Frühwarnung für Weinverderb leuchtet im Dunkeln
Eine einfachere und kostengünstigere Alternative zu Labortests, um die Qualitätskontrolle in der Fermentationsindustrie zu verbessern
Forscher haben einen lebenden Biosensor aus Bakterien entwickelt, der aufleuchtet, wenn er Essigsäure erkennt, das wichtigste chemische Signal, dass der Wein zu verderben beginnt. Er funktioniert in Echtzeit, selbst bei hohem Alkoholgehalt, so dass Weinkellereien Probleme frühzeitig erkennen können, bevor Geschmack und Qualität beeinträchtigt werden. Der Ansatz könnte eine einfachere und kostengünstigere Alternative zu Labortests darstellen und die Qualitätskontrolle in allen auf Gärung basierenden Branchen verbessern.
Neue Forschungsarbeiten unter der Leitung von Yulia Melnik-Kesler, Doktorandin an der Hebräischen Universität, unter der Leitung von Prof. Yael Helman und in Zusammenarbeit mit Prof. Oded Shoseyov. Sie haben einen neuen biologischen Sensor entwickelt, der den Verderb von Wein in einem frühen Stadium erkennen kann, was Erzeuger und Verbraucher vor kostspieligen Qualitätsverlusten bewahren könnte. Die Studie wurde in der Zeitschrift Microbial Biotechnology veröffentlicht.
Der Verderb von Wein wird häufig durch die Ansammlung von Essigsäure verursacht, die für den essigähnlichen Geruch und den sauren Geschmack verantwortlich ist. Sobald der Essigsäurespiegel ansteigt, kann der Gärungsprozess zum Stillstand kommen und der Wein ungenießbar werden. Die derzeitigen Methoden zur Messung der Essigsäure beruhen auf Labortechniken wie der Gaschromatografie und der Flüssigkeitschromatografie, die teuer und langsam sind und flüssige Proben erfordern. Diese Einschränkungen erschweren es den Weinkellereien, die Gärung in Echtzeit zu überwachen und zu reagieren, bevor ein Schaden entsteht.
Um diese Herausforderung zu meistern, hat das Team von Prof. Helman einen lebenden Biosensor entwickelt, der aus Bakterien besteht, die als Reaktion auf Essigsäure leuchten. Das System nutzt einen natürlichen bakteriellen Regulator namens YwbIR, der ursprünglich in Bacillus subtilis vorkommt und der, sobald er in den Biosensor transkribiert wurde, ein lichtproduzierendes Gen aktiviert, wenn er Essigsäure erkennt. Wenn Essigsäure vorhanden ist, gibt der Biosensor ein messbares Leuchtsignal ab, das eine genaue Quantifizierung der Verbindung ermöglicht.
In Labortests zeigte der Biosensor eine starke und lineare Reaktion auf Essigsäurewerte zwischen 0 und 1 Gramm pro Liter. Dieser Bereich ist für Winzer von entscheidender Bedeutung, da der Verderb in der Regel bei einer Konzentration von etwa 0,7 Gramm pro Liter beginnt. Bei diesen für den Verderb relevanten Konzentrationen erhöht sich das Signal um das Fünf- bis Achtfache, was eine deutliche Warnung darstellt, lange bevor der Wein ungenießbar wird.
Einer der wichtigsten Durchbrüche ist, dass der Sensor nicht nur in der Flüssigkeit, sondern auch in der Luft über dem Wein funktioniert. Das bedeutet, dass er flüchtige Essigsäure im Luftraum einer Weinflasche oder eines Gärtanks nachweisen kann, ohne diese zu öffnen. In Tests mit handelsüblichen Rot- und Weißweinen hat der Biosensor erfolgreich zwischen normalem Wein und Wein unterschieden, der durch zugesetzte Essigsäure künstlich verdorben wurde, und innerhalb von zwei Stunden einen deutlichen Anstieg der Lichtleistung festgestellt.
Im Gegensatz zu vielen elektronischen oder optischen Sensoren bleibt der neue Biosensor auch in hochalkoholischen Umgebungen zuverlässig. Er funktionierte in Weinen mit einem Alkoholgehalt von bis zu 14,5 % genau, eine Bedingung, die herkömmliche Nachweissysteme normalerweise stört.
Die Forscher sind der Ansicht, dass die Technologie über die Weinherstellung hinaus noch weitere Anwendungsmöglichkeiten haben könnte. Essigsäure ist ein wichtiger Indikator in vielen auf Gärung basierenden Industrien, einschließlich der Lebensmittelproduktion und Biokraftstoffe. Sie entwickelt sich auch zu einem Biomarker für bestimmte Krankheiten, was bedeutet, dass künftige Versionen des Biosensors möglicherweise für nicht-invasive medizinische Diagnosen, wie z. B. die Atemanalyse, angepasst werden könnten.
"Mit diesem System können wir Essigsäure in Echtzeit nachweisen, ohne komplizierte Ausrüstung oder Probenverarbeitung", so Dr. Helman. "Es öffnet die Tür zu einer erschwinglichen Vor-Ort-Überwachung der Fermentationsqualität und könnte in Zukunft sogar die medizinische Diagnostik auf der Grundlage flüchtiger Biomarker unterstützen."
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