Upravljanje raztopljenega kisika s kontaktorjem iz polipropilenske votle vlaknene membrane vpliva na staranje vina
Mar 09, 2022
kontakt:tina.xiang@wecistanche.com
Povzetek
Ozadje: Številni enološki postopki lahko povzročijo presežek raztopljenega kisika v vinu, kar kratkoročno do dolgoročno določa senzorične in kromatske napake. Zato je treba presežek kisika urediti pred stekleničenjem. Metode: V tej študiji je bilo upravljanje vsebnosti raztopljenega kisika s kontaktorjem iz polipropilenske membrane iz votlih vlaken izvedeno v dveh vinih iz različnih sort grozdja (Aglianico in Falanghina). Vina so bila analizirana po 11-mesečnem staranju. Vsebnost antocianov in acetaldehida smo ocenili s HPLC. Poleg tega drugofenolnespojine in kromatske značilnosti smo analizirali s spektrofotometričnimi metodami. NMR in HR ESIMS analize so bile izvedene za oceno števila proantocianinov in polimernih pigmentov. Rezultati: Po 11 mesecih zorenja je bilo v obeh vinih ugotovljeno znižanje prostega in skupnega SO2 glede na začetne vrednosti. Pri vinih z najvišjo vsebnostjo raztopljenega kisika so opazili opaznejšo izgubo. Pomembnih razlik glede barvnih parametrov ni bilo zaznati. V rdečem vinu z najvišjo vsebnostjo kisika se množična tvorba polimerovpigmentiin opazili so BSA reaktivne tanine, v nasprotju z vini z nižjo vsebnostjo kisika. Zaključek: Študija je pokazala, da se lahko membranski kontaktor izkaže kot uspešno orodje za upravljanje raztopljenega kisika v vinih, da se prepreči njihovo oksidativno kvarjenje.
Ključne besede: oksidacija; membranski kontaktor; vino; polimerni pigmenti
1. Uvod
Vino je kemično dinamičen sistem in tudi po fermentaciji se njegova sestava med skladiščenjem še naprej razvija. Te spremembe po fermentaciji se imenujejo staranje, vendar je treba razlikovati med spremembami, ki se zgodijo med fazo zorenja (npr. skladiščenje vina v rezervoarju ali sodu), ko je vinogradnikovo posredovanje še dovoljeno, in tistimi, ki mesto v fazi staranja, ko je vino zaprto v steklenicah, edini možni poseg pa je omejen na izbiro najprimernejših pogojev skladiščenja.
Med vinskimi spojinami so fenoli tisti, ki jih staranje najbolj prizadene. Izvirajo iz grozdja (flavonoidiin neflavonoidi) in predstavljajo enega najpomembnejših parametrov kakovosti vina. Med pridelavo vina in staranjem pride do izpostavljenosti predvsem fenolomoksidacijareakcije, ki ne vplivajo le na samo fenolno sestavo, temveč določajo tudi spremembe v smislu senzoričnih značilnosti, kot sta barva in trpkost.
Fenolne spojine so primarni reaktanti, ki se oksidirajo v prisotnosti kisika in kovin (Fe3 plus Cu2 plus), kar povzroči kaskado kemičnih transformacij, ki lahko povzročijo čezmerno kvarjenje vina [1]. Vinooksidacijaje sestavljen iz serije reakcij: najprej se kisik reducira v vodikov peroksid z interakcijo s prehodnimi kovinami, vključno z železovimi in bakrovimi ioni, v prisotnosti podenot katehola, ki se oksidirajo v kinone [2]. Kinoni močno reagirajo z nukleofilnimi spojinami, kot so antioksidanti (žveplov dioksid, glutation, askorbinska kislina), zaželena aroma hlapni tioli
(tj. 3-sulfanilheksanol), nezaželene tiole arome (tj. vodikov sulfid), aminokisline (tj. fenilalanin, metionin) in številne polifenole (predvsem flavonole). Produkti teh reakcij lahko povzročijo nastanek kondenzatapolimerni pigmenti—še posebej pomembno pri rdečih vinih—ali celo do izgube barve in sortnih lastnosti [3]. V naslednjem koraku železove ali bakrene vrste reagirajo z vodikovim peroksidom s Fentonovo reakcijo, da nastane hidroksilni radikal, močan oksidant, ki lahko reagira z vsemi organskimi sestavinami sorazmerno s koncentracijo [4]. Najpogostejša organska spojina v vinu je etanol, ki se po oksidaciji s hidroksilnim radikalom pretvori v acetaldehid.
Kot posledicaoksidacija, se v rdečem vinu naravni antocianinski pigmenti hitro pretvorijo v bolj stabilne pigmente z različnimi vrstami reakcij, kot so kondenzacijske reakcije s tanini, ki jih posreduje aldehid, in cikloadicijske reakcije, ki vodijo do tvorbe proantocianinov [5]. Oksidacijske reakcije prispevajo tudi k spreminjanju trpkosti vina s spremembo strukture tanina kot posledice intra- in medmolekularnih reakcij, ki jih posreduje kisik [6]. Ti "stabilizirani produkti" antocianini ali pigmentirani tanini ostanejo v vinu veliko dlje kot v svojih začetnih oblikah [7]. Tako so majhne količine kisika v rdečem vinu pomembne za stabilizacijo barve ali trpkosti. Sam Pasteur je v svojih študijah o vinu teoretiziral, da lahko le, če je vino izpostavljeno kisiku, razvije lastnosti, ki ga naredijo fino staranega visokokakovostnega izdelka. Med pridelavo vina ima kisik ključno vlogo pri procesu fermentacije. Spodbuja sintezo biomase kvasovk in podpira dobro fermentacijo. Več študij je pokazalo, da se tveganje za zastoje in počasne fermentacije zmanjša po dodatkih kisika 10-20 mg/L [8].
