Einfluß von Pflanzenschutzmitteln auf die Bildung von Nebenprodukten bei der alkoholischen Gärung

H. Lay, Staatliche Lehr- und Versuchsanstalt für Wein- und Obstbau, D-74189 Weinsberg

A. Rapp, Bundesanstalt für Züchtungsforschung an Kulturpflanzen, Institut für Rebenzüchtung Geilweilerhof, D-76833 Siebeldingen
B. Schmidt, Labor Dr. Ridder, D-54290 Trier

Einleitung

Das Aroma eines Weines setzt sich aus mehreren hundert verschiedenen Komponenten zusammen. Nur, wenn diese in einer bestimmten Konzentration und in einem bestimmten Verhältnis zueinander vorliegen, wird das für jede Rebsorte charakteristische Bukett erhalten (1). Bei einer qualitativen oder quantitativen Veränderung dieser Aromakomponenten kann das Geruchs - und Geschmacksbild eines Weines erheblich beeinflußt werden. Durch die alkoholische Gärung wird die Aromazusammensetzung des Traubenmostes drastisch verändert. Die wichtigsten Gärungskomponenten sind höhere Alkohole und deren Acetate, Fettsäuren und Fettsäureester sowie Schwefelverbindungen . Der Einfluß von Pflanzenschutzmitteln auf den Gärverlauf war schon Gegenstand zahlreicher Untersuchungen (2;3;4). In fast allen Veröffentlichungen wurde jedoch hauptsächlich der Frage nachgegangen, inwieweit die Gärung durch Pflanzenschutzmittel verzögert wird, bzw. wie sich die Zusammensetzung der Mikroorganismen verändert. Über die Veränderung der höheren Alkohole und Ester liegen nur wenige Veröffentlichungen vor (5;6). Danach hat Rovral nur einen geringen Einfluß auf die Gärung (5). Die dort festgestellten Unterschiede in der Zusammensetzung der Gärprodukte werden als nicht signifikant eingestuft. Über die Fungizid-Wirkstoffe Triadimenol (Handelsname: Bayfidan) und Penconazol (Handelsname: Topas) sind keine Untersuchungen über ihren Einfluß auf die Zusammensetzung von Gärkomponenten bekannt; über Triadimefon (Handelsname: Bayleton) , das die Sterol-Biosynthese hemmt, liegt nur eine Veröffentlichung vor (6). Sterole sind ein wichtiger Baustein der Zellmembran von eukaryotischen Zellen. Dieses sind Mikroorganismen mit einem echten Zellkern (8). Bei allen Pilzen, also auch bei Hefen wie z.B. Saccharomyces cerevisiae, handelt es sich um eukaryotische Zellen, in denen die Sterol-Biosynthese ähnlich verläuft. Die Zellneubildung kann daher bei beiden gestört werden und als Folge davon zu einer Veränderung des Gärbuketts führen. DOIGNON et al. stellte bei seinen Untersuchungen bei einem Einsatz von Sterol-Synthese-Hemmer Gärverzögerungen, sowie höhere Gehalte an Restzucker, flüchtiger Säure und höherer Alkohole fest (6). Die Gehalte an Fettsäuren und deren Ethylestern, den Acetaten der höheren Alkohole und den Terpenoiden waren jedoch erniedrigt.

Fettsäureethylester und insbesondere die Acetate der höheren Alkohole sind aber wichtige Aromakomponenten des Gärbuketts von Weißweinen. Sie besitzen vor allem fruchtige und blumige Noten. Eine Erniedrigung dieser Gärungsnebenprodukte hat einen Aromaverlust und damit eine Veränderung des Weinbuketts zur Folge.

Die jeweiligen Gehalte der verschiedenen Aromakomponenten des Weines bewegen sich zwischen 10 ^-4 und 10 ^-12 g/l. Die Gesamtmenge in Wein beträgt etwa 0,8 g/l - 1,2 g/l, davon entfallen ca. 50% auf die während der Gärung entstehenden höheren Alkohole (Fuselalkohole) (9).

Bei den allgemein üblichen Analysendaten wie Grad Öchsle, Alkoholgehalt, pH-Wert und Gesamtsäure läßt sich keine Beeinflussung durch Pflanzenschutzmittel mit Sterolsynthese-Hemmung bzw. den unterschiedlich ausgebrachten Mengen erkennen. Bei der sensorischen Prüfung waren jedoch Veränderungen des Weinaromas festzustellen, die auf eine Veränderung der Zusammensetzung der Gärprodukte hinwiesen.

Durch gaschromatografische/ massenspektrometrische Untersuchungen konnten diese Veränderungen des Gärbuketts bei überhöhtem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln bestätigt werden.

