Authors:	Christ, Eva
Title:	Understanding of stuck fermentations : investigations on the relationship between the microbial diversity and chemical composition of must
Online publication date:	5-Mar-2015
Year of first publication:	2015
Language:	english
Abstract:	Das Ziel dieser Arbeit war es, mehr Informationen über unkonventionelle Gründe für Gärstockungen zu gewinnen und neue Wege zu finden, diese zu überwinden. Mikrobielle Sukzession und die chemische Zusammensetzung bei der Gärung wurden in zwei aufeinander folgenden Jahren in einem Weingut von der oberen Mosel in Deutschland studiert. Es gab keinen Hinweis darauf, dass die isolierten Bakterienspezies oder chemischen Komponenten von Most und Jungwein an schleppenden oder stockenden Gärungen beteiligt waren. Ferner konnte während dieser Arbeit gezeigt werden, dass Saccharomyces bayanus die dominierende Weinhefe in diesem Weingut war statt der klassischen und bekannten Weinhefe Saccharomyces cerevisiae. Während der Gärstockung konnte ein Dreifach-Hybrid Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus wachsen, Saccharomyces bayanus ersetzen und die Gärung beenden. Beide isolierten Hefestämme Saccharomyces bayanus Stamm HL 77 und der Dreifach-Hybrid Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus Stamm HL 78 konnten Glucose und Fructose von Anfang an verwerten und konnten bei niedrigen Temperaturen von 15 °C und in der Abwesenheit von Hefe-verwertbarem Stickstoff in Form von Ammonium wachsen, solange Aminosäuren im Medium vorhanden waren, im Gegensatz zu einer kommerziellen Saccharomyces cerevisiae-Starterkultur. Chemische Untersuchungen ergaben, dass Hefe-verwertbarer Stickstoff in dem kooperierenden Weingut mit einem Maximum von 160 mg/l zu Beginn der Gärung vorhanden war und auf 40 mg/L verringert war nach zwei Wochen. Aus diesem Grund sind beide isolierten Hefestämme interessant als Starterkulturen in diesem Weingut und dies kann neben der niedrigen Temperatur im Keller auch ein Grund sein, warum Saccharomyces cerevisiae nicht die dominierende Weinhefe in diesem Fall ist. Der Dreifach-Hybrid Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus Stamm HL 78 ist in der Lage, Fructose noch effizienter zu nutzen als Saccharomyces bayanus Stamm HL 77 und ist weniger abhängig von der Aminosäurekonzentration. Dieser Stamm wurde bereits erfolgreich bei diesem Projekt eingesetzt, um eine Gärstockung in dem kooperierenden Weingut zu beheben. Es ist bekannt, dass Saccharomyces-Hybride in der Weinherstellung vorkommen aber ihre Rolle bei der Überwindung von Gärstockungen wurde bisher noch nicht beschrieben. Diese Ergebnisse sind nützlich, um Gärstockungen zu vermeiden oder zu überwinden mit der selektiven Verwendung dieser Hefestämme in verschiedenen Stadien der Gärung. Das kooperierende Weingut, welches im oberen Qualitätssegment platziert ist, hatte jedes Jahr Probleme mit Gärstockungen. Daher ist die Anwendung der Dreifach-Hybriden Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus Stamm HL 78 eine große Chance, Gärstockungen und finanzielle Verluste ohne kommerzielle Starterkulturen oder andere übliche Praktiken, die zu einer Veränderung des Aromaprofils führen können, zu vermeiden. Die beschriebenen Untersuchungen stellen ein Modell dar, um Gärstockungen auch in anderen Weingütern, die Spontangärungen anwenden, zu überwinden. The goal of this thesis was to gain more information about unconventional reasons for stuck fermentations and find new ways to overcome this problem. Microbial succession and chemical composition during fermentation were studied in two following years in a winery from the upper Moselle in Germany. From the results, there was no hint that the isolated bacterial species or chemical components of must and young wine were involved in sluggish or stuck fermentation. Furthermore, during this work it could be shown that Saccharomyces bayanus was the dominating wine yeast in this winery instead of the classical and well-known wine yeast Saccharomyces cerevisiae. During stuck fermentation, a triple hybrid Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus grew up, replaced Saccharomyces bayanus and finished fermentation. Both isolated yeast strains, Saccharomyces bayanus strain HL 77 and the triple hybrid Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus strain HL 78 were able to use glucose and fructose from the beginning and were able to grow at low temperatures of 15 °C and in the absence of yeast assimilable nitrogen in form of ammonium as long as amino acids were present in the medium in contrast to a commercial Saccharomyces cerevisiae yeast strain. Chemical investigations revealed that yeast assimilable nitrogen was very limited in the must from the cooperative winery with a maximum of 160 mg/L at the beginning of the fermentation which decreased to 40 mg/L after two weeks. For that reason, both isolated yeast strains are interesting as starter cultures in this winery and it may also explain why Saccharomyces cerevisiae is not the main fermenting yeast in this case besides the low temperature in the cellar. The triple hybrid Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus strain HL 78 is able to use fructose even more efficiently than Saccharomyces bayanus strain HL 77 and is less dependent on the amino acid concentration. This strain has already successfully been used during this project to restart fermentation in the cooperative winery it was isolated from. Saccharomyces hybrids have already been described to be involved in wine making, but their role in overcoming stuck fermentations has not been mentioned yet. These results are useful to avoid or overcome stuck fermentation with the selective use of these yeast strains at different stages of fermentation. The cooperative winery which is placed in the upper quality segment had problems with stuck fermentation every year. Therefore, the application of the triple hybrid Saccharomyces cerevisiae x Saccharomyces kudriavzevii x Saccharomyces bayanus strain HL 78 is a great opportunity to avoid stuck fermentations and financial losses without using commercial starter cultures or other common practices which can lead to a change in the aroma profile. The described investigations could be taken as a model procedure to overcome fermentation problems also in other wineries applying spontaneous fermentation.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1552
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-39813
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen