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Infrarotlicht gibt Aufschluss über Weinqualität

Die Sicherung der Weinqualität wird immer wichtiger, um auch im internationalen Wettbewerb bestehen zu können. Die bisher zur Qualitätsüberprüfung eingesetzten Verfahren sind aber oftmals sehr zeit- und kostenintensiv. Ebenso können mikrobielle Belastungen der Trauben, welche die Lebensmittelsicherheit gefährden könnten, nur unzureichend detektiert werden. Forscher der Staatlichen Lehr- und Versuchsanstalt für Wein- und Obstbau in Weinsberg arbeiten nun gemeinsam mit der Universität Hohenheim an einem neuen Verfahren, um diese Schwierigkeiten zu beseitigen und die Qualitätsbewertung zuverlässiger zu machen.

Dr. Martin Pour Nikfardjam von der Staatlichen Lehr- und Versuchsanstalt für Wein- und Obstbau in Weinsberg (LVWO) und sein Team entwickeln derzeit in Zusammenarbeit mit Forschern von der Uni Hohenheim aus dem Arbeitskreis von Prof. Dr. Dr. Reinhold Carle ein neues Verfahren zur schnellen und effizienten Qualitätsbewertung von Traubenmaischen. Es basiert auf der Technik der Nahinfrarotspektroskopie.

Bisherige Verfahren zur Qualitätsbewertung unzureichend

Die Reife und der Gesundheitszustand von Trauben werden bisher meist über eine Sichtkontrolle und die Messung des Mostgewichts, in Grad Oechsle, bestimmt. Dieses gibt den Zuckergehalt des Traubenmostes wieder. Mittels der Oechsle-Grade kann allerdings nur bedingt eine Aussage über die zukünftige Qualität des Weines getroffen werden. Denn so kann lediglich der nach der vollständigen Gärung mögliche Alkoholgehalt berechnet werden, die Qualität ist aber noch von mehreren anderen Faktoren abhängig.

Dr. Martin Pour Nikfardjam, Leiter des Referats Analytik an der Staatlichen Lehr- und Versuchsanstalt für Wein- und Obstbau (LVWO) in Weinsberg © privat

„In den Weinbergen haben wir verschiedene Pilze, die einen mehr oder weniger großen Einfluss auf die individuelle Weinqualität haben“, erklärt Nikfardjam, „da ist es wichtig, dass man ein objektives Mittel für die Analyse zur Hand hat.“ Denn die Traubenfäulnis wird bislang nur durch visuelle Begutachtung beurteilt.

Aber „die Sichtkontrolle zur Überprüfung des Gesundheitszustands der Trauben ist sehr subjektiv“, erläutert Nikfardjam weiter, „während der Lese kommen die Erzeuger mit großen Kisten voller Trauben an den Genossenschaftskellereien an. Oben können nun die wunderbarsten Trauben liegen, wobei im unteren, nicht sichtbaren Teil, die Sache schon wieder ganz anders aussehen kann.“

Der Oechsle-Grad und der optische Eindruck stellen neben der abgelieferten Traubenmenge üblicherweise auch die Berechnungsgrundlage für die Bezahlung der Winzer dar. Auch deshalb ist der Bedarf an einem neuen Verfahren zur objektiven und umfassenden Beurteilung der Traubenqualität bei der Anlieferung groß. Hierbei spielt aber auch die Zeit, die für die Analyse und Beurteilung benötigt wird, eine entscheidende Rolle. Denn während der Ernteperiode im Herbst liefern sehr viele Erzeuger auf einmal ihre Trauben, welche zeitnah weiterverarbeitet werden müssen, bei den Genossenschaften ab.

