Håndtering af opløst ilt ved hjælp af en polypropylen hulfibermembrankontaktor påvirker vinens aldring

kontakt:tina.xiang@wecistanche.com

Abstrakt

Baggrund: Talrige ønologiske metoder kan forårsage et overskud af opløst ilt i vin, og dermed bestemme sensoriske og kromatiske defekter på kort til lang sigt. Derfor er det nødvendigt at håndtere overskuddet af ilt før aftapning. Metoder: I denne undersøgelse blev styringen af ​​indholdet af opløst ilt ved hjælp af et polypropylen hulfibermembrankontaktor-apparat udført i to vine fra forskellige druesorter (Aglianico og Falanghina). Vinene blev analyseret efter 11-måneders lagring. Anthocyaniner og acetaldehydindhold blev vurderet ved HPLC. Derudover andrephenoliskeforbindelser og kromatiske karakteristika blev analyseret ved spektrofotometriske metoder. NMR og HR ESIMS analyser blev udført for at evaluere antallet af proanthocyaniner og polymere pigmenter. Resultater: Efter 11 måneders lagring blev der i begge vine påvist et fald i frit og totalt SO2 i forhold til startværdierne. I vinene med de højeste niveauer af opløst ilt blev der observeret et mere bemærkelsesværdigt tab. Ingen signifikante forskelle med hensyn til farveparametre blev påvist. I rødvin med det højeste iltindhold, en massiv dannelse af polymerpigmenterog BSA-reaktive tanniner blev observeret i modsætning til vine med lavere iltniveauer. Konklusion: Undersøgelsen viste, at membrankontaktoren kan vise sig at være et vellykket værktøj til at håndtere opløst ilt i vine for at forhindre deres oxidative fordærv.

Nøgleord: oxidation; membran kontaktor; vin; polymere pigmenter

klik for at få flere oplysninger

1. Introduktion

Vin er et kemisk dynamisk system, og selv efter gæring fortsætter dens sammensætning med at udvikle sig under opbevaring. Disse ændringer efter gæringen kaldes ældning, men der skal skelnes mellem de ændringer, der sker under modningsfasen (f.eks. bulklagring af vin i tank eller tønde), hvor vinproducentens indgriben stadig er tilladt, og dem, der tager placeres i lagringsfasen, når vinen er blevet forseglet på flasker, og den eneste mulige intervention er begrænset til udvælgelsen af ​​de mest passende opbevaringsbetingelser.

Blandt vinforbindelser er phenoler dem, der er mest påvirket af aldring. De stammer fra druer (flavonoiderog ikke-flavonoider) og udgør en af ​​de vigtigste vinkvalitetsparametre. Under vinfremstilling og aldring gennemgår fenoler hovedsageligtoxidationreaktioner, som ikke kun påvirker selve phenolsammensætningen, men også bestemmer ændringer i form af sensoriske egenskaber, såsom farve og astringens.

Fenolforbindelser er de primære reaktanter, der skal oxideres i nærvær af oxygen og metaller (Fe3 plus Cu2 plus), hvilket giver anledning til en kaskade af kemiske omdannelser, der kan resultere i en overdreven forringelse af vin [1]. Vinoxidationbestår af en række reaktioner: For det første reduceres oxygen til hydrogenperoxid ved at interagere med overgangsmetaller, herunder jern- og kobberioner, i nærværelse af catechol-underenheder, der er oxideret til quinoner [2]. Quinoner reagerer stærkt med nukleofile forbindelser, såsom antioxidanter (svovldioxid, glutathion, ascorbinsyre), ønskelige aroma-flygtige thioler

(dvs. 3-sulfanylhexanol), uønskede aromathioler (dvs. hydrogensulfid), aminosyrer (dvs. phenylalanin, methionin) og talrige polyphenoler (hovedsagelig flavonoler). Produkterne af disse reaktioner kan føre til dannelse af kondenspolymere pigmenter-særligt vigtigt i rødvine - eller endda for tabet af farve og sortskarakterer [3]. I et efterfølgende trin reagerer ferro- eller kobber(I)-arter med hydrogenperoxid ved Fenton-reaktionen for at give hydroxylgruppen, en stærk oxidant, der er i stand til at reagere med alle organiske bestanddele i forhold til koncentrationen [4]. Den mest udbredte organiske forbindelse i vin er ethanol, som omdannes til acetaldehyd, når det er oxideret af hydroxylgruppen.

Som en konsekvens afoxidation, i rødvin omdannes native anthocyaninpigmenter hurtigt til mere stabile pigmenter via forskellige typer reaktioner såsom aldehyd-medierede kondensationsreaktioner med tanniner og cyclo-additionsreaktioner, der fører til dannelsen af ​​proanthocyaniner [5]. Oxidationsreaktioner bidrager også til at modificere vinens astringens ved at ændre tanninstrukturen som følge af intra- og intermolekylære reaktioner medieret af oxygen [6]. Disse "stabiliserede produkter" anthocyanin eller pigmenterede tanniner vedvarer meget længere i vin end i deres oprindelige former [7]. Lave mængder ilt i rødvin er således vigtige for at stabilisere enten farve eller astringens. Pasteur selv, i sine undersøgelser af vin, teoretiserede, at kun når en vin udsættes for ilt, kan den udvikle egenskaber, der gør den til et fint lagret højkvalitetsprodukt. Under vinfremstilling spiller ilt en afgørende rolle i gæringsprocessen. Det fremmer gærbiomassesyntese og favoriserer sund gæring. Flere undersøgelser har vist, at risikoen for fastlåste og træge gæringer reduceres efter ilttilsætninger på 10-20 mg/L [8].

