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Ursachen möglicher Filtrationsprobleme -
Welche oenologischen Maßnahmen können getroffen werden?

Ursachen möglicher Filtrationsprobleme

Die Ursachen möglicher Klär- und Filtrationsprobleme können sehr vielschichtig sein, nicht immer sind sie im Unfiltrat selbst zu suchen, sondern können auch in der falschen Handhabung der eingesetzten Filtrationstechnik begründet sein. In Abhängigkeit von dem Zustand des Lesegutes und der mechanischen Belastung bei den weiteren Verarbeitungsschritten der Trauben ist die Zusammensetzung der Kolloid- und Partikelstruktur in der flüssigen Phase quantitativ und qualitativ sehr unterschiedlich und wirkt sich entsprechend differenziert auf Klärungs- und Filtrationsprozesse aus. Während die Abtrennung partikulärer Teilchen mit abgegrenzter Oberfläche wie z. B. Traubenfragmente, Zellkörper, Bakterien, Hefen, Kristalle etc. normalerweise weitgehend unproblematisch ist, können sich jedoch in Gegenwart von Teilchen kolloidaler Natur erhebliche kellertechnologische Probleme einstellen. Es können Klärschwierigkeiten (ungenügende Fluxraten) und unzureichende Schönungwirkungen auftreten sowie Kristallisationsvorgänge verschleppt werden. Auch Nachtrübungen auf der Flasche können ausgelöst werden. Bei den kolloidalen ( grie. Kolla Leim) Inhaltsstoffen handelt es sich um hochmolekulare Teilchen mit einer Größe von 1- 100 nm. Die Kolloide liegen zwischen dem Bereich der noch mikroskopisch sichtbaren Partikel und der echt gelösten niedermolekularen Substanzen. Stofflich sind die kolloidalen Substanzen in Polysaccharide, Polypeptide und kondensierte polyphenolische Substanzen zu differenzieren. Von weiterer praktischer kellerwirtschaftlicher Bedeutung ist neben der Filtrationsproblematik die Instabilität kolloidaler Lösungen. Schon geringe Veränderungen der Lösungsparameter wie z. B. eine Verschiebung des pH-Wertes, Konzentrations- oder Temperaturveränderung können den Zustand kolloidaler Lösungen verändern, unerwünschte Trübungssuspensionen können sich einstellen. Insbesondere erreichen kolloidale Proteine bei hohen pH-Werten den isoelektrischen Punkt und sind somit ladungsneutral oder tragen bei noch höheren pH-Werten eine negative Ladung und können mit dem ebenfalls negativ geladenen Bentonit nicht gebunden werden. Die kolloidalen Substanzen entstammen überwiegend aus den pflanzlichen Zellstrukturen. Aber auch während und nach der alkoholischen Gärung werden von den Hefenzellen Kolloide gebildet und an den Jungwein abgegeben. Als eine weitere Quelle kolloidaler Substanzen sind pilzliche Infektionen am Lesegut zu nennen, die neben den nachteiligen Einflüssen auf Geschmacksstruktur, Aromenprofil und Farbausprägung zu erheblichen Problemen bei den Klär- und Filtrationsvorgängen führen können. Insbesondere bei Mosten aus stärker botrytisbefallenem Lesegut behindern kolloidal gelöste Makromoleküle nicht nur die Filtrationsleistung, sondern auch die Selbstklärung und Schönungsabläufe. Der Botrytispilz synthetisiert langkettige Polysaccharide, die sogenannten ß-Glucane, in denen etwa 5000 Glukosemoleküle in verzweigten Ketten aneinander gereiht vorliegen, und speichert diese als extrazelläre Nährstoffreserve auf seinen Pilzhyphen ab. Mit der Traubenverarbeitung gelangen diese Schleimstoffe in den Most und ballen sich bereits bei Gegenwart geringer Alkoholkonzentration zu fasrigen Strukturen von schleimiger Konsistenz. Weder die Traubenbeeren noch die Hefezellen verfügen über ein wirksames Enzymsystem, das diese makromolekularen Polymere in kleinere Einheiten spalten kann, so daß sie in unveränderter Form auch nach der alkoholischen Gärung im Jungwein präsent sind. Solche Makromoleküle verlegen sehr rasch die feinen Porenstrukturen der Membranelemente von Crossflow- und Membranfiltern mit hochviskosen Deckschichten. Ein schneller Druckanstieg und ein geringerer Permeatabfluß sind die unmittelbaren Folgen, die Membranen müssen in immer kürzeren Zeitintervallen rückgespült werden, die Filtrationsleistung und Standzeiten der Filter werden erheblich reduziert. Gleiches gilt auch für die Tiefenfiltersysteme, deren mechanischer Siebeffekt und die adsorptive Partikelrückhaltung sehr schnell erschöpft sind. Botrytis-Glucangehalte ab 2 mg/l lassen bereits die Filtrationsleistungskurve von ihrem linearen Verlaufsprofil abweichen. Neben der Bildung dieser Glucanpolymeren führt die Aktivität des Botrytispilzes und andere Fäulniserreger zu einer verstärkten Freisetzung von Pektinen.

