Relação do aroma e da espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos

Abstract

Os espumantes produzidos segundo o método Champanhês são obtidos após uma segunda fermentação em garrafa. Quando o vinho é vertido no copo, o CO2 produzido é libertado, sendo a espuma formada o resultado da sua interacção com os constituintes do vinho. A quantidade e a estabilidade da espuma do vinho espumante estão relacionadas com a sua composição química. Para além da espuma, o aroma é também um parâmetro importante de qualidade na apreciação geral de um vinho espumante. O aroma de um vinho espumante provém do contributo das uvas assim como do processo fermentativo. Dependendo do estado de maturação da uva, o contributo dos compostos voláteis para o aroma é diferente. Em virtude da vindima para os vinhos espumantes ser realizada antes da vindima para os vinhos maduros, dependendo da variedade, as uvas poderão não ser colhidas na expressão máxima do seu aroma, podendo verificar-se uma perda significativa do seu potencial varietal volátil. O objectivo desta dissertação é relacionar o aroma e a espuma dos vinhos espumantes com o potencial enológico das uvas e dos vinhos. Para isso, foi estudada a composição volátil das duas castas principais da Bairrada, a casta branca Fernão-Pires (FP) e a casta tinta Baga (BG), sendo estas duas das castas usadas para a produção de espumante. Para estudar a composição volátil das uvas durante a maturação, com vista a avaliar este efeito na expressão máxima de compostos voláteis, foi optimizada para este propósito a metodologia de microextracção em fase sólida em espaço de cabeça (HS-SPME). As uvas foram colhidas semanalmente, em duas vinhas, do pintor à pós-maturidade sendo posteriormente analisadas pela metodologia de HS-SPME seguida de cromatografia de gás acoplada à espectrometria de massa com quadrupolo (GC–qMS). No caso das uvas BG, observou-se um aumento acentuado na expressão máxima de compostos voláteis próximo da maturidade da uva determinada pelo teor em açúcar e acidez titulável, mantendo-se constante durante a pós-maturidade. Na determinação do perfil volátil das uvas ao longo da maturação foram identificados 66 compostos varietais nas uvas provenientes de uma vinha (Pedralvites) e 45 da outra vinha (Colégio). Em ambas as vinhas foram identificados 23 sesquiterpenóides, 13 monoterpenóides, 6 norisoprenóides, 2 álcoois aromáticos e 1 diterpenóide. Os sesquiterpenóides, devido à sua abundância em número e em área cromatográfica, podem ser considerados marcadores da casta BG. As uvas FP apresentaram um comportamento diferente do das uvas BG, sendo a expressão máxima de compostos voláteis expressa durante um curto período de tempo (1 semana), que coincide com a maturidade da uva. Depois de atingido este pico, observa-se uma diminuição drástica logo na semana seguinte. Este comportamento foi observado em ambas as vinhas, onde foram identificados 20 compostos voláteis varietais e 5 pré-fermentativos (álcoois e aldeídos em C6). Estes resultados mostram que quando estas castas são colhidas precocemente (1 semana antes da maturidade) para a produção de espumante, é observada uma redução significativa do potencial volátil que é expresso na maturidade. Para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes foi optimizada uma metodologia de microextracção que permite usar uma maior quantidade de fase estacionária, a extracção sorptiva em barra de agitação (SBSE). O método foi optimizado usando 10 padrões de compostos voláteis representativos das principais famílias químicas presentes no vinho, nomeadamente, ésteres, monoterpenóides, sesquiterpenóides, norisoprenóides em C13 e álcoois. O método proposto apresenta uma boa linearidade (r2 > 0,982) e a reprodutibilidade varia entre 8,9 e 17,8%. Os limites de detecção para a maioria dos compostos é bastante baixo, entre 0,05 e 9,09 μg L-1. O método foi aplicado para a análise da composição volátil dos vinhos espumantes. Dentro dos vinhos espumantes analisados, foi estudada a influência da casta, do tipo de solo e do estado de maturação das uvas na sua composição volátil. A casta FP pode dar origem a vinhos com maior potencial de aroma do que a casta BG. Relativamente à avaliação dos diferentes estados de maturação, verificou-se que as uvas da maturidade e as da colheita tardia (uma semana depois da maturidade) deram origem aos vinhos com maior quantidade de compostos voláteis. Para os três tipos de solo estudados (arenoso, argiloso e argilo-calcário), o vinho obtido a partir de uvas colhidas no solo argilo-calcário foi o que mostrou a maior concentração de compostos voláteis varietais. A espuma destes vinhos espumantes foi também avaliada quanto à sua quantidade máxima (HM) e tempo de estabilidade (TS). O vinho espumante que apresentou um maior TS foi o vinho produzido a partir da casta FP proveniente de uma colheita tardia e solo argiloso. Os vinhos