I hvidvine er oxidation normalt forbundet med vigtige ændringer i farve. Den brune farve er normalt uønsket, fordi den er et tegn på oxidation i bordhvidvin. Brunfarvning kan induceres af enzymatisk eller kemisk oxidation medieret af oxygen. Sidstnævnte er langsommere end den enzymatisk-inducerede oxidation. Hvidvin er generelt mere følsom over for O end rødvin. Selv små tilsætninger af O. til hvidvin kan føre til tab af aroma, især frugtighed med udseendet af bismage beskrevet som karamel, harsk, opdrættet foder, honninglignende og kogte grøntsager. De quinoner, der dannes ved oxidation, kan reagere med thioler ved Michael-additionsreaktionen eller danne H2O2, som rapporteret ovenfor. Det oxidative miljø gennem alle faser af vinfremstilling er positivt korreleret til dannelsen af ​​disse produkter. Under lagring af rødvin på egetræsfade inducerer den oxidative proces også dannelsen af ​​sotolon gennem oxidation af threonin eller ved reaktion af acetaldehyd med -ketosmørsyre. Den oxidative nedbrydning af phenylalanin og -phenylethanol i en tønde fører også til højere koncentrationer af phenylacetaldehyd [9].

Som beskrevet ovenfor kan ilt have enten gavnlige eller skadelige virkninger på vinkvaliteten. Niveauet af ilteksponering af vin under vinfremstilling eller lagring er afgørende, da det kan påvirke det endelige produkt. Singleton [10] estimerede mængden af ​​ilt, som hvid- eller rødvin kunne absorbere, før oxidative defekter opstår. I hvidvin er tolerancen omkring 10 luftmætninger i modsætning til rødvin, som kan tåle mere end 30 luftmætninger (180 mLO2/L). Han anbefalede også omkring 10 mætninger for at forbedre kvaliteten af ​​rødvin.

Ilthåndtering i faserne af vinificering og lagring er derfor vigtig og skal håndteres i overensstemmelse med den opnåede viden for at undgå opsving af oxidative karakterer. Efter vinfremstillingen gennemgår vin normalt en række stabiliseringspraksis såsom dekantering, køling og filtrering, der kan bestemme et ukontrolleret iltindtag. Derudover er nye vinificeringsmetoder, der bruger rustfri ståltanke og systemer, der tillader en kontrolleret iltmikroforsyning (mikrooxygenering), nu almindelige. Selv når der er gjort en særlig indsats for at producere vine, som er så modstandsdygtige som muligt over for yderligere iltindtag, kan al den ukontrollerede opløste ilt i vin bestemme den videre udvikling af oxiderende egenskaber, når den først er aftappet. I denne sammenhæng kan brugen af ​​en membrankontaktor til at styre ilt i en vin før aftapning være en vellykket strategi for at opnå de bedst mulige vine.

Membrankontaktorer er blandt de mest anvendte industrielle systemer, og denne teknologi har vist sig at være nyttig i en række væske-/væske- og gas-/væskeapplikationer inden for fermentering, farmaceutiske produkter, spildevandsbehandling, chirale separationer, halvlederfremstilling, kulsyretilsætning af drikkevarer, metalionekstraktion , proteinekstraktion, fjernelse af VOC fra affaldsgas, osmotisk destillation og vindealkoholisering [11,12]. Det er en enhed, der opnår gas/væske eller væske/væske masseoverførsel uden spredning af en fase i en anden. Selvom membrankontaktorteknologi blev introduceret som et værktøj til gasstyring i vine [13,14] indtil nu har kun få undersøgelser beskæftiget sig med effektiviteten af ​​dens anvendelse før aftapning for at regulere udviklingen af ​​hvid og rødvin under flaskelagring.

I denne undersøgelse blev der udført delvis deoxygenering på to monosortsvine: Aglianico og Falanghina. Effekten af ​​iltfjernelse på flere vinparametre som frit og bundet SO2 og acetaldehydindhold blev evalueret efter 1 l måneds flaskelagring. For rødvin blev effekten på kromatiske egenskaber og de vigtigste phenolforbindelser også evalueret.

2. Resultater og diskussion

I denne undersøgelse blev to kommercielle vine (Aglianico (R) og Falanghina(W)) underkastet en deoxygeneringsproces ved at bruge membrankontaktorteknologi til at opnå tre vine med faldende niveauer af opløst oxygen (høj (H), medium (M), og lav (L) for hver vin) før aftapningsfasen. Efter 11 måneders flaskelagring vil virkningerne på svovldioxid, acetaldehyd, kromatiske karakterer,polymere pigmenter, VRF, BSA-tanniner og total phenolicS blev evalueret.

2.1. Svovldioxid

Koncentrationen af ​​fri og total SO2 blev overvåget efter 11 måneders lagring i Aglianico-vinen (tabel 1). For alle prøver blev der observeret et tab af SO2 med hensyn til aftapningstid (fri SO, 18 mg/L, tot SO, 43 mg/L), og det største fald i værdierne af total SO2 blev observeret i vine med højere iltindhold ved aftapning (RHO2 og RMO2), som forventet.