Pri belih vinih je oksidacija običajno povezana s pomembnimi spremembami barve. Rjava barva je običajno nezaželena, ker je znak oksidacije pri namiznem belem vinu. Rjavo obarvanje lahko povzroči encimska ali kemična oksidacija, ki jo posreduje kisik. Slednja je počasnejša od encimsko povzročene oksidacije. Belo vino je na splošno bolj občutljivo na O kot rdeče vino. Tudi majhni dodatki O. belemu vinu lahko povzročijo izgubo arome, zlasti sadnosti s pojavom neprijetnih okusov, opisanih kot karamela, žarkost, gojena krma, medu podobna in kuhana zelenjava. Kinoni, ki nastanejo pri oksidaciji, lahko reagirajo s tioli z Michaelovo reakcijo dodajanja ali ustvarijo H2O2, kot je navedeno zgoraj. Oksidativno okolje skozi vse faze pridelave vina je pozitivno povezano z nastankom teh produktov. Med staranjem rdečega vina v hrastovih sodih oksidativni proces inducira tudi nastanek sotolona z oksidacijo treonina ali z reakcijo acetaldehida z -ketomasleno kislino. Oksidativna razgradnja fenilalanina in -feniletanola v sodu vodi tudi do višjih koncentracij fenilacetaldehida [9].
Kot je opisano zgoraj, ima lahko kisik koristne ali škodljive učinke na kakovost vina. Stopnja izpostavljenosti vina kisiku med pridelavo vina ali staranjem je ključnega pomena, saj lahko vpliva na končni izdelek. Singleton [10] je ocenil količino kisika, ki bi jo belo ali rdeče vino lahko absorbiralo, preden se pojavijo oksidativne napake. Pri belem vinu je toleranca okoli 10 nasičenosti zraka v nasprotju z rdečim vinom, ki lahko prenese več kot 30 nasičenosti zraka (180 mLO2/L). Priporočil je tudi približno 10 nasičenosti za izboljšanje kakovosti rdečega vina.
Upravljanje s kisikom v fazah vinifikacije in skladiščenja je zato pomembno in ga je treba obravnavati v skladu s pridobljenim znanjem, da se izognemo pojavu oksidativnih lastnosti. Po pridelavi vina je vino običajno podvrženo vrsti stabilizacijskih postopkov, kot so dekantiranje, hlajenje in filtracija, ki lahko ugotovijo nenadzorovan dotok kisika. Poleg tega so zdaj običajne nove metode vinifikacije, ki uporabljajo rezervoarje iz nerjavečega jekla in sisteme, ki omogočajo nadzorovano mikro oskrbo s kisikom (mikrooksigenacija). Tudi če so bili vloženi posebni napori za proizvodnjo vin, ki so čim bolj odporna na nadaljnji vnos kisika, lahko ves nenadzorovan raztopljeni kisik v vinu po stekleničenju vpliva na nadaljnji razvoj oksidativnih lastnosti. V tem kontekstu je lahko uporaba membranskega kontaktorja za upravljanje kisika v vinu pred stekleničenjem uspešna strategija za pridobivanje najboljših možnih vin.
Membranski kontaktorji so med najpogosteje uporabljenimi industrijskimi sistemi in ta tehnologija se je izkazala za uporabno v številnih aplikacijah tekočina/tekočina in plin/tekočina pri fermentaciji, farmacevtskih izdelkih, čiščenju odpadne vode, kiralnem ločevanju, proizvodnji polprevodnikov, karbonizaciji pijač, ekstrakciji kovinskih ionov , ekstrakcija beljakovin, odstranitev HOS iz odpadnih plinov, osmotska destilacija in dealkoholizacija vina [11,12]. Je naprava, ki doseže prenos mase plin/tekočina ali tekočina/tekočina brez disperzije ene faze v drugi. Čeprav je bila tehnologija membranskega kontaktorja uvedena kot orodje za upravljanje plinov v vinih [13,14], se je do zdaj malo študij ukvarjalo z učinkovitostjo njene uporabe pred stekleničenjem za uravnavanje razvoja belega in rdečega vina med staranjem v steklenicah.
V tej študiji je bila delna deoksigenacija izvedena na dveh monosortnih vinih: Aglianico in Falanghina. Vpliv odvzema kisika na več parametrov vina, kot je vsebnost prostega in vezanega SO2 ter acetaldehida, je bil ovrednoten po 1 l meseca staranja v steklenicah. Pri rdečem vinu smo ocenili tudi vpliv na kromatske lastnosti in glavne fenolne spojine.
2. Rezultati in razprava
V tej študiji sta bili dve komercialni vini (Aglianico (R) in Falanghina (W)) podvrženi postopku deoksigenacije z uporabo tehnologije membranskega kontaktorja, da bi dobili tri vina z nižjo vsebnostjo raztopljenega kisika (visoka (H), srednja (M), in nizko (L) za vsako vino) pred fazo stekleničenja. Po 11 mesecih staranja v steklenicah so učinki na žveplov dioksid, acetaldehid, kromatične znake,polimerni pigmentiOcenjeni so bili , VRF, BSA-tanini in skupni fenolni S.
2.1. Žveplov dioksid
Koncentracijo prostega in skupnega SO2 smo spremljali po 11 mesecih staranja v vinu Aglianico (Tabela 1). Pri vseh vzorcih je bila ugotovljena izguba SO2 glede na čas stekleničenja (prosti SO 18 mg/L, skupni SO 43 mg/L), največji padec vrednosti skupnega SO2 pa je bil opažen pri vinih z višjo vsebnosti kisika ob stekleničenju (RHO2 in RMO2), kot je bilo pričakovano.