Erste Verbesserungen durch die Einführung spektroskopischer Methoden

Bereits seit Längerem gibt es ein Verfahren, das auf spektroskopischen Messungen im mittleren Infrarotbereich basiert. Mit diesem ist eine umfassendere Analyse der Inhaltsstoffe der Maische möglich und auch Kontaminationen mit Mikroorganismen können so festgestellt werden. Wie Nikfardjam berichtet, besteht der große Nachteil dieses Verfahrens darin, dass dafür zunächst eine Aufarbeitung der Maische nötig ist. Aus der Maische muss eine homogene Probe entnommen und durch Zentrifugieren und Filtration von groben Partikeln befreit werden, da zur Messung eine klare Phase benötigt wird. Dies kostet wertvolle Zeit, die bei der Traubenanlieferung während der Ernteperiode nicht zur Verfügung steht. Außerdem entscheidet eine kleine, nur Mikroliter große Probe stellvertretend über die gesamte abgelieferte Ernte.

„Mit der Methode im mittleren Infrarot-Bereich waren wir schon ein großes Stück weiter“, aber das Ziel der Automatisierung und der Integration des Analyseverfahrens in den Verarbeitungsprozess der Traubenmaische war noch nicht erreicht. „Unser Wunschgedanke war der folgende: Man liefert die Trauben ab, diese rutschen am Messgerät vorbei, welches konstant misst, ohne dass zuvor ein anderer Verfahrensschritt, also eine Separation dessen, was abgeliefert, und dessen, was letztendlich gemessen wird, stattfindet“, so der Forscher.

Bestrahlung mit Infrarotlicht gibt Aufschluss über enthaltene Inhaltsstoffe

Dioden-Array-Spektrometer der NIR-Online GmbH zur Analyse der Traubenmaische durch Nahinfrarotspektroskopie innerhalb des Verarbeitungsprozesses © NIR-Online GmbH

Das gemeinsame Forschungsprojekt der Staatlichen Lehr- und Versuchsanstalt für Wein- und Obstbau und der Universität Hohenheim verspricht nun Hoffnung auf Lösung dieser Probleme. Im Jahr 2010 startete das über den Forschungskreis der Ernährungsindustrie (FEI) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie finanzierte Projekt. Beteiligt waren außerdem die Genossenschaftskellerei Heilbronn-Erlenbach-Weinsberg, die Winzergenossenschaft Weinbiet aus Neustadt an der Weinstraße und die Firma NIR-Online aus Walldorf als industrieller Partner.

Die entwickelte Methode basiert auf der Nahinfrarotspektroskopie (NIRS). Diese wird bereits erfolgreich in der Qualitätsanalyse und der Prozesskontrolle in Brauereien, in Getreidemühlen und in der Pharma-Industrie angewendet. Sie kann direkt in den Verarbeitungsprozess der Traubenmaische integriert werden, da für die Messung keine Probenvorbereitung nötig ist.

Bei der Nahinfrarotspektroskopie wird die Probe mit Infrarotlicht bestrahlt. Dadurch werden die Moleküle in der Probe zu Schwingungen angeregt, welche jeweils charakteristisch für die Art der enthaltenen Moleküle sind. Anhand des erhaltenen Signals kann schließlich zurückgerechnet werden, welche Inhaltsstoffe in der Probe enthalten sind und in welcher Konzentration.

Vor dem Routineeinsatz Kalibrierung nötig

Axel Mattes, Mitarbeiter im Team von Dr. Nikfardjam, analysierte im Rahmen seiner Doktorarbeit über tausend Maischeproben. © privat

Es handelt sich dabei aber um ein indirektes Verfahren. Das heißt, das NIR-Gerät muss zunächst mit Hilfe von Referenzproben kalibriert werden, bevor es für die Bestimmung unbekannter Proben routinemäßig zum Einsatz kommen kann.

