Studie: Nicht-Saccharomyces-Hefen reduzieren Pestizidrückstände bei der Weingärung um bis zu 53 Prozent

Eine aktuelle Studie der Universität Montpellier hat neue Erkenntnisse darüber geliefert, wie Weinhefen während der Gärung mit Kupfer und Pestiziden interagieren, was wichtige Auswirkungen auf die Weinqualität und die Umweltsicherheit hat. Die in der Fachzeitschrift OENO One veröffentlichte Studie untersuchte 13 Weinhefestämme, darunter die weit verbreitete Saccharomyces cerevisiae und mehrere Nicht-Saccharomyces-Arten wie Metschnikowia, Starmerella und Torulaspora. Das Team wollte herausfinden, wie diese Hefen auf Kupfer und eine Mischung aus 23 üblicherweise im Weinbau verwendeten Pestiziden reagieren und wie effektiv sie diese Substanzen in den frühen Phasen der Gärung aus dem Traubenmost entfernen können.

Anlass für die Studie war die anhaltende Besorgnis über das Vorhandensein von xenobiotischen Substanzen - fremde chemische Verbindungen wie Pestizide und Schwermetalle - in Traubensaft und Wein. Im konventionellen Weinbau werden in großem Umfang synthetische Pestizide eingesetzt, um die Reben vor Krankheiten und Schädlingen zu schützen. Der ökologische Weinbau vermeidet zwar die meisten synthetischen Chemikalien, verlässt sich aber oft auf Behandlungen auf Kupferbasis, um Pilzinfektionen zu bekämpfen. Beide Methoden können Rückstände in den geernteten Trauben hinterlassen, die dann in den Most und möglicherweise in den fertigen Wein gelangen. Diese Rückstände stellen nicht nur ein gesundheitliches Problem dar, sondern können auch den Gärungsprozess selbst beeinträchtigen.

Um diese Probleme zu untersuchen, führten die Forscher kontrollierte Gärungen mit synthetischem Traubenmost durch, der entweder mit Kupfer oder einer Pestizidmischung in Konzentrationen versetzt war, die den realen Bedingungen in den Weinbergen entsprachen. Sie überwachten das Hefewachstum, die Gärungsaktivität (gemessen durch die CO2-Freisetzung), die Lebensfähigkeit der Zellen und die im Most verbleibenden Kupfer- und Pestizidkonzentrationen im Laufe der Zeit.

Die Ergebnisse zeigten, dass Kupfer selbst bei Konzentrationen, die für den ökologischen Weinbau typisch sind (bis zu 7,5 mg/L), kaum Auswirkungen auf das Wachstum oder die Gärleistung der meisten Hefestämme hatte. Nur einige wenige Stämme - ein Saccharomyces cerevisiae und zwei Nicht-Saccharomyces - zeigten eine verringerte Lebensfähigkeit oder eine langsamere Gärung, wenn sie Kupfer ausgesetzt waren. Bei den meisten Hefen wurde das Kupfer innerhalb von 48 Stunden nach der Gärung effizient aus dem Most entfernt. Diese Entfernung blieb auch nach der Zugabe von Ethanol stabil, um das Ende der Gärung zu simulieren, was darauf hindeutet, dass Kupfer, das einmal von den Hefezellen gebunden wurde, nicht so leicht wieder in den Wein abgegeben wird.

Im Gegensatz dazu hatte die Exposition gegenüber Pestiziden eine viel ausgeprägtere Wirkung auf die Hefeaktivität. Alle getesteten Stämme zeigten einen gewissen Grad an verlangsamter Gärung, wenn Pestizide vorhanden waren, wobei Nicht-Saccharomyces-Hefen besonders empfindlich waren. Die maximale CO2-Produktionsrate ging bei vielen Stämmen deutlich zurück, was darauf hindeutet, dass Pestizide den Hefestoffwechsel direkt hemmen oder die Lebensfähigkeit der Zellen verringern können. Trotz dieser Hemmung behielten die meisten Hefen jedoch nach 70 Stunden Gärung eine hohe Lebensfähigkeit (über 90 %).

