Avaliar o impacto do oxigénio dissolvido na composição da fracção volátil, ao longo do processo de maturação do vinho :!

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1 António César da Silva Ferreira Escola Superior de Biotecnologia-UCP Avaliar o impacto do oxigénio dissolvido na composição da fracção volátil, ao longo do processo de maturação do vinho :! Mecanismos de formação / degradação de moléculas relacionadas com a qualidade aromática. Envelhecimento Precoce dos vinhos brancos Métodos de quantificação da Resistência à xidação : Previsão do tempo de vida na prateleira.

2 xigénio ao longo da Maturação / Envelhecimento : MEDIDA QUANTITATIVA Conjunto de todas as alterações físico-químicas, que ocorrem depois da estabilização e que conduzem a um aumento da qualidade. A velocidade de consumo do oxigénio depende de vários factores: temperatura, tipo de acondicionamento (garrafa, barril, cuba) e certas práticas enológicas (S 2 ). As necessidades em xigénio dependem da composição de cada vinho : Resistência à xidação Quantificação do xigénio dissolvido

3 Métodos de quantificação Amperométrico (D) : Cátodo (Ag) : H e 4 H Ânodo (Au) : 4 Ag + 4 Cl 4 AgCl + 4e Mais Frequente -Ring.8 V DC Electrólito : KCl Total : H Ag + 4 KCl 4 KH + 4 AgCl H2 H H2 2 H2 Espectrofotométrico (Rhodazine-D) Membrana : Teflon (~ 1 mm) Iodométrico (Winkler) Mecanismos REDX Endógenos : polifenois Exógenos : S 2 ; Acido Ascorbico EmV Fracção Redutora Fracção xidada + xigénio Dissolvido e Temperatura Fe 3+ ; Cu 2+ Fracção Redutora Fracção xidada Vinho t= ph Vinho t=i

4 Consumo da Fracção-Redutora ( Anti-xidante ) : 2 + H 2 2 Sulfatos S Ac. Ascórbico 2 Etanol + H 2 2 Etanal + S2 Compostos Fenólicos S 2 Combinado - (1) - Ácido ascórbico é o primeiro a ser consumido! (2) - A formação de aldeídos, diminui o teor em S 2 Livre! Diminuição da Resistência do vinho à XIDAÇÃ! Reações químicas típicas do processo de maturação do vinho : C. Carbonilado Aldolisação Compostos Formados : n Ex: 1 Álcool => 6 substancias xigénio dissolvido xidação + xidação Esterificação + Álcool Aldeído Acido Ester + Acetalisação

5 Plano Experimental : Selecção de moléculas Plano Experimental : Preparação das amostras Vinhos envelhecidos em condições normais Vinhos armazenados em barril (vinho do Porto) e garrafa (vinhos brancos) Protocolo experimental 4 Parâmetros Vinho do PRT (TINT) Amostra saturada com 2 Amostra com adição de S 2 Vinho BRANC Amostra ajustada a ph = 4 (ou 3) Armazenadas a : 15 ºC // 45 ºC // 6ºC Testemunho

6 At 15 ºC, oxigénio consumido maior ph = 4 do que a ph = 3!! Temperatura, acelerador consumo 2! Para T=45 ºC, [ 2 ] consumido Vinho Tinto ~ 1.5 x Vinho Branco! 2 Consumido (mg/l) t= 54 dias ph3;15 ºC 2. ph4;15 ºC dias Vinho do Porto ph3; S2; ph4; x; ph3; S2; ph4; x; ph3; S2; ph4; x; 15 ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 6 ºC 6 ºC 6 ºC 6 ºC Consumido (mg/l) t= 54 dias Vinho do Branco Consumido(mg/L) Abs 42 (nm) Abs Abs42 Browning está bem correlacionado com o consumo de oxigénio, como previsto pelo mecanismo de oxidação proposto por Singleton (1986). S 2 REDUZ browning devido a SUA

