Sustainable viticulture in Bairrada appellation: vineyard and harvest year effects on grapes oenological potential

Abstract

The sustainable viticulture of a region passes, among other aspects, for maximizing the varieties potential minimizing subsequent interventions during winemaking, which should contribute to the production of quality wines maintaining their typicity and rationalizing costs. The detailed knowledge of each Appellation specificities, namely vineyard parcel (soil type and topographical peculiarities) and harvest climatic conditions is crucial for sustainability in this sector. Thus, in line with this current trend, the starting point for the development of this PhD thesis was to evaluate the oenological potential of different varieties cultivated throughout Bairrada Appellation (Portugal). During maturation several changes in grape varieties occur, namely berries become sweeter, less acidic, and they develop flavour, aroma and colour properties. The development of these characteristics is essential to define grapes oenological potential, i.e. to estimate the possibility of their usage to produce specific wines. A three years sampling plan was designed to evaluate the effect of harvest year and parcel characteristics on V. vinifera cv. Arinto, Bical, Sauvignon Blanc, Baga, Castelão, Touriga Nacional, and Sousão grapes composition. For each variety, 3 parcels with different characteristics were selected. Several physicochemical parameters were evaluated, during maturation: berry weight, pH, titratable acidity, sugar and phenolic contents, antiradical activity, and volatile composition (free fraction). Special attention was devoted to grapes at technologic maturity, since, besides these parameters, glycosidically-linked fraction was also considered. By using the results obtained at technologic maturity, a comprehensive approach was applied to identify the significance of harvest and parcel characteristics effects on each variety composition. Considering all the parameters under study, it may be highlighted some significant differences. According to the obtained results determined during maturation, it was possible to conclude that Arinto, Bical and Sauvignon Blanc grapes from parcels with clay-sandy and clay-calcareous soils have higher phenolic content and antiradical activity. Otherwise, Sauvignon Blanc presented similar volatile composition for grapes cultivated in the 3 parcels, while Arinto and Bical exhibited higher volatile content in grapes from claysandy and clay-calcareous soils. For Baga, Castelão and Touriga Nacional red varieties, grapes with higher phenolic content, antiradical activity, and volatile content were obtained from clayey and clay-calcareous soils. Furthermore, for Touriga Nacional, parcels altitude seems also to modulate grapes composition. Beyond parcel effect, harvest year conditions also influence grapes composition: 2011 harvest was related with lower phenolic and volatile contents, as well as lower antiradical activity.For grapes collected at technologic maturity, analysis of variance-simultaneous component analysis (ASCA) was applied combining all the parameters under study, in order to assess the influence of harvest and parcel characteristics on each variety oenological potential. The results obtained using this comprehensive approach is closely related with those observed during maturation and revealed that harvest was the main factor that influenced grapes composition (53% to 68% of the total data set variance) followed by parcel characteristics, explaining ca. 15-19% of the total data set variance. The oenological potential of each variety may be different from one parcel to another, i.e., clay-sandy and clay-calcareous related-environments seem to favour Arinto and Bical white grapes composition, but for the red varieties, grapes composition was favoured by clayey and clay-calcareous soils. Besides, also higher altitude seems to favour Touriga Nacional grapes composition. Sauvignon Blanc seems to be a variety well adapted to the different parcel characteristics. In order to go forward in the valuation of these varieties, the aroma properties of 6 monovarietal wines were studied based on an aroma network-approach, linking molecular data related to volatile composition and aroma data about the key odor active molecules. This approach allowed to identify different wine aroma properties and to infer about the consumer’s sensory perception. It was found that aroma properties differ from one wine variety to another: while Arinto and Sauvignon Blanc wine exhibited higher tree fruity, sweety and flowery aromas, related essentially with ester compounds and C13 norisoprenoids, the opposite was obtained for Bical wine, corroborating the aroma sensory perceptions of the trained panel. Sauvignon Blanc also exhibited higher toasted aromas (related with thiols, mainly with 2-methyl-3-furanthiol). Touriga Nacional red wine exhibited higher tree, tropical, and berry fruits notes (sensory described as sweet fruits), toasted and flowery aromas, while these are similar for the other red wines under study. Besides Portuguese Bairrada wines, this aroma network approach is a tool that can be used to explain the aroma properties of wines worldwide. The grape and wine data generated under the present PhD thesis, in the context of Bairrada Appellation, shows the unique character of each variety, and may be used by growers and wine producers as a support for decisionmaking based on objective criteria, increasing the sustainability in this sector. For instance, it is possible to take advantage of the natural resources and produce products with different characteristics obtained from the same variety, minimizing costs during the winemaking process.