Med postopkom staranja se najpogostejše oblike prostega SO2 pri pH vina, bisulfitni ion (HSO, v ravnovesju z molekularnim SO2), porabijo z reakcijo z vodikovim peroksidom in številnimi elektrofilnimi komponentami vina, kot so ki jih proizvaja oksidacijska kaskada, vključno s kinonom in acetaldehidom [15]. V vinogradniških okoljih je običajna praksa merjenje tako imenovanega "prostega SO", ki je vsota molekulskega SO in bisulfitnega iona. Ta zadnja spojina lahko tvori kovalentne adukte z elektrofili, imenovane veziva SO2, ki jih je mogoče razvrstiti kot šibke ali močne na podlagi disociacijske konstante nastalih sulfitnih aduktov. Ti sulfitni adukti se imenujejo vezani SO, in vsota
prostega in vezanega SO daje "skupni SO". Prosta in vezana SO sta v vinu v medsebojnem ravnovesju. Poleg tega se med oksidacijo zaradi ravnovesja med tema dvema oblikama SO2 in s porabo prostega SO2 sprosti združena oblika, da se ponovno vzpostavi ravnovesje. Pri vseh obdelanih rdečih vinih so bile po 11 mesecih staranja v steklenicah zaznane vrednosti prostega SO2 pod 3,84 mg/L. Te vrednosti so precej pod mejo kvantifikacije uradnih metod analize prostega SO2 [16]; zato je pravilneje vrednost prostega SO šteti za zanemarljivo, medtem ko so bile vrednosti skupnega SO nižje pri vzorcih, ustekleničenih z višjo vsebnostjo raztopljenega kisika (RHO2). Premik med prostim in kombiniranim staranjem vina je lahko razlog, zakaj so bile v vinih zaznane padajoče ravni skupnega SO2, ko se je raztopljeni kisik pri stekleničenju povečal. Poleg porabe SO2 zaradi oksidacijskih reakcij se lahko del le-tega izgubi tudi med staranjem zaradi reakcij žveplovega dioksida s flavanoli. Mehanizem nastanka 4/ß-sulfoniranih produktov je še vedno negotov. Domnevajo, da monomerni 4ß-sulfonirani derivati nastanejo s kislinsko katalizirano depolimerizacijo proantocianidinov [17].
Koncentracije prostega in celotnega SO2 (tabela 1) smo spremljali po 11 mesecih staranja v belem vinu, katerega obnašanje se je izkazalo za enako kot v rdečem vinu. Nadalje je bila v tem primeru zaznana izguba prostega in celotnega SO2 glede na začetne vrednosti (prosti SO,26 mg/L in skupni SO, 89 mg/L). Poleg tega so vina z višjo vsebnostjo kisika pri polnjenje (WHO2) je pokazalo nižjo vsebnost prostega in skupnega SO2.
Acetaldehid, ki nastane s kovinsko katalizirano oksidacijo etanola med oksidacijo vina, je bil višji pri 11 mesecih staranja v vzorcu WHO, glede na vzorec WMO, in WLO, kot je bilo pričakovano glede na nižjo vsebnost prostega in celotnega SO, v WHO, vzorcev (tabela 2). Ker je masno razmerje med acetaldehidom in žveplovim dioksidom 1,4/1 (1,4 mg SO2 porabljenega na 1 mg CH3CHO), lahko ocenimo, da je količina acetaldehida v vzorcu WHO popolnoma združena z SO, (50 mg acetaldehida v kombinaciji z 70 mg SO2) in glede na zanemarljive ravni prostega žveplovega dioksida po 11 mesecih staranja je pričakovati, da lahko nadaljnja izpostavljenost kisiku povzroči pojav prostega acetaldehida.
V rdečih vinih se koncentracija acetaldehida med analiziranimi vzorci ne razlikuje. To je verjetno posledica dejstva, da je acetaldehid v prisotnosti antocianinov in višje koncentracije flavanolov med staranjem vključen v številne reakcije s temi fenoli. Kot je razloženo spodaj, je najpomembnejša reakcija, ki vključuje acetaldehid, antocianine in flavonole, tvorba spojin z etilnim mostom [18,19] in etilno povezanih oligomerov, ki lahko nadalje reagirajo z dodatnim acetaldehidom, antocianini in flavanoli, da ustvarijo piran obroč ali druge strukture polimernega tipa. Navsezadnje lahko ti izdelki spremenijo senzorične lastnosti vina [20] tako, da vplivajo na nekatere ključne značilnosti vina, kot so barva, okus in trpkost.
2.2. Vpliv na pigmente in kromatične znake
Podatki o vsebnosti monomernih antocianinov v obdelanih rdečih vinih po 11 mesecih staranja v steklenicah so pokazali (tabela 3 in dodatni materiali, slika S1) izgubo malvidin-3-glukozida v vzorcu RHO2 z višjo koncentracijo kisika kot v RMO2 in RLO2. Dosledno so bile med vini zaznane razlike v skupnih antocianinih (slika 1). Vino z nizko koncentracijo kisika je ob stekleničenju pokazalo višjo koncentracijo skupnih nativnih antocianov v primerjavi s tistimi z višjo koncentracijo raztopljenega kisika. Učinek obdelave membranskega kontaktorja na različne razrede pigmentov, določen s Harbertsonovo metodo, je vključeval pričakovano znatno nizko koncentracijo SPP (kratkih polimernih pigmentov) v vzorcih RLO v primerjavi z vzorcema RHO2 in RMO2, ki sta pokazala največje povečanje teh pomembnih stabilne spojine (tabela 4). LPP (dolgi polimerni pigmenti) se pri vseh vzorcih niso bistveno razlikovali. Polimerni pigmenti (SPP in LPP) so definirani kot pigmenti, odporni na bisulfitno beljenje. Nastanejo z reakcijo med antocianini in tanini med staranjem vina [21], kar vodi do stabilizacije barve skozi čas. Glavna razlika med tema dvema razredoma pigmentov je, da se LPP za razliko od SPP nagiba k obarjanju z beljakovinami [22]. Pri staranju rdečega vina običajno opazimo večjo tvorbo LPP v primerjavi s SPP. Tako lahko spremembe, odkrite za SPP in ne za LPP, odražajo zgodnje oksidativno stanje vin Aglianico po 11 mesecih staranja. Vključenost nativnih antocianinov v reakcije, ki dajejo nove polimerne pigmente, je skladna z zmanjšanjem skupnih nativnih antocianinov, prikazanih v (tabela 4), in s podobnimi učinki, opaženimi v rdečih vinih med mikrooksigenacijo [23].