Ergebnisse und Diskussion der Freiland-Versuche

Die Aromakomponenten von Jungweinen wurden mit Freon (13) extrahiert und gaschromatografisch aufgetrennt und von den einzelnen Komponenten die Massenspektren aufgenommen. Zur Ermittlung der Mengenverhältnisse wurde die Fläche des jeweils interessierenden Peaks durch die Fläche des internen Standards (3-Decanol) dividiert. In Tabelle 1 sind die flüchtigen Komponenten zweier Bayfidan Varianten zusammengefaßt. Die Angabe 1/4 bedeutet vier Spritzungen im Abstand von jeweils einer Woche entsprechend den Herstellerangaben. Bei der Variante 10/1 wurden fünf Rebstöcke mit der 10-fachen Konzentration in zwei Spritzungen kurz hintereinander behandelt. Der Kontrollwein wurde aus Trauben von unbehandelten Reben gewonnen.

Tab.1:  Vergleich der flüchtigen Komponenten zwischen Kontrolle (unbehandelt) und den Bayfidan-Varianten

Einige der in Tabelle 1 aufgeführten Verbindungen sind als Aromakomponenten identifiziert. Ihre quantitative Veränderung gegenüber dem Kontrollwein könnte also auch eine sensorisch wahrnehmbare Aromaveränderung bewirken. Isovaleriansäure (3-Methylbuttersäure), mit einem käsigen bzw. ranzigen Aroma wurde in Wein bis zu etwa 3 mg/l gefunden. Bei einer Geschmacksschwelle von 1,2 mg/l - 1,3 mg/ l in Bier (10) leistet diese Substanz mit Sicherheit einen Beitrag zum Bukett.

Die höheren Alkohole sind im Wein in Konzentrationen über ihren Geruchs- und Geschmacksschwellenwerten vorhanden und tragen damit sicher zu der Vielfalt des Gärbuketts der Weine bei. Wenn sie jedoch eine Konzentration von 400 mg/l überschreiten, können sie auch einen negativen Eindruck hinterlassen (11). Die in unterschiedlichen Gehalten auftretenden Alkohole 2-Ethyl-hexanol (RT 37,2) und 3-Penten-2-ol (RT 43,6) sind gegenüber dem Kontrollwein erniedrigt. Es ist also denkbar, daß im Aroma gewisse Komponenten vermindert sind und ihr Beitrag zum Geruch und Geschmack nicht mehr hervortritt. Besonders häufig sind Veränderungen in den Konzentrationsverhältnissen bei den Ethylestern zu beobachten. Die Ester der langkettigen Fettsäuren und die Essigsäureester der höheren Alkohole werden vorwiegend während der Gärung gebildet und prägen das Aroma insbesondere junger Weine. Die kurzkettigen Fettsäureethylester besitzen eher fruchtige Noten, während die Ester der höheren Alkohole aromatisch riechen. Acetate sind für ein fruchtiges und jugendliches Gärbukett verantwortlich. Der hier deutlich erniedrigte Essigsäure-2-phenylethylester (2-Phenylacetat) verleiht dem Wein eine süße, nach Rosen duftende, Aromanote. Auch der Methylester der Vanillinsäure (4-Hydroxy-3-methoxybenzoesäuremethylester (RT = 74,7), erinnert an einen Geruch nach Vanille, Kräutern oder Gewürzen. In amerikanischen Weinen, ausgebaut in Glasballons, wurden Konzentrationen zwischen 11 mg/l und 214 mg/l gefunden (12). Deutlich erniedrigte Gehalte im Vergleich zur Kontrolle wurden auch beim 2-Hydroxy-3-phenylpropionsäureethylester (RT = 69,9) beobachtet, der sich nur durch eine Hydroxygruppe vom 3-Phenylpropylacetat unterscheidet und als süß, fruchtig und balsamisch beschrieben wird.

Ketone, die ebenfalls während der Gärung gebildet werden, scheinen nur einen geringen Einfluß auf das Weinaroma zu haben (11).

Fettsäuren, Fettsäureester, höhere Alkohole, Phenole, Ketone, Aldehyde und Schwefelverbindungen sind wichtige , vorwiegend erst während der Gärung gebildete Aromakomponenten. Die Tatsache, daß einige dieser Verbindungen in veränderten Mengen auftreten, läßt darauf schließen, daß der Gärungsverlauf durch Pflanzenschutz-mittelrückstände verändert wird und Komponenten, die nur in geringer Konzentration vorliegen, gehemmt oder gefördert werden. Es sind Stoffe, die alle einen Beitrag zum Weinbukett leisten können. Eine Erniedrigung oder eine Erhöhung dieser Substanzen kann also durchaus einen Verlust an Weincharakter bzw. eine Veränderung des Buketts wie bei Variante 10/1 bewirken. Tatsache ist, daß diese Veränderungen, bei den als Gärungsnebenprodukten gebildeten Estern am größten ist. Möglicherweise tritt auch eine in der Gesamtheit unterdrückte Aromakomponente mit einem negativen sensorischen Eindruck durch die Verminderung anderer Aromakomponenten stärker in den Vordergrund und kann so einen „Fehlton" hervorrufen.

