Pathways of oxidative degradation of wine

The production of color/flavor compounds in wine is the result of different interrelated mechanism reactions. Among these, the oxidation phenomenon and the Maillard reaction stands out with particular relevance due to their large impact on the sensory quality of wines and consequently on the product shelflife. The aim of this thesis is to achieve a global vision of wine degradation mechanisms. The identification of mediators’ reactions involved in oxidative browning and aromatic degradation will be attempted based on different detectors. Two approaches are implemented in this work: a “non-target” approach by which relevant analytical tools will be used to merge the information of cyclic voltammetry and Diode-Array (DAD) detectors, allowing a broader overview of the system and the note of interesting compounds, and a “target” approach by which the identification and quantification of the different compounds related to the wine degradation process will be performed using different detectors (HPLC-UV/Vis, LC-MS, GC-MS, and FID). Two different patterns of degradation will be used in this study: wines generated by O2 and temperature perturbations, and synthetic solutions with relevant wine constituents for mechanisms validation. Results clearly demonstrate a “convolution” of chemical mechanisms. The presence of oxygen combined with temperature had a synergistic effect on the formation of several key odorant compounds.The results of this work could be translated to the wine-making and wine-storage environment from the modelling of the analysed compounds.

As alterações aromáticas e/ou cromáticas dos vinhos resultam da combinação e interligação de diferentes mecanismos reacionais. Entre estes, o fenómeno de oxidação e a reação de Maillard destacam-se com especial relevância, devido ao elevado impacto na qualidade sensorial dos vinhos e consequentemente no tempo de “vida de prateleira” dos mesmos. O objetivo desta tese é conseguir uma visão global e interligada das principais vias reacionais relacionadas com a degradação do vinho. A identificação de reações, bem como de mediadores envolvidos nas alterações aromáticas e cromáticas dos vinhos, será avaliada com base em diferentes tipos de deteção. Este trabalho inclui dois tipos de abordagem: Em primeiro lugar é utilizada uma abordagem “não direcionada”, através de voltametria cíclica e deteção por fotodíodos, que permite uma visão ampla do sistema e a anotação de compostos alvo relacionados com a degradação do vinho. Em segundo lugar é utilizada uma abordagem "direcionada", pela qual a identificação e quantificação dos diferentes compostos são realizadas através de diferentes detetores (HPLC-UV/Vis, LC-MS, GC-MS, e FID). Dois padrões de degradação serão usados neste estudo: vinhos gerados por introdução de O2 e temperatura, e soluções sintéticas para a validação de alguns mecanismos reacionais. Os resultados demonstram claramente uma interligação de mecanismos de oxidação e escurecimento do vinho a nível molecular. A presença de oxigénio em combinação com a temperatura teve um efeito sinérgico sobre na formação de diversos compostos odorantes. Os resultados deste trabalho poderão ser traduzidos para o ambiente de produção e/ou armazenamento de vinho pela modelação dos compostos analisados. As condições de temperatura e oxigénio poderão ser calculadas e a taxa e a extensão de cada reação poderá ser utilizada na sua modelação.

Doutoramento em Química