Ko se vino stara in zaradi različnih izpostavljenosti kisiku, postanejo ti polimerni pigmenti ključnega pomena za barvo vina in majhne količine acetaldehida lahko reagirajo z antocianini, da proizvedejo nove stabilne rdeče pigmente [19, 24]. Dejstvo, da pomembnejše razlike v barvni intenzivnosti in barvnem odtenku niso bile zaznane (tabela 5), je verjetno lahko posledica, kot smo že opazili pri LPP, relativno kratkega časa staranja.
2.3. Vpliv na pigmente rdečega vina: analize NMR in HR ESIMS
Da bi razumeli molekularno osnovo opaženih sprememb v vinih, obdelanih z različnimi stopnjami kisika, so bili vzorci RHO2, RMO2 in RLO podvrženi analizi na podlagi NMR, kot je opisano v razdelku 3. Natančen pregled pridobljeni H-NMR spektri treh vzorcev niso razkrili nobene opazne razlike med tremi primerjanimi vini (dopolnilni materiali, slika S2). Zato smo se odločili raziskati ista vina s pomočjo HR ESIMS glede na intrinzično večjo občutljivost tehnike v primerjavi z NMR spektroskopijo. Tri vina so bila frakcionirana s HPLC/Vis z uporabo kolone C-18. Za vsako vino so bile pridobljene tri frakcije: prva frakcija je bila zbrana od 15 do 25 min (frakcija 1), druga od 25 do 30 min (frakcija 2) in na koncu tretja frakcija (frakcija 3) od 30 minut do konca kromatografskega postopka. V skladu s podatki, navedenimi v literaturi [25], je bilo pričakovati, da bodo v prvi frakciji prisotni neacetilirani antocianini, medtem ko naj bi bili morebitni piranoantocianini zbrani v drugi frakciji. Vse tri dobljene frakcije (1-3) za vsako od treh analiziranih vin (RHO,, RMO in RLO,) so bile izpostavljene analizi HR ESIMS s popolnim skeniranjem v načinu pozitivnih ionov. Pri 1. kršitvi vseh vin smo zaznali ionski vrh, ki je bil pripisan malvidin-3-O-glukozidu (493.1332;△=-1.648; ustreza C23H2sO12 plus ), medtem ko so ionski vrhovi povezani z drugimi običajnimi vinski antocianini so, ko so bili odkriti, predstavljali napake nad 10 ppm in niso veljali za zanesljive (dopolnilni materiali, slika S3). Kar zadeva frakciji 2 in 3 RMO2 in RLO, se je izkazalo, da se v bistvu prekrivata drug z drugim, medtem ko se masni spektri frakcij 2 in 3 RHO je vino pokazalo nekaj zanimivih posebnosti. Natančneje, v RHO, frakciji 2, so opazili ionski vrh s središčem pri m/z517,1317(△=-4,569; ustreza C25H25O12). Ta vrh je bil pripisan vitizinu B (dopolnilni material, slika S4) [26]. V masnem spektru frakcije 3 RHO dva ionska vrha pri m/z809,2294(△=0.827; kar ustreza Ca0H4O18) (dodatni materiali, slika S5) in 1029.2871(△=-0.065 ;, ki ustrezajo CsH53O25) (dodatni materiali, slika S6), so bili vsebovani. Ti ionski vrhovi so kazali na pojav polimernih pigmentov. Vrh pri m/z 809 je bil pripisan dimerom z etilidenskim mostom, sestavljenim iz ene malvidin-3-O-glukozidne enote in enega (epi)katehinskega dela[27I, vrh pri m/z1029 pa je bil pripisan etiliden- premoščeni dimer, sestavljen iz dveh malvidin-3-O-glukozidnih enot, od katerih se je ena pojavila v svoji obliki flavilija, druga pa v svoji psevdobazni obliki [28,29].
Vitis v B in pigmenti z etilidenskim mostom (m/z 809 in 1029) so posledica kemijske reakcije med acetaldehidom in antocianini ali flavan-3-oli. Acetaldehid lahko deluje kot nukleofil na alfa položaju ali kot elektrofil na karbonilni funkciji. Reakcija med nukleofilnim acetaldehidom in elektrofilnim položajem C4 antocianinov povzroči nastanek vitizina B, precej stabilne spojine, ki je razvrščena kot piranoantocianin. Nasprotno pa, ko acetaldehid deluje kot elektrofil, tako da je podvržen nukleofilnemu napadu s strani C8 in v manjši meri celo s položaji C6 flavan-3-olov ali antocianinov, nastanejo dimeri z etilidenskim mostom. Ni presenetljivo, da smo vitisin B in rdeče pigmente opazili samo v vinu RHO2, saj taki produkti, kot je bilo omenjeno zgoraj, nastanejo z reakcijo acetaldehida z antocianini in flavan{10}}oli, acetaldehid pa je predvsem molekula ki je posledica oksidativnega procesa, ki ga skozi čas opravijo vina zaradi izpostavljenosti atmosferskemu kisiku. Zato so večje količine acetaldehida zagotovo prisotne v RHO kot v RMO in RLO, vinih, za katera se zdi, da so bila zaščitena pred kisikom.