In Bezug auf die Entgiftung, d. h. die Fähigkeit der Hefen, diese Stoffe aus dem Most zu entfernen, fielen die Ergebnisse unterschiedlich aus. Die meisten Stämme konnten Kupfer effizient entfernen, unabhängig von ihrer Spezies oder ihrer Gesamtwachstumsrate; diese Fähigkeit schien eher stammabhängig als speziesspezifisch zu sein. Man nimmt an, dass der Mechanismus mit der Bindung von Kupferionen im Zellinneren oder an den Zellwänden durch Proteine wie Metallothioneine oder andere zelluläre Komponenten zu tun hat.

Die Entgiftung von Pestiziden war weniger effizient und variierte stärker zwischen den Stämmen und Pestizidarten. Während alle Hefen die Gesamtpestizidkonzentration im Most bis zu einem gewissen Grad verringerten (mit Restkonzentrationen zwischen 47 % und 76 % der Ausgangskonzentration nach 70 Stunden), schnitten die Nicht-Saccharomyces-Hefen in dieser Hinsicht im Allgemeinen besser ab als Saccharomyces cerevisiae. Einige Pestizide wurden von allen Stämmen leicht entfernt (z. B. Cyazofamid und Zoxamid), während andere (z. B. Folpel) der Entgiftung völlig widerstanden. Die Effizienz korrelierte nicht mit der Größe der Hefepopulation oder der allgemeinen Fermentationsaktivität, sondern schien mit den spezifischen Eigenschaften der einzelnen Stämme zusammenzuhängen.

Die Studie ergab auch, dass die Pestizidbelastung den Hefestoffwechsel auf subtile Weise veränderte. Empfindliche Stämme produzierten verstärkt Glycerin - eine Verbindung, die an der Osmoregulation beteiligt ist - und Acetat, das für die Lipidbiosynthese und die Membranintegrität wichtig ist. Diese Veränderungen könnten eine adaptive Reaktion auf den durch membranstörende Xenobiotika verursachten Stress darstellen.

Die Ergebnisse haben praktische Auswirkungen für Winzer und ökologische Landwirte, die versuchen, chemische Rückstände in ihren Produkten zu minimieren. Durch die sorgfältige Auswahl von Hefestämmen mit starken Entgiftungsfähigkeiten - insbesondere bei Nicht-Saccharomyces-Arten - könnte es möglich sein, sowohl den Kupfer- als auch den Pestizidgehalt im Traubenmost vor der Abfüllung zu reduzieren. Dies könnte die Weinqualität verbessern und gleichzeitig den Bedenken der Verbraucher hinsichtlich chemischer Verunreinigungen entgegenwirken.

Die Forscher weisen darauf hin, dass weitere Arbeiten erforderlich sind, um die genetischen und physiologischen Mechanismen hinter diesen Entgiftungsprozessen vollständig zu verstehen. In weiteren Studien muss auch untersucht werden, ob ähnliche Ergebnisse in natürlichem Traubensaft (der Polyphenole und andere Feststoffe enthält) statt in synthetischen Medien zu beobachten sind und wie sich unterschiedliche Kombinationen oder Konzentrationen von Pestiziden auf die Hefeleistung auswirken.

Die Studie unterstreicht sowohl die Widerstandsfähigkeit als auch die Vielfalt der Weinhefen bei der Bewältigung von Umweltkontaminanten, die durch die moderne Landwirtschaft eingeführt werden. Sie weist auch auf biologische Lösungen hin - die Verwendung ausgewählter Mikroorganismen - um Herausforderungen zu bewältigen, die traditionell nur mit chemischen oder physikalischen Mitteln angegangen wurden. Angesichts des wachsenden Interesses an nachhaltigen Weinherstellungspraktiken können diese Ergebnisse dazu beitragen, künftige Strategien für sauberere Weine und gesündere Ökosysteme in den Weinbergen zu entwickeln.