Als „Pektinstoff" wird eine Gruppe von Substanzen zusammengefaßt, die sich in der Mittellamelle zwischen den Zellwänden der einzelnen Pflanzenzellen befinden und diese zu einem Gewebe verbinden und verfestigen. Die Struktur des Pektins ist von sehr komplexer Natur. Das Grundgerüst besteht aus Galakturonsäuremolekülen, die über Sauerstoffbrücken zu einer langen Kette aneinandergelagert sind. Die Säuregruppen sind je nach Reifegrad der Traubenbeeren mehr oder weniger mit Methylalkohol verestert. Zusätzlich enthält das Pektin hochverzweigte Bereiche mit einem hohen Anteil von neutralen Zuckermolekülen, vor allem Rhamnose, Arabinose und Gallaktose. Hochverestertes Pektin kann aufgrund seiner Polarität sehr viele Wassermoleküle binden und ist somit sehr hoch quellfähig. Der Hydratmantel und die gleichsinnige negative Ladung verhindern eine gegenseitige Berührung der Pektinkolloide und begründen die hohe Beständigkeit solcher kolloidalen Lösungen. Das natürliche zelleigene pektolytische Enzymsystem reicht auch hier nicht, aus um in einer oenologisch relevanten Zeit das Pektin abzubauen. Besonders bei niedrigen Mosttemperaturen und der notwendigen raschen Verarbeitung des Lesegutes können die traubenbürtigen Pektinasen nur einen geringen und unvollständigen Abbau der störenden Pektinpolymeren in Bruchstücke bewirken. Auch der Pektinabbau durch den pilzlichen Organismus scheint hier nicht vollständig zu sein, vielmehr entstehen größere Bruchstücke, die zu einer schlechten Klärung und Filtrierbarkeit führen. Auch die Hefen reichern den Jungwein mit kolloidalen Substanzen an. So werden bei der Autolyse der Hefezellen Polysaccharide freigesetzt, die ungefähr den gleichen chemischen Aufbau wie Botrytis-Glucane haben. Diese Glucane haben jedoch ein geringeres Molekulargewicht, sie sind kleiner und bei der Schichtenfiltration nicht so problematisch. Bei sehr feinen Membranfiltrationen können sie jedoch zu einer vorzeitigen Verblockung führen. Eine Veränderung erfährt das Trubgefüge bei der Behandlung der Maische mit hohen Temperaturen besonders in Verbindung mit viel Bewegung, starkem Rühren, Umpumpen und häufiges Überschwallen der Maische. Durch die thermische Behandlung bei hohen Endtemperaturen werden nicht nur die farbstoffzerstörenden Oxidasen inaktiviert sondern auch das nützliche natürliche Enzymsystem zerstört, sodaß die Klärung und Filtration der Weine aus maischeerhitzter Verarbeitung gegenüber maischevergorenen Rotweinen mit zusätzlichen Erschwernissen belastet ist..

Verbesserung der Filtrierfähigkeit durch enzymatischen Abbau von kohlenhydrathaltigen Kolloide

Zur Erzielung reintöniger, sortentypischer Weine und Vermeidung oder Verminderung von späteren Filtrationsschwierigkeiten ist eine konsequente Mostvorklärung unabdingbar, die damit verbundene erhebliche Absenkung der traubeneigenen pektolytischen Enzymaktivität ist durch den Zusatz pektolytischer Enzympräparate auszugleichen. Ein vollständiger Abbau der Pektine ist jedoch mit dem Zusatz der technischen Enzympräparate auch unter günstigsten äußeren Bedingungen nicht zu erreichen, die stabilisierende Wirkung auf die Trubstoffe wird jedoch weitgehend aufgehoben und der Viskositätsgrad des Mostes gesenkt. Die Trubstoffe agglomerieren zu größeren Partikeln, die Sedimentationsgeschwindigkeit wird dadurch erhöht, die Klärung kann entsprechend beschleunigt werden.