2.4. Vpliv na VRF, BSA-tanine in skupne fenole
Čeprav so bile kmalu po obdelavi z membranskim kontaktorjem ravni skupnih fenolov med obdelanimi vini podobne, je bilo po 11 mesecih staranja v steklenicah število skupnih fenolov višje v vzorcu z višjimi koncentracijami kisika pri stekleničenju, kot je prikazano v tabeli 6. To je verjetno lahko posledica vloge kisika pri tvorbi fenolnih spojin, bolj reaktivnih na železo, in v variaciji molekularne strukture monomernih in polimernih fenolnih struktur, kot je že prikazano pri vinih, ki so med staranjem podvržena različnim privzemom kisika [6]. To potrjuje trend, opažen v tabeli 6 za BSA-reaktivne na tanine in flavane, reaktivne na vanilin, in v tabeli 4 za SPP, ki je pokazala statistično razliko po 11 mesecih staranja.
večjem obsegu kot RHO2.
Koncentracije taninov, reaktivnih na BSA-proteine, so bile določene s Habertsonovo metodo v RHO, RMO in RLO. Med staranjem so opazili povečanje ravni taninov, reaktivnih na BSA-beljakovine v RHO2, kar je skladno z možno polimerizacijo taninskih struktur [27]. ]. Dejansko je Harbertson [30] pokazal, da se je obarjanje BSA povečalo kot funkcija naraščajoče stopnje polimerizacije (ali velikosti) od trimerjev do oktamerov. Posledično lahko vsaka sprememba v sestavi in velikosti taninov vpliva na njihovo sposobnost reagiranja s BSA. Oksidacija taninov povzroči nastanek intramolekularnih in tudi medmolekularnih vezi med flavonoidi. Slednje povzroči, da se polimeri podaljšajo in postanejo bolj reaktivni na beljakovine v slini [31]. Te vrste reakcij lahko dejansko spremenijo strukturo tanina in s tem vodikove vezi in hidrofobne interakcije z beljakovinami [32].
Ker je trpkost posledica agregacije, ki jo povzroča tanin, in obarjanja beljakovin v slini [33], povečanje BSA-taninov v RHO2 kaže na spremembe
tanini s pomočjo teh reakcij med staranjem lahko prispevajo k spremembi zaznavanja trpkosti.
Vanilin-reaktivni flavani (VRF) lahko namesto tega zagotovijo dodatne informacije v zvezi z velikostjo kondenziranih taninov. Pravzaprav vanilin reagira z obročem A flavanolov na položaju 6 ali 8, vendar tudi acetaldehid reagira z istimi položaji obroča A flavanolov. Zato lahko zmanjšanje VRF obravnavamo kot posredno merilo oksidativne polimerizacije flavanolov, povezanih z reakcijami, ki jih sproži acetaldehid in vključujejo tanine in antociane [34].
V naši raziskavi so opazili nekoliko nižjo koncentracijo VRF v vzorcu RMO2. Pomanjkanje jasnega trenda v odvisnosti od količine kisika je lahko posledica dejstva, da so lahko te molekule tudi hidrolitično razcepljene v prisotnosti kisika z novimi molekulskimi preureditvami s tvorbo novih intra- in medmolekulskih vezi [6].
3. Materiali in metode
3.1. Vina
Uporabljeni sta bili dve komercialni rdeči vini Aglianico in belo falanghina, ki ju je v južni Italiji proizvedla klet Cantina del Taburno. Podrobnosti vzorcev skupaj z nekaterimi osnovnimi parametri so prikazane v tabeli 7. Bazni parametri so bili določeni po zborniku mednarodnih metod analize vina in mošta OIV (2007).
3.2. Upravljanje s kisikom v vinu
Industrijski sistem ISIOX (Tebaldi srl), opremljen z membranskim kontaktorjem plin-tekočina (Liqui-Cel9, Prečni tok, South Lakes Dr. Charlotte, NC, ZDA, odklop 50 g/mol) in centrifugalno črpalko iz nerjavečega jekla je bil rabljeno. Membrana zagotavlja fiksen in dobro določen vmesnik za prenos mase plina/tekočine brez prehajanja ene faze v drugo. Struktura membranskega kontaktorja (hidrofobna votla vlakna) je izdelana iz polipropilena （PP） in ponuja zelo veliko kontaktno površino （plin/tekočina） 20 m²2.
Postopek deoksigenacije je sestavljen iz neprekinjenih ciklov, v katerih se dušik, vakuum ali kombinacija prvih dveh procesov (mešanica), ki kroži na eni površini polipropilenske membrane, postopoma obogati s kisikom, ki izvira iz vina, ki kroži na drugi strani membrane. Gonilna sila procesa je razlika v parcialnem tlaku kisika skozi membrano. Med postopkom vino neprekinjeno kroži iz zaprtega rezervoarja do naprave za deoksigenacijo.
Da bi dosegli zahtevano raven kisika, smo vsebnost kisika v vinu spremljali skozi vse postopke do doseganja ciljne ravni.
Kontrola procesa je bila izvedena s spremljanjem nivoja O v vinih z uporabo osebnega računalnika z zelo preprosto programsko logiko in posebnimi senzorji, ki spremljajo temperaturo in vsebnost kisika (sistem luminescence, Hach Lange, merilno območje {{{{2} }}} do 20 mg/LO, ločljivost: 0,01 mg/L O2, natančnost:0-5mg/LO2±0,1). Za nadzor vstopnega in izstopnega tlaka so bila uporabljena elektronska tlačna stikala, kot tudi tlak plina v procesu in raven morebitnega vakuuma.
Za pridobitev različnih vzorcev z različno vsebnostjo kisika so za vino uporabili različne postopke deoksigenacije. Količina kisika v belem vinu je bila belo visoko O2, WHO2=2.7 mg/L, belo srednje O2, WMO2=1 mg/L, belo nizko O2, WLO2= 0. 25 mg/L.