A viticultura sustentável de uma região passa, entre outros aspetos, pela maximização das potencialidades das castas, minimizando posteriores intervenções ao nível da vinificação, contribuindo para a produção de vinhos de qualidade mantendo a sua tipicidade e racionalizando custos. O conhecimento detalhado das especificidades de cada região, nomeadamente as características da parcela de vinha (tipos de solo e dados topográficos) e as condições climatéricas do ano, é fundamental para a sustentabilidade neste setor. Assim, em linha com esta tendência atual, o ponto de partida para o desenvolvimento da presente tese de doutoramento consistiu em avaliar o potencial enológico de diferentes castas cultivadas na Região Demarcada da Bairrada em Portugal. Ao longo da maturação as uvas das diferentes variedades sofrem várias alterações, tais como, os bagos tornam-se mais doces e menos ácidos, e desenvolvem as suas propriedades de sabor, aroma e cor. O desenvolvimento dessas características é essencial para definir o potencial enológico das uvas, ou seja, para estimar a possibilidade da sua utilização para a produção de vinhos com características específicas. Foi desenhado um plano de amostragem de três anos para avaliar o efeito do ano de colheita e das características da parcela na composição das uvas V. vinifera cv. Arinto, Bical, Sauvignon Blanc, Baga, Castelão, Touriga Nacional e Sousão. Para cada casta foram selecionadas 3 parcelas com diferentes características. Foram avaliados diversos parâmetros físico-químicos, ao longo da maturação: peso do bago, pH, acidez titulável, conteúdo de açúcar e compostos fenólicos totais, atividade anti-radicalar e composição volátil (fração livre). Para as uvas maduras foi também feita a análise da fração glicosidicamente ligada. A análise abrangente aplicada aos resultados obtidos para as uvas maduras, permitiu avaliar a significância dos efeitos do ano de colheita e das características da parcela na composição de cada casta. Considerando todos os parâmetros em estudo, foi possível destacar algumas diferenças significativas. De acordo com os resultados obtidos ao longo da maturação, foi possível concluir que as uvas Arinto, Bical e Sauvignon Blanc provenientes das parcelas com solos argilo-arenosos e argilo-calcários tinham maior teor em compostos fenólicos e maior atividade anti-radicalar. Por outro lado, a casta Sauvignon Blanc apresentou uma composição volátil semelhante para as uvas provenientes das 3 parcelas, enquanto que as uvas Arinto e Bical provenientes dos solos argilo-arenosos e argilo-calcários apresentaram maior teor em compostos voláteis. Para as castas tintas Baga, Castelão e Touriga Nacional, uvas com teores mais elevados de compostos fenólicos totais, de atividade anti-radicalar e de compostos voláteis foram obtidos a partir das parcelas com solos argilosos e argilo-calcários. Para a Touriga Nacional, a altitude das parcelas também parece modular a composição das uvas. Para além do efeito da parcela, as condições do ano de colheita também influenciaram a composição das uvas: a colheita de 2011 está relacionada com menor teor em compostos fenólicos totais e menor composição volátil, bem como menor atividade anti-radicalar. Para as uvas maduras, a análise de variância-análise simultânea de componentes (ASCA) foi aplicada combinando todos os parâmetros em estudo, a fim de avaliar a influência das características da parcela e do ano de colheita no potencial enológico de cada casta. Os resultados obtidos com esta abordagem global estão estritamente relacionados com os resultados observados ao longo da maturação e revelaram que o ano de colheita é o principal fator que influencia a composição uvas (53% a 68% da variabilidade total dos dados), seguido das características da parcela que explicaram 15% a 19% da variabilidade total dos dados. O potencial enológico de cada casta é diferente de uma parcela para outra, ou seja, um ambiente relacionado com solos argilo-arenoso e argilo-calcários parece favorecer a composição das castas brancas Arinto e Bical, no entanto para as castas tintas a composição das uvas parece ser favorecidas pelos solos argilosos e argilo-calcários. Para além disto, altitudes mais elevadas parecem também favorecer a composição das uvas Touriga Nacional. O Sauvignon Blanc parece ser uma casta bem adaptada às diferentes características das parcelas. Com o intuito de ir mais além na valorização destas castas, as propriedades de aroma de 6 vinhos monovarietais foram estudadas usando uma rede de aroma, que combina dados moleculares relacionados com a composição volátil e as moléculas ativas chave do aroma. Esta abordagem permitiu identificar diferentes propriedades no aroma dos vinhos e inferir sobre a perceção sensorial do consumidor. Verificou-se que as propriedades de aroma diferem entre castas: enquanto os vinhos Arinto e Sauvignon Blanc exibiram mais aromas a frutos de árvore, doces e florais, relacionados essencialmente com ésteres e norisoprenóides em C13, o oposto foi obtido para o vinho Bical. Estas perceções sensoriais de aroma foram corroboradas pelo painel treinado. Os vinhos da casta Sauvignon Blanc também exibiram mais aromas tostados, relacionados com tióis, principalmente com o 2-metil-3-furantiol. O vinho tinto da casta Touriga Nacional exibiu mais aromas a frutos de árvore, tropicais e a bagas (descrito sensorialmente como fruta doce), e mais aromas tostados e florais, enquanto estes são semelhantes para os outros vinhos tintos em estudo. Para além dos vinhos Portugueses da Bairrada, esta abordagem de rede de aroma é uma ferramenta que pode ser usada para explicar as propriedades de aroma dos vinhos em todo o mundo. No âmbito da presente tese de doutoramento, os dados obtidos para as uvas e vinhos das castas em estudo, provenientes da Região Demarcada da Bairrada, mostram o caráter único de cada casta e podem ser utilizados pelos produtores de uvas e vinhos como um suporte para a tomada de decisões com base em critérios objetivos, aumentando a sustentabilidade neste sector. Por exemplo, é possível tirar proveito dos recursos naturais e produzir vinhos com características diferentes, obtidos a partir da mesma casta, minimizando os custos durante o processo de vinificação.