Werden pektolytische Enzyme schon im Maischestadium eingesetzt, sollten Präparate Verwendung finden, die bevorzugt über eine Pektinesteraseaktivität verfügen, die Maische bleibt dabei noch griffig und wird nicht zu sehr vermatscht. Zu starke Enzymierungen sind mit nachteiligen Effekten verbunden, es werden hohe Mengen an Pektinstoffen freigesetzt, die Maische stark maceriert und aufgelöst.

Zu den negativen Begleitenzymen der Pektinasen gehören die Depsidasen (heute als Cynnamyl-Esterasen bezeichnet), ein Enzymsystem , das Depside spaltet. Depside bestehen aus hydroxylierten Phenolcarbonsäuren, die mit anderen Hydroxycarbonsäuren (z.B. Weinsäure) oder mit sich selbst verestert sind. Werden Depside in ihre Ausgangssubstanzen durch Depsidasen zerlegt entstehen freie Zimtsäuren, die bei der Gärung durch ein Hefeenzym zu flüchtigen Phenolen umgesetzt werden, die sehr unangenehme Gerüche aufweisen, die z. B. an Arzneimittel oder an Pferdestall erinnern. Außerdem führt der Abbau der Zimtsäurederivate zu einem Verlust an Frische und Saftigkeit des Weines. Es sollten deshalb weder bei Maische noch bei Most Enzyme zum Einsatz kommen, die eine Zimtsäure-Esterase enthalten. Einen Zusatznutzen haben Handelspektine mit Nebenaktivitäten, die eine Spaltung der ß-Glucane bewirken.

Reine ß-Glucanasen, deren Anwendung mit der EG-Verordnung Nr 2674/95 vom 10. Nov. 95 zugelassen wurden, sollten jedoch nur dann eingesetzt werden, wenn die Notwendigkeit durch einen Glucantest nachgewiesen wurde.

Glucantest:

Zur Bestimmung der Glucankonzentration kann folgendes Nachweisverfahren eingesetzt werden: 10 ml des zu untersuchenden Weines in ein Reagenzglas pipettieren und mit 5 ml 96%igem Alkohol versetzen. Ein fadenförmiger Niederschlag ist der Nachweis für Glucan. Dieser einfache Test ist jedoch für Glucanmengen von weniger als 15 mg/l ungeeignet. Bei einer Nachweisgrenze unter 15 mg/l Glucan muß dieser Test modifiziert werden. 5 ml Wein und 5 ml 96%iger Alkohol sind zu mischen. Die Mischung 10 -30 Minuten bei Raumtemperatur stehen lassen, anschließend mit 3000 U/min 20 Minuten zentrifugieren. Den klaren Überstand sorgfältig vom Niederschlag trennen. Den Niederschlag (Weinkolloide) erst in 1 ml Wasser lösen, dannn mit 0,5 ml 96%igem Alkohol versetzen. Das Auftreten einer fadenartigen Ausflockung ist der Nachweis für Glucan.

Der Abbau filtrationshemmender Glucane kann mit dem Enzym Glucanase erfolgen.Die ß-Glucanase ist ein „Exoenzym" das von den Enden her beginnend ein Glukosemolekül nach dem

anderen von dem Makromolekül abtrennt, entsprechend erfolgt der Abbau sehr langsam und kann je nach äußeren Bedingungen 5 - 10 Tage dauern. Die ß-Glucanasen bauen neben den Botrytis-Glucanen auch die von der Hefe ausgeschiedenen Glucane ab. Die Glucanasen sind am wirksamsten in einem pH-Bereich zwischen 3 - 4. Aufgrund des Alkoholgehaltes verliert jedoch das Enzym ca. 50% seiner Aktivität gegenüber dem Moststadium. Mit zunehmendem Alkoholgehalt wird das Glucanmolekül aufgrund seiner Struktur und seinem Molekulargewicht immer mehr unlöslich. Die Affinität Enzym-Substrat wird dabei zunehmend eingeschränkt und somit der enzymatische Glucanabbau erschwert. Mit dem Abbau der Glucane wird auch gleichzeitig wie bei dem Pektinabbau die Trubsstoffstabilisierung aufgehoben. Auch die verzögerte Weinsteinausfällung durch den Schutzkolloideffekt der Polysaccharide läßt sich durch die enzymatische Behandlung günstig beeinflussen. Die SO 2 hat keinen negativen Einfluß auf die Glucanaseaktivität, der pH-Wert und die Temperaturabhängigkeit sprechen für einen Dosagezeitpunkt in die abklingende Gärung, die Gärwärme kann hier genützt werden. Während für eine Behandlung im Moststadium allein der fehlende aktivitätsmindernde Einfluß des Alkohol spricht.