Količina kisika v rdečem vinu je bila rdeče visoko O, RHO, =1 mg/L, rdeče srednje O2, RMO2=0.5 mg/L, rdeče nizko O2, RLO2=0 .2 mg/L. Oba kompleta vin sta bila filtrirana na 1 μm, preden sta bila vbrizgana v stroj, da bi se izognili pojavu obraščanja in močenja membrane [35].
3.3. Polnjenje vzorcev in staranje
Po obdelavi so bila vina ustekleničena in vse steklenice zaprte s koekstrudiranimi sintetičnimi zamaški Nomacorc (Nomacorc SA, Thimister Clermont, Belgija) izberite zeleno 100, ki omogočajo prehajanje kisika skozi zamašek kontrolirano (0,4 mg O2 po 3 mesecih, 0,7 mg O, po 6 mesecih, 1,2 mg O, po 12 mesecih in 1,1 mg O, leto po prvem letu staranja). Steklenice so bile starane 11 mesecev pri 15 stopinjah.
3.4. Metode analize
3.4.1. Določanje acetaldehida s tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti
Analize acetaldehida smo izvedli z derivatizacijo poskusnega vzorca vina in HPLC.
Analiza derivatizacije je bila naslednja: 100 μL vzorca vina je bilo odmerjenih v vialo, čemur je sledil dodatek 20 μL sveže pripravljene raztopine 1,120 mg/L SO, 20 μL 25-odstotne žveplove kisline (reagent Carlo Erba 96 odstotkov) in 140 μL 2 g /L2,4-dinitrofenilhidrazinski reagent. Po mešanju smo raztopino pustili reagirati 15 minut pri 65 stopinjah in nato takoj ohladili na sobno temperaturo [36].
Uporabljena HPLC je bila naprava Shimadzu LC10 ADVP (Shimadzu Italija, Milano, Italija), opremljena s krmilnikom sistema SCL-10AVP, dvema črpalkama LC-10ADVP za ustvarjanje potrebnega gradienta topila , detektor SPD-M 10 AVP in sistem za vbrizgavanje v celoti Rheodyne model 7725 (Rheodyne, Cotati, CA, ZDA). Ločevanje je bilo izvedeno na koloni Waters Spherisorb (C 18, substrat delcev silicijevega dioksida, ODS2 250×4,6 mm, premer delcev 5 um, velikost por 80 A), opremljeni z zaščitno kolono. Optimalno učinkovitost ločevanja smo dosegli s hitrostjo pretoka 0,75 ml/min, temperaturo kolone 35 stopinj; topila mobilne faze so bila: (A) 0,5-odstotna mravljinčna kislina (Sigma Aldrich več kot ali enako 95 odstotkov) v vodi milli-Q (Sigma Aldrich) in (B) acetonitril (Sigma Aldrich več kot ali enako 99,9 odstotkov) ; protokol gradientne elucije je bil: 35 odstotkov B do 60 odstotkov B(t=8min), 60 odstotkov B do 90 odstotkov B(t=13min), 90 odstotkov B do 95 odstotkov B(t{{29 }} min, 2-min zadrževanje), 95 odstotkov B do 35 odstotkov B（t=17 min, 4-min zadrževanje）, skupni čas delovanja, 21 min, injekcije vzorcev 50 μL in detekcija je bila izvedena s spremljanjem signalov absorbance pri 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. Za vsako poskusno ponovitev so bile izvedene tri analitske ponovitve.
3.4.2. Analize antocianinov s tekočinsko kromatografijo visoke ločljivosti
Analize nativnih antocianinov so bile izvedene z aparatom HPLC Shimadzu LC10 ADVP (Shimadzu Italija, Milano, Italija), opremljenim s krmilnikom sistema SCL-10AVP, dvema črpalkama LC-10ADVP za ustvarjanje potrebnega gradienta topila, detektor SPD-M 10 AVP in vbrizgalni sistem full Rheodyne model7725 (Rheodyne, Cotati, CA, ZDA). V skladu z metodo, opisano v OIV Compendium of International Methods of Analysis of Wine and Most [37].
Topila za HPLC so bila naslednja: topilo A: voda mili-O (Sigma-Aldrich, Milano, Italija)/mravljinčna kislina (Sigma-Aldrich Več kot ali enako 95 odstotkov)/acetonitril (SigmaAldrich Več kot ali enako 99,9 odstotkov) (87:10:3)/v; topilo B: voda/mravljinčna kislina/acetonitril (40:10:50) o/v. Gradient je bil: pogoji ničelnega časa 94 odstotkov A in 6 odstotkov B; po 15 minutah so bile črpalke nastavljene na 70 odstotkov A in 30 odstotkov B, po 30 minutah na 50 odstotkov A in 50 odstotkov B, po 35 minutah na 40 odstotkov A in 60 odstotkov B, po 41 minutah, konec analize, na 94 odstotkov A in 6 odstotkov B. Pred zaporedno analizo je bil uporabljen 5-minutni čas ponovnega uravnoteženja, kot je poročal [38]. Kolona, uporabljena za analize, je bila voda
Uporabljena je bila sferična kroglasta kolona（C 18, substrat delcev silicijevega dioksida, ODS2 250 ×4,6 mm, premer delcev 5 μm, velikost por 80 A） s predkolono. V kolono smo vbrizgali količino 50 μL umeritvenih standardov ali vina. Zaznani so bili signali absorbance pri 520 nm. Občutljivost detektorja je bila 0,01 enote absorpcije celotne skale (AUFS). Vse vzorce smo filtrirali skozi membranske filtre Durapore 0,45 um (Millipore-Ireland) v steklene viale in takoj vbrizgali v sistem HPLC.