Bei Anwendung der 10-fachen Menge von Topas bzw. Rovral an zwei verschiedenen Standorten konnte 4-Hydroxy-3-methoxy-phenylessigsäure ausschließich nur in den behandelten Varianten nachgewiesen werden.

Untersuchungen über Gärbeeinflussungen durch Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffe in synthetischen Gärsubstraten

Um den Einfluß von Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffen auf das Gärungsaroma besser untersuchen zu können, wurden synthetische Gärsubstrate mit den reinen Wirkstoffen versetzt und mit Reinzuchthefe (Siha-Aktiv-3) vergoren. Untersucht wurden die Sterol-Biosynthese hemmenden Fungizide Triadimenol (Handelsname: Bayfidan) und Penconazol (Handelsname: Topas) (7).

Zusammensetzung des Gärsubstrats

Mit Natriumhydroxid auf pH 3,0 (20° C) eingestellt und mit Wassser auf ein Liter aufgefüllt. Die Gärsubstrate wurden bei 80° C 5 Minuten lang erhitzt. Längeres Erhitzen führt zu einer Bräunung des Substrates.

Eingesetzte Wirkstoffmengen

Um eindeutige Veränderungen der Gärung herbeizuführen, wurden hohe Konzentrationen des Wirkstoffes gewählt. Es wurden diejenigen Mengen an Wirkstoffen zugesetzt, die im Wein vorhanden wären, wenn kein Abbau oder keine Abwaschung der Wirkstoffe auf der Pflanze oder während der Verarbeitung stattgefunden hätte. In zwei weiteren Ansätzen wurden die Wirkstoffe in 5- und 10-facher Konzentration eingesetzt, um Einflüsse der Rückstandsmengen zu überprüfen.

Diese Konzentrationen kommen im Most bei sachgerechter Anwendung nicht vor. Durch einen reichlichen Zusatz an Reinzuchthefe sollte bei allen Varianten eine vollständige Gärung erreicht werden.

Die Gärsubstrate wurden zur Isolierung flüchtiger Gärkomponenten einer Extraktion mit Freon (13) und Kaltron (14) unterworfen und anschließend mittels Gaschromatografie untersucht.

Ergebnisse und Diskussion der Labor-Versuche

Die Peakhöhen der mit Kaltron bzw. Freon extrahierten flüchtigen Verbindungen des Gärsubstrates mit und ohne Zusatz von Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffen wurden miteinander verglichen. Der jeweilige Standard wurde auf „100" gesetzt und alle anderen Peaks auf diesen Standard umgerechnet. Des weiteren wurden alle Werte auf den Ethanolgehalt der Kontrolle bezogen. In Tabelle 2 sind Gärungsnebenprodukte aufgeführt, die durch die eingesetzten Wirkstoffe eindeutig beeinflußt werden.

Tab. 2: Durch die Wirkstoffe beeinflußte Verbindungen ( Freon-Aufarbeitung)

In Vergleich gesetzt wurden jeweils die Peaks gleicher Retentionszeit. Die relativen Retentionszeiten wurden nicht, wie sonst üblich, auf die jeweilige interne Standardsubstanz berechnet, sondern auf das in jedem Wein vorhandene 2-Phenylethanol. Die qualitative Identifizierung der einzelnen Verbindungen erfolgte über einen Vergleich der Retentionszeiten und mittels Gaschromatografie / Massenspektrometrie.

Der Vergleich der Peakhöhen (Tabelle 3) läßt erkennen, daß kaum eine Verbindung gegenüber dem unbehandelten Gärsubstrat (Kontrolle) völlig identische Werte zeigt. Dieses hat seinen Grund in den eingesetzten Analysenmethoden und den natürlichen Schwankungen der Gäransätze.

Bei der hier durchgeführten Kaltron-Anreicherung und der Analyse mit Hilfe der Gaschromatografie treten erfahrungsgemäß bei verschiedenen Ansätzen und Einspritzungen Abweichungen von 8% bis 15% in den jeweiligen Peakhöhen auf.

