Vermehrung von Hefen und Bakterien im Keller

Aktivtrockenhefen bestimmen seit den 1970er-Jahren die moderne Önologie. Die Hefen werden nach grossindustrieller Vermehrung getrocknet, was einen erheblichen Zellstress bedeutet. Die Verwendung von Trockenhefen ist auch mit Kosten verbunden, die unter den aktuellen Rahmenbedingungen vermehrt hinterfragt werden.

Eine praxisorientierte Ergänzung zur Nutzung von Aktivtrockenhefen – oder eine Alternative im Rahmen von verbesserten Spontangärungen – stellt die Hefepropagation (Vermehrung) im Keller dar. In der Brauerei seit Langem etabliert, war es auch in der Weinbereitung nie verschwunden: Grosse Schaumweinproduzenten in der Champagne, in Katalonien oder Norditalien vermehren Hefen, ebenso wie grosse Kellereien in den USA. In Australien gilt die Technik als Standard und ist fester Bestandteil der Ausbildung. In jüngerer Zeit erlebt die Propagation auch in Deutschland eine Renaissance – vor allem wegen ihres Effizienz- und Einsparpotenzials.

Das WBI hat sich in den vergangenen drei Jahren intensiv mit der Hefepropagation beschäftigt und unterschiedliche Systeme und Verfahren untersucht. Grundsätzlich wird zwischen sogenannten Rehydratoren, welche die Rehydrierung vereinfachen und automatisieren sollen, und echten Propagatoren zur Hefevermehrung unterschieden. Versuche des WBI zeigten, dass Rehydratoren gegenüber der klassischen Rehydrierung keine signifikanten Vorteile bieten. Auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sind sie nicht überzeugend – insbesondere, da keine Reduktion der zugekauften Hefemengen erreicht wird. Derzeit bieten mehrere Unternehmen speziell auf die Weinbereitung zugeschnittene Propagationssysteme an: die französische Firma Vivelys mit dem Pro­pagator «Ecolys» und das spanische Unternehmen InBioLev mit seiner unter dem Markennamen «LEV2050» vertriebenen Bioreaktorlinie samt abgestimmter Nährstoffe.

Vivelys-System

Das Vivelys-System basiert laut Hersteller auf modifizierten Weintanks, in denen geeigneter Most unter Zugabe von DAP und Hefeautolysaten zur Hefevermehrung genutzt wird. Um Kontaminationen zu vermeiden, kann der Most zuvor zentrifugiert, geschönt, geschwefelt oder pasteurisiert werden. Diese Anforderungen erschweren die Anwendung. Zudem sind Zusammensetzung und Qualität von Mosten und Autolysaten variabel, was eine reproduzierbare Prozessführung erschwert. Da Most aufgrund der enthaltenen Aminosäuren und Proteine auch Milchsäurebakterien ernähren kann, droht die Bildung unerwünschter Nebenprodukte wie Essigsäure oder biogener Amine.

LEV2050

Das LEV2050-System verfolgt einen anderen Ansatz: Es handelt sich um vollständig ausgestattete, geschlossene Bioreaktoren mit Füllstandsmessung, Temperaturkontrolle, effizienter Durchmischung mittels Impeller, Belüftung mit Sterilluft und vollautomatischer Prozesskontrolle. Über ein Fernwartungsmodul kann die Firma kundenadaptierte Prozesse aufspielen. CIP ist in grösseren Modellen eingebaut. Abb. 1 zeigt zwei Beispiele: einen Standard-Bioreaktor mit 650 L Nennvolumen sowie ein Modell, das auch die automatische Herstellung von Schaumweinansätzen erlaubt.

Die Methode von LEV2050 umfasst die Vermehrung von Hefen oder Bakterien in Wasser mit standardisierten Medien, die gezielt an die Nährstoffbedürfnisse der Mikroorganismen angepasst werden. Diese Medien können je nach Land und den geltenden Anforderungen (z. B. auch Bio- oder Demeter-Zertifizierung) variieren. Das Standardmedium für Hefen verwendet Ammoniumsalze als Stickstoffquelle, wodurch ein Wachstum von Milchsäurebakterien ausgeschlossen ist.

