Antibakterielle Wirkung von Wein

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Wein ist seit langer Zeit als Genussmittel, religiöses Symbol und Handelsgut Teil unserer Kultur. Die erste systematische Weinherstellung fand vermutlich in Georgien statt, wo Tonkrüge mit Weinreliefs aus der Zeit 6000 v. Chr. nachgewiesen wurden. Ungefähr zeitgleich wurde Wein auch im Niltal, in der Region des heutigen Palästina und im Bereich zwischen Euphrat und Tigris hergestellt. Damals wurde Wein als Statussymbol, Währung, Rauschmittel und Medizin zugleich angesehen. Die erste Kultivierung von wildem Wein fand wahrscheinlich bei den Griechen statt. Durch die Römer wurde der Wein über das Mittelmeergebiet hinaus verbreitet (Wenz, 2005; Althoff, 2002).

Chemisch gesehen ist Wein eine komplexe Lösung von Alkohol (v.a. Ethanol), Kohlehydraten, Säuren, Stickstoffverbindungen, Mineralstoffen und Polyphenolen. Weiterhin sind in geringen Mengen auch Aldehyde und Acetale, Ester, Enzyme, Vitamine sowie gelöste Gase (Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Sauerstoff und Schwefelwasserstoff) in diesem Gemisch enthalten. Gehalt und Zusammensetzung dieser Stoffe im Wein ist abhängig von der Traubensorte, der Lage und der Bodenbeschaffenheit des Weinberges, von der Witterung, vom Reifegrad der Trauben bei der Ernte, von der Gärführung und der Behandlung des Weines während der Herstellung. Für die Qualität des Weins ist der Gehalt an Ethanol, Glycerin, Säuren, Zucker und Aromastoffen ausschlaggebend.

Unter den Phenolen kann man die Nicht-Flavonoide und die Flavonoide unterscheiden. Beide Gruppen sind im Wein enthalten und werden während der Herstellung durch Pressen und Fermentieren aus der Fruchthaut und den Samen extrahiert (Würdig & Woller, 1989).

Gesundheitliche Wirkungen von Wein

Der gesundheitliche Nutzen von moderatem Weinkonsum ist gut untersucht und wird mit erhöhter Lebensdauer und verringertem Risiko für Herz-und Kreislauferkrankungen assoziiert (Pinder & Sander, 2004; Saremi & Arora, 2008; Ullah & Khan, 2008). Die protektiven Effekte werden vor allem den Polyphenolen zugeschrieben, die freie Radikale fixieren und mit Enzymen wechselwirken (Rodrigo & Bosco 2006; Singh et al., 2008).

In den letzten drei Jahrzehnten wurden mehrere Studien zum Antikaries-Effekt von Phenolen publiziert (Daglia et al., 2002; Duarte et al., 2006). Der Krankheitsverlauf wird von der Nahrungszusammensetzung, den karieserregenden Bakterien (v.a. Steptococcus mutans) und der Zahnoberfläche beeinflusst. Die Vorstufe von Karies ist Plaque (Zahnbelag). Plaque ist ein Biofilm, der aus tausenden Bakterien besteht (Loesche, 1986). Die Biofilmbildung wird durch den Zuckergehalt der Nahrung, durch hydrophobe, elektrostatische Interaktionen oder spezifische Ligand-Rezeptor Wechselwirkungen bestimmt. Zur Demineralisation des Zahns kommt es durch die Säureproduktion von Streptococcus mutans. S. mutans selbst ist auf Grund eines pH-regulierenden Enzyms, der F-ATPase, gegen den Säuregehalt seiner Umgebung geschützt (Marsh & Martin, 1999; Socransky et al., 1998). Erst kürzlich wurde entdeckt, dass Rotweininhaltsstoffe schon in geringen Konzentrationen die Säuretoleranz von S. mutans herabsetzen und auf diesem Weg die Biofilmbildung hemmen (Thimothe et al., 2007). Weiters wurde gezeigt, dass zum größten Teil Anthocyanidine, die zur Großgruppe der Polyphenole gehören, in Anti-Biofilm, Anti-Adhesion und antibakterieller Wirkung von Wein involviert sind (Daglia et al., 2009). Wein wirkt also auf mehreren Ebenen gegen Plaque und in weiterer Folge auch gegen Karies.

Polyphenole aus Nahrungsmitteln können das Wachstum und die Zusammensetzung der Darmbakterien erheblich beeinflussen. Die wichtigsten phenolischen Bestandteile in Rotwein sind Flavonole, Flavan-3-ole, Anthocyanine, Hydrobenzoesäure, Stilbene und phenolische Alkohole, die Veränderungen in der Mund- und Darmflora bewirken. Obwohl die Mundflora und die Darmflora dieselben Mikroorganismen aufweisen, unterscheiden sich Mund und Darm in der Verteilung der beteiligten Bakterien (Requena et al., 2010).