provenientes dos solos arenosos e argilo-calcários são os que apresentaram valores mais baixos de TS. Com vista a avaliar quais os conjuntos de moléculas do vinho que estão relacionados com as propriedades da espuma e possíveis sinergismos entre eles, para cada vinho espumante foi separada a fracção hidrofóbica de baixo peso molecular (MeLMW), a fracção de elevado peso molecular (HMW) e duas fracções de peso molecular intermédio (AqIMW e MeIMW). As propriedades da espuma dos vinhos modelo, reconstituídos com estas fracções e suas misturas, foram avaliadas. A combinação da fracção HMW com a MeLMW aumentou o TS 2,7 vezes quando comparado com o observado para a fracção HMW isoladamente, produzindo um efeito sinergético. Este aumento do TS ainda foi maior quando se combinou a fracção HMW com as subfracções obtidas a partir da fracção MeLMW, principalmente para as fracções menos apolares. A subfracção hidrofóbica menos apolar foi caracterizada por espectrometria de massa de ionização por electrospray (ESI-MS/MS) tendo sido identificada uma série de oligómeros de polietileno glicol e um potencial composto tensioactivo, o 8-hidroxi-tridecanoato de dietilenoglicolglicerilacetato. A fracção MeLMW foi também isolada da espuma do vinho espumante e caracterizada por ESI-MS/MS, permitindo identificar vários compostos potenciais tensioactivos, nomeadamente, dois monoacilgliceróis e quatro derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol. Estes resultados confirmam que estes compostos relacionados com a estabilidade da espuma existem em maior número na espuma do que no vinho. O vinho foi ainda fraccionado em 12 grupos de moléculas: 3 fracções de manoproteínas, 3 de arabinogalactanas, 3 de misturas de polissacarídeos, proteínas e compostos fenólicos e 3 fracções de peso molecular intermédio e baixo, compostas por uma mistura de hidratos de carbono, peptídeos e compostos fenólicos. Foram usados vinhos modelo reconstituídos com cada uma das fracções isoladas na concentração em que estas se encontraram no vinho. Foram também efectuados ensaios com soluções modelo dez vezes mais concentradas e com misturas de algumas das fracções. Todas as soluções formadas foram avaliadas quanto às propriedades da espuma. O aumento da concentração para dez vezes faz com que a solução contendo a fracção rica em manoproteínas (MP1) aumente para mais do dobro a HM e 7,4 vezes mais o TS. A combinação entre a fracção MP1 e a MeLMW produziu um aumento significativo nos parâmetros de HM e TS. A combinação da fracção HMW (manoproteínas com baixo teor em proteína) com a MeLMW (tensioactivos derivados de ácidos gordos com gliceriletilenoglicol) contém os compostos chave de um vinho espumante para se obter uma maior quantidade e estabilidade da espuma.

Sparkling wines produced according to the Champenoise methodology are obtained by a second fermentation inside the bottle. When poured from the bottle into a glass, the CO2 produced is released, and consistent foam is formed as a result of its interaction with wine constituents. Foamability and foam stability are related to the chemical composition of sparkling wines. Additionally to foam, the aroma are an important quality parameter of a sparkling wine. The sparkling wine aroma is determined by the grapes contribution as well as from the fermentative process. Depending on the grape maturity state the contribution of volatile compounds to the wine aroma can change. Grapes for the sparkling wine production are usually harvested earlier than those for table wine purposes, depending on variety. A non coincident harvest with the maximum grape aroma expression may lead to a significant loss of the varietal volatile potential. The aim of this thesis was to relate the aroma and foaming of sparkling wines to the oenological potential of grapes and wines. The two main varieties of Bairrada Appellation, the Fernão-Pires (FP) white grapes and the Baga (BG) red grapes were used for the production of sparkling wine. The evaluation of grapes volatile composition was made in order to study the effect of ripening on the maximum volatile compounds expression. For this purpose, the methodology of head space solid phase micro extraction (HSSPME) was optimized. The volatile composition of grape from two vineyards was weekly harvested from véraison to post-maturity and then analysed by HSSPME methodology followed by gas chromatography coupled to quadrupole mass spectrometry (GC-qMS). For BG, the maximum volatile expression was observed at the grape maturity established according to sugar and titratable acidity contents, and remained constant until post-maturity. In the volatile profile were identified 66 varietal compounds from grapes grown in one vineyard (Pedralvites) and 45 in the other vineyard (Colégio). In both vineyards were identified 23 sesquiterpenoids, 13 monoterpenoids, 6 norisoprenoids, 2 aromatic alcohols, and 1 diterpenoid. From