Erhöhung der Filterstandzeit durch Klär- und Flugschönungen

Eine frühzeitige Klärung und Filtration der Jungweine wirkt sich vorteilhaft auf die Geschmacks- und Aromenstruktur des späteren Weines aus, insbesondere dann, wenn der Jungwein aus Lesegut mit Fäulnisanteilen gewonnen wurde.Die Anfälligkeit gegenüber unerwünschter Mikroorganismen wird ausgeschaltet. Im frühen Jungweinstadium sind die Weine allgemein noch etwas unempfindlicher gegenüber Schönungs- und Filtrationsmaßnahmen. Nach wie vor gehören Schönungen zu den unentbehrlichen Kellerbehandlungen für die Weinbereitung. Schönungen sind nicht nur billige und sehr effektive Klärmethoden, sondern ermöglichen durch gezielte Eingriffe die Weinqualität deutlich zu verbessern. Die Filterstandzeit kann erheblich gesteigert werden durch die Anwendung von Klär oder Flugschönungen, die in einer Kombination von Gelatine und Kieselsol oder anderen Zusammensetzungen durchgeführt werden können. Mit der Anwendung von Gelatine (mittel bis hochbloomig) werden störende Polyphenole und andere Substanzen kolloider Natur mit gegensinniger Ladung direkt gebunden mit der Folge einer Vergrößerung der Trubpartikel, die wesentlich rascher sedimentieren. Werden zwei gegensinnig geladenen Schönungsmittel eingesetzt, können diese auch geladene Trubteilchen einschließen, die dann ebenfalls gut ausflocken und sich niederschlagen. Die effektvollste Kombination für eine Gelatine-/Kieselgurschönung muß jedoch individuell für jeden Anwendungsfall in einem Vorversuch ermittelt werden. Mit einem Verhältnis 1:10 (Gelatine/Kieselsol) können jedoch in den meisten Fällen gute Ergebnisse erreicht werden. Kieselsol ist eine wäßrige Solform reinen Siliciumdioxids, die als 15 -13 %ige transparente kolloidale Kieselsäure gehandelt wird. Die Kieselsolpartikel tragen eine negative Ladung und reagieren dadurch gut mit der positiv geladenen Gelatine. Kieselsol als Hilfsschönung versorgt den Wein ausreichend mit negativen Ladungen, die in Kombination mit Gelatine eine vollständige Ausflockung sichern. Die Klärung wird beschleunigt, die Fluxrate bei der Filtration wird verbessert und nicht zuletzt werden trübungsstabilere Weine erzeugt.

Gelatine-Hausenblase eine wirksame Schönungskombination

Die Gelatine-Hausenblase-Schönung zeigt eine besonders starke Klärwirkung und eignet sich hervorragend zur Jungweinklärung in Verbindung mit dem ersten Abstich und kann durchaus eine Zentrifugation und Kieselgurfiltration ersetzen. Sie eignet sich besonders für die Niederschlagung stabiler kolloidaler Trübungen, die mit anderen Schönungsmitteln gar nicht oder nur mangelhaft reagieren. Gute Erfolge sind zu erzielen bei kurzhocherhitzten Rotweinen sowie hartnäckig trüben Weißweinen. Je nach Situation empfiehlt es sich, die Gelatine ganz oder teilweise durch Hausenblase zu ersetzen. Sehr gute Schönungsergebnisse kann man mit Hausenblase bei Jungweinen mit einem hohen pH-Wert nach dem biologischen Säureabbau oder z. B. bei steckengebliebenen Schönungen erzielen. Gute Hausenblase besteht zu 98% aus nativem Kollagen, welches überwiegend aus kettenartig verknüpften L-Aminosäuren besteht und aufgrund der Molekülanordnung eine geschraubte Struktur aufweist. Die relativ großen Kollagenmoleküle besitzen eine Vielzahl elektrisch geladener Stellen, die für die Verbindung und Anlagerung von Trubteilchen zur Verfügung stehen. Hinzu kommt, daß sich die großen Kollagenmoleküle leicht und auch schnell absetzen.