Under lagringsprocessen forbruges de mest udbredte former for fri SO2 ved vinens pH, bisulfitionen (HSO, i ligevægt med molekylær SO,), ved reaktionen med hydrogenperoxid og adskillige elektrofile vinkomponenter, som f.eks. produceret af oxidationskaskaden, herunder quinon og acetaldehyd [15]. I vingårdsmiljøer er det almindelig praksis at måle den såkaldte "fri SO", dvs. summen af ​​molekylær SO og bisulfition. Denne sidstnævnte forbindelse kan danne kovalente addukter med elektrofiler, kaldet SO2-bindere, der kan klassificeres som svage eller stærke baseret på dissociationskonstanten for de dannede sulfitaddukter. Disse sulfit-addukter kaldes bundet SO, og summen

af fri og bundet SO giver "total SO",". Den frie og bundne SO, er i ligevægt med hinanden i vin. Desuden frigives den kombinerede form under oxidation ved ligevægten mellem disse to former for SO2 og ved forbruget af fri SO2 for at genoprette ligevægten. I alle behandlede rødvine blev der påvist værdier af fri SO2 under 3,84 mg/L efter 11 måneders flaskelagring. Disse værdier ligger et godt stykke under kvantificeringsgrænsen for officielle analysemetoder for fri SO2 [16]; derfor er det mere korrekt at betragte værdien af ​​fri SO som ubetydelig, mens værdierne af total SO var lavere i prøver aftappet med højere indhold af opløst oxygen (RHO2). Skiftet mellem fri og kombineret vinlagring kan være årsagen til, at faldende niveauer af total SO2 blev påvist i vine, efterhånden som opløst ilt ved aftapning steg. Bortset fra forbruget af SO2 på grund af oxidationsreaktioner, kan en del af det også gå tabt under ældning på grund af svovldioxids reaktioner med flavanoler. Mekanismen for dannelse af 4/ß-sulfonerede produkter er stadig usikker. Det antages, at monomere 4ß-sulfonerede derivater dannes ved den syrekatalyserede depolymerisering af proanthocyanidiner [17].

Koncentrationerne af fri og total SO2 (tabel 1) blev overvåget efter 11 måneders lagring i hvidvin, hvis adfærd viste sig at være den samme som i rødvin. Yderligere blev der i dette tilfælde påvist et tab af frit og total SO2 i forhold til startværdierne (fri SO,26 mg/L og tot. SO, 89 mg/L). Desuden er vine med højere indhold af oxygen kl. aftapning (WHO2) viste et lavere indhold af fri og total SO2.

Acetaldehyd, dannet af den metalkatalyserede oxidation af ethanol under vinoxidation, var højere ved 11 måneders ældning i prøve WHO, med hensyn til prøve WMO, og WLO, som forventet givet det lavere indhold af frit og totalt SO, i WHO, prøver (tabel 2). Fordi vægtforholdet mellem acetaldehyd og svovldioxid er 1,4/1 (1,4 mg SO2 forbrugt pr. 1 mg CH3CHO), kunne vi vurdere, at mængden af ​​acetaldehyd i prøve WHO er totalt kombineret med SO, (50 mg acetaldehyd kombineret med 70 mg SO2) og i betragtning af de ubetydelige niveauer af frit svovldioxid efter 11 måneders ældning, forventes det, at yderligere eksponering for ilt kan føre til fremkomsten af ​​frit acetaldehyd.

I rødvine er acetaldehydkoncentrationen ikke forskellig blandt de analyserede prøver. Dette skyldes sandsynligvis det faktum, at acetaldehyd i nærvær af anthocyaniner og en højere koncentration af flavanoler er involveret i en række reaktioner med disse phenoler under aldring. Som diskuteret nedenfor er den vigtigste reaktion, der involverer acetaldehyd, anthocyaniner og flavonoler, dannelsen af ​​ethyl-broforbindelser [18,19] og ethyl-linkede oligomerer, som yderligere kan reagere med yderligere acetaldehyd, anthocyaniner og flavanoler for at generere en pyran ring eller andre strukturer af polymertypen. I sidste ende kan disse produkter ændre vinens sensoriske egenskaber [20]ved at påvirke nogle vigtige vinegenskaber såsom farve, smag og astringens.

2.2. Effekt på pigmenter og kromatiske karakterer

Data om indholdet af monomere anthocyaniner i behandlede rødvine efter 11 måneders flaskelagring viste (tabel 3 og supplerende materialer, figur S1) et tab af malvidin-3-glucosid i RHO2-prøven med en højere koncentration af oxygen end i RMO2 og RLO2. Konsekvent blev der påvist forskelle med hensyn til totale anthocyaniner blandt vine (figur 1). Vin med en lav koncentration af ilt ved aftapning viste en højere koncentration af totale native anthocyaniner sammenlignet med dem med højere koncentrationer af opløst ilt. Effekten af ​​membrankontaktorbehandlingen på forskellige pigmentklasser, bestemt ved Harbertson-metoden, inkluderede en forventet signifikant lav koncentration i SPP (korte polymere pigmenter) i prøverne RLO sammenlignet med prøverne RHO2 og RMO2, der viste den højeste stigning af disse vigtige stabile forbindelser (tabel 4). LPP (lange polymere pigmenter) var ikke signifikant forskellige i alle prøver. Polymere pigmenter (SPP og LPP) er defineret som pigmenter, der er modstandsdygtige over for bisulfitblegning. De dannes ved reaktionen mellem anthocyaniner og tanniner under vinlagringen [21], hvilket fører til en stabilisering af farven over tid. Den største forskel mellem disse to klasser af pigmenter er, at i modsætning til SPP har LPP en tendens til at udfældes med protein [22]. Efterhånden som rødvin ældes, observeres normalt en større dannelse af LPP sammenlignet med SPP. Ændringerne påvist for SPP og ikke for LPP kan således afspejle en tidlig oxidativ tilstand af Aglianico-vine efter 11 måneders lagring. Inddragelsen af ​​native anthocyaniner i reaktioner, der giver nye polymere pigmenter, er i overensstemmelse med faldet i totale native anthocyaniner vist i (tabel 4), og med lignende effekter observeret i rødvine under mikro-iltning [23].

