Der Einsatz fructophiler Weinhefen zum Verhindern und Kurieren ...

Eidgenössisches Volkswirtschaftsdepartement EVD 

Forschungsanstalt Agroscope Changins-Wädenswil ACW 

Der Einsatz fructophiler 

Weinhefen zum Verhindern 

und Kurieren von 

Gärstockungen 

Jürg Gafner et al. 

29. März 2012 

13. Fachsymposium Lebensmittemikrobiologie

Bedeutung von Gärstockungen in der 

Weininproduktion 

• Gärstockungen sind weltweit das zweit grösste Problem 

in der Weinbereitung. 

• Gärstsockungen können weltweit als ein chronisches 

Problem in der Weinproduktion angesehen werden, denn 

60 % der hauptverantwortlichen Weinbereiterinnen und 

Weinbereiter haben gesagt, dass sie in ihrem 

Berufsleben schon mit Gärstockungen in ihrem Betrieb 

konfrontiert worden sind. 

• Weltweit können jedes Jahr bis zu 10% der Weinernte 

von Gärstockungen betroffen sein. 

Einsatz fructophiler Weinhefen zum Verhindern und Kurieren von Gärstockungen ¦ Gärstockungen 


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Mögliche Einflussfaktoren für das 

Auftreten von Gärstockungen 

Spritzmittel und -plan 

Nährstoffe für Pflanzen und Mikroorganismen 

Rebberg z.B. Bodenarbeiten, Erziehungssystem usw. 

Saft z.B. Qualität des Traubenmaterials 

Wassermanagement im Rebberg 

Hefebeimpfung: genügend aktive erwünschte Hefe 

Gärführung z.B. Temperatur 

Essigsäurekonzentration > 1.0 g/L 

usw. 



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Analyse von Weinen ohne Gärstörung 

Glucose (g/L) Fructose (g/L) GFV* 

0.18 0.05 3.60 

0.19 0.06 3.17 

0.30 0.13 2.31 

0.16 0.06 2.00 

0.18 0.13 1.38 

0.09 0.11 0.82 

0.21 0.27 0.80 

0.11 0.15 0.73 

0.16 0.08 0.59 

*GFV = Glucose – Fructose - Verhältnis 

keine Gärstockung wenn GFV > 0.1 



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Analyse von Weinen mit Gärstörung 

Glucose (g/L) Fructose (g/L) GFV* 

3.2 27.9 0.11 

3.0 26.9 0.11 

1.6 16.8 0.10 

1.0 11.4 0.09 

0.8 12.5 0.06 

0.7 14.3 0.05 

0.6 13.6 0.04 

0.4 11.9 0.03 

0.0 9.4 0.00 

*GFV = Glucose – Fructose - Verhältnis 

Gärstockung wenn GFV < 0.1 



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Eine Ursache für Gärstockungen: GFR < 0.1 

Normal verlaufende Gärung GFR > 0,2 

Fructose addition 

Glucose depletion 

Gärstockung GFR < 0,1 

Fructose depletion 

Glucose addition 

Normal verlaufende Gärung GFR > 0,2 

Schütz and Gafner, 1993, Sluggish alcoholic fermentation in relation of the glucose-fructose ratio. 

Chem. Mikrobiol. Technol. Lebensm. 15; 73-78. 



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Neustart von Gärstockungen durch 

Veränderung des Glucose- 

Fructose-Verhältnisses 

Zugabe 

von 

Glucose 

weltweit verboten 

Verwendung einer fructophilen Hefe: 

Candida stellata 

Zygosaccharomyces bailii 



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Hefepopulation in Traubensaft (%) 

___________________________________________________________________________________________________ 

_ 

Saccharomyces cerevisiae (0.3 – 3.0) 

Hanseniaspora uvarum (50.9 – 89.1) 

Metschnikowia pulcherima (0.5 – 2.7) 

Rhodotorula (0 – 26.1) Brettanomyces bruxellensis (0 – 0.4) 

Candida glabrata (4.0 – 7.2) Hyphopichia butonii (0 – 0.3) 

Zygosaccharomyces bailii (1.0 – 3.9) Kluyveromyces (0.2 – 0.2) 

Candida zeylanoides (1.0 – 2.3) Williopsis sat. (0 – 0.2) 

Debaryomyces (0.6 – 2.1) Kryptococcus (0 – 0.2) 

Pichia kluveri (0.4 – 1.4) other Saccharomycetae (0.1 – 0.1) 

Candida stellata/zemplinina (0.5 – 0.9) nicht-identifizierte Hefen (0.1 – 0.2) 

Lipomyces (0 – 0.5) 



8 

8



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Geschichte von Fructoferm W3 

Fructoferm W3 (Zygosaccharomyces bailii) kann erfolgreich Gärstockungen, 

die auf einem GFR < 0.1 basieren, kurieren - sicher wurden 500‘000 Liter Wein mit der 

Hefe kuriert. 

