Wein Ausbauen und Reifen mittels Ultraschall
Die Phase des Weinausbaus und der Reifung tragen wesentlich zum endgültigen Geschmack und zur Qualität des Weins bei. Beide Prozesse sind dafür bekannt, dass sie viel Zeit benötigen, wobei sich der Reifeprozess oftmals über mehrere Jahre erstrecken kann. Ultraschall ist eine hochwirksame und schnelle Technologie, welche die Weinreifung intensiviert und Prozesse wie die Extraktion von Eichenbestandteilen, die Mikro-Oxygenierung und chemische Prozesse (z.B. Polymerisation) erheblich beschleunigt. Mit der Ultraschallbehandlung können junge Weine innerhalb von Minuten zu gereiften Weinen mit dem Bouquet einer mehrjährigen Reifung in Eichenfässern ausgebaut werden.
Aus Eichenholz gewonnene Weinaromen mittels Ultraschallextraktion
Phenolische Verbindungen, die zur Adstringenz beitragen, und aromatische Verbindungen stammen beide aus Eichenholz. Wird Eichenholz in Wein mit Ultraschall behandelt, werden diese aus Eichenholz gewonnenen Substanzen extrem schnell aus der Holzstruktur freigesetzt und im Wein verteilt. Während bei der traditionellen Reifung im Weinfass dieser Prozess aufgrund des langsamen Stoffaustausches sehr viel Zeit benötigt, kann Ultraschall die Extraktion von Eichenholzverbindungen auf wenige Minuten reduzieren – im Vergleich dazu dauert die traditioneller Fassreifung von Weinen oftmals mehrere Jahre.
Eichenholz-basierte Reifung von Wein mit Ultraschall
Zur Intensivierung des Oakings werden Eichenholzchips oder Dauben in Wein beschallt. Die Ultraschallwellen öffnen Zellstrukturen und brechen Zellwände des Holzmaterials auf, so dass die intrazellulären Verbindungen wie Tannine, Phenole, Furone, Laktone usw. durch die Turbulenzen der Ultraschallkavitation in den Wein abgegeben werden. Da Ultraschallschwingung und -kavitation intensive Turbulenzen und Mikroströmungen erzeugen, wird der Stoffaustausch zwischen dem Zellinneren und dem umgebenden Lösungsmittel drastisch intensiviert, so dass die Biomoleküle (d. h. die Aromastoffe) effizient und schnell freigesetzt werden. Da die Beschallung eine rein mechanische Behandlung ist, werden dem Wein bei der Ultraschallbehandlung keinerlei Chemikalien zugesetzt.
Ultraschall – ein Verfahren basierend auf rein mechanischen Kräften
Hochintensiver, niederfrequenter Ultraschall erzeugt ein energetisches Umfeld, das von hohen Drücken, hohen Temperaturen und hohen Scherkräften gekennzeichnet ist. Diese physikalischen Kräfte bewirken den Aufschluss von Zellstrukturen, um intrazelluläre Verbindungen in das Medium (den Wein) freizusetzen. Zusätzlich fördert der ultraschall-gestützte Alterungsprozess von Wein die Mikrooxygenierung und weitere Oxidationsprozesse. Dadurch kann eine kontrollierte Ultraschallbehandlung die chemischen Reaktionen im Wein positiv beeinflussen. Mittels Ultraschall gealterte Weine erreichen ihre Spitzenqualität deutlich schneller als traditionell gealterte Weine. Darüber hinaus weisen ultraschall-gealterte Weine ein höheres Konservierungsniveau auf, wodurch mittels Ultraschall gealterte Weine ihre Spitzenqualität länger beibehalten als Weine, die im herkömmlichen Alterungsprozess ausgebaut wurden.
Vorteile des Ultraschall-gestützten Weinausbaus gegenüber dem traditionellen Ausbau in Eichenfässern
Die Reifung in Eichenfässern ist das übliche, traditionelle Verfahren für den Weinausbau. In den Eichenfässern findet die Oxidation in geringem Umfang über eine lange Lagerzeit statt. Die Lagerzeit für hochwertigen Wein dauert mehrere Jahre und ist damit ein kostspieliger Prozess. Während der Reifung in Eichenfässern bildet der Wein zahlreiche einzigartige Aromen aus. Neben dem jahrelangen Reifungsprozess und dem damit verbundenen Zeitverlust sind Eichenfässer teuer in der Anschaffung und im Unterhalt. Unerwünschte Mikroorganismen wie Hefearten (z.B. Brettanomyces und Dekkera) können Weinfässer verunreinigen. Durch Hefe verdorbener Wein zeichnet sich durch schlechten Geschmack und Geruch aus.