Die Hausenblase wird im Handel in verschiedener Qualität und unterschiedlichen Formen angeboten. Am besten zu beurteilen ist die Hausenblase in Form von Blätterware. Eine gute Hausenblase ist opaliszierend, geruchlos und durchschimmernd. Bei der Vorbereitung der Hausenblase sind die gewogenen Blätter sauber in Wasser zu waschen. Das Wasser ist 3 -4 mal zu erneuern, bis kein Fischgeruch mehr festzustellen ist. Die aufgequollene Hausenblase wird dann in daumengroße Stücke zerrupft, wobei das Zupfen nicht in der Faserrichtung sondern quer zur Faserrichtung zu erfolgen hat. Die zerrupfte Hausenblase wird dannach über mehrere Tage in Wein (ideal ist säurereicher Wein) bei 18 ° Cgelöst und täglich mit den Händen durchgeknetet bis eine Gallerte entsteht. Danach wird die gelierte Hausenblase durch ein Haarsieb gedrückt und in Flaschen gefüllt. Zur Konservierung werden 100 mg/l SO 2 zugesetzt. Die so hergestellte Hausenblase ist mindestens ein Jahr lagerfähig. Gute Schönungserfolge lassen sich mit der Hausenblaseschönung schon bei einer Anwendungsmenge von 0,5 - 2 g/hl erreichen. Kommt eine Gelatine/Hausenblase-Schönungskombination zur Anwendung ist, es erforderlich immer die Gelatine zuerst mit dem Wein reagieren zu lassen und dann mit der Hausenblase nachzuschönen. Ein Zusatz von Kieselsol kann eventuell das Ergebnis noch verbessern. Für optimale Ergebnisse ist es nötig die Schönungskombination durch einen Vorversuch möglichst exakt an den jeweiligen Wein anzupassen. Eine richtig eingemischte und dosierte Schönung sedimentiert sehr rasch. Der Grobtrub setzt sich in wenigen Stunden ab, feine Flocken innerhalb weniger Tage.

Standzeiten der Filtersysteme durch Regeneration verlängern

Durch Regeneration der Filterschichten über eine Rückspülung kann die Standzeit und damit die Gesamtleistung eines Schichtenfilters erhöht werden. Zweck der Rückspülung ist die Entfernung der Trubteilchen, die innerhalb der Schichten in den Porengängen eingelagert sind, um somit die Filterschichten für eine erneute Aufnahme von Trubstoffen zu regenerieren. Aufgrund des leicht asymmetrischen Aufbaues der Filterschicht erfolgt die Spülung gegen die Fließrichtung, das heißt von der Klar- zur Trubseite. Auf der Trubseite befinden sich die größeren Poren, die sich dann zur Klarseite hin verengen. Glucane und Pektine sind gut wasserlöslich und damit relativ leicht auszuspülen. Hinzu kommt eine pH-Wert-Verschiebung durch den Wechsel von Wein zu Wasser, die damit verbundene Ladungsverschiebung der Trubpartikel erleichtert die Desorption der Kolloide im Innern der Schichtenmatrix. Vor Beginn der Rückspülung ist das Filterpaket zu entspannen. Wasser wird von der Klarseite mit höherer Fließgeschwindigkeit, ca. 50% mehr als beim Filtrieren eingespült. Um einen ausreichenden Spüleffekt zu erreichen, ist ein Gegendruck von 0,5 bar einzustellen. Die Spülung soll mit kaltem Wasser beginnen (5 min) und mit eine Warmspülung (mind. 50 ° C) fortgesetzt werden. Die Rückspülung ist beendet, sobald das Wasser nach Schichtendurchlauf klar austritt. Insgesamt kann ca. 2 -3 mal eine Schichtenregeneration stattfinden. Man sollte jedoch die Rückspülung nicht erst dann vornehmen, wenn der Filter total verblockt ist, sondern schon bei einem Differenzdruck von 0,4 bis 0,6 bar.

Fazit:

Zur gezielten Vermeidung von Klär- und Filtrationsschwierigkeiten sind schon in einem frühen Stadium der Weinbereitung Vorsorgemaßnahmen zu treffen. Zu erwartende Filtrationsschwierigkeiten kündigen sich schon mit einer schleppenden Selbstklärung im Moststadium an. Durch wohlüberlegten Einsatz von enzymatischen Präparaten und auf den Behandlungsfall abgestimmte Schönungskombinationen lassen sich Filtrationsprobleme schon im Vorfeld vermeiden.

 

E. Funk
LVWO Weinsberg
Email: edgar.funk@lvwo.bwl.de

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