these, due to the abundance in number and chromatographic area of sesquiterpenoids, they can be considered varietal markers of Baga variety. The FP showed a different behaviour of BG, as the maximum volatile expression occurs only in a very short period (one week) that is coincident with grape maturity. After that, it sharply decreases in the following week. This behaviour was observed in both vineyards, where 20 variety- and 5 pre-fermentative (C6 alcohols and aldehydes) volatile compounds were identified. These results showed that if these two varieties are harvested earlier (one week before maturity), as for sparkling wine production, their potential aroma compounds decrease significantly compared to the amount that can be found at maturity. For the sparkling wines volatile characterisation a methodology based on microextraction using a higher amount of stationary phase, the stir bar sorptive extraction (SBSE) was developed.The optimisation was carried out by using 10 standards representative of the main chemical families of wine, namely esters, monoterpenoids, sesquiterpenoids, C13 norisoprenoids and alcohols. The methodology proposed had a good linearity (r2 >0.982) and reproducibility, between 8.9 and 17.8%. Low detection limits were achieved for the majority of compounds, between 0.05 and 9.09 μg L-1. The methodology was applied for the analysis of the sparkling wine volatile composition, studying the influence of grape variety, soil type, and ripening stage. FP variety can provide sparkling wines with higher aroma potential than BG variety. In what concerns the ripening stage, the grapes from maturity and late maturity states (1 week after maturity) provided wines with the highest content of volatile compounds, including the varietal ones. For the three types of soils (sandy, clayey, and clay-calcareous), the wines produced from the clay-calcareous soil presented the highest content of varietal volatile compounds. Concerning the foaming properties, the sparkling wine produced with grapes FP from late maturity state and clayey soil presents the highest foam stability (TS). The sparkling wines from sandy and claycalcareous soils presented the lowest TS values. In order to evaluate the wine molecular fractions that were related to foam properties and possible synergistic effects between them, each sparkling wine was fractioned into four fractions: one fraction of hydrophobic low molecular weight (MeLMW) material, one fraction of high molecular weight (HMW) material, and two fractions of intermediate molecular weight material (AqIMW and MeIMW). The foam properties of reconstituted wine model solutions with these fractions and its mixtures were evaluated. The combination between HMW and MeLMW showed an increase in TS of 2.7 fold when compared with the values observed for the HMW fraction alone, allowing to state a synergistic effect between them. The TS increase was even larger when HMW was combined with the less hydrophobic subfractions obtained from MeLMW. The less hydrophobic subfraction was characterized by electrospray tandem mass spectrometry (ESI-MS/MS) allowing to assign the presence of a series of polyethylene glycol oligomers and diethyleneglycol 8-hydroxy-tridecanoate glycerylacetate, a potential tensioactive compound. In order to confirm the occurrence of these compounds as components of sparkling wine foam, a MeLMW fraction was obtained from the foam and was structurally analysed by ESI-MS/MS. Several possible tensioactive compounds, namely, two monoacylglicerols as well as four glycerylethyleneglycol fatty acid derivatives were identified as foam components. One of these compounds has also been identified as foam promoter and stabilizer of wine model solutions. The wine was also fractionated in 12 groups of molecules: 3 fractions were composed by mannoproteins, 3 fractions were arabinogalactans, 3 fractions were a mixture of polysaccharides, proteins, and phenolic compounds and 3 fractions were intermediate and low molecular weight compounds composed by a mixture of carbohydrates, peptides, and phenolic compounds. The foam properties of reconstituted wine model solutions with these fractions at the concentration that was found in wine were evaluated. It was also performed wine model solutions at ten folds the wine concentration of 11 fractions and mixtures with selected fractions. The solution containing the fraction rich in mannoproteins (MP1) at ten folds its wine concentration showed an increase of more than two folds the maximum foamability (HM) and 7.4 fold in TS. The combination of MP1 fraction with MeLMW increases significantly the foam parameters HM and TS. In conclusion, the combination of fraction HMW (mannoproteins with low protein content) with MeLMW (tensioactives of glycerylethyleneglycol fatty acid derivatives) contains the key compounds to promote sparkling wines foam volume and foam stability.