2-desoxyglucoseresten in Mucopolysacchariden oder Mucopeptiden spaltet, die die Zellwand grampositiver Bakterien bildet. D.h. die Zellwand der Milchsäurebakterien wird aufgelöst und die Milchsäurebakterien somit abgetötet.
LYSOZYM
• Lysozym kommt sowohl in Pflanzen wie auch Tieren als natürliche Abwehrsubstanz vor. So z.B. in der Tränenflüssigkeit, im Speichel, in Milch und in Pflanzensäften. Gewonnen wird Lysozym aus dem Hühnereiweiß.
• Bereits seit Jahrzehnten verhindert man bei der Käseherstellung die unerwünschten Spätblähungen mit Lysozym. Dabei zerstört Lysozym die Mureinschicht der dafür verantwortlichen grampositiven Bakterien der Gattung Clostridium.
LYSOZYM – GESETZLICHE GRUNDLAGE
• Die Anwendung von Lysozym als oenologische(s) Verfahren/Behandlung ist seit Herbst 2001 in der EU für die Weinbereitung zulässig.
• Der Anwendungsbereich ist folgendermaßen definiert:"Lysozym kann Traubenmost, teilweise gegorenem Traubenmost und Wein mit folgendem Ziel zugesetzt werden: Kontrolle des Wachstums und der Aktivität der für die Apfelmilchsäuregärung bei diesen Erzeugnissen verantwortlichen Bakterien. Die Anwendungsmenge ist kumuliert auf 50 g/100 l begrenzt".
LYSOZYM - EIGENSCHAFTEN
• es wirkt selektiv gegen Milchsäurebakterien und beeinflusst die restliche Mikroflora nicht;
• es weist eine maximale Aktivität bei einem pH von 4-7 auf;
• es ist ein Protein; => ist „Deklarationspflichtig!!!“ wenn Gehalte von mehr als 0,25 mg/ l im Endprodukt verbleiben!
• Muß bei Verwendung untersucht werden!
• es geht mit phenolischen Substanzen Verbindungen ein, die ausfallen können und die Wirksamkeit reduzieren;
• es besitzt durch den hohen IP von 11 im pH-Bereich von Most bzw. Wein eine positive Ladung;
• es weist durch seine oberflächenaktive Wirkung ein stabiles Schaumverhalten auf;
• es kann durch Bentonit abgereichert werden.
LYSOZYM - WIRKUNGSWEISE
• Die grampositiven Bakterien sind durch die äußere Mureinschicht charakterisiert. Gramnegative Bakterien haben zusätzlich eine weitere aus Lipiden bestehende Schutzschicht.
• Lysozym wirkt deshalb nur durch die Zerstörung der Mureinschicht bei grampositiven Bakterien, nicht jedoch bei gramnegativen Bakterien.
• Lysozym beschädigt nicht die Hefezellen, hat aber auch keine Wirkung gegenüber Essigsäurebakterien.
LYSOZYM – EINSATZGEBIETE IM WEINBEREICH
• Verhinderung von spontanem BSA durch den Einsatz im Most vor Gärbeginn und dem Einsatz zum Gärende (Steckenbleiber);
• Ausschluss von spontaner Bakterienflora durch den Einsatz im Most vor Gärbeginn oder zum Gärende, mit anschließender Inaktivierung des Lysozym durch Bentonitzusatz und Beimpfung mit gewünschter Bakterienkultur zur Einleitung des kontrollierten BSA;
• Abstoppen während eines laufenden BSA zur Erhaltung des erwünschten Säureniveaus;
• Stabilisierung von Weinen nach einem BSA durch Abtöten unerwünschter Milchsäurebakterien.
LYSOZYM – EINSATZGEBIETE IM WEINBEREICH
• Stabilisierung der Cuvée von Weinen mit und ohne BSA, auch bei Süßreservezusatz;
• Stabilisierung von Weinen mit unvollständigem BSA, wobei noch Äpfelsäure vorhanden ist;
• Anwendung bei Schaumwein; vor und nach der zweiten Gärung zur Verhinderung des BSÁs und zur Verbesserung des Schaumverhaltens.
LYSOZYM - ANWENDUNGSREGELN
• Lysozym reagiert mit Polyphenolen des Weines und bildet unlösliche Komplexe. Somit ist die Wirkungsdauer je nach Weininhaltsstoffen zeitlich unterschiedlich begrenzt. (Problem bei Naturkorken!)
• Um den BSA längerfristig zu vermeiden, ist oft eine gestaffelte Dosierung sinnvoll.
• Der optimale pH-Bereich von Lysozym ist zwischen 4 -7. Deshalb ist die Anwendung von Lysozym bei säurearmen Weinen zur Verhinderung des BSA wirkungsvoller als SO2.
• Lysozym besteht hauptsächlich aus Eiweiß, weshalb nach der Behandlung mit Lysozym auf jeden Fall der Bentonitbedarf kontrolliert werden muss.
• Trübungen und Instabilitäten können nach der Anwendung auftreten
ERGÄNZENDE LITERATUR
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Köhler, H.: Biologischer Säureabbau durch Starterkulturen. Das Deutsche Weinmagazin,1994, (no. 8)
Laurent, M., T. Henick-Kling, T. Acre: Veränderungen im Aroma und Geruch von Chardonnay-Weinen in Abhängigkeit vom biologischen Säureabbau. Die Weinwissenschaft, 1994, (no. 1)
Krieger, S.: Aromabeeinflussung durch den BSA. Der Deutsche Weinbau, 1993, (no. 12)
Miltenberger, R., C. Stumpf, H. Köhler u. M. Geßner:Säureabbau mit Bakterienkulturen. Das Deutsche Weinmagazin, 1994, (no. 27) p. 22-23
Lemperle, E. u. C. Nissen: Biologischer Saeureabbau: Was bringen Starterkulturen? Der Deutsche Weinbau, 1996, (no. 20) p. 28-30
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Bamberger, U. u. J. Weiand: Der Bakterielle Säureabbau -pro und contra! Die Winzer-Zeitschrift, 1997, (no. 8) no. 24-26
Bamberger, U.: Versuche zum Bakteriellen Säureabbau (BSA) -Mut zu neuen Wegen. Das Deutsche Weinmagazin, 1997, (no. 18) p. 39-42
Pulver, D.: Biologischer Säureabbau: Interesse der Winzer wird größer.Das Deutsche Weinmagazin, 1997, (no. 20) p. 10-14
Weiand, J.:Starterkulturen im Vergleich. Das Deutsche Weinmagazin, 1997, (no. 21) p. 18-23
Miltenberger, R., C. Stumpf, M. Geßner u. H. Köhler: Mikrobieller Säureabbau. Rebe und Wein, 1997, (no. 10) p. 343-347
Weiand, J.: Mit Lysozym den BSA im Griff? Das Deutsche Weinmagazin, 2001, (no. 23) p. 14-17
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Miltenberger, R., Maier, C. u. Schindler, E.: Säureabbau -Bakteriell mit Starterkulturen. Das Deutsche Weinmagazin, 2003, (no. 21) p. 10-13