Der biologische Prozess der Weinbereitung ist das Ergebnis einer Reihe biochemischer Umwandlungen, die durch die Wirkung mehrerer Enzyme ausgelöst werden. Viele dieser Enzyme stammen aus den Trauben selbst. Da die endogenen Enzyme der Trauben, Hefen und anderer Mikroorganismen unter den Bedingungen der Weinbereitung häufig weder ausreichend wirksam noch in ausreichender Menge vorhanden sind, werden kommerzielle Enzympräparate zudem breit als Supplemente eingesetzt. Einige kommerzielle Enzympräparate werden in der Weinbereitung sehr häufig verwendet (Pektinasen), während andere weniger verbreitet sind (Urease). Der typische Weinbereitungsprozess und die eingesetzten Enzyme sind in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Typischer Herstellungsprozess von Rotweinen mit Darstellung der Prozessstufen, in denen Enzyme zugesetzt werden. (Ray, et al. 2017)

Einsatz von Enzymen zur Verbesserung der Mazeration

Die Farbe ist eines der wichtigsten Merkmale bei der ersten Beurteilung von Rotwein. Farbintensive Weine werden in der Regel mit höheren wahrgenommenen Qualitätsbewertungen assoziiert. Anthocyane tragen wesentlich zur sensorischen Qualität von Rotweinen bei, da diese Moleküle und ihre Wechselwirkungen mit anderen phenolischen Verbindungen für die Farbe und die Stabilität von Rotwein während der Reifung verantwortlich sind. Exogene Enzyme werden in der Rotweinbereitung широко eingesetzt, um die Extraktion von Anthocyanen aus der Beerenhaut zu beschleunigen und dadurch die Farbintensität des resultierenden Weins zu erhöhen. Kommerzielle Enzympräparate sind hauptsächlich durch die Aktivitäten pektolytischer Enzyme (Polygalacturonase, Pektinmethylesterase und Pektinlyase), Cellulase, Hemicellulase sowie saurer Protease charakterisiert.

Einsatz von Enzymen zur Verbesserung von Klärung, Filtration und Ausbeute

Die Zugabe kommerzieller Enzyme (z. B. Pektinasen, Xylanasen, Glucanasen, Proteasen) zur Verbesserung von Klärung und Filtration sowie zur Steigerung der Pressleistung und Saftausbeute ist in der Weinbereitung gängige Praxis. Pektinasen sind die wichtigsten Enzyme in der Weinbereitung. Zusammen mit Cellulose, Hemicellulose und Lignin bilden pektische Verbindungen einen Bestandteil der Traubenzellwand und wirken als „Kittsubstanz“ zwischen den Zellen, wodurch der Zellwand Konsistenz verliehen wird. Das Aufbrechen dieser Zellstrukturen begünstigt die Extraktion von Substanzen, die im festen Anteil der Traube enthalten sind, insbesondere im Fruchtfleisch und in der Schale. Pektolytische Enzyme bauen diese Verbindungen ab und verbessern die Extraktions- und Klärprozesse des Mostes. Sie können zudem die Extraktion von Substanzen fördern, die das Aroma und die Farbe beeinflussen und in Schale und Fruchtfleisch enthalten sind.

Unterstützte Weinreifung auf der Hefe mit β-Glucanase

In Weinen findet nach Abschluss der alkoholischen Gärung eine Reifung auf der Hefe (sur lie) über einen je nach Produkteigenschaften variablen Zeitraum statt. Hefetrub (Lees) besteht überwiegend aus Mikroorganismen (Hefen und Bakterien) und in geringerem Umfang aus Weinsäure und anorganischer Substanz. Während der Reifung auf der Hefe kommt es zur Autolyse der Weinhefen, wodurch sich die chemischen und sensorischen Eigenschaften des Weins verändern. Die Hefeautolyse umfasst die Hydrolyse von Biopolymeren unter der Wirkung hydrolytischer Enzyme (u. a. β-Glucanasen und Proteasen), wodurch unterschiedliche Verbindungen in den Wein freigesetzt werden. Peptide, Aminosäuren, Fettsäuren und Nukleotide stammen aus dem Hefecytoplasma, während Glucane und Mannoproteine aus der Hefezellwand freigesetzt werden. Diese Verbindungen haben einen maßgeblichen Einfluss auf die organoleptischen Eigenschaften und die Stabilität der Weine sowie auf die Schaumbildung bei Schaumweinen. Die Dauer der Reifung auf der Hefe variiert in Abhängigkeit von den gewünschten Weineigenschaften, wobei eine längere Reifezeit in der Regel positiv zur Weinqualität beiträgt. Um diese lange Phase zu verkürzen und damit das Risiko von Oxidation und mikrobieller Kontamination sowie die hohen Produktionskosten zu reduzieren, können Enzympräparate mit hohem Gehalt an β-Glucanasen eingesetzt werden. Exogene Glucanasen können die Hydrolyse von β-(1-3)- und β-(1-6)-glykosidischen Bindungen der Zellwand-β-Glucanketten katalysieren, wodurch die Zellwand schrittweise abgebaut und die Hefelyse beschleunigt wird.

Einsatz von Enzymen zur Verstärkung des Weinaromas

Das sortentypische Aroma der Trauben umfasst flüchtige, frei vorliegende Geruchsstoffe (hauptsächlich Monoterpene, C13-Norisoprenoide, Benzolderivate und langkettige aliphatische Alkohole) sowie geruchsneutrale, nichtflüchtige Glycokonjugate. Glycosidisch gebundene flüchtige Verbindungen bestehen aus Glucose und zudem aus Rhamnose, Arabinose oder Apiose in Disaccharid-Glycosiden. Diese glycosidischen Aromavorstufen können durch den Einsatz exogener Glycosidasen in geruchsaktive flüchtige Verbindungen überführt werden. Üblicherweise erfolgt dies in einem zweistufigen Reaktionsmechanismus: Zunächst setzen α-Rhamnosidase, α-Arabinosidase oder β-Apiosidase den terminalen Zucker frei (abhängig von den Zuckerresten der Substrate); anschließend spaltet eine β-Glucosidase das aromatische Aglykon und Glucose ab.

Es wurde gezeigt, dass glycosidische Aromavorstufen während der Weinbereitungsprozesse stabil bleiben, da die Wirkung der Glycosidasen aus Trauben und S. cerevisiae sehr begrenzt ist. Daher wurde die Auswahl aktiver Glycosidasen aus Hefen, Pilzen und Bakterien zur Verstärkung des Weinaromas umfassend untersucht. Derzeit sind kommerzielle, glycosidasereiche Präparate aus Aspergillus niger verfügbar. Diese pilzlichen Enzyme sind unter den Bedingungen der Weinbereitung aktiv; aufgrund ihrer Hemmung durch Glucose müssen sie jedoch am Ende der Gärung zugesetzt werden.

Referenz

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1. Ray, Ramesh C., and Cristina M. Rosell, eds. Microbial enzyme technology in food applications. CRC Press, 2017.