Die Kalibrierung des Gerätes mittels Referenzanalytik war eine der Hauptaufgaben des Forschungsprojektes. Axel Mattes, ebenfalls von der LVWO, untersuchte dafür im Rahmen seiner Doktorarbeit seit Projektbeginn im August 2010 über tausend Maischeproben auf ihre Inhaltsstoffe und deren Konzentration. Zunächst analysierte er diese per NIR-Spektroskopie und anschließend mit Hilfe von referenzanalytischen Methoden. Die Ergebnisse der Referenzanalyse wurden denen der NIR-Spektroskopie zugeordnet und daraus eine Kalibrierung für die gemessenen Inhaltsstoffe und deren Konzentration erstellt. Aufwändig dabei ist, dass für jeden Jahrgang und je nach Anbaugebiet die Kalibrierung angepasst und neue Proben verglichen werden müssen.

Ergosterin als Indikator für den Schimmelpilzbefall

Um die Qualität, also den Reifegrad und den Gesundheitszustand der abgelieferten Trauben umfassend beurteilen zu können, müssen mehrere Parameter erfasst werden. Nikfardjam und Kollegen widmeten sich dabei unter anderem der Analyse des Glucose- und Fructosegehalts in den Trauben sowie der Konzentrationsbestimmung von Wein- und Äpfelsäure zur Bestimmung des Reifegrads.

Als weitere wichtige Qualitätsparameter untersuchten die Wissenschaftler von der LVWO sogenannte Verderbsmarker, wie die Essigsäure, die Gluconsäure und Glycerin, die durch mikrobielle Einflüsse entstehen. Neben diesen „Standardparametern“ führten Professor Carle und sein Team nun zusätzlich einen weiteren Verderbsmarker ins Feld, der über NIRS detektiert werden kann: das Ergosterin.

Ergosterin ist ein essenzieller Bestandteil der Zellmembran von Pilzen und kann deshalb auch als Indikator für einen Schimmelpilzbefall der Trauben genutzt werden. Es findet bereits bei verschiedenen Lebensmitteln wie Tomaten, Apfelsaft oder auch Futtermitteln erfolgreich Anwendung als Marker für den Verderb. Denn „es besteht eine lineare Beziehung zwischen der Fäulnis und dem Ergosteringehalt“, erläutert Nikfardjam, „ je mehr Fäulnis ich habe, umso mehr Ergosterin befindet sich in der Probe.“

„Wir sind nun an einem sehr guten Punkt angelangt“

Verarbeitung der Trauben zur Maische. © LVWO

Die Ergebnisse aus dem Abschlussbericht sind vielversprechend. „Wir sind nun an einem sehr guten Punkt angelangt und haben uns damit eine Basis geschaffen, auf der aufgebaut werden kann", freut sich Nikfardjam. Im weiteren Verlauf müsse nun geprüft werden, ob das NIR-Gerät, das drei Jahre lang mit Unmengen an Daten gefüttert wurde, auch zuverlässig funktioniert und gute Ergebnisse liefern kann, so die Forscher. Ein zukünftiges Ziel sei die weitere Optimierung der Kalibriermodelle und natürlich eine Verbesserung der Aussagequalität des Verfahrens.

„Unser Wunschziel ist es, dass dieses System irgendwann vollkommen autark funktioniert, das heißt, es nimmt das Nahinfrarotspektrum der gesamten abgelieferten Ware im Maischestrom auf und analysiert die einzelnen Qualitätsparameter. Im Optimalfall wird dann anschließend die Maische über ein Ventilsystem entsprechend der Qualität in verschiedene Fraktionen aufgeteilt“, so die Vorstellung von Nikfardjam.

Mit dem in den Verarbeitungsprozess integrierten NIR-Verfahren würde eine schnelle und kostengünstige Möglichkeit zur objektiven Beurteilung der Qualität und des Gesundheitszustands der Trauben zur Verfügung stehen, welche zu einer besseren Weinqualität und erhöhten Verbrauchersicherheit führt. Außerdem kann auf deren Grundlage ein gerechtes und qualitätsorientiertes Auszahlungssystem für die erzeugenden Betriebe entwickelt werden. Bis zur kommerziellen Markteinführung wird es aber noch eine Weile dauern.

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/infrarotlicht-gibt-aufschluss-ueber-weinqualitaet