Bei einem Vergleich der Peakhöhen von Peaks gleicher relativer Retentionszeit sind aus diesem Grund geringe Unterschiede zwischen dem Peak der Kontrolle und den Peaks der mit Wirkstoffen versetzten Gärsubstrate nicht ausreichend, um eine Aussage über einen Einfluß der Pflanzenschutzmittel-Wirkstoffe zu machen.

Als unbeeinflußt werden daher alle Verbindungen angesehen, deren Werte innerhalb eines Intervalles von 15% um den Wert des reinen Gärsubtrates schwanken.

Als eindeutig beeinflußt werden nur Verbindungen angesehen, deren Peakhöhe im Vergleich zur Kontrolle bei der zehnfach behandelten Variante mindestens auf das Doppelte ansteigt oder auf die Hälfte zurückgeht und sich innerhalb der behandelten Varianten eine einheitlich ansteigende oder abfallende Tendenz zeigt.

Die in Freiland- und Laborversuchen festgestellten Einflüsse sollten in weiteren Versuchsreihen Aufschluß auf ihre Reproduzierbarkeit geben. In getrennten Ansätzen und in jeweils zwei Wiederholungen wurde das synthetische Gärsubstrat mit der einfachen, dreifachen und zehnfachen Menge der Wirkstoffe Penconazol, Procymidon und Triadimefon versetzt. Diesen Ansätzen wurde wie bei den ersten Versuchsanstellungen die gleiche Menge an Reinzuchthefe zugefügt und unter gleichen Bedingungen vergoren. Nach beendeter Gärung erfolgte eine Freon-Extraktion. Die Gärkomponenten wurden gaschromatografisch aufgetrennt und die Peaks anhand von Vergleichsspektren identifiziert. Wie den Tabellen 3a und 3b und den Abbildungen 1-6 zu entnehmen ist, traten bereits innerhalb der Kontrolle (I und II) bei i-Butanol, 3-Methyl- und 2-Methylbutanol-1, Capronsäure und deren Ethylester, Caprylsäureethylester und Caprinsäure überraschend große Abweichungen auf. Die Wiederholeinspritzungen lagen dagegen innerhalb der für gaschromatografische Analysen üblichen Schwankungen, wie bei der Kontrolle II (Spalte 4 und 5) und Triadimenol 10/II (Tab. 3b) zu ersehen ist. Allein diese Tatsache zeigt, wie schwierig es ist, bei biologischen Systemen eine gute Reproduzierbarkeit zu erreichen.

Tabelle 3 a: Einfluß von Pflanzenschutzmittel auf Gärkomponenten

 Tabelle 3 b: Einfluß von Pflanzenschutzmittel auf Gärkomponenten

Um Einflüsse von Pflanzenschutzmitteln auf Gärkomponenten erkennen zu können, ist daher nur ein Vergleich innerhalb einer Versuchsreihe mit dem gleichen Wirkstoff in unterschiedlicher Konzentration möglich. Allein schon die in unterschiedlichen Konzentrationen gebildeten Gärungsamylalkohole 3- bzw. 2-Methyl-butanol-1, zeigen die Probleme einer Mikrovinifikation oder einer Gärung in Modell-Lösungen auf. Bei den Ethylestern der Capron- und Caprylsäure ist wie bei den ersten Versuchen eine abfallende Tendenz bei zunehmender Wirkstoff-Konzentration zu erkennen. Da diese höheren Fettsäuren und ihre Ester in erheblichem Maße das Gärbukett beeinflussen, ist bei ihrer Abnahme in Wein auch ein Verlust der „Weinigkeit" mit verbunden.

Die Ergebnisse der Freiland- und Laborversuche lassen den Schluß zu, daß nur bei weit überhöhtem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln Gärungskomponenten positiv oder negativ beeinflußt werden. Die Folge ist ein verändertes Gärbukett, das dann nicht mehr dem bekannten Rebsortentyp entspricht. Solche Weine werden vom Konsumenten vielfach beanstandet oder gar abgelehnt.

Zusammenfassung

Die Aromakomponenten von Jungweinen aus unterschiedlich mit Pflanzenschutzmitteln behandelten Trauben wurden mit solchen eines Kontrollweines aus unbehandelten Rebstöcken in Vergleich gesetzt. Dabei zeigte sich, daß einige Gärkomponenten bei einer zehnfachen Überkonzentrierung des Wirkstoffes (Triadimenol) tendenziell in erniedrigten Konzentrationen auftraten. Auch bei Laborversuchen mit synthetischem Gärsubstrat und unterschiedlichen Zusätzen der Wirkstoffe Triadimenol und Penconazol waren Einflüsse auf Aroma prägende Weininhaltsstoffe zu beobachten. Aber auch innerhalb der einzelnen Wiederholungen traten bei einzelnen Gärkomponenten bereits erhebliche Abweichungen auf.

Literatur