Efterhånden som vinen ældes og gennem forskellige ilteksponeringer, bliver disse polymere pigmenter af afgørende betydning for vinens farve, og små mængder acetaldehyd kan reagere med anthocyaniner for at producere nye stabile røde pigmenter [19,24]. Det faktum, at signifikante forskelle med hensyn til farveintensitet og farvetone ikke blev detekteret (tabel 5), kan sandsynligvis skyldes, som allerede observeret for LPP, den relativt korte ældningstid.

2.3. Effekt på rødvinspigmenter: NMR- og HR ESIMS-analyser

For at forstå det molekylære grundlag for de observerede ændringer i vine behandlet med forskellige niveauer af ilt, blev prøver af RHO2, RMO2 og RLO underkastet NMR-baseret analyse, som beskrevet i afsnit 3. En omhyggelig inspektion af opnåede H-NMR-spektre af de tre prøver viste ikke nogen mærkbar forskel mellem de tre sammenlignede vine (Supplerende materialer, figur S2). Derfor besluttede vi at undersøge de samme vine ved hjælp af HR ESIMS givet den iboende højere følsomhed af teknikken sammenlignet med NMR-spektroskopi. De tre vine blev fraktioneret ved HPLC/Vis ved at bruge en C-18 kolonne. Tre fraktioner blev opnået for hver vin: den første fraktion blev opsamlet fra 15 til 25 minutter (fraktion 1), den anden fra 25 til 30 minutter (fraktion 2), og til sidst en tredje fraktion (fraktion 3) fra 30 minutter til afslutningen af ​​den kromatografiske kørsel. I overensstemmelse med data rapporteret i litteraturen [25] forventedes ikke-acetylerede anthocyaniner i den første fraktion at forekomme, mens potentielle pyrananoantho-cyaniner skulle opsamles i den anden fraktion. De tre opnåede fraktioner (1-3) for hver af de tre analyserede vine (RHO,, RMO og RLO,) blev alle udsat for fuld scanning HR ESIMS-analyse i positiv ion-tilstand. Ved brud 1 af alle vine opdagede vi en iontop, der blev tildelt malvidin-3-O-glucosid (493.1332;△=-1.648; svarende til C23H2sO12 plus ), mens iontoppe var relateret til de andre almindelige vinanthocyaniner viste, når de blev opdaget, fejl over 10 ppm og blev ikke betragtet som pålidelige (Supplerende materialer, figur S3). Med hensyn til fraktion 2 og 3 af RMO2 og RLO viste de sig at være dybest set overlejrelige med hinanden, mens massespektrene af fraktion 2 og 3 af RHO viste vinen nogle interessante ejendommeligheder. Mere specifikt blev der i RHO, fraktion 2, observeret en iontop centreret ved m/z517.1317(△=-4.569; svarende til C25H25O12). Denne top blev tilskrevet Vitisin B (Supplerende materialer Figur S4)[26]. I massespektret af fraktion 3 af RHO, to iontoppe ved m/z809.2294(△=0.827; svarende til Ca0H4O18)(Supplerende materialer, figur S5) og 1029.2871(△=-0.065 ; svarende til henholdsvis CsH53O25) (Supplerende materialer, figur S6), var indeholdt. Disse iontoppe var tegn på forekomsten af ​​polymere pigmenter. Toppen ved m/z 809 blev tilskrevet ethylidenbroforbundne dimerer bestående af én malvidin-3-O-glucosidenhed og én(epi)catechindel[27I, og toppen ved m/z1029 blev tildelt ethyliden- broforbundet dimer bestående af to malvidin-3-O-glucosidenheder, hvoraf den ene forekom i sin flavyliumform og den anden i sin pseudobaseform [28,29].

Vitis i B og ethylidenbrobundne pigmenter (m/z 809 og 1029) er resultatet af den kemiske reaktion mellem acetaldehyd og anthocyaniner eller flavan-3-oler. Acetaldehyd kan fungere enten som en nukleofil ved sin alfaposition eller som en elektrofil ved carbonylfunktionaliteten. Reaktionen mellem det nukleofile acetaldehyd og den elektrofile C4-position af anthocyaniner fører til dannelsen af ​​Vitisin B, en ganske stabil forbindelse klassificeret som en pyranoanthocyanin. Omvendt, når acetaldehyd fungerer som en elektrofil ved at gennemgå et nukleofilt angreb af C8 og i mindre grad endda af C6-positionerne af enten flavan-3-oler eller anthocyaniner, dannes ethyliden-broforbundne dimerer. Det er ikke overraskende, at vi kun observerede Vitisin B og røde pigmenter i RHO2-vinen, da sådanne produkter, som diskuteret ovenfor, dannes ved reaktionen af ​​acetaldehyd med anthocyaniner og flavanoler, og acetaldehyd er hovedsageligt et molekyle som følge af den oxidative proces, som vine har gennemgået over tid ved hjælp af eksponering for atmosfærisk oxygen. Derfor er større mængder acetaldehyd bestemt til stede i RHO end i RMO og RLO, vine, der ser ud til at have været beskyttet mod ilt til en

2.4. Effekt på VRF, BSA-tanniner og totale phenoler

Selvom niveauerne af totale phenoler kort efter membrankontaktorbehandlingen var ens blandt de behandlede vine, var antallet af totale phenoler efter 11 måneders flaskelagring højere i prøven med højere koncentrationer af oxygen ved aftapning, som vist i tabel 6. Dette kan sandsynligvis skyldes den rolle, oxygen spillede i dannelsen af ​​phenolforbindelser, der er mere reaktive over for jern, og i en variation af molekylstrukturen af ​​monomere og polymere phenoliske strukturer, som det allerede er vist i vine, der gennemgår forskellige iltoptagelser under lagringen [6]. Dette bekræftes af tendensen observeret i tabel 6 for BSA-reaktive over for tanniner og flavaner reaktive over for vanillin og i tabel 4 for SPP, som viste en statistisk forskel efter de 11 måneders ældning.

større omfang end RHO2.