Umeritvena krivulja je bila pridobljena z injiciranjem 5 raztopin (v treh izvodih), ki so vsebovale naraščajoče koncentracije malvidin-3-monoglukozida (Extrasynthese, Lyon, Francija). Umerjanje je bilo označeno s korelacijskim koeficientom (R')=0.996. Območje linearnosti umeritvene krivulje je bilo 2-200 mg/L. Natančnost uporabljene metode je bila testirana s šestimi ponovnimi analizami vzorca rdečega vina, ki je vseboval 118,4 mg/L skupnih monomernih antocianinov. Koeficient variacije je bil vključen med 1,1 odstotka (za malvidin 3-monoglukozid) in 9,1 odstotka (za malvidin 3-(6II-kumaroil)-glukozid) in je pokazal dobro ponovljivost analize HPLC. Koncentracije monomernih antocianinov so bile izražene kot mg/L malvidin-3-monoglukozida.
Frakcioniranje vin RLO2, RMO2 in RHO2 je bilo izvedeno v skladu z metodo analize OIV z uporabo istega HPLC Shimadzu LC10 ADVP, kot je navedeno zgoraj. Za vsako poskusno ponovitev so bile izvedene tri analitske ponovitve.
3.4.3. Analize rdečih vin z ionizacijsko masno spektrometrijo z visoko ločljivostjo (HR ESIMS)
HPLC-ločevanje rdečih vin, izvedeno, kot je opisano zgoraj, je dalo tri frakcije za vsako vino. Prvo frakcijo zbiramo od 15 do 25 min (frakcija 1), drugo od 25 do 30 min (frakcija 2) in tretjo frakcijo (frakcija 3) od 30 min do konca kromatografije. tek (45 min). Vsako zbrano frakcijo smo posušili, raztopili v metanolu in analizirali s HR-ESIMS v kontinuiranem vbrizgavanju v načinu pozitivnih ionov. Poskusi HR ESIMS so bili izvedeni na kvaternarnem sistemu Agilent 1260 Infinity IⅡ HPLC, ki je povezan z instrumentom za hibridno Fourierjevo transformacijo MS (FTMS) z linearno ionsko pastjo LTQOrbitrap XL, opremljenim z izvorom ESI ION MAX (Thermo-Fisher). Uporabljene so bile naslednje nastavitve vira (razpon mase m/z 100-2000): napetost pršila 4,5 kV, temperatura kapilare 300 stopinj, kapilarna napetost 15 V, plaščni plin 20 in pomožni plin 21 (poljubne enote), napetost leče cevi 140 V in 25 odstotkov energije trka. Izračun elementarnih formul je bil izveden z uporabo programske opreme Xcalibur v 2.0.7 z omejitvijo masne tolerance 5 ppm.
3.4.4. NMR poskusi
Količino 2 ml vsakega vzorca vina (RHO2, RMO2 in RLO2) smo liofilizirali in raztopili v 700 μL CDOD（6H 3,31;5c49,0ppm）. NMR poskusi so bili izvedeni na spektrometru Varian Unity Inova 700, opremljenem s 13C Enhanced HCN Cold Probe in z uporabo Shigemi 5 mm NMR cevi. Uporabljena je bila standardna pulzna sekvenca H-NMR Varian.
3.4.5. Standardne kemijske analize in spektrofotometrične meritve
V skladu z "OIV Compendium of International Wine and Most Analysis of Wine and Musst Analysis 2007" [37], standardna kemijska analiza (delovnost alkohola, izračunana glede na prostornino, reducirajoči sladkor, skupna kislost, pH, hlapna kislost, jabolčna kislost in skupna suha snov ) je bil izmerjen.
Spektrofotometrične analize so bile izvedene s spektrofotometrom Jenway 7305. Kromatske značilnosti, intenzivnost barve in odtenek so bili določeni po metodah OIV [37]. Intenzivnost barve je bila določena kot vsota abs 420 nm, abs 520 nm in abs 620 nm, odtenek pa kot razmerje abs 420 nm/abs 520 nm.
BSA-reaktivne tanine, kratke polimerne pigmente (SPP), velike polimerne pigmente (LPP) in skupne fenole so določili Harbertson et al. test [22]. Kratki polimerni pigmenti (SPP) in veliki polimerni pigmenti (LPP) so bili pridobljeni s kombinacijo analize supernatanta, pridobljenega po obarjanju beljakovin z govejim serumskim albuminom BSA
(Sigma-Aldrich) z bisulfitnim beljenjem pigmentov v vinu. BSA-taninski kompleks v peleti smo ponovno raztopili, dodali železov klorid in odčitali pri 510 nm. Celotne fenole smo kvantificirali z odčitavanjem vzorca pri 510 nm, kot sledi∶ 50 μL vina smo dodali 825 μL pufra C in odčitali na spektrofotometru kot slepo raztopino. Po dodatku 125 μL železovega klorida smo vzorec ponovno odčitali, da smo kvantificirali količino fenolov, ki reagirajo z železom.
Vanillin-reactive flavans (VRF) so bili določeni po Gambuti et al. [39]. Na kratko, 750 μL raztopine vanilina (4 odstotke v metanolu) smo dodali k 125 μL razredčenega vina in po 5 minutah dodali 375 μL koncentrirane klorovodikove kisline. Po 15--minutni inkubaciji zmesi pri 20 stopinjah smo določili absorbanco pri 500 nm in jo odčitali glede na slepo raztopino, v kateri smo namesto raztopine vanilina uporabili čisti metanol. Koncentracije so bile izračunane kot (plus)-katehin (mg/L).