7 Efeito do oxigénio: Terpenos Substâncias importantes no aroma dos vinhos brancos novos! (Aroma varietal vinhos brancos) Rapidamente degradados pelo efeito conjugado da temperatura e do xigénio. ph 4 menor velocidade de consumo!!! Óxidos de Linalol dias 17 dias 32 dias 47 dias 59 dias ºC ph4-45 ºC Normalised Area dias [C] ugl Linalol dias 17 dias 32 dias 47 dias 59 dias ph3 S2 ph4 2 ph3 S2 ph ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC Velocidade Relativa Consumo (2 /testemunho) = 3.6 H : Cinética rdem ºC ph4-45 ºC 5 s produtos de degradação tem pouca importância aromática! Ln [C] dias ph3 S2 ph4 2 ph3 S2 ph ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC Velocidade Relativa Formação (ph3/testemunho) = 4.1 H : Cinética rdem Óxidos formam-se mais rapidamente a ph3 ou 2 do que a ph4 Efeito do oxigénio: Terpenos 2 Linalol Fe 3+ ; Cu 2+ ÓXIDS : PIRÂNICS e FURÂNICS

8 Efeito do oxigénio: NorIsoprenoides Aromas Varietais β-caroteno 2,2,6-trimetilciclohexanona (TCH) Esteva C H C9 C1 C11 C13 Balsâmico NEXANTINA β-ionona Violeta β-damascenona maçã cozida Aromas off-flavours (Não megastigma ) Vitispirano Descritor : Cânfora 1,1,6-Trimetilnaftaleno (TDN) Descritor : Querosene Efeito do oxigénio: NorIsoprenoides µg/l dias 1 dias 24 dias 39 dias 54 dias 2,2,6-trimetilciclohexanona Responsável pelo aroma a esteva A temperatura e ph ácido tem um efeito positivo na Concentração. oxigénio promove a sua degradação!. ph3; S2; ph4; x; ph3; S2; ph4; x; ph3; S2; ph4; x; 15 ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 6 ºC 6 ºC 6 ºC 6 ºC Treatments Responsável pelo aroma a Violeta A temperatura promove a sua formação em particular a ph ácido Para quantidades de consumido ~ 1 Pode ter como única origem o β-caroteno! (A-Ion/A PI)% 4, 3, days 1 days 24 days 39 days 54 days β-ionone 2, 1,, ph3; S2; ph4; x; ph3; S2; ph4; x; ph3; S2; ph4; x; 15 ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 6 ºC 6 ºC 6 ºC 6 ºC

9 Efeito do oxigénio: NorIsoprenoides TDN and Vitispirane são reponsaveis por aromas ( off-flavours ) associadas à degradação aromática dos vinhos brancos!!! rigem não confirmada : Hipoteticamente hidrólise de precursores derivados de carotenoides. 1,1,6-trimetil-1,2-dihidronaftaleno (TDN) Normalized Area dias 17 dias 32 dias 47 dias 59 dias ph3-45 ºC ph4-45 ºC dias 4 6 Normalized Area Vitispirano dias 17 dias 32 dias 47 dias 59 dias ph3-45 ºC ph4-45 ºC dias ph3 S2 ph4 2 ph3 S2 ph ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC s Velocidade Relativa Formação (ph3/ph4) = ph3 S2 ph4 2 ph3 S2 ph ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC Velocidade Relativa Formação(pH3PH4) = 4.9 Quantidades de TDN e vitispirano formados a T = 45 ºC são mais elevados do que a T = 15ºC. T=45 ºC, a taxa de formação de TDN e vitispirano são essencialmente afectados pelo ph. oxigénio promove também a sua degradação!!! Efeito do oxigénio: NorIsoprenoides A relação de tipo log observada TDN e Vitispirano indica uma formação concomitante mas PRECURSRES DIFERENTES!!! Correlação mais elevada : β-ionona = f (Vitispirano) r=.977 β-ionone = f (2,2,6-trimetilciclohexanona) β Ionona (ug/l) 4, 3, 2, 1,, r =.7896 vitispirane 3, 2,5 2, 1,5 1,,5 Vitispirano = f (TDN ),, 5, 1, 15, 2, 25, 3, 1,1,6-Trimetil-1,2-dihidronaftaleno Correlação elevada entre β-ionona e TCH sugere um precursor comum : β-caroteno Descritores : Esteva ; Violeta ; estão ligados!