Aufgrund dieser Nachteile der traditionellen Fassreifung ist der Weinausbau und die Reifung mittels Ultraschall eine kostengünstige und wissenschaftlich belegte Alternative zum traditionellen Verfahren. Die Ultraschallbehandlung verkürzt die Reifungszeit und verbessert mehrere Qualitätsfaktoren des Weins. Die Ultraschallbehandlung kann in verschiedenen Phasen der Weinherstellung eingesetzt werden, einschließlich der Mazeration, der Polyphenolextraktion sowie des Ausbaus, der Reifung und des Oakings. Wissenschaftliche Studien und industrielle Anwendungen belegen die Wirksamkeit der Ultraschallbehandlung bei der Weinherstellung mit erheblichen Verbesserungen bei der Verkürzung der Reifezeiten und der effizienteren Herstellung von Qualitätsweinen.
Wissenschaftliche Studien zur Ultraschall-gestützten Alterung von Wein
Eine relativ mäßige Ultraschallintensität oder Schallenergiedichte kann die rasche Extraktion und Freisetzung von Phenolen aus Eichenholzchips in den Wein fördern, wodurch sich der Geschmack und der Nährwert des Weins innerhalb einer deutlich verkürzten Reifezeit erhöhen können. Darüber hinaus ist die Ultraschallbehandlung in der Lage, die Zusammensetzung des Weins rasch zu verändern, was vermutlich auf die Wirkung der akustischen Kavitation zurückzuführen ist. Dabei soll eine hohe Schallenergiedichte die Veränderung der Weinzusammensetzung durch Ultraschall fördern. (vgl. Yang et al., 2014)
Ähnliche Alterungseffekte wurden von Jiménez-Sánchez et al. (2020) für Sherry-Essig unter Verwendung von Eichenholz-Schnitzeln und Ultraschall festgestellt. Die Ultraschallbehandlung verkürzte die Reifungszeit im Vergleich zur traditionellen Reifung erheblich.
Freisetzung von Aromastoffen aus Eichenholz mittels Ultraschall
Breniaux und Kollegen untersuchten die Auswirkungen von Hochleistungs-Ultraschall zur Reinigung von Eichenweinfässern sowie die anschließende Freisetzung von Polyphenolen und anderen Verbindungen, wenn diese Fässer nach der Behandlung für die Weinreifung verwendet wurden. Polyphenole und sekundäre Pflanzenstoffe wie Ellagitannine, Lignin und aromatische Komponenten tragen wesentlich zur Reifung und zum Geschmack von Wein bei. Insgesamt zeigte die Studie, dass die Ultraschallbehandlung innerhalb einer sehr kurzen Behandlungszeit zu einer höheren Ausbeute an Polyphenolen und anderen bioaktiven Verbindungen führte. So war beispielsweise die gemessenene Konzentration von Furfural in Wein nach einer Ultraschallbehandlung nach 8 und 12 Monaten Reifezeit höher. Durch Ultraschall stieg die Furfural-Konzentration im Vergleich zur alternativen Dampfreinigung um 18,8 und 92,6 % an. Für das 5-Methylfurfural war die Konzentration bei der Ultraschallbehandlung für Fässer von 1 Jahr alten Fässern (12 Monate gereifter Wein) und 2 Jahre alten Fässern (2, 8 und 12 Monate gereifter Wein) mit einem Anstieg zwischen 20,5 und 97 % signifikant höher. Was die Diastereoisomere der Whiskylaktone betrifft, so war das trans-Whisky-Lacton bei 3 Jahre alten Fässern, die mit Ultraschall behandelt wurden, signifikant höher: Nach 12 Monaten Reifung wies der Wein eine Konzentration von 75,2 ± 5,6 μg/L auf, was einen Anstieg von 46,9 % im Vergleich zu Wein, der in einem dampfbehandelten Fass reifte, darstellt. Auch bei den Konzentrationen von Vanillin und Syringaldehyd waren die im Wein gemessenen Werte nach der Ultraschallbehandlung deutlich höher. Im Vergleich zur Dampfbehandlung der Weinfässer lag der Gesamtenergieverbrauch bei 0,38 kWh für Leistungsultraschall und bei 3 kWh für Wasserdampf. Das bedeutet deer Energieverbrauch des Ultraschalls ist 7,89-mal niedriger ist.
