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Schnellverfahren zur Qualitätsbewertung von Traubenmaischen bei der Traubenannahme
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 16539 N
Laufzeit: 01.01.2010
- 31.05.2013
Fördersumme: 233.400 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Ausgangssituation: Die Weinproduktion in Genossenschaften und Weinkellereien erfolgt arbeitsteilig in Traubenerzeugerbetrieben sowie Verarbeitungs- und Weinausbaubetrieben. Die Produzenten werden von den Verarbeitern für ihre Erzeugungsleistung entlohnt. Das traditionelle Qualitätsbewertungsverfahren für Trauben nach dem Oechsle-Grad ist in vielen Fällen unsachgerecht und entspricht nicht den Anforderungen an eine umfassende Qualitätsanalyse und -sicherung. So kann Traubenfäulnis mit diesem Verfahren nicht detektiert werden, obwohl sie die Genussqualität der Weine erheblich beeinträchtigt. Zudem stellt Fäulnis ein Risiko für die Kontamination mit Mycotoxinen dar. Die Verarbeitung faulender Trauben ist somit mit einer potentiellen Gefährdung der Lebensmittelsicherheit verbunden und im Sinne des Verbraucherschutzes kritisch zu bewerten. Bisher mangelt es an Verfahren für eine umfassende Qualitätsanalyse von Mostinhaltsstoffen, die die Anforderungen der Weinwirtschaft an Routineverfahren erfüllen. Bestehende Analysenverfahren sind kosten-, personal- und zeitintensiv und somit wenig praxistauglich. Die Entwicklung spektroskopischer Methoden im Bereich des Mittleren Infrarots (MIR) ermöglichte in den letzten Jahren weitreichende Verbesserungen für die Inhaltsstoffanalyse in Wein und Most. So wurde eine FT-MIR-Kalibrierung erstellt, welche es ermöglicht, 14 Weininhaltsstoffe innerhalb kürzester Zeit zu quantifizieren. Auch für den Bereich der Mostanalyse wurde eine FT-MIR-Kalibrierung erstellt, welche die Bestimmung von 15 qualitätsrelevanten Parametern ermöglicht. Für die weinwirtschaftliche Praxis bleibt jedoch das Problem bestehen, dass MIR-Verfahren nicht in einen automatisierten Inline-Prozess integriert werden können, sondern manuell durchgeführt werden müssen. Hierfür muss eine Maischeprobe entnommen und mittels Filtration oder Zentrifugation geklärt werden. Diese Probenvorbereitung benötigt unter optimalen betrieblichen Bedingungen zwei Minuten, die anschließende FT-MIR-Analytik eine weitere Minute. Die Annahme einer Traubenlieferung dauert in der Mehrzahl der Betriebe jedoch lediglich etwa eine Minute. Dieses enge Zeitfenster erlaubt während der Erntekampagne keine Durchführung von MIR-Analysen. Durch Einsatz eines Analyseverfahrens mittels Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) ist eine automatisierte In-line-Messung im Verarbeitungsprozess bei der Traubenkelterung dagegen grundsätzlich möglich. Hiermit sollten Inhaltsstoffe noch vor der Pressung direkt aus dem Maischestrom quantifiziert werden und Aufschluss über Reifegrad und Gesundheitszustand der Trauben geben. Ziel des Forschungsvorhabens war es, für Keltertrauben eine umfassende Qualitätsbewertung auf Basis eines inlinetauglichen, nahinfrarot-spektroskopischen Analyseverfahrens zu erarbeiten. Damit sollten die komplexen Veränderungen während der Traubenreife und des Traubenverderbs anhand relevanter Stoffwechselprodukte automatisiert bei der Traubenannahme aus der Maische erfasst werden.