10 Efeito do oxigénio: Composto de Enxofre Compostos de elevado impacto aromático : Aromas Nauseabundos (H 2 S) ; Aroma Varietal (Mercapto-pentanona)! Vinho envelhecido barril!!! Perfil cromatográfico claramente diferente para moléculas com átomos de enxofre : Vinho Novo S C H 3 C H 3 Vinho Velho [C] em sulfureto de dimetilo (DMS) AUMENTA [C] Metionol diminui, como a totalidade das outras moléculas!! H 3 C S H 2 C H 2 C H 2 C H Vinho oxidado : níveis baixos compostos de enxofre! Formação/Degradação : Sulfureto Dimetilo (DMS) e Metionol Sulfureto de dimetilo (LD : 1 ug/l) : Marmelo ; Metálico ; [C] elevadas Gás Participa no Bouquet de envelhecimento (Anocibar-Beloqui, 1998 ; De Mora, 1986) DMS : xigénio promove a sua formação! µg/l dias 1 dias 24 dias 39 dias 54 dias 25 2 Sulfureto de Dimetilo ph3; S2; ph4; x; ph3; S2; ph4; x; ph3; S2; ph4; x; 15 ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 6 ºC 6 ºC 6 ºC 6 ºC Tratamentos µg/l dias 1 dias 24 dias 39 dias 54 dias Metionol Metionol (LD = 1-2 mg/l) : Couve cozida. Metionol : xigénio promove a sua degradação.

11 Formação/Degradação : Sulfureto Dimetilo (DMS) e Metionol DMS : rigem desconhecida no vinho. Enzima Cerveja Ambos precursores NÃ identificados no vinho!!! Redução Efeito do oxigénio: Aldeídos por oxidação directa Aldeídos e Cetonas : moléculas ligadas à degradação oxidativa de bebidas alcoólicas! Etanal : Aroma maçã verde TIPIC DE VINH XIDAD!!! (LD : 2-5 mg/l) Velocidade de formação é claramente dependente da Temperatura e do xigénio! dias 1 dias 24 dias 39 dias 54 dias ph4; 6 ºC S2; 6 ºC x; 6 ºC ph3; 15 ºC S2; 15 ºC ph4; 15 ºC x; 15 ºC 16 mg/l 12 Colheitas ph3; 6 ºC x; 45 ºC ph4; 45 ºC S2; 45 ºC ph3; 45 ºC 8 4 r =, Excelente marcador do consumo de xigénio!

12 Efeito do oxigénio: Aldeídos por mecanismos indirectos xidação dos álcoois Degradação dos açúcares Reacção de Maillard α-dicarbonílicos R R Acetais Reacção de acetalisação Aldeídos Insaturados Condensação Aldolica Aldeídos de Strecker Pirazinas Reacção de Strecker Formados continuamente na presença de xigénio! Glioxal H H 6 µg/l 45 3 Colheitas A evolução observada no Vinho do Porto põem em evidência a Reacção de Maillard 15 r =, Idade Excelente Indicador de idade!! Efeito do oxigénio: Acetais do glicerol e etanal Moléculas com aromas ligadas ao bouquet de envelhecimento Acetais formados em quantidades superiores nas amostras suplementadas com 2 (T=45ºC) 18 mg/l Colheitas r =,9512 Normalized Area 15 1 Σ dos Acetais do glicerol e etanal 5 dias 17 dias 32 dias 47 dias 59 dias ph3 S2 ph4 2 ph3 S2 ph ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 3-4 % de etanal sob a forma de acetal!!! Formação contínua (3 mg/l/ano) Indicador de Idade dias Limite de percepção da mistura = 1 mg/l ph3-45 ºC 2-45 ºC Velocidade Relativa de Formação ( 2 /testemunho) = 7.9

