FILIERA UVA. Analisi del processo di vinificazione attraverso sistemi innovativi (obiettivo 3.4).

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1 FILIERA UVA Consolidamento di tecniche innovative per la qualificazione delle uve al conferimento presso le cantine e per il controllo del processo di vinificazione Analisi del processo di vinificazione attraverso sistemi innovativi (obiettivo 3.4). Correlazione tra parametri misurati in modo non distruttivo in fase di accettazione delle uve e durante il processo di vinificazione e le caratteristiche qualitative e nutraceutiche del prodotto finito (obiettivo 3.5). PROGETTO VALORVI, Valorizzazione e ottimizzazione delle filiere viticola e frutticola valtellinesi attraverso sistemi innovativi in postraccolta e trasformazioni ad alta qualità

2 Il processo di vinificazione e in particolare la fase fermentativa è un processo complesso determinato da numerose variabili. Il controllo giornaliero del processo di fermentazione è indispensabile, in quanto la deviazione di alcuni parametri di processo potrebbe provocare la morte o l inibizione dei lieviti e compromettere la qualità del prodotto finito. Attualmente i principali controlli che vengono effettuati durante i processi di vinificazione sono la quantificazione degli zuccheri e del grado alcolico, completati dalla misura dell acidità e del ph. Le singole tecniche per il controllo di tali parametri richiedono tempi relativamente lunghi e costi elevati che ne limitano l applicazione. La spettroscopia nel vicino (NIR) e nel medio (MIR) infrarosso occupa una posizione rilevante affermandosi come valido metodo per il monitoraggio di processi fermentativi. Tra gli sviluppi recenti della spettroscopia nel medio e vicino infrarosso, vi è la possibilità di ottenere misure in fase di processo, grazie all utilizzo di fibre ottiche poste direttamente sul campione con funzione di sensore on-line e in-line. Studi recenti, hanno sottolineato la possibilità di applicare la spettroscopia NIR per il monitoraggio rapido, non distruttivo del mosto in fermentazione per la determinazione di etanolo, glucosio, glicerina, acidità e biomassa. SCOPO: MONITORAGGIO DEL PROCESSO DI VINIFICAZIONE MEDIANTE SPETTROSCOPIA NIR E MIR REGIONE LOMBARDIA

3 PIANO SPERIMENTALE Monitoraggio della fermentazione alcolica di quindici microvinificazioni, allestite in damigiane da 54 L, in condizioni controllate, presso la cantina della Fondazione Fojanini. Per ogni microvinificazione sono stati effettuati i campionamenti in cinque tempi differenti a partire dal momento della pigiatura dell uva fino al termine della fermentazione alcolica. METODI TRADIZIONALI Grado Brix; Glucosio, Fruttosio, Glicerolo, Etanolo (HPLC); Antociani, Flavonoidi, Polifenoli totali (tecniche spettrofotometriche). METODI SPETTROSCOPICI Spettroscopia FT-NIR Spettroscopia FT-IR Gli spettri NIR ( cm -1 ) sono stati raccolti in trasmissione per mezzo di una cuvetta di passo ottico di 1mm Gli spettri nel medio infrarosso sono stati acquisiti in riflettanza totale attenuata (ATR) con una risoluzione di 8 cm-1, in un intervallo spettrale da 4000 a 700 cm-1. REGIONE LOMBARDIA

4 RISULTATI Dai risultati ottenuti dalle analisi chimiche sono state costruite tipiche curve di fermentazione. Glucosio, Fruttosio, Glicerolo, Etanolo (g/l) Tempo (giorni) Glucosio Fruttosio Glicerolo Etanolo Si assiste ad una rapida e contemporanea diminuzione di glucosio e fruttosio ed alla corrispondente formazione di etanolo e glicerolo, quest ultimo in proporzione di circa 1:10 rispetto all etanolo. Dai risultati ottenuti dalle analisi chimiche sono state anche costruite curve di estrazione delle sostanze fenoliche Polifenoli tot, Antociani tot, Flavonoidi tot (mg/l) Tempo (giorni) Polifenoli totali Flavonoidi totali Antociani totali Si assiste ad un aumento delle sostanze polifenoliche nel corso della fermentazione, dovuto alla macerazione delle bucce nel mosto tipica della vinificazione in rosso. REGIONE LOMBARDIA

