Development of winemaking technologies without the addition of sulphites and study of wine authenticity by means of metabolomics

Abstract

In the competitive context of the global wine market, the research for modern winemaking methods and verified authentic wines is considered a prerequisite. The first objective of this thesis was to investigate different winemaking methods without the addition of sulphites. The second objective was the development of methods for the study of the metabolomic profile of wines with and without added sulphites with the use of ultra-high performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry (UHPLC/Q-ToF-MS/MS). In the first part of the experimental section, vinifications with and without sulphites were conducted in different grape varieties. The main differences are presented regarding the main oenological properties, selected metabolites, total phenolic content and antioxidant activity. The effect of the treatment with Hippophae rhamnoides leaves on on selected indices and sensory profile of sulphited and unsulphited wines is also presented.Modern analytical platforms provide a new perspective in wine authenticity assessment in comparison to the traditional sensory evaluation. In addition to the vinifications without sulphites, we investigated 97 and 46 samples of white and red wines respectively using UHPLC/Q-ToF-MS/MS. Methods were developed and verified for target and “suspect” screening of wine samples. Univariate statistical analysis was conducted to recognize similarities/differences between wines from different varieties in each variable. Supervised multivariate statistical analyses were conducted, with the use of the Random forest Machine learning algorithm for the white wines and Orthogonal Partial Least Squares Discriminant analysis for the reds. Reliable predictive models were constructed, with satisfying results, regarding sensitivity and selectivity for all classes. The main biomarkers were identified that contributed significantly to class discrimination.

Στο ανταγωνιστικό πλαίσιο της διεθνούς οινικής αγοράς, η αναζήτηση καινοτόμων οινοποιητικών μεθόδων και επιβεβαιωμένα αυθεντικών οίνων αποτελούν ένα προαπαιτούμενο. Η παρούσα εργασία έχει στόχο αρχικά να διερευνήσει διαφορετικές οινοποιητικές τεχνικές χωρίς προσθήκη θειωδών. Επίσης έχει ως στόχο την ανάπτυξη μεθόδων για την μελέτη του μεταβολομικού προφίλ τόσο οίνων χωρίς θειώδη όσο και συμβατικών με χρήση υγρής χρωματογραφίας υπερυψηλής απόδοσης συζευγμένης με φασματομετρία μάζας υψηλής διακριτικής ικανότητας (UHPLC/Q-ToF-MS/MS). Στο πρώτο μέρος του πειραματικής διαδικασίας έγιναν οινοποιήσεις με/χωρίς θειώδη σε διαφορετικές ποικιλίες αμπέλου. Παρουσιάζονται οι διαφορές που παρατηρήθηκαν, όσον αφορά στις βασικές οινολογικές αναλύσεις, επιλεγμένους μεταβολίτες, περιεχόμενο σε ολικές φαινόλες καθώς και στην αντιοξειδωτική ικανότητα. Παρουσιάζεται επίσης, η επίδραση της προσθήκης αλεσμένων φύλλων ιπποφαούς σε οίνους χωρίς θειώδη τόσο στο οργανοληπτικό προφίλ όσο και σε επιλεγμένους δείκτες.Οι σύγχρονες αναλυτικές διατάξεις παρέχουν μια νέα προοπτική έναντι του παραδοσιακού οργανοληπτικού ελέγχου στην αξιολόγηση της αυθεντικότητας των οίνων. Πέραν των οινοποιήσεων χωρίς θειώδη, σε αυτή την μελέτη ελέγχθηκαν 97 δείγματα λευκών και 46 δείγματα ερυθρών οίνων με χρήση UHPLC/Q-ToF-MS/MS. Αναπτύχθηκαν και επικυρώθηκαν μέθοδοι τόσο για «στοχευμένη» σάρωση όσο και για «ύποπτη» σάρωση των δειγμάτων. Έγινε μονοπαραγοντική ανάλυση για την αναγνώριση ομοιοτήτων/διαφορών αναμεσά στους οίνους από διαφορετικές ποικιλίες αμπέλου για κάθε μεταβλητή. Εφαρμόστηκαν επιβλεπόμενες πολυπαραγοντικές στατιστικές μέθοδοι με χρήση αλγόριθμού μηχανικής μάθησης τυχαίων δασών για τους λευκούς οίνους καθώς και ορθογώνια διακρίνουσα ανάλυση μερικών ελαχίστων τετραγώνων για τους ερυθρούς οίνους. Κατασκευάστηκαν αξιόπιστα προγνωστικά μοντέλα με ιδιαίτερα ικανοποιητικά αποτελέσματα αναφορικά με την ευαισθησία και την επιλεκτικότητα τους για όλες τις κλάσεις. Αναγνωριστήκαν οι κύριοι βιοδείκτες που επέδρασαν σημαντικά στην διάκριση των ποικιλιών.