Aus diesem Grund wurde ein Projekt in Kooperation mit der Abteilung Mikrobiologie (ZIEL) der TU München in Weihenstephan initiiert. In den Jahren 2009 und 2010 wurde die Biodiversität von Hefepopulationen auf Riesling-Trauben aus sechs Weinbergen und den sich anschließenden Gärungen untersucht. Von jedem Probenahmetermin wurden 100 zufällig isolierte Hefen identifiziert, insgesamt ca. 24.000 Isolate in beiden Jahren. Die Identifizierung erfolgte durch FTIR-Spektroskopie. Die bisherigen Ergebnisse zeigen, dass etwa zwölf Hefe-Arten im ersten Drittel der Spontangärung von Bedeutung sind, bevor diese durch Saccharomyces cerevisiae dominiert wird. Zudem wurde deutlich, dass Hefen aus dem Umfeld des Kellers einen größeren Einfluss auf die Biodiversität der Gärungspopulation haben, als die originär von den Trauben stammenden Mikroorganismen. Es konnte gezeigt werden, dass die FTIR-Technologie mit dem hohen Durchsatz an Identifizierungen ein tieferes Verständnis der Biodiversität von Hefe-dominierten Lebensgemeinschaften im Weinberg und während der Gärung erlaubt.
Projektdurchführung
Im Rahmen des Projektes wurden ausschließlich Riesling-Anlagen beprobt. Die Trauben wurden verarbeitet und anschließend mit der mosteigenen Hefeflora bzw. in den Kontrollansätzen mit Reinzuchthefen vergoren. Zusätzlich wurde zwischen drei verschiedenen Bodentypen bzw. -arten differenziert (Löss, Ton, Schiefer). Für jeden Standort wurden das Traubenmaterial und die entstehenden Weine zu unterschiedlichen Zeitpunkten hinsichtlich vorkommender Hefe-Arten untersucht. Um Erkenntnisse über die Biodiversität von Hefepopulationen auf den Trauben im Weinberg zu erlangen, um aber auch Rückschlüsse hinsichtlich des Auftretens bestimmter Arten bei den sich anschließenden Gärungen treffen zu können, wurden zu drei Zeitpunkten während der Vegetationsperiode Trauben unter semisterilen Bedingungen entnommen und die darauf vorkommenden Hefen identifiziert. Die Probenahmetermine waren Beerenreife, zwei bis drei Wochen vor der Lese sowie unmittelbar vor der Lese.
Die Verarbeitung der Trauben fand unter vorab festgelegten, standardisierten Bedingungen statt. Da eine große Artverschiebung während der Traubenverarbeitung zu erwarten war, erfolgte eine erste Beprobung nach dem Pressvorgang. Der zweite und dritte Probenahmetermin wurde nach der SO2-Gabe sowie nach 24-stündiger Sedimentation terminiert. Jeweils zwei 25-Liter fassende Glasballons wurden zur Gärung mit der mosteigenen Hefeflora und mit Reinzuchthefen bei 17 °C angestellt. Während des ersten Drittels der Gärung wurden zu vier verschiedenen Zeitpunkten und zum Abschluss der Fermentation die vorkommenden Hefen bestimmt. Einen möglichen Einfluss auf das Aroma sollte eine chemische Analyse mittels HPLC, GC-MS und GC-PFPD zeigen. Nach Füllung der Weine fand eine sensorische Bewertung der Weine durch ein Prüfer-Panel statt.

FTIR-Spektroskopie zur Identifizierung von Hefen in der Weinbereitung
Die Identifizierung von Hefen aus dem Weinberg, den späteren Verarbeitungsstufen der Trauben sowie aus den Gärungsgebinden erfolgte mittels Fourier-Transform Infrarot (FTIR)-Spektroskopie (Abb. 1). Die Isolierung von Reinkulturen ist Voraussetzung für diese spektroskopische Methode. Nach standardisierter Kultivierung der Mikroorganismen wird der mittlere Infrarotbereich von etwa 4.000 bis 500 Wellenzahlen/cm2 (25.000 bis 2.500 nm) genutzt, um Atome in Molekülverbänden in Schwingungen zu versetzten. Durch Absorption des Lichtes kann somit ein Spektrum gemessen, berechnet und erstellt werden. Diese spezifische Absorption kann unterschiedlichen Zellbestandteilen zugeordnet werden, welche für die Identifizierung herangezogen werden können. Durch Abgleich mit einer entsprechenden leistungsstarken Datenbank, welche etwa 3.000 weinrelevante Stämme aus 215 Arten umfasst, erfolgt die Identifizierung bis auf Artebene. Mittels hierarchischer Clusteranalysen ist es möglich, eine Differenzierung bis auf Stammebene durchzuführen (Naumann et al. 1991, Wenning et al. 2008). Aufgrund der starken Automatisierung ist ein hoher und kostengünstiger Probendurchsatz möglich.
Biodiversität im Weinberg
In Abbildung 2 sind die prozentualen Zusammensetzungen der Hefepopulationen in den Traubenproben während der Vegetationsperiode beschrieben. Aufgrund einer sehr hohen Artenvielfalt geben die Diagramme die Biodiversität auf Gattungsebene wieder. Im direkten Vergleich stehen jeweils die Gesamtpopulationen zu solchen, die zwischen gärungsrelevanten und -irrelevanten Hefen differenzieren. Hier zeigte sich vor allem beim ersten Probenahmetermin (vgl. Abb. 2: R1) und beim zweiten Termin (R2; Ergebnisse nicht dargestellt) eine klare Dominanz von oxidativen Hefegattungen, wie Cryptococcus, Sporidiobolus und Rhodotorula sowie des Pilzes Aureobasidium pullulans. Auf Artenebene betrachtet wies die Gattung Cryptococcus vertreten durch C. magnus, C. diffluens, C. albidus/adeliensis, C. neoformans, C. laurentii, C. flavescens, aber auch die Gattung Rhodotorula mit R. mucilaginosa, R. graminis, R. laryngis, R. glutinis, R. nothofagi/fujisanensis eine große Vielfalt auf. Der Anteil an gärungsrelevanten Hefen ist zu diesem Zeitpunkt noch sehr gering. In Abhängigkeit vom phytosanitären Zustand der Trauben wurde zum Zeitpunkt der Lese bei drei Standorten (S1, S3, S5) bereits ein starker Anstieg fermentativer Hefen beobachtet. Hierbei dominierte vor allem Hanseniaspora uvarum. Aber auch andere Nicht-Saccharomyceten, wie Metschnikowia pulcherrima, M. fructicola, Debaryomyces hansenii, D. polymorphus, D. castellii, Pichia anomala, P. guillermondii, Candida zemplinina, C. boidinii, C. oleophila sowie C. melobiosica wurden identifiziert. Die echte Weinhefe S. cerevisiae wurde jedoch nur einmal nachgewiesen.