Forschungsergebnis: NIR-Spektrometer wurden in den Verarbeitungsprozess von zwei Kellereien integriert. Zu den aufgenommenen Spektren wurden Referenzproben gezogen und analysiert. Dabei wurden Dichte, Glucose, Fructose, Gesamtsäure, Weinsäure, Äpfelsäure, pH-Wert, Ethanol, flüchtige Säuren, Gluconsäure und Glycerin quantifiziert. Die Referenzwerte wurden zur Erstellung eines Kalibrierungsmodells zur nahinfrarot-spektroskopischen Vorhersage dieser Parameter bei unbekannten Proben als Schnellverfahren zur Qualitätsbewertung von Traubenmaischen bei der Traubenannahme herangezogen. Zur Überprüfung des Modells wurden Validierungen durchgeführt. Es wurde überprüft, ob sich die Parameter universell für alle untersuchten Proben kalibrieren lassen oder ob eine Einschränkung des Anwendungsbereiches notwendig ist, um eine brauchbare Kalibrierung zu erhalten. Die Kalibrierungsmodelle verschiedener Parameter erwiesen sich als unterschiedlich zuverlässig. Die Majorsaccharide Glucose und Fructose und die davon maßgeblich beeinflusste relative Dichte ließen sich deutlich besser kalibrieren als die Hauptsäurekomponenten Äpfelsäure und Weinsäure und die damit assoziierte titrierbare Gesamtsäure und der pH-Wert. Versuche zur Einschränkung des Datensatzes bzw. des zur Kalibrierung herangezogenen Probenmaterials lieferten keine eindeutigen Ergebnisse. Bei der Betrachtung des Gesamtdatensatzes und der Aufteilung desselben in rote und weiße Rebsorten stieg der Vorhersagefehler der Kalibrierung für die weißen Sorten häufig an. Für die roten Sorten hingegen nahmen die Fehler zumeist ab. Bei weiteren Versuchen zur Einschränkung des Datensatzes (Ort, Jahrgang, Rebsorte) ergaben sich häufig geringere Vorhersagefehler als bei dem Universalmodell. Aufgrund der relativ ähnlichen Vorhersagefehler der Kalibrierung und Validierung erwiesen sich die Modelle als robust. Aus den gewonnenen Referenzdaten wurde außerdem ein Qualitätsraster entwickelt, mit dem die Qualität der Trauben einfach und schnell bestimmt werden kann. Die Qualität von Trauben setzt sich aus den beiden Dimensionen Reife und Gesundheitszustand zusammen. Als Reifeparameter wurde das Weinsäure/Äpfelsäure-Verhältnis herangezogen, als Gesundheitsparameter wurde ein Verderbsmarker neu eingeführt. Der Verderbsmarker stellt die Summenkonzentration von Essigsäure, Gluconsäure und Glycerin dar. Die Qualitätsdimensionen werden gegeneinander aufgetragen und durch jeweils zwei Schwellenwerte in 9 Qualitätsklassen unterteilt. Die Aussagekraft des Qualitätsrasters wurde überprüft, indem die Auswirkungen seiner Anwendung auf die Referenzproben genauer untersucht wurden. Es war möglich, tatsächlich beobachtete Qualitätsunterschiede zwischen Rebsorten, Jahrgängen und einzelnen Trauben mit dem Qualitätsraster zu erkennen. Die Bestimmung der Laccase-Aktivität als zusätzlichen Fäulnisindikator erwies sich als nur eingeschränkt tauglich. Es konnte jedoch eine Methode zur Quantifizierung des Ergosterin- Gehaltes in Traubenmaischeproben erfolgreich etabliert werden. Ergosterin wurde eindeutig in für die Traubenfäulnis relevanten Schimmelpilzreinstämmen, in mit diesen Erregern infizierten Trauben sowie in spontan infizierten Trauben nachgewiesen und stellt somit einen spezifischen und zuverlässigen Indikator für Traubenfäulnis durch Schimmelpilze dar. Erste Versuche zur Erstellung einer NIRS-Kalibrierung für diesen Parameter verliefen vielversprechend.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
Ausführende Einrichtung
Fachgebiet Technologie und Analytik pflanzlicher Lebensmittel (150d)