Für einen typischen Vermehrungsprozess wird der Bioreaktor zunächst mit Wasser befüllt. Nach Erreichen der Propagationstemperatur werden Medium und Hefe zugegeben. Unter kontinuierlicher Belüftung erfolgt die Hefevermehrung über einen Zeitraum von etwa 16 Stunden, wobei Zellkonzentrationen von ca. 300–450 Millionen Zellen pro Milliliter erreicht werden. Im folgenden Akklimatisierungsmodus wird die Temperatur unter periodischer Belüftung auf das gewünschte Beimpfungsniveau abgesenkt. Aufgrund der hohen Zelldichte können mit kleinen Reaktoren beachtliche Mostmengen beimpft werden. Während des Propagationsprozesses wird die Glukose vollständig umgesetzt.

Praxisversuche

Das WBI Freiburg hat seit dem Jahrgang 2023 in Zusammenarbeit mit Erzeugergemeinschaften, Winzergenossenschaften und Weingütern umfangreiche Praxisversuche zur Hefepropagation mit LEV2050-Bioreaktoren durchgeführt. 2023 und 2024 wurden dabei bereits über zwei Millionen Liter Most vergoren. Neben der Standardvermehrung von Hefen wurden auch Schaumweinansätze vorbereitet, Spontangärungen erfolgreich durchgeführt, Gärhänger behoben sowie Ansätze für den BSA hergestellt. Die Rückmeldungen aus der Praxis waren durchwegs positiv. Bei der Standardpropagation von Reinzuchthefen konnte bei gleichbleibender Gärdauer eine Reduktion der eingesetzten Hefemenge um den Faktor acht bis zehn erreicht werden. Die weinanalytischen Parameter – etwa Restzucker, Glycerin und Säuregehalte – lagen auf vergleichbarem Niveau.

Abb. 2 veranschaulicht den Gärverlauf eines Vergleichsversuchs in einem Grosskeller mit Mostvolumen von je 25 000 Litern. Selbst bei einer unüblich hohen Einsparung der Hefemenge um den Faktor 15 war die Gärdauer nach Propagation mit rund zweieinhalb Tagen lediglich leicht verlängert. Die analytischen Ergebnisse des Betriebs zeigten keine signifikanten Unterschiede. Auch die am WBI Freiburg durchgeführte Untersuchung aromarelevanter Verbindungen ergab keine signifikanten Abweichungen.

Zuckereinsparung

Für die Herstellung von Schaumweinansätzen bietet LEV2050 speziell angepasste Bioreaktormodelle und abgestimmte Methoden an (siehe Abbildung 1.) Nach der initialen Standardpropagation erfolgt eine mehrtägige Akklimatisierungsphase, in der über eine Dosierpumpe kontinuierlich Grundwein mit Zucker und Nährstoffen aus einem Vorratsbehälter zugegeben wird. Abb. 3 zeigt exemplarisch den Druckverlauf während der Flaschengärung nach Anwendung des Standardverfahrens und nach vorheriger Propagation. Beim Standardprozess wurden für 5250 L Fülldosage 1 kg Hefe und 43 kg Zucker eingesetzt. In der propagierten Variante hingegen reichten 0.25 kg Hefe bei lediglich 12 kg Zucker. Die deutliche Zuckereinsparung erklärt sich durch die aerobe Propagation, bei der Zucker bevorzugt in Zellmasse umgewandelt wird – im Gegensatz zum nahezu anaeroben Standardprozess, bei dem der Grossteil des Zuckers zu Ethanol vergoren wird. Da die analytischen Parameter der beiden Ansätze praktisch keine Unterschiede aufwiesen, sind in der Abbildung die Wertebereiche dargestellt.

Flexible Verwendung

Die Bioreaktoren lassen sich grundsätzlich auch mit Teilmengen betreiben. Nach den Erfahrungen des WBI Freiburg liegt die Mindestfüllmenge bei etwa 60 % des Nennvolumens. Möglich ist es auch, propagierte Hefen über einen längeren Zeitraum flexibel zu verwenden. Nach der Vermehrung müssen hierzu die Hefen periodisch belüftet werden und bei Lagerung > 1.5 Tagen wieder mit gerin­gen Mengen Nährstoff versorgt werden, um die Vitalität zu erhalten. Hierdurch werden Bioreaktoren auch für kleinere Betriebe interessant.