Auswirkung des Weines auf die Darmflora

Eine der wichtigsten Aufgaben der Darmflora ist die Aufspaltung von Kohlenhydraten und Eiweißen in kleinere Moleküle, die durch die Darmwand ins Blut aufgenommen werden können sowie als Nährstoffe für andere Mikroorganismen dienen. Weiters schützt eine intakte Darmflora vor Beschwerden im Magen-Darm Trakt, vor Entzündungen und zu einem noch nicht geklärten Anteil vor Krebs und Adipositas (Caroll et al., 2009).

Die ersten Bakterien, die sich nach der Geburt im Darm ansiedeln sind Bifidobakterien und Laktobazillen (Ventura et al., 2009). Wie schon zuvor erwähnt, helfen die Bakterien im Darm Nährstoffe aufzuspalten, die durch eigene Enzyme nicht spaltbar sind. Damit übernehmen sie durch Stoffwechselfähigkeiten wie Gärung, Methanogenese, Gluconeogenese und Biosynthese von essentiellen Aminosäuren, Vitaminen und Isoprenoiden wichtige Stoffwechselfunktionen (Walter et al., 2006).

Siedeln sich schädliche Bakterien im Darm an, nennt man sie Humanpathogene. Sie produzieren Toxine und krebserregende Substanzen. Eine Infektion mit Humanpathogenen führt zu einer Erkrankung, die in dem meisten Fällen mit hohem Fieber, Durchfall und Erbrechen einhergeht (Guarner & Malagelada 2003). Ein weiterer interessanter Aspekt ist die Vermutung, dass bakterielles Ungleichgewicht im Darmtrakt mit chronischen Erkrankungen wie z.B.: chronischer Darmentzündung in Verbindung gebracht werden (Salzmann & Bevins, 2008; Sanz et al., 2007). Zusammenfassend kann man sagen, dass sowohl der Mund als auch der Darm ein komplexes, dynamisches, mikrobielles System von hoher Biodiversität sind. Für eine gesunde, vollständige Verdauung sind Bakterien unerlässlich.

Der Großteil der Weinphenole wird im Dickdarm umgesetzt, wobei die Bioverfügbarkeit von mitverdauten Bestandteilen abhängt. Einige Polyphenole und ihre Abbauprodukte inhibieren oder fördern selektiv Darmbakterien. Das heißt, über längere Zeit verändern sich durch die antimikrobielle Wirkung die qualitative und quantitative Zusammenssetzung der Darmflora (Furiga et al., 2009). Nach weiteren In-vitro-Versuchen konnte außerdem gezeigt werden, dass einige Polyphenole auf pathogene Bakterien im Darm hemmend wirken, aber gleichzeitig keinerlei negative Effekte oder sogar leichtes Wachstum bei probiotischen Bakterien verursachen (Lee et al., 2006; Tzounis et al., 2008). Daraus kann man schließen, dass einige Phenole auf unterschiedliche Bakterien völlig unterschiedliche Auswirkungen haben.

Trotz dieser Ergebnisse existieren nur wenige Studien die sich mit der Auswirkung von Wein auf die Darmflora beschäftigen. Um noch bessere, gezielte Aussagen zu treffen sind weitere Untersuchungen vor allem in vivo nötig.

Antimikrobielle Wirkung von Wein

Die antimikrobielle Wirkung von Wein ist gut dokumentiert. Über die dafür verantwortlichen Stoffe im Wein gibt es kontroverse Meinungen. Die einen meinen, dass Phenole im Wein für die hemmende Wirkung verantwortlich sind, die anderen betonen, dass nicht-phenolische Inhaltsstoffe diese Wirkung zeigen.

In der Studie von Waite und Daeschel (2007) wurden 4 Weinparameter auf antimikrobielle Aktivität untersucht. In Versuchen stellte sich beim Vergleich von pH, Säuregehalt, Schwefeldioxid und Ethanol heraus, dass der pH der wichtigste Faktor für die Inhibierung von Bakterien ist.

Die Publikation von Daglia et al. (2007) kommt zu dem Ergebnis, dass in erster Linie organische Säuren im Wein hemmend wirken. Im Vergleich dazu betont Carneiro et al. (2008), dass organische Säuren nur in Kombination mit Ethanol synergistisch agieren und eine Inaktivierung bewirken.