Tanninkoncentrationer, der er reaktive for BSA-proteiner, blev bestemt ved Habertson-metoden i RHO, RMO og RLO. Under ældningen blev der observeret en stigning i niveauet af tanniner, der var reaktive for BSA i RHO2, i overensstemmelse med en mulig polymerisation af tanninstrukturer [27 ]. Harbertson [30] viste faktisk, at BSA-udfældningen steg som en funktion af den stigende grad af polymerisation (eller størrelse) fra trimerer til oktamerer. Som en konsekvens heraf kan enhver ændring i tanninsammensætning og størrelse påvirke deres evne til at reagere med BSA. Oxidationen af ​​tanniner forårsager dannelsen af ​​intramolekylære såvel som intermolekylære bindinger mellem flavonoider. Sidstnævnte får polymererne til at forlænge og blive mere reaktive over for spytproteiner [31]. Disse typer reaktioner kan faktisk modificere tanninstrukturen og dermed hydrogenbindingerne og hydrofobe interaktioner med proteiner [32].

Da astringens er forårsaget af den tannin-inducerede aggregering og udfældningen af ​​spytproteiner [33], antyder stigningen af ​​BSA-tanniner i RHO2, at ændringerne

gennemgået af tanniner ved hjælp af disse reaktioner under ældningen, kunne bidrage til at modificere astringens opfattelsen.

Vanillin-reaktive flavaner (VRF) kan i stedet give yderligere information relateret til størrelsen af ​​kondenserede tanniner. Faktisk reagerer vanillin med A-ringen af ​​flavanoler i enten position 6 eller 8, men også acetaldehyd reagerer med de samme positioner i A-ringen af ​​flavanoler. Derfor kan et fald i VRF betragtes som et indirekte mål for den oxidative polymerisation af flavanoler forbundet med reaktioner udløst af acetaldehyd og involverer tanniner og anthocyaniner [34].

I vores undersøgelse blev der observeret en lidt lavere koncentration af VRF i RMO2-prøven. Manglen på en klar tendens som funktion af oxygenmængden kan skyldes, at disse molekyler også kan undergå hydrolytisk spaltning i nærvær af oxygen ved nye molekylære omlejringer med dannelse af nye intra- og intermolekylære bindinger [6].

3. Materialer og metoder

3.1. Vine

To kommercielle røde Aglianico- og hvide Falanghina-vine produceret i det sydlige Italien af ​​vingården Cantina del Taburno blev brugt. Detaljer om prøverne sammen med nogle basisparametre er vist i tabel 7. Basisparametrene blev bestemt i henhold til OIV's kompendium over internationale metoder til vin- og mostanalyse (2007).

3.2. Vin ilthåndtering

Et industrielt system ISIOX(Tebaldi srl) udstyret med en gas-væske membrankontaktor (Liqui-Cel9, Transverse-flow, South Lakes Dr. Charlotte, NC, USA, afskåret 50 g/mol) og en centrifugalpumpe i rustfrit stål blev Brugt. Membranen giver en fast og velbestemt grænseflade til gas/væske masseoverførsel uden at dispensere en fase til en anden. Strukturen af ​​membrankontaktoren (hydrofob hulfiber) er lavet af polypropylen (PP) og tilbyder et meget stort kontaktareal (gas/væske) på 20 m²2.

Deoxygeneringsprocessen består af kontinuerlige cyklusser, hvor N, vakuum eller en kombination af de to første processer (blanding), der cirkulerer på den ene overflade af polypropylenmembranen, gradvist beriges med oxygen, der stammer fra vin, der cirkulerer på den anden side af membranen. Drivkraften for processen er forskellen i partialtrykket af ilt over membranen. Under processen cirkulerer vin kontinuerligt fra en lukket tank til deoxygeneringsapparatet.

For at opnå det nødvendige niveau af ilt blev iltindholdet i vinen overvåget gennem alle processer, indtil målniveauet var nået.

Processtyringen blev udført ved at overvåge O, niveau i vine ved at bruge en pc indbygget med meget enkel programmeringslogik og specifikke sensorer, som overvåger temperaturen og iltindholdet (luminescenssystem, Hach Lange, måleområde {{{{2} }}} til 20 mg/LO, opløsning: 0,01 mg/L O2, nøjagtighed:0-5mg/LO2±0,1). samt trykket af gassen i processen og niveauet af et eventuelt vakuum.

Forskellige deoxygeneringsbehandlinger blev anvendt på vin for at opnå forskellige prøver med forskelligt iltindhold. Mængden af ​​oxygen i hvidvin var henholdsvis hvid Høj O2, WHO2=2,7 mg/L, hvid Medium O2, WMO2=1 mg/L, hvid Lav O2, WLO2= 0. 25 mg/L.

Mængden af ​​oxygen i rødvin var henholdsvis rød høj O, RHO,=1 mg/L, rød Medium O2, RMO2=0.5 mg/L, rød Lav O2, RLO2=0 0,2 mg/L. Begge sæt vine blev filtreret ved 1 μm, før de blev sprøjtet ind i maskinen, med det formål at undgå tilsmudsning og befugtning af membranfænomenet [35].