Im Rahmen der zweijährigen Untersuchungen wurden auch mehrere Spontangärungen mithilfe des Bioreaktors realisiert. Grundproblematik war die mangelnde Endvergärung bei Spontangärungen von Weinen aus dem ultra-premium Bereich. Zwei alternative Ansätze wurden dabei erprobt. In einem Ansatz wurden Trauben eine Woche vor dem geplanten Hauptlesetermin eingemaischt und daraus ein Starter propagiert, mit dem die Maische der Hauptlese beimpft wurde. Beim zweiten Ansatz wurde die gesamte Maische der Hauptlese spontan angegoren. Nach der Abnahme des Zuckergehalts um ca. 30 °Oechsle wurde ein Teilvolumen entnommen, propagiert und anschliessend wieder der Hauptgärung zugeführt. Beide Varianten waren erfolgreich, zeigen jedoch – abhängig vom Jahrgang – sensorische Unterschiede. In der ersten Variante dominieren Saccharomyces-Hefen, da das Hauptvolumen mit einer hohen Anzahl indigener Saccharomyces-Hefen inokuliert wird. In der zweiten Variante hingegen erhalten nicht-Saccharomyceten mehr Einfluss auf die gärungsbedingte Aromenbildung. Beide Methoden ermöglichen somit eine differenzierte Herangehensweise, die eine Anpassung an Jahrgangscharakteristika erlaubt – bei gleichzeitig verbesserter Vergärungssicherheit durch gezielte Erhöhung der Hefebiomasse.

Bakterienpropagation

Bei der Vermehrung von Bakterien der Art Oenococcus oeni wurden Bakterienstarter mit hoher Vitalität hergestellt (Abb. 4). Die Methode ist jedoch etwas aufwendiger: Als Medium dient hier nicht Wasser, sondern Wein, der im Bioreaktor automatisch pasteurisiert wird, um vorhandene Hefen sicher abzutöten. Zudem ist die Propagationszeit von Bakterien länger (48 h) und sind die Nährstoffanforderungen von Milchsäurebakterien komplexer, was den Einsatz spezieller – und kostenintensiverer – Medien erforderlich macht. In der Folge fällt die wirtschaftliche Einsparung durch Bakterienpropagation geringer aus als bei Hefen. Die Vermehrung von Lactobacillus-Arten wurde bislang nicht untersucht.

Trotz des Einsatzes des Nährstoffs, der bei Standardprozessen mit einer Konzentration von 88 g/L verwendet wird und etwa 6 Euro pro Kilogramm kostet, amortisieren sich Bioreaktoren, die in der Anschaffung bei ca. € 20 000–50 000 liegen, schnell. Das WBI Freiburg hat hierzu einen Kostenrechner erstellt, der nach Anfrage bereitgestellt wird. In grösseren Betrieben mit regelmässigem Einsatz sind jährliche Einsparungen im hohen fünfstelligen Eurobereich realistisch. Interessant sind überdies Mietoptionen, die sich bei regelmässiger Nutzung bereits im Herbst lohnen.

Fazit:

Es wundert nicht, dass sich die Hefepropagation wieder zunehmend als praktikable Methode in der Oenologie etabliert: Kosteneinsparungen, neue Möglichkeiten in der Gärführung, verbesserte betriebliche Effizienz und weitere Nutzungsmöglichkeiten – etwa für Bâtonnage-Prozesse oder das gezielte Mischen und Lösen von Substanzen. Seit dem Herbst 2025 sind in Baden-Württemberg elf Bioreaktoren im Einsatz, die 
bei einer Gesamtproduktion von ca. 8 Mil­lionen Litern eine Gesamtersparnis von ca. € 300 000 erzielt haben. Weitere Hefepropagatoren sind derzeit bereits in Rheinland-Pfalz und Österreich in Betrieb. Kleineren Betrieben bietet sich die Möglichkeit, ihr Profil über differenzierte Spontangärungsansätze zu schärfen.