Vorteil: 

• kann durch den Fructoseabbau das GFR erhöhen. 

Nachteile: 

• nicht gärfähig, 

• kann nicht mit Weinhefen im Traubensaft eingesetzt werden, 

• muss sobald das GFR > 0.1 mit einer - bis Monate). 



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Abbau der Fruktose durch Saccharomyces cerevisiae 

(W15, Fructoferm W33 und 1895 (1895C)) und 

Zygosaccharomyces bailii (Fructoferm W3) 



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Isolierung von Saccharomyces cerevisiae 

aus verschiedenen Weinernten: 

1895, 1935 und 1962 



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Chardonnay 6‘000 L mit Gärstockung (9 Tage) 

Datum Gluc. g/l Fruc. g/l Gs g/l pH Ws g/l Äs g/l Ms g/l Es g/l 

12.01.2009 1.3 23.3 10.2 3.4 5.9 5.8 1.0 0.5 

21.01.2009 0.0 0.1 6.1 3.7 3.6 0.1 3.4 0.4 

Müller-Thurgau, Riesling-Silvaner oder RieslingxMadeleine Royale 4‘300 L mit Gärstockung (5 Tage) 


05.12.2008 0.2 6.0 7.0 3.1 3.5 2.5 0.2 0.0 

10.12.2008 0.1 1.1 5.1 3.3 3.4 0.0 2.1 0.2 

Sauvignon blanc 2‘300 L mit Gärstockung (20 Tage) 


19.12.2008 3.4 40.9 6.8 3.2 5.1 1.3 1.0 0.6 

08.01.2009 0.0 2.2 5.2 3.4 3.2 0.4 2.7 0.5 



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Schlussfolgerungen zum fructophilen 

Phänotyp der Hefen 

Fructoferm W3 (Zygosaccharomyces bailii) kann erfolgreich Gärstockungen, die auf einem 

GFR < 0.1 basieren, kurieren - sicher wurden 500‘000 Liter Wein mit der Hefe kuriert. 

Vorteile: 

• kann durch den Fructoseabbau das GFR erhöhen, 

Nachteile: 

• nicht gärfähig, 

• kann nicht mit Weinhefen im Traubensaft eingesetzt werden, 

• muss sobald das GFR > 0.1 mit einer gärfähiger Hefe zu Ende vergoren werden, 

• Prozedere ist langwierig (mehrere Wochen). 

Fructoferm W33 (Saccharomyces cervevisiae) kann erfolgreich Gärstockungen, die auf einem 

GFR < 0.1 basieren kurieren und kann zum Verhindern von Gärstocken eingesetzt werden, weil 

diese Hefe schon im Traubensaft eingesetzt werden kann. 

Nachteile: 

• muss vom glucophilen in den fructophilen Zustand „switchen“, 

• kann zwei bis drei Wochen glucophil bleiben , bevor sie „switched“. 

Die alten Hefen: 1895A, 1895B, 1895C, 1935A, 1935B und 1962 können erfolgreich 

Gärstockungen, die auf einem GFR < 0.1 basieren kurieren und kann zum Verhindern von 

Gärstocken eingesetzt werden, weil diese Hefen schon im Traubensaft eingesetzt werden 

können. 

Nachteile: 

• keine. 



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Hexokinase I und II 

Spielen eine wichtige Rolle in der Zuckerverstoffwechslung 

Glucose 

Hexose transporters 

Hxt 6+7 (high affinity) 

Hxt 1+3 (low affinity) 

Fructose 

Hexose transporters 

Hxt 6+7 (high affinity) 

Hxt 1+3 (low affinity) 

outside 

Cell membrane 

inside 

Glucose 

Hexokinase I+II 

Glucokinase 

Hexokinase I+II 

Fructose 

Fructose 

Phosphohexoseisomerase 

Glucose-6- 

phosphate 

Fructose-6-phosphate 

further Gycolysis 



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DNA Sequenzierungsresultate für das 

Hexokinase I Gen 

PROMOTORREGION 

CODIERENDE REGION TERMINATORREGION 

• Promoterregion HXK1: keine Unterschiede zwischen Lalvin W15, Fructoferm 

W33, 1895A, 1895B,1895C,1935A,1935B und 1962. 