13 Mecanismos de Formação : Acetais S 2 BLQUEIA a reacção de acetalisação ETANL 2 ETANAL + GLICERL S 2 H H CH 2 H CH 2 H CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 A sua presença no vinho é indicador de ausência de S 2 livre durante o processo de elaboração!!! Marcadores Tecnológicos Efeito do oxigénio: Sotolon Descritor : noz ; frutos secos! Sotolon composto primordial no aroma tipico do vinho Porto velho! H 3 C H 3 C H 3-Hidroxi-4,5-dimetil-2(5H)-furanona dias 1 dias 24 dias 39 dias 54 dias Aumenta Velocidade ug/l [ph3] [S 2 ] [ph4] [ 2 ] T=15 ºC [ph3] [S 2 ] [ph4] [ 2 ] [ph3] [S 2 ] [ph4] [ 2 ] T=45 ºC T=6 ºC Reduz Velocidade 54 dias 39 dias 24 dias 1 dias dias

14 Efeito do oxigénio: Sotolon H 3 C H 3 C H Sotolon : Principal constituinte do aroma típico do Vinho do Porto velho! Colheitas Tawnys c/ indicação de idade 1 µg/l % Intervalo de Confiança 125 µg/l Máximo 3º quartil mediana 1º quartil mínimo 2 r =, Idade 25 1 Anos 2 Anos 3 Anos 4 Anos Categoria Efeito do oxigénio: Sotolon Relação linear [C] = f (tempo) : cinética de ordem zero (n=) K = K. exp -(Ea/RT) Ea [ Kj. mol -1 ] Menor => xigénio diminui a Resistência à formação de formação!!! [C] ug/l [S2] T=6 ºC [ph4] T=6 ºC [2] T=6 ºC [ph3] T=6 ºC Dias Velocidade Relativa Formação ( 2 /ph4) = 12 Ln(K) [2] [ph3] [ph4] [S2] [ph3] [ph4] [ 2 ] [S 2 ] Ea = ((-1) x Declive x R) 1/(T+273) K varia com Temperatura, segundo o modelo de Arrhenius Ea 2 = 66.7 Kj.mol -1 Ea S2 = 33.4 Kj.mol -1 Ea ph4 = 21.2 Kj.mol -1 Ea ph3 = 21.6 Kj.mol -1

15 Mecanismos Formação : 3-hidroxi-4,5-dimetil-(5H)-furanona : Acide 2-oxobutírico intermediário da formação do Sotolon I (I) Δ T ; meio ácido L-treonina II acido 2-oxobutírico etanal Sotolon (II) L-treonina désaminase Sotolon produto da reacção de Maillard S 2 diacetil hidroxiacetaldeído

16 Vinho branco oxidado Descrição Livre Primeira eliminação Redundantes, Hedónicos Segunda eliminação descritores classificados como ausente por 5 % painel Classificação (Presente/Ausente) Ranking Selecção descritores cuja Média geométrica > 5 % Similaridade VS = 8.3 "Feno" Mel" 2-45 ºC Ração" Maderizado" ph3-15 ºC Similaridade S2-15 ºC Similaridade Escala : ph4-45 ºC S2-45 ºC ph4-15 ºC 2-15 ºC Descritor ( r ) SV Ração.923 Mel.871 Feno.6619 Maderizado.5732 ph3-45 ºC

17 Time (min) Dilution Factor = 2 (# dilutions) Batata DF = Metional Mel 4 cereal/querosene DF = 64 DF = Fenilacetaldeído TDN?? Especiarias DF = RI 24 Sotolon Dilution Factor Batata Cozida Mel Cereal / Querosene" Vinho xidado SW Vinho Normal nw

