Reifung und Eichenholzbehandlung von Weinen mit Ultraschall

Die Weinreifung und die Eichenholzbehandlung tragen wesentlich zum endgültigen Geschmack und zur Qualität des Weins bei. Beide Prozesse dauern bekanntermaßen lange; häufig erstreckt sich die Reifung über mehrere Jahre. Ultraschall ist eine hochwirksame und schnelle Technologie, die die Weinreifung intensiviert und Prozesse wie die Extraktion von Eichenholzinhaltsstoffen, die Mikrooxygenierung und chemische Prozesse (z. B. Polymerisation) deutlich beschleunigt. Durch Ultraschallbehandlung können junge Weine innerhalb von Minuten zu ausgereiften Weinen mit dem Bouquet einer mehrjährigen Reifung in Eichenfässern heranreifen.

Weinaromen aus Eichenholz durch Ultraschallextraktion

Für die Adstringenz relevante phenolische Verbindungen und Aromastoffe aus Eichenholz gehen äußerst schnell in den Wein über, wenn während der Weinreifung eine Ultraschallbehandlung erfolgt. Ultraschall verkürzt die Extraktion von Eichenholzinhaltsstoffen auf wenige Minuten – verglichen mit mehreren Jahren bei der traditionellen Fassreifung von Weinen.

Eichenholzbehandlung von Wein mit Ultraschall

Für eine intensivierte Eichenholzbehandlung werden Eichenholzchips oder Dauben im Wein beschallt. Die Ultraschallwellen öffnen und zerstören die Zellwände des Holzmaterials, sodass intrazelluläre Verbindungen wie Tannine, Phenole, Furone, Lactone usw. durch Ultraschallkavitation in den Wein freigesetzt werden. Da Ultraschallschwingungen und Kavitation starke Turbulenzen und Mikroströmungen erzeugen, wird der Stofftransport zwischen dem Zellinneren und dem umgebenden Lösungsmittel drastisch intensiviert, sodass die Biomoleküle (d. h. Aromastoffe) effizient und schnell freigesetzt werden. Da die Beschallung eine rein mechanische Behandlung ist, werden dem Wein dabei keine Chemikalien zugesetzt.

Vergleich der Weinqualität bei traditioneller Reifung und Ultraschallreifung. Mit Ultraschall gereifter Wein erreicht seine Spitzenqualität deutlich schneller.
(Grafik: ©Yıldırım und Dündar, 2017, nach Leonhardt und Morabito, 2007).

Ultraschall – ausschließlich mechanische Kräfte

Hochintensiver, niederfrequenter Ultraschall erzeugt Bedingungen mit hoher Energiedichte, die durch hohe Drücke, Temperaturen und starke Scherkräfte gekennzeichnet sind. Diese physikalischen Kräfte fördern den Aufschluss von Zellstrukturen, um intrazelluläre Verbindungen in das Medium freizusetzen. Darüber hinaus fördert die ultraschallgestützte Weinreifung die Mikrooxygenierung und Oxidationsprozesse. Dadurch kann eine kontrollierte Ultraschallbehandlung die chemischen Reaktionen im Wein positiv beeinflussen. Mit Ultraschall gereifte Weine erreichen ihre Spitzenqualität deutlich schneller als traditionell gereifte Weine. Außerdem weisen mit Ultraschall gereifte Weine eine bessere Haltbarkeit auf, sodass beschallter Wein seine Spitzenqualität länger bewahrt als bei der herkömmlichen Reifung.

Der Mechanismus des Zellwandaufschlusses: (a) Aufbrechen der Zellwand durch Kavitation. (b) Diffusion des Lösungsmittels in die Zellstruktur.
(Grafik nach Shirsath et al., 2012)

Vorteile der Ultraschallreifung von Wein gegenüber der Reifung im Eichenfass

Die Reifung in Eichenfässern ist das übliche, traditionelle Verfahren zur Weinreifung. In Eichenfässern findet über eine lange Lagerzeit hinweg in geringem Umfang Oxidation statt. Die Lagerung von Premiumwein dauert häufig mehrere Jahre und ist daher ein kostspieliger Prozess. Während der Reifung in Eichenfässern entwickelt der Wein zahlreiche einzigartige Aromen. 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 kontaminieren. Durch Hefen verdorbener Wein ist für seinen schlechten Geschmack und Geruch bekannt.
Aufgrund dieser Nachteile des traditionellen Ausbaus im Eichenfass sind die Weinreifung und Eichenholzbehandlung mit Ultraschall eine kosteneffiziente und wissenschaftlich belegte Alternative zur traditionellen Fassreifung. Die Ultraschallbehandlung verkürzt die Reifungszeit und verbessert mehrere Qualitätsmerkmale des Weins. Ultraschall kann in verschiedenen Phasen der Weinherstellung eingesetzt werden, darunter bei der Mazeration, der Polyphenolextraktion sowie dem Ausbau, der Reifung und Eichenholzbehandlung. Wissenschaftliche Studien und industrielle Anwendungen belegen die Eignung der Ultraschallbehandlung für die Weinherstellung, mit wesentlichen Verbesserungen durch kürzere Reifungszeiten und eine effizientere Herstellung hochwertiger Weine.