(vgl. Breniaux et al., 2021)
Ultraschall und Chemische Reaktionen in Wein
Während der Weinalterung finden zahlreiche chemische Reaktionen statt. Beispielsweise neigen Proanthocyanidinverbindungen dazu, zu polymerisieren, mit Anthocyanen zu kondensieren und sich mit anderen Polymeren wie Proteinen und Polysacchariden zu verbinden. Diese Kondensationsreaktion mit den Anthocyanen ist die wichtigste chemische Reaktion, die zur dunklen Farbgebung und zur Farbstabilisierung in Rotweins beiträgt. Während des Reifungsprozesses verändert sich die Farbe von einem hellen Rot zu einem dunklen Rot mit Brauntönen.
Frühere Studien von Masuzawa et al. (2000) hatten bereits gezeigt, dass Ultraschall die Polymerisation der phenolischen Verbindungen fördert und den Polyphenolgehalt in Rotwein während der Reifung erhöht.
Während des Weinausbaus in Fässern können Hunderte von Verbindungen aus dem Holz in den Wein übergehen, die direkt zum Geschmack, zum Aroma und zum Mundgefühl des fertigen Weins beitragen. Die Faserzusammensetzung des Eichenholzes spielt eine wichtige Rolle im Alterungsprozess, da flüchtige Phenole und phenolische Aldehyde aus Lignin und Furfuralverbindungen aus dem Zuckerabbau von Zellulose und Hemizellulose extrahiert werden.
Obwohl die traditionelle Reifung in Eichenfässern seit Jahrhunderten genutzt wird, gibt es einige inhärente Nachteile. Erstens dauert die Reifung in einem Fass normalerweise einige Monate bis mehrere Jahre, was sehr zeitaufwendig ist. Zweitens sind Fässer teuer, nehmen viel Platz in der Kellerei ein und müssen mit der Zeit ersetzt werden. Drittens können Eichenfässer mit zunehmendem Alter durch unerwünschte Mikroorganismen wie Hefen der Gattungen Brettanomyces, Dekkera etc. kontaminiert werden.
Lesen Sie mehr über die Reinigung von Weinfässern mit Ultraschall!
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Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
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10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000hdT |
n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
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Literatur / Literaturhinweise
- Parthey, Beatrix; Lenk, Matthias; Kleinschmidt, Thomas (2014): Ultraschallbehandlung von Traubenmaische und Wein. Präsentation der Hochschule Anhalt, Mitteldeutsches Institut für Weinforschung, 2014.
- Breniaux, M.;Renault, P.; Ghidossi, R. (2021): Impact of High-Power Ultrasound for Barrel Regeneration on the Extraction of Wood Volatile and Non-Volatile Compounds. Processes 2021, 9, 959.
- Y. Tao, Z. Zhang, D. Sun (2014): Experimental and modeling studies of ultrasound-assisted release of phenolics from oak chips into model wine. Ultrasonics Sonochemistry 21, (2014). 1839–1848.
- Y. Tao, J.F. Garcia, D.W . Sun (2014): Advances in wine aging technologies for enhancing wine quality and accelerating wine aging process. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 54, 2014. 817–835.
- Masuzawa, Nobuyoshi; Ohdaira, Etsuzo; Ide, Masao (2000): Effects of Ultrasonic Irradiation on Phenolic Compounds in Wine. Japanese Journal of Applied Physics, 39 (Part 1, No. 5B), 2000. 2978–2979.
- B.K. Tiwari; A. Patras; N. Brunton; P.J. Cullen; C.P. O’Donnell (2010): Effect of ultrasound processing on anthocyanins and color of red grape juice. Ultrasonic Sonochemistry 17(3), 2010. 598–604.