3.3. Prøver aftapning og lagring

Efter behandlingerne blev vine tappet på flaske, og alle flasker blev forseglet ved hjælp af Nomacorc co-ekstruderede syntetiske lukninger (Nomacorc SA, Thimister Clermont, Belgien) vælg grøn 100, som tillader oxygen at passere gennem proppen i en kontrolleret måde (0,4 mg O2 efter 3 måneder, 0,7 mg O, efter 6 måneder, 1,2 mg O, efter 12 måneder og 1,1 mg O, år efter det første ældningsår). Flaskerne blev lagret i 11 måneder ved 15 grader.

3.4. Analysemetoder

3.4.1. Højtydende væskekromatografi Bestemmelse af acetaldehyd

Analyser af acetaldehyd blev udført ved at derivatisere eksperimentel prøvevin og HPLC.

Derivatiseringsanalysen var som følger∶100μLof vinprøve blev dispenseret i et hætteglas, efterfulgt af tilsætning af 20μL frisklavet 1,120mg/L SO, opløsning, 20μL 25% svovlsyre (Carlo Erba reagens 96% ） og 120g) /L2,4-dinitrophenylhydrazin-reagens. Efter blanding fik opløsningen lov til at reagere i 15 minutter ved 65 grader og derefter straks afkølet til stuetemperatur [36].

Den anvendte HPLC var et Shimadzu LC10 ADVP-apparat (Shimadzu Italien, Milano, Italien) udstyret med en SCL-10AVP-systemcontroller, to LC-10ADVP-pumper for at skabe den nødvendige opløsningsmiddelgradient , en SPD-M 10 AVP-detektor og et injektionssystem med fuld Rheodyne model 7725 (Rheodyne, Cotati, CA, USA). Separationen blev udført på en Waters Spherisorb-søjle (C18, silicapartikelsubstrat, ODS2 250x4,6 mm, 5 um partikeldiameter, 80 A porestørrelse) udstyret med en beskyttelsessøjle. Optimal adskillelseseffektivitet blev opnået ved anvendelse af en strømningshastighed på 0,75 ml/min, søjletemperatur på 35 grader; Mobilfase opløsningsmidler var: (A)0,5 procent myresyre (Sigma Aldrich større end eller lig med 95 procent) i vand milli-Q (Sigma Aldrich) og (B) acetonitril (Sigma Aldrich større end eller lig med 99,9 procent) ; gradientelueringsprotokollen var: 35 procent B til 60 procent B(t=8min), 60 procent B til 90 procent B(t=13min), 90 procent B til 95 procent B(t{{29 }} min,2-min. hold), 95 procent B til 35 procent B（t=17 min, 4-min. hold）, samlet køretid, 21 min., prøveinjektioner 50μL og detektion blev udført ved at overvåge absorbanssignalerne ved 365 nm.

The calibration curves were made up by injecting 5 solutions(in triplicate) containing their respective standards covering the range of linearity 10-120mg/L and were characterized by a correlation coefficient (R7)>0.976. Tre analytiske replikater blev udført for hvert eksperimentelt replikat.

3.4.2. Højtydende væskekromatografianalyser af anthocyaniner

Analyser af native anthocyaniner blev udført af et HPLC Shimadzu LC10 ADVP-apparat (Shimadzu Italien, Milano, Italien) udstyret med en SCL-10AVP-systemcontroller, to LC-10ADVP-pumper for at skabe den nødvendige opløsningsmiddelgradient, en SPD-M 10 AVP detektor, og et injektionssystem fuld Rheodyne model7725 (Rheodyne, Cotati, CA, USA).Ifølge metoden beskrevet i OIV Compendium of International Methods of Analysis of Wine and Musts [37].

HPLC-opløsningsmidlerne var følgende: opløsningsmiddel A: vand milli-O(Sigma-Aldrich, Milano, Italien)/myresyre (Sigma-Aldrich større end eller lig med 95 procent)/acetonitril (SigmaAldrich større end eller lig med 99,9 procent) (87:10:3)/v; opløsningsmiddel B: vand/myresyre/acetonitril(40:10:50)o/v. Gradienten var: nultidsbetingelser 94 procent A og 6 procent B; efter 15 minutter blev pumperne justeret til 70 procent A og 30 procent B, ved 30 minutter til 50 procent A og 50 procent B, ved 35 minutter til 40 procent A og 60 procent B, ved 41 minutter, slutningen af ​​analysen, til 94 procent A og 6 procent B. En 5 min re-ækvilibreringstid blev anvendt før den successive analyse som rapporteret af [38]. Søjlen, der blev brugt til analyserne, var en vand

sphere orb-søjle (C 18, Silica-partikelsubstrat, ODS2 250 × 4,6 mm, 5 μm partikeldiameter, 80 Der blev brugt en porestørrelse) med en prækolonne. En mængde på 50 μL kalibreringsstandarder eller vin blev sprøjtet ind i kolonnen. Absorbanssignalerne ved 520 nm blev detekteret. Detektorfølsomheden var 0,01 Absorbansenheder fuld skala (AUFS). Alle prøverne blev filtreret gennem 0,45 um Durapore-membranfiltre (Millipore-Ireland) ind i glashætteglas og straks injiceret i HPLC-systemet.