• Codierende Region HXK1: Unterschied bei Postion 1267 bp: 

Homozygot GGC: Lalvin W15, Fructoferm W33 und 

1962, das heisst: GGC codiert für Alanin 

Heterozygot GGC oder GGT: 1895A, 1895B, 1895C, 

1935A und 1935B 

das heisst: GGC codiert für Alanin oder GGT codiert für 

Valin 

• Terminatorregion HXK 1: keine Unterschiede zwischen Lalvin W15, Fructoferm 

W33, 1895A,1895B,1895C, 1935A,1935B und 1962 


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Jürg Gafner et al.


Hexokinase II Gen (1) 



• Promoterregion HXK2: Unterschiede bei -58 bp: 

Homozygot C: Lalvin W15 und Fructoferm W33 

Heterozygot C oder T: 1895A, 1895B, 1895C, 1935A, 

1935B und 1962 

Unterschiede Deletion -295bp bis -297 bp: 

AGG: Lalvin W15, Fructoferm W33 

Deletion von AGG: 1895A, 1895B, 1895C, 1935A, 


Unterschiede bei -471 bp: 


Homozygot A: 1895A, 1895B, 1895C, 1935A, 



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Jürg Gafner et al.





Promotorregion HXK2: Unterschiede bei -538 bp: 


Homozygot T: 1895A, 1895B, 1895C, 1935A, 



Homozygot T: Lalvin W15 und Fructoferm W33 

Heterozygot C oder T: 1895A, 1895B, 1895C, 

1935A,1935B und 1962 



Homozygot T: 1895A, 1895B, 1895C, 1935A, 




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Codierende Region HXK2: Unterschied bei Postion 513 bp: 

Homozygot ATA: Lalvin W15, Fructoferm W33 und 

1962, das heisst: ATA codiert für Isoleucin 

Heterozygot ATA oder GTA: 1895A, 1895B, 

1895C,1935A und 1935B, das heisst: ATA codiert 

für Isoleucin oder GTA codiert für Valin 

Terminatorregion HXK2: keine Unterschiede zwischen Lalvin W15, 

Fructoferm W33,1895A,1895B,1895C,1935A, 




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Schlussfolgerungen zum fructophilen 

Genotyp der Hefen 

Die DNA Sequenzierung der Hexokinase I und Hexokinase II Gene hat keine wesentlichen 

Änderungen zwischen den acht Hefestämmen ergeben: 

Hexokinase I: 

in der codierten Sequenz 513 ein Austausch von 

Alanin zu Valin für 1895A, 1895B, 1985C, 1935A und 1935B 

Hexokinase II: 

in der codierten Sequenz 1267 ein Austausch von 

Isoleucin zu Valin für 1895A, 1895B, 1985C, 1935A und 1935B 

in der Promotorregion: -58 bp; -295 bp bis -297 bp; -471 bp; -538 bp; 

-561 bp und -612 bp (nicht für Lalvin W15 und Fructoferm W33) 

Wir erwarten mehr Auskunft durch das Genreplacement. Die Transformation des 

Hexokinase Gens von Zygosaccharomyces bailii hat einen Mutanten Stamm von 

Saccharomyces cerevisae zum Wachsen auf Fructose gebracht. 



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Voraussetzung für ein erfolgreiches Genreplacement von 

fructophilen Weinhefen mit den Hexokinasen I und II Genen der 

fructophilen Saccharomyces cerevisiae Hefen 1895A, 1895B, 1895C, 

1935A,1935B und 1962 

Fructose 

Glucose 

Transformation of the hexokinase deleted mutant Saccharomyces cerevisiae strain YSH327 with the cloned Zygosaccharomyces bailii hexokinase 

gene allows this transformed Saccharomyces cerevisiae strain to grow on fructose. (Thesis Klaus Sütterlin 2009) 



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Vielen Dank 

Claudia Michel 

Christa Tschudi 

Nadine Hubli 

Monika Volkan 

Susanna Lattmann 

Heidi Horsch 

David Drissner 

Klaus Sütterlin 

Jürg Gafner 

Beatrice & Jürg Frey 

Martin Schütz 



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