3.4.6. Statistična analiza
Kvantitativne podatke smo primerjali s Tukeyjevim postopkom najmanj pomembnih razlik, vse variance so bile homogene. Kadar variance niso bile homogene, so bili podatki analizirani s Kruskal-Wallisovim testom. Ko so bili rezultati Kruskal-Wallisovega testa pomembni (str<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. Sklepi
Rezultati, pridobljeni v tej študiji, so potrdili, da različne vsebnosti kisika v ustekleničenem vinu vplivajo na staranje in oksidacijo vina.
Upravljanje kisika v vinu Aglianico s pomočjo kontraktorja iz polipropilenskih votlih vlaken je po 11 mesecih staranja ugotovilo nižjo vsebnost prostega in skupnega SO2 v vzorcu z višjo vsebnostjo raztopljenega kisika. Enako obnašanje je bilo opaženo pri vinu Falanghina s povečanjem vsebnosti acetaldehida v vzorcu z višjo vsebnostjo kisika.
Pri fenolnih spojinah so pri rdečih vinih opazili večjo izgubo skupnih nativnih antocianov. Njihova vsebnost je bila večja v vinu z nižjo koncentracijo kisika. Izguba skupnih nativnih antocianov pa ni vplivala na barvne parametre vin, kot sta intenzivnost barve in tonaliteta.
BSA-reaktivni tanini in vanilin-reaktivni flavani so bili nižji v vzorcih s srednjo in nizko vsebnostjo kisika glede na vzorce z višjo vsebnostjo kisika. To je posledica dejstva, da kisik s sodelovanjem v oksidacijskih reakcijah sodeluje pri tvorbi polimernih pigmentov. Kot je bilo pričakovano, je bilo v rdečih vinih z najvišjo vsebnostjo raztopljenega kisika po obdelavi z membranskim kontaktorjem več vitizina B, dimerov z etilidenskim mostom in acetaldehida v primerjavi z vini, ki so bila obdelana z nižjo vsebnostjo kisika v fazi pred stekleničenjem. .
Skratka, deoksigenacija vina z membranskimi izvajalci bi lahko bila primerna tehnika za vinsko industrijo za preprečevanje vseh tistih oksidativnih pojavov, ki bi lahko spremenili končno kakovost rdečih in belih vin, kar bi vplivalo na vsebnost žveplovega dioksida in acetaldehida (zlasti v belih vinih). . Kljub temu pa morajo enologi upoštevati, da lahko zmanjšanje vsebnosti kisika vpliva na obstojnost barve rdečih vin.
Dodatni materiali: Naslednji so na voljo na spletu. Slika S1: Povečave H-NMR spektrov vin RHO, RMO2 in RLO, registriranih v CD: OD. Slika S2: Struktura malvidin 3-O-glukozida in relativni HR ESIMS v načinu pozitivnih ionov. Slika S3: Struktura vitisina B in relativni HR ESIMS v načinu s pozitivnimi ioni. Slika S4: Struktura dimera z etilidenskim mostom, sestavljenega iz ene enote malvidina 3-O-glukozida (spodaj) in ene enote (epi)katehina (zgoraj) z relativnim HR ESIMS v načinu pozitivnih ionov. Slika S5: Struktura dimera z etilidenskim mostom, ki ga sestavljata dve enoti malvidina 3-O-glukozida, od katerih je tista na dnu v obliki flavilija, tista na vrhu pa v obliki psevdo baze, skupaj z relativni HR ESIMS v načinu pozitivnih ionov.
Reference
1. Waterhouse, AL; Laurie, VF Oksidacija vinskih fenolov: kritična ocena in hipoteze. Am. J. Enol. Vitić. 2006, 57, 306–313.
2. Danilewicz, JC Mehanizem avtooksidacije polifenolov in udeležba sulfita v vinu: ključna vloga železa. Am. J. Enol. Vitić. 2011, 62, 319–328. [CrossRef]
3. Nikolantonaki, M.; Waterhouse, AL Metoda za količinsko opredelitev hitrosti kinonske reakcije z nukleofili, pomembnimi za vino: ključ do razumevanja oksidativne izgube sortnih tiolov. J. Agric. Food Chem. 2012, 60, 8484–8491. [CrossRef] [PubMed]
4. Elias, RJ; Andersen, ML; Skibsted, LH; Waterhouse, AL Identifikacija vmesnih produktov prostih radikalov v oksidiranem vinu z uporabo paramagnetne resonančne spin lovljenja elektronov. J. Agric. Food Chem. 2009, 57, 4359–4365. [CrossRef] [PubMed]
5. Oliveira, CM; Ferreira, ACS; De Freitas, V.; Silva, AM Oksidacijski mehanizmi, ki se pojavljajo v vinih. Food Res. Int. 2011, 44, 1115–1126. [CrossRef]
6. Mouls, L.; Fulcrand, H. UPLC-ESI-MS študija označevalcev oksidacije, sproščenih pri depolimerizaciji tanina: K boljši karakterizaciji razvoja tanina pri predelavi hrane in pijače. J. Masni spektrom. 2012, 47, 1450–1457. [CrossRef] [PubMed]
7. Waterhouse, AL Fenoli za vino. Ann. NY Acad. Sci. 2002, 957, 21–36. [CrossRef]
8. Rosenfeld, E.; Schaeffer, J.; Beauvoir, B.; Salmon, JM Izolacija in lastnosti promitohondrijev iz anaerobnih celic kvasovk stacionarne faze. Antonie Van Leeuwenhoek 2004, 85, 9–21. [CrossRef]
9. Jarauta, I.; Cacho, J.; Ferreira, V. Sočasni pojavi, ki prispevajo k oblikovanju arome vina med staranjem v hrastovem lesu: analitična študija. J. Agric. Food Chem. 2005, 53, 4166–4177. [CrossRef]
10. Singleton, VL; Trousdale, E.; Zaya, J. Oksidacija vin. 1. Mlada bela vina občasno izpostavljena zraku. Am. J. Enol. Vitić. 1979, 30, 49–54.