Kalibreringskurven blev opnået ved at injicere 5 opløsninger (i tre eksemplarer) indeholdende stigende koncentrationer af malvidin-3-monoglucosid (Extrasynthese, Lyon, Frankrig). Kalibreringen var karakteriseret ved en korrelationskoefficient (R')=0.996. Linearitetsområdet for kalibreringskurven var 2-200 mg/L. Præcisionen af ​​den anvendte metode blev testet ved seks gentagelsesanalyser af en rødvinsprøve indeholdende 118,4 mg/L total monomere anthocyaniner. Variationskoefficienten blev inkluderet mellem 1,1 procent (for malvidin 3-monoglucosid) og 9,1 procent (for malvidin 3-(6II-coumaroyl)-glucosid) og demonstrerede den gode reproducerbarhed af HPLC-analysen. Koncentrationerne af monomere anthocyaniner blev udtrykt som mg/L malvidin-3-monoglucosid.

Fraktionering af RLO2-, RMO2- og RHO2-vine blev udført i overensstemmelse med OIV-analysemetoden ved at anvende den samme HPLC Shimadzu LC10 ADVP som rapporteret ovenfor. Tre analytiske replikater blev udført for hvert eksperimentelt replikat.

3.4.3. Højopløsningselektrosprayioniseringsmassespektrometri (HR ESIMS) analyser af rødvine

HPLC-separationen af ​​rødvine udført som beskrevet ovenfor gav tre fraktioner for hver vin. Den første fraktion blev opsamlet fra 15 til 25 min (fraktion 1), den anden fra 25 til 30 min (fraktion 2), og den tredje fraktion (fraktion 3) fra 30 minutter til slutningen af ​​kromatografien løb (45 min). Hver opsamlet fraktion blev tørret, solubiliseret i methanol og analyseret med HR-ESIMS i kontinuerlig flow-injektion i positiv ion-tilstand. HR ESIMS eksperimenter blev udført på et Agilent 1260 Infinity IⅡ HPLCquaternary system koblet til en lineær ionfælde LTQOrbitrap XL hybrid Fourier transform MS (FTMS) instrument udstyret med en ESI ION MAX kilde (Thermo-Fisher). Følgende kildeindstillinger blev brugt (masseområde m/z 100-2000): sprayspænding 4,5 kV, kapillartemperatur 300 grader, kapillarspænding 15 V, kappegas 20 og hjælpegas 21 (vilkårlige enheder), rørlinsespænding 140 V og 25 procent kollisionsenergi. Beregning af elementære formler blev udført ved at bruge Xcalibur software v 2.0.7 med en massetolerancebegrænsning på 5 ppm.

3.4.4. NMR-forsøg

En mængde på 2 ml af hver vinprøve (RHO2, RMO2 og RLO2) blev lyofiliseret og solubiliseret i 700 μL CDOD (6H 3.31;5c49.0ppm). NMR-eksperimenter blev kørt på et Varian Unity Inova 700-spektrometer udstyret med en 13C Enhanced HCN Cold Probe og ved at bruge et Shigemi 5 mm NMR-rør. H-NMR standard Varian pulssekvensen blev anvendt.

3.4.5.Kemiske standardanalyser og spektrofotometrisk måling

Ifølge "OIV Compendium of International Wine and Must Analysis of Wine and Musts Analysis 2007"[37], standard kemisk analyse (alkoholstyrke beregnet efter volumen, reducerende sukker, total surhed, pH, flygtig surhed, æblesyre og totalt tørstof ) blev målt.

Spektrofotometriske analyser blev udført med et Jenway 7305 spektrofotometer. Kromatiske karakteristika, farveintensitet og nuance blev bestemt i henhold til OIV-metoder [37]. Farveintensiteten blev bestemt som summen af ​​abs 420 nm, abs 520 nm og abs 620 nm og farvetone som abs 420 nm/abs 520 nm-forhold.

BSA-reaktive tanniner, korte polymere pigmenter (SPP), store polymere pigmenter (LPP) og totale phenoler blev bestemt af Harbertson et al. assay [22]. Korte polymere pigmenter (SPP) og store polymere pigmenter (LPP) blev opnået ved at kombinere analyse af supernatant opnået efter proteinudfældning under anvendelse af bovint serumalbumin BSA

(Sigma-Aldrich) med bisulfitblegning af pigmenter i vin. BSA-tanninkompleks i pelleten blev genopløst, tilsat ferrichlorid og aflæst ved 510 nm. Det samlede antal phenoler blev kvantificeret ved at aflæse prøven ved 510 nm som følger∶ 50 μL vin blev tilsat til 825 μL buffer C og aflæst ved spektrofotometeret som en blindopløsning. Efter tilsætning af 125 μL ferrichlorid blev prøven aflæst igen for at kvantificere mængden af ​​jernreaktive phenoler.

Vanillin-reaktive flavaner (VRF) blev bestemt ifølge Gambuti et al. [39]. Kort fortalt blev 750 μL af en opløsning af vanillin (4 procent i methanol) tilsat til 125 μL fortyndet vin, og efter 5 minutter blev der tilsat 375 μL koncentreret saltsyre. Efter en 15-min. inkubation af blandingen ved 20 grader, blev absorbansen bestemt ved 500 nm og aflæst mod en blindopløsning, hvori ren methanol blev anvendt i stedet for opløsningen af ​​vanillin. Koncentrationer blev beregnet som (plus)-catechin (mg/L).