18 Efeito do oxigénio: Aldeidos de Strecker - ff-flavours Aroma a Batata Cozida A ph = 3 e ph = 4 (T = 45ºC), as quantidades de metional formadas > limite de detecção aromática (AV = 7). 3 dias 17 dias 32 dias 47 dias 59 dias 2 1 Metional Bloqueia ph3-45 ºC 2-45 ºC dias Amostras suplementadas com 2 as quantidades de metional formado é muito superior (AV = 37)! ph3 S2 ph4 2 ph3 S2 ph ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC Velocidade Relativa Formação ( 2 /ph3) = Fenilacetaldeído dias 17 dias 32 dias 47 dias 59 dias Bloqueia ph3 S2 ph4 2 ph3 S2 ph ºC 15 ºC 15 ºC 15 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC 45 ºC Treatments ph3-45 ºC 2-45 ºC 12 Velocidade Relativa Formação ( 2 /ph3) = dias Aroma a Mel comportamento é observado para o Fenilacetaldeído, é identico ao do metionaloutro Aldeído de Strecker Experiencias mostram que o S 2 BLQUEIA a sua destes compostos formação!!! Efeito do oxigénio: Aldeídos Metionol 2 Metionina alfa-cetoácido C 2 methional N H 2 Degradação de Strecker fenilacetaldeído 2

19 fenilacetaldeído [2] metional [1] H 3 C H 3 C H sotolon [3] Vinho branco oxidado SW Vinho branco normal nw S = 5.4 SW nw S = 3.2 nw + [1] Similaridade nw + [1] + [2] + [3] nw + [2] Valor de Similaridade mais elevada para combinação das 3 moléculas (SV=5.4) Metional : maior contributo (SV=3.2)!!! nw + [2] + [3] nw + [3] nw + [1] + [3] nw + [1] + [2]

20 Métodos de quantificação da resistência a oxidação Temperatura Concentração de anti-oxidantes Resistência à xidação xigénio dissolvido Fe 3+ ; Cu 2+ Fracção-Redutora + [ 2 ] Fracção-xidada Titulações Redox : medida da resistência a oxidação PTENCIAL Redox Medida Qualitativa TITULAÇÃ Redox Medida Quantitativa EmV Fracção Redutora Fracção xidada Veq RED Espécies na Forma Reduzida Veq XI Espécies na Forma xidada

21 Titulações Redox : medida da resistência a oxidação Quociente entre os volumes Redutor / xidante Medida da status de oxidação = > Resistência à xidação Redução E(mv) xidação Titulação Redox Veq RED Veq XI Volume (redutor e de oxidante) adicionado (ml) RX-value = mmolred 2corrigido mmolxi 2corrigido RX-value : medida da resistência a oxidação Medições de RX-value e Moléculas responsáveis por off-flavours Amostras experiência de envelhecimento forçado (4 parâmetros) Methional (ug/l) xigenio ph3 ph4 S 7 2 Livre LD RX 25 metional Phenylethanal (ug/l) xigenio ph3 ph4 S 2 Livre 8 4 LD RX 25 fenilacetaldeido

22 Aplicações : Vinhos diferentes idades (1-2 Anos) 2 Idade RX "Indice de Degradação" metional fenilacetaldeido (ID) n.d n.d n.d n.d n.d n.d n.d. n.d n.d n.d n.d n.d. n.d n.d RX Ajustado : metional RX =f(degradação Aromática) r=.8671 RX =f(idade) r= RX Linalol RX 15. RX-value : medida da resistência a oxidação Endógenos : polifenois Exógenos : S 2 ; Acido Ascorbico Fracção Redutora EmV Fracção xidada Vinho t= + xigénio Dissolvido e RX Aplicações : - Adição anti-oxidantes! - Estimar o Prazo Consumo!

23 [2] altera as características sensoriais NÃ É PARAMETR CRRENTE de medida!!! xigénio é responsável directa e indirectamente na presença de moléculas de elevado impacto aromático : - degradação de aromas varietais! - formação do bouquet de envelhecimento! STLN e o METINAL são estritamente dependentes da Concentração em xigénio. Compostos chave no aroma típico : - Vinho do Porto envelhecido em barril (Sotolon). - Vinho Branco deteriorado (Metional). Descritores seleccionados no envelhecimento precoce de vinhos brancos ração, feno, mel são explicados por substâncias intimamente ligados à presença de xigénio METINAL e FENILACETALDEID! Um método de quantificação potenciométrico permite avaliar o status de oxidação de um vinho Branco! RX-value medida da resistência a oxidação esta ligado à degradação aromática, e pode ser usado como indicador do tempo de vida na prateleira do vinho branco!