5 RISULTATI Modelli di regressione PLS tra gli spettri e i dati chimici dei campioni di vino al fine di predire l andamento della fermentazione alcolica SPETTROSCOPIA NIR Variabile Dipendente Pretrattamento dati N di fattori Calibrazione Cross-validazione r cal RMSEC r cv RMSECV Solidi solubili ( Brix) SNV Glucosio (g/l) MSC- d Fruttosio (g/l) SNV Glicerolo (g/l) MSC- d Etanolo (g/l) SNV-d Antociani totali (mg/l) SNV-d Flavonoidi totali (mg/l) SNV-d Polifenoli (mg/l) SNV Stima FT-NIR Antociani totali (mg/l) r cv = 0.93 RMSECV = 27.5 Stima FT- NIR etanolo (g/l) r cv = 0.99 RMSECV = 2.04 Dati di riferimento Antociani totali (mg/l) Dati di riferimento etanolo (g/l)

6 RISULTATI SPETTROSCOPIA MIR Variabile Dipendente Pretrattamento dati N di fattori Calibrazione Cross-validazione r cal RMSEC r cv RMSECV Solidi solubili ( Brix) SNV-d Glucosio (g/l) SNV-d Fruttosio (g/l) SNV-d Glicerolo (g/l) MSC- d Etanolo (g/l) MSC- d Antociani totali (mg/l) SNV-d Flavonoidi totali (mg/l) MSC-d Polifenoli (mg/l) SNV -d Polifenoli totali (mg/l) Etanolo (g/l) Stima Polifenoli totali (mg/l) r cv = 0.97 RMSECV = (mg/l) Stima FT.IR Etanolo (g/l) r cv = 0.99 RMSECV = 2.13 g/l Dati di riferimento Polifenoli totali (mg/l) Dati di riferimento Etanolo (g/l) REGIONE LOMBARDIA

7 RISULTATI Al fine di studiare i cambiamenti macromolecolari che avvengono durante la trasformazione alcolica, gli spettri NIR e MIR sono stati elaborati mediante l Analisi delle Componenti Principali (PCA). Anche la tecnica di classificazione Analisi Discriminante Lineare (LDA) ha mostrato una buona capacità del NIR e del MIR di identificare campioni appartenenti alle diverse fasi della fermentazione alcolica Variabile canonica 2 LEGENDA: T 0 = 0 giorni T 1 = 2 giorni T 2 = 5/7 giorni T 3 = 30 /40 giorni (fine fermentazione) Variabile canonica 2 LEGENDA: T 0 = 0 giorni T 1 = 2 giorni T 2 = 5/7 giorni T 3 = 33/40 giorni (fine fermentazione) Variabile canonica 1 Grafico delle funzioni canoniche discriminanti per spettri FT-NIR Percentuali di corretta classificazione: 92.86% inizio fermentazione 85.71% fermentazione a 2 giorni 78.57% fermentazione a 5/7 giorni 100% fine fermentazione Variabile canonica 1 Grafico delle funzioni canoniche discriminanti per spettri FT-IR Percentuali di corretta classificazione: 100% per tutte le classi

8 CONCLUSIONE I risultati ottenuti dimostrano una ottima capacità della spettroscopia FT-NIR e FT-IR nel quantificare la variazione dei parametri chimici, quali solidi solubili, glucosio, fruttosio, glicerolo ed etanolo. Risultano molto buoni anche i modelli creati per i parametri fenolici (antociani, flavonoidi, polifenoli). I risultati ottenuti, permettono anche di individuare correttamente il tempo di fermentazione confermando le ottime capacità della spettroscopia nel vicino e nel medio infrarosso nel monitorare il processo di vinificazione. Tale metodiche appaiono quindi adatte al controllo on-line del processo di fermentazione alcolica. Valide alternative alle tecniche tradizionali a supporto delle decisioni dell enologo

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