Im Gegensatz zu diesen Ergebnissen gibt es eine Reihe weiterer Studien, die die Wichtigkeit des synergistischen Wirkens von pH, organischen Säuren und Ethanol untermauern (Marimon et al., 1998; Moretro & Daeschel, 2004). Eine besondere Rolle wird in vielen Fällen den Phenolen zugeschrieben (Radovanovic et al.,2009; Vaquero et al., 2007; Papadopoulou et al., 2005; Herald & Davidson, 1983; Wen et al., 2003). Des Weiteren gibt es Publikationen, in welchen Reservatol als das wichtigste Phenol zur bakteriellen Hemmung bezeichnet wird (Daroch et al., 2001; Chan, 2002). Boban et al., (2010) wiederum zeigt, dass Reservatolwerte nicht mit der beobachteten mikrobiellen Hemmung einhergehen. Diese Studie betont:

Die antimikrobielle Wirkung von Wein kann nicht auf einen Einzelbestandteil zurückgeführt werden

In Boban et al. (2010) wird die antibakterielle Wirkung der Inhaltsstoffe wie folgt beschrieben: intakter Wein > phenolreduzierter Wein > dealkoholisierter Wein > Kombination von Ethanol und niedrigem pH Wert > niedriger pH > Ethanol. Separate Anwendung von Ethanol und niedrigem pH führt zu einem vernachlässigbaren antimikrobiellen Effekt, obwohl diese beiden Faktoren in Kombination synergistisch wirken. Die antimikrobielle Aktivität kann nicht auf einen Faktor zurückgeführt werden, vielmehr ist die Kombination aus niedrigem pH, Ethanol, Phenolen und weiteren Inhaltsstoffen am wirksamsten.

Die pH-Werte von Weinen liegen im sauren Bereich zwischen etwa 2,5 und 3,5 (Vogt, 1953). Die wichtigsten Säuren im Wein sind Weinsäure, Apfelsäure, Milchsäure, Zitronensäure sowie Bernsteinsäure, Galakturonsäure, Phosphorsäuren und Ascorbinsäure (= Vitamin C) (Eder, 2004).

Der pH-Wert wird in der Wirkung auf Humanpathogene, wie schon zuvor erwähnt, sehr gegensätzlich bewertet. Tatsächlich scheint es, als würde der pH allein keine allzu großen Auswirkungen haben. Werden Bakterien nur mit diesem Faktor konfrontiert, kommen sie relativ gut damit zurecht (Boban et al., 2010).

Weine haben einen Alkoholgehalt zwischen 10 und 15 Prozent. Alkohol wirkt als Zellgift, weil es deren Membranen schädigt und die Permeabilität erhöht (Waite & Daeschel, 2007). Dadurch kann der Ionenkonzentrationsgradient zwischen dem Zellplasma und der Umgebung nicht aufrecht gehalten werden und es kommt zu Enzymdenaturierungen. Eine Kombination aus niedrigem pH und Ethanol wirkt stark schädigend auf Bakterien, die separate Anwendung hingegen kaum (Boban et al., 2010).

Bedeutung der Phenole

Phenole sind sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe und erfüllen im Pflanzenstoffwechsel verschiedene Aufgaben. Ein Phenolmolekül besteht aus einem aromatischen Ring, an den zumindest eine Hydroxygruppe gebunden ist. Polyphenole bestehen aus zumindest 2 phenolischen Hydroxygruppen. Polymere Phenole (=Tannine) bestehen aus kondensierten Phenolen (Eder, 2004).

Es führen verschiedene Stoffwechselwege zu Phenolen, wie der Shikimatweg, der Acetat-Malonat-Weg und der Terpenoidsyntheseweg. Phenole sind Elektronenüberträger bei der Photosynthese und der Atmungskette, sie kommen auch in Blüten und Früchten vor und wirken als UV- und Fraßschutz. Des Weiteren haben sie antibakterielle und allelopathische Eigenschaften (Bresinsky et al., 2008). Die Wirkung als Fraßschutz liegt darin begründet, dass Phenole mit Enzymen wechselwirken und diese inaktivieren (Requena et al., 2010).

Tannine binden und inaktivieren auch Verdauungsenzyme von Herbivoren mit dem Ziel, die Pflanze als Futter schwer verdaulich und unattraktiv zu machen. Herbivoren wiederum haben sich im Laufe der Evolution an die Tannine angepasst, indem sie prolinreiche Enzyme mit dem Speichel in die Mundhöhle abgeben. Das Prolin bindet Tannin durch Wasserstoffbrückenbindung sehr stark. Damit wird eine große Menge an Tannin inaktiviert und die restlichen Verdauungsenzyme können ungestört arbeiten. Diese tannininduzierte Aggregation von Speichelproteinen führt zu physikalischen Veränderungen des Speichels. Die Viskosität des Speichels wird verringert, das heißt er wird zäher. Es wird vermutet, dass die Tannin-Enzym-Interaktion für die Wahrnehmung von Trockenheit im Mund verantwortlich ist. Tannin-Enzym-Interaktionen sind also wichtig für sensorische Eigenschaften, Tannin-Tannin-Interaktionen sind wichtig für die Klarheit von Wein (Zanchi et al., 2008).