Durch Ultraschall beschleunigte Weinreifung: Die Studie von Prof. Th. Kleinschmidt zeigt die vorteilhafte Veränderung des 3-Methyl-1Butanol-Aromas in Rotwein bei Beschallung in Gegenwart von American Blend-Holzchips. (Ultraschallgerät UIP2000hdT, Amplitude 43µm, Sonotrodenfläche 9cm2)

Wissenschaftliche Studien zur Ultraschallreifung von Weinen

Eine relativ moderate Ultraschallintensität oder akustische Energiedichte kann die schnelle Extraktion und Auslaugung phenolischer Verbindungen aus Eichenholzchips in den Wein fördern und so möglicherweise das Weinaroma und den Nährwert innerhalb einer deutlich verkürzten Reifungszeit steigern. Darüber hinaus kann die Ultraschallbehandlung die Zusammensetzung des Weins schnell verändern, was vermutlich auf die Auswirkungen der akustischen Kavitation zurückzuführen ist. Dabei wird angenommen, dass eine hohe akustische Energiedichte die Veränderung der Weinzusammensetzung durch Ultraschall fördert. (Vgl. Yang et al., 2014)
Ähnliche Reifungseffekte wurden von Jiménez-Sánchez et al. (2020) für Sherryessig unter Einsatz von Eichenholzchips und Ultraschall beschrieben. Die Ultraschallbehandlung verkürzte die Reifungszeit gegenüber der traditionellen Reifung deutlich.

Freisetzung von Aromastoffen aus Eichenholz durch Ultraschall

Breniaux und Kollegen untersuchten die Auswirkungen von Hochleistungsultraschall zur Reinigung von Eichenweinfässern sowie die anschließende Freisetzung polyphenolischer und anderer Verbindungen, wenn die Fässer nach der Behandlung zur Weinreifung verwendet wurden. Polyphenole und sekundäre Pflanzenstoffe wie Ellagitannine, Lignin und Aromavorstufen tragen wesentlich zur Weinreifung und zum Geschmack bei. Insgesamt zeigte die Studie, dass die Ultraschallbehandlung innerhalb einer sehr kurzen Behandlungszeit höhere Ausbeuten an Polyphenolen und anderen bioaktiven Verbindungen ermöglichte. Beispielsweise war die Furfural-Konzentration bei der Ultraschallbehandlung nach 8 Monaten und 12 Monaten Reifung höher, wobei der Anstieg gegenüber der alternativen Dampfbehandlung zwischen 18,8 und 92,6% lag. Bei 5-Methylfurfural war die Konzentration nach Ultraschallbehandlung für 1 Jahr alte Fässer (12 Monate gereifter Wein) und 2 Jahre alte Fässer (2, 8 und 12 Monate gereifter Wein) mit einem Anstieg zwischen 20,5 und 97% deutlich höher. Bei den Diastereoisomeren des Whiskylactons war die Konzentration von trans-Whiskylacton in mit Ultraschall behandelten, 3 Jahre alten Fässern deutlich höher: Nach 12 Monaten Reifung weist der Wein eine Konzentration von 75,2 ± 5,6 μg/L auf, was einem Anstieg von 46,9% gegenüber dem in einem dampfbehandelten Fass gereiften Wein entspricht. Auch die im Wein gemessenen Konzentrationen von Vanillin und Syringaldehyd waren nach der Ultraschallbehandlung deutlich höher. Beim Vergleich mit der Dampfbehandlung von Fässern betrug der Gesamtenergieverbrauch 0,38 kWh für Leistungsultraschall und 3 kWh für Wasserdampf und war somit 7,89-mal niedriger.
(Vgl. Breniaux et al., 2021)

Durch Ultraschall geförderte chemische Reaktionen im Wein

Während der Weinreifung 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 Anthocyanen ist die wichtigste chemische Reaktion bei der Verdunkelung und Stabilisierung der Farbe von Rotwein, die sich von einem leuchtenden Rot zu einem dunklen Rot mit Brauntönen verändert.
Bereits frühe Studien von Masuzawa et al., 2000 zeigten, dass Ultraschall die Polymerisation phenolischer Verbindungen fördert und den Polyphenolgehalt von Rotwein während der Reifung erhöht.
Während der Weinreifung in Fässern können Hunderte von Verbindungen aus dem Holz in den Wein extrahiert werden, was unmittelbar zu Geschmack, Aroma und Mundgefühl des fertigen Weins beiträgt. Die Faserzusammensetzung des Eichenholzes spielt beim Reifungsprozess eine wichtige Rolle, da flüchtige Phenole und phenolische Aldehyde aus Lignin sowie Furfuralverbindungen aus dem Abbau von Zuckern aus Cellulose und Hemicellulosen extrahiert werden.
Obwohl die traditionelle Reifung in Eichenfässern seit Jahrhunderten weit verbreitet ist, weist sie nach wie vor einige inhärente Nachteile auf. Erstens dauert die Reifung im Fass normalerweise einige Monate bis mehrere Jahre und ist damit sehr zeitaufwendig. Zweitens sind Fässer teuer, beanspruchen viel Platz im Weingut und müssen im Laufe der Zeit ersetzt werden. Drittens können Eichenfässer mit zunehmendem Alter durch unerwünschte Mikroorganismen wie die Hefegattungen Brettanomyces und Dekkera kontaminiert werden.
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