3.4.6. Statistisk analyse

Kvantitative data blev sammenlignet ved hjælp af Tukeys procedure for mindst signifikante forskelle, al varians resulterede homogent. Når varianserne ikke var homogene, blev data analyseret ved hjælp af Kruskal-Wallis-testen. Når resultaterne af Kruskal-Wallis-testen var signifikante (s<0.05), the="" significance="" of="" between-group="" differences="" was="" determined="" by="" the="" bonferroni-dunn="" test="" (5%="" significance="" level).="" these="" analyses="" were="" performed="" using="" xlstat(version="" 2013.6.04;="" addinsoft,="" paris,="" france).="" all="" data="" are="" means="" of="" three="">

4 konklusioner

Resultater opnået i denne undersøgelse bekræftede, at forskellige indhold af ilt i vin på flaske har en indvirkning på vinens aldring og oxidation.

Iltstyringen i Aglianico-vinen ved hjælp af en hulfibermembranentreprenør af polypropylen bestemte efter 11 måneders lagring et lavere indhold af fri og total SO2 i prøven med et højere niveau af opløst oxygen. Den samme adfærd blev observeret i Falanghina-vinen med en stigning i form af acetaldehyd i prøven med højere niveauer af oxygen.

Med hensyn til phenolforbindelser blev der observeret et større tab af totale native anthocyaniner i rødvine. Deres indhold var højere i vinen med en lavere koncentration af ilt. Tabet af totale native anthocyaniner påvirkede dog ikke vinens farveparametre, såsom farveintensitet og tonalitet.

BSA-reaktive tanniner og vanillin-reaktive flavaner var lavere i prøver, der indeholdt medium og lave niveauer af oxygen i forhold til prøverne med højere indhold af oxygen. Dette skyldes det faktum, at oxygen ved at deltage i oxidationsreaktioner medvirker til dannelsen af ​​polymere pigmenter. Som forventet var Vitisin B, ethylidenbroforbundne dimerer og acetaldehyd i røde vine med det højeste indhold af opløst ilt efter membrankontaktorbehandlingen mere rigeligt sammenlignet med vine behandlet til at have et lavere indhold af ilt i præ-aftapningsfasen .

Som konklusion kan membranentreprenørers deoxygenering af vin være en passende teknik for vinindustrien til at forhindre alle de oxidative fænomener, der kan ændre den endelige kvalitet af røde og hvide vine, der påvirker indholdet af svovldioxid og acetaldehyd (især i hvidvine) . Ikke desto mindre er ønologer nødt til at overveje, at faldet i iltindholdet kan påvirke farvestabiliteten i rødvine.

Supplerende materialer: Følgende er tilgængelige online. Figur S1: Forstørrelser af H-NMR-spektre af vine RHO, RMO2 og RLO, registreret i CD: OD. Figur S2: Struktur af malvidin 3-O-glucosid og relative HR ESIMS i positiv ion-tilstand. Figur S3: Struktur af Vitisin B og relative HR ESIMS i positiv ion-tilstand. Figur S4: Struktur af ethyliden-brokoblet dimer bestående af én enhed malvidin 3-O-glucosid (nederst) og én enhed (epi)catechin (øverst) med den relative HR ESIMS i positiv ion-tilstand. Figur S5: Struktur af ethylidenbroforbundet dimer bestående af to enheder malvidin 3-O-glucosid, hvoraf den nederste er i sin flavyliumform og den øverst i sin pseudobaseform, sammen med det relative HR ESIMS i positiv ion-tilstand.

Referencer

1. Waterhouse, AL; Laurie, VF Oxidation af vinfenoler: En kritisk evaluering og hypoteser. Er. J. Enol. Vitic. 2006, 57, 306-313.

2. Danilewicz, JC Mekanisme for autooxidation af polyphenoler og deltagelse af sulfit i vin: jerns nøglerolle. Er. J. Enol. Vitic. 2011, 62, 319-328. [CrossRef]

3. Nikolantonaki, M.; Waterhouse, AL En metode til at kvantificere quinonreaktionshastigheder med vinrelevante nukleofiler: En nøgle til forståelsen af ​​det oxidative tab af varietal thioler. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 8484-8491. [CrossRef] [PubMed]

4. Elias, RJ; Andersen, ML; Skibsted, LH; Waterhouse, AL Identifikation af frie radikaler mellemprodukter i oxideret vin ved hjælp af elektron paramagnetisk resonans spin fangst. J. Agric. Food Chem. 2009, 57, 4359-4365. [CrossRef] [PubMed]

5. Oliveira, CM; Ferreira, ACS; De Freitas, V.; Silva, AM Oxidationsmekanismer, der forekommer i vine. Food Res. Int. 2011, 44, 1115-1126. [CrossRef]

6. Mouls, L.; Fulcrand, H. UPLC-ESI-MS undersøgelse af oxidationsmarkørerne frigivet fra tannin depolymerisation: Mod en bedre karakterisering af tannin udviklingen over fødevare- og drikkevareforarbejdning. J. Massespektrum. 2012, 47, 1450-1457. [CrossRef] [PubMed]

7. Waterhouse, AL Vin phenolics. Ann. NY Acad. Sci. 2002, 957, 21-36. [CrossRef]

8. Rosenfeld, E.; Schaeffer, J.; Beauvoir, B.; Laks, JM Isolering og egenskaber af pro-mitokondrier fra anaerobe stationære-fase gærceller. Antonie Van Leeuwenhoek 2004, 85, 9–21. [CrossRef]

9. Jarauta, I.; Cacho, J.; Ferreira, V. Samtidige fænomener, der bidrager til dannelsen af ​​aromaen af ​​vin under lagring i egetræ: En analytisk undersøgelse. J. Agric. Food Chem. 2005, 53, 4166-4177. [CrossRef]

10. Singleton, VL; Trousdale, E.; Zaya, J. Oxidation af vine. 1. Unge hvidvine periodisk udsat for luft. Er. J. Enol. Vitic. 1979, 30, 49-54.