In der Weinbereitung, unterscheidet man zwischen Umgebungshefen, die in Weinkellern, Weinbergen und auf den Trauben selbst natürlich vorkommen (manchmal auch als „Blüte“ oder „Erröten“ einer Traube bezeichnet), und Kulturhefen, die speziell für die Verwendung bei der Weinherstellung isoliert und geimpft werden. Zu den häufigsten Gattungen von wilden Hefen, die bei der Weinherstellung verwendet werden, gehören Candida, Klöckera/Hanseniaspora, Metschnikowiaceae, Pichia und Zygosaccharomyces. Wilde Hefen können Weine von hoher Qualität und einzigartigem Geschmack hervorbringen; sie sind jedoch oft unberechenbar und können dem Wein weniger wünschenswerte Eigenschaften verleihen und sogar zum Verderben beitragen. Nur wenige Hefe-, Milch- und Essigsäurebakterienkolonien leben von Natur aus auf der Oberfläche der Trauben, aber traditionelle Winzer, vor allem in Europa, befürworten die Verwendung von Umgebungshefe als Merkmal des regionalen Terroirs; dennoch ziehen es viele Winzer vor, die Gärung mit berechenbarer Kulturhefe zu steuern. Die bei der Weinherstellung am häufigsten verwendeten Kulturhefen gehören zur Spezies Saccharomyces cerevisiae (auch „Zuckerhefe“ genannt). Innerhalb dieser Spezies gibt es mehrere hundert verschiedene Hefestämme, die während der Gärung eingesetzt werden können, um die Hitze oder Stärke des Prozesses zu beeinflussen und bestimmte Geschmacksmerkmale der Rebsorte zu verstärken oder zu unterdrücken. Die Verwendung verschiedener Hefestämme trägt wesentlich zur Vielfalt des Weins bei, selbst bei ein und derselben Rebsorte. Alternative Hefen, die nicht von Saccharomyces cerevisiae stammen, werden in der Branche immer häufiger eingesetzt, um dem Wein mehr Komplexität zu verleihen. Nachdem ein Weingut einige Jahre in Betrieb war, sind nur noch wenige Hefestämme aktiv am Gärungsprozess beteiligt. Die Verwendung aktiver Trockenhefen reduziert die Vielfalt der bei der Spontangärung auftretenden Stämme, indem sie die natürlich vorhandenen Stämme verdrängt.
Die Zugabe von Kulturhefe erfolgt normalerweise zunächst in getrocknetem oder „inaktivem“ Zustand und wird in warmem Wasser oder verdünntem Traubensaft reaktiviert, bevor sie dem Most zugesetzt wird. Um zu gedeihen und bei der Gärung aktiv zu sein, braucht die Hefe Zugang zu einer kontinuierlichen Versorgung mit Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor sowie zu verschiedenen Vitaminen und Mineralien. Diese Bestandteile sind von Natur aus im Traubenmost vorhanden, aber ihre Menge kann durch die Zugabe von Nährstoffen zum Wein korrigiert werden, um ein günstigeres Umfeld für die Hefe zu schaffen. Neu formulierte Nährstoffe, die speziell für die Gärung von Wein hergestellt werden, bieten die günstigsten Bedingungen für die Hefe. Auch Sauerstoff wird benötigt, aber bei der Weinherstellung ist es wegen der Oxidationsgefahr und der fehlenden Alkoholproduktion von sauerstoffhaltiger Hefe erforderlich, die Sauerstoffzufuhr auf ein Minimum zu beschränken.
Nach dem Einbringen der aktiven Hefen in den Traubenmost werden Phosphate an den Zucker gebunden, und die sechskettigen Zuckermoleküle beginnen, sich in dreikettige Stücke aufzuspalten und durchlaufen eine Reihe von Umlagerungsreaktionen. Während dieses Prozesses wird das Carboxyl-Kohlenstoffatom in Form von Kohlendioxid freigesetzt, während die übrigen Bestandteile zu Acetaldehyd werden. Da bei diesem anaeroben Prozess kein Sauerstoff vorhanden ist, kann das Acetaldehyd schließlich durch Reduktion in Ethanol umgewandelt werden. Bei der Umwandlung von Acetaldehyd wird eine geringe Menge durch Oxidation in Essigsäure umgewandelt, die im Übermaß zu dem als flüchtige Säure bekannten Weinfehler (Essigbeize) beitragen kann. Nachdem die Hefe ihren Lebenszyklus beendet hat, fällt sie als Bodensatz, der so genannte Trub, auf den Boden des Gärtanks. Die Hefe stellt ihre Tätigkeit ein, wenn der gesamte Zucker im Most in andere Chemikalien umgewandelt wurde oder wenn der Alkoholgehalt 15 % Alkohol pro Volumeneinheit erreicht hat; eine Konzentration, die stark genug ist, um die enzymatische Aktivität fast aller Hefestämme zu stoppen.
Weitere beteiligte Verbindungen
Der Stoffwechsel von Aminosäuren und der Abbau von Zucker durch die Hefen hat den Effekt, dass andere biochemische Verbindungen entstehen, die zum Geschmack und Aroma des Weins beitragen können. Diese Verbindungen können „flüchtig“ sein wie Aldehyde, Ethylacetat, Ester, Fettsäuren, Fuselöle, Schwefelwasserstoff, Ketone und Mercaptane oder „nicht flüchtig“ wie Glycerin, Essigsäure und Bernsteinsäure. Hefe bewirkt während der Gärung auch die Freisetzung von Glykosidhydrolase, die die Geschmacksvorstufen von Aliphaten (eine Geschmackskomponente, die mit Eiche reagiert), Benzolderivaten, Monoterpenen (verantwortlich für blumige Aromen von Trauben wie Muskateller und Traminer), Norisoprenoiden (verantwortlich für einige der Gewürznoten in Chardonnay) und Phenolen hydrolysieren kann.
Einige Hefestämme können flüchtige Thiole erzeugen, die zu den fruchtigen Aromen in vielen Weinen beitragen, wie z. B. dem Stachelbeerduft, der häufig mit Sauvignon blanc in Verbindung gebracht wird.
Brettanomyces-Hefen sind für das charakteristische „Scheunenaroma“ in einigen Rotweinen wie Burgunder und Pinot noir verantwortlich.
Methanol ist kein wesentlicher Bestandteil von Wein. Der übliche Konzentrationsbereich liegt zwischen 0,1 g/Liter und 0,2 g/Liter. Diese geringen Spuren haben keine nachteiligen Auswirkungen auf den Menschen und keine direkte Wirkung auf die Sinne.