Phenole werden in Nicht-Flavonoide (phenolische Alkohole, Zimtsäure, Hydrobenzoesäure und Stilbene etc.) und Flavonoide (Anthocyane, Flavonole, Flavan-3-ole sowie ihre oligomeren und polymeren Formen wie z.B.: Tannine und Proanthocyanidine) eingeteilt. Der Phenolgehalt variiert auf Grund der Weinsorte und der Verarbeitungsmethoden. Der mittlere Gehalt für Weißweine beträgt 10,38mg/100mL, für Rotweine beträgt er 107,44 mg/100mL (Neveu et al., 2010).

Phenole reagieren hochsensitiv auf Veränderungen ihrer chemisch-physikalischen Umgebung. Die Löslichkeit und die Interaktion mit Proteinen wird beeinflusst (Zanchi et al., 2007 & 2008). Die antioxidative Wirkung hängt von der Polarität des Solvens ab. In unpolarer Lösung wie Ethanol oder Methanol ist die antioxidative Wirkung hoch, in polarer Lösung wie Wasser ist die antioxidative Wirkung klein (Pinelo et al., 2004). Das ist wiederum ein Hinweis auf die synergistischen, antimikrobiellen Fähigkeiten der im Wein enthaltenen Stoffe. Die phenolischen Bestandteile verstärken durch Ethanol und niedrigen pH-Wert ihre antimikrobielle Wirkung (Wen et al., 2003).

Die genauen molekularen Wirkungsweisen der Phenole auf Mikroorganismen sind noch nicht geklärt. Cushnie & Lamb (2005) vermuten, dass Phenole die Cytoplasmamembran porös machen, den Energiemetabolismus stören und die DNA-Gyrase hemmen. Im Falle der DNA-Gyrasehemmung wird die Replikation der DNA während der Zellteilung gestört. Die Aufgabe der Gyrase, die zur Klasse der Topioisomerasen gehört, wäre die Entwindung eines DNA-Stranges während der Replikation. Durch die Hemmung findet die Entwindung nicht statt und es kommt zum Supercoiling der DNA, was eine basale Störung des Metabolismus bedeutet.

Beim Erhitzen von Wein auf 125°C kommt es zu signifikanten, hitzeinduzierten, chemisch-pysikalischen Veränderungen. Trotz diesen Veränderungen behält der Wein seine antibakterielle Wirkung bei z.B.: bei der Zubereitung von Speisen (Boban et al., 2010).

Untersuchung der antibakteriellen Wirkung von Wein an vier verschiedene Bakterienarten

An der Österreichischen Bundesanstalt für Wein- und Obstbau in Klosterneuburg wurde die Wirkung von Ethanol, Tannin, Rotwein und Weißwein auf die folgenden vier Bakterienstämme untersucht: Escherichia coli, Salmonella choleraesiuis, Staphylococcus aureus und Enterococcus faecalis. Während es sich bei den ersten drei Bakterienarten um gefährliche Pathogene handelt, ist letzteres ein natürliches Darmbakterium. Eine antibakterielle Wirkung des Weines auf die ersten drei Arten wäre also erwünscht, auf letzteres eher unerwünscht.

Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass Weißwein dicht gefolgt von Rotwein die höchste antibakterielle Wirkung auf die drei untersuchten pathogenen Bakterienstämme aufweist. Nach einem Wirkungszeitraum von 10 - 30 Minuten konnten sowohl bei Behandlung mit Weiß- als auch mit Rotwein praktisch keine vitalen Keime der drei pathogenen Stämme mehr nachgewiesen werden. Die Behandlung mit Tannin zeigte auf Escherichia coli und Salmonella choleraesiuis nur sehr geringe Wirkung, auf Staphylococcus aureus eine im Vergleich zu den Weinen stark verzögerte Wirkung. Die Behandlung mit Ethanol zeigte eine geringe Anfangswirkung auf die pathogenen Keime, nach 30 Minuten vermehrten sich jedoch die pathogenen Bakterien bereits wieder.

Auf das natürliche Darmbakterium Enterococcus faecalis hatten weder Weiß- noch Rotwein eine nachweisliche Wirkung.

Die genaue Beschreibung der Untersuchungsmethoden sowie die statistische Auswertung und die Quellenangaben finden Sie im ergänzenden Anhang des Artikels.

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