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Post on 19-Oct-2020
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„Klassische“ nasschemische Methoden• Relative Dichte, Mostgewicht (°Oechsle)• Extrakt (Trockensubstanz)• Reduzierende Zucker• Alkohol• Titrierbare Gesamtsäure• Flüchtige Säure• Organische Säuren• Schweflige Säure (SO2)• Asche (Mineralstoffe)Moderne Weinanalytik• Schnellmethoden• Chromatographie• Spektroskopie• Stabilisotopenanalytik
WeinanalytikWalter Weiss
Lehrstuhl für Allgemeine Lebensmitteltechnologie
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• Prinzip: Teststäbchen („Dip-Stick“), basierend auf enzymatischer oder chemischerMessmethodik (Farbreaktion). Anschliessende Messung des an dem Teststäbchen reflektierten Lichtes mit Hilfe eines Remissionsphotometers
• Bestimmung der Konzentration bestimmter Weininhaltsstoffe anhand der Inten-sitätsunterschiede zwischen emittiertem und reflektiertem Licht
• Vorteile: Schnell (15 sek - 5 min); niedrige Analysen- und Anschaffungskosten;ideal für vor-Ort-Analysen, insbesondere für Kellereitechniker und Oenologen zurschnellen Ermittlung wichtiger Parameter
• Testkits (gebrauchsfertige Reagenzien) z.B. für pH-Wert, Gesamtsäure, Wein-,Äpfel-, Milch- und Ascorbinsäure, schweflige Säure, Gesamtzucker, Glucose u.a.
• Messgenauigkeit: +/- 10 Prozent
• Einsatzbereich: Rohstoffuntersuchung, Prozesskontrolle, Produktkontrolle, Einhaltung von Grenzwerten,Reinigung und Desinfektion etc.
• Zu beachten: - Messtemperatur ca. 20°C - Entgasen bei Gesamtsäurebestimmung - exakte Verdünnungen!- Rotweine ggf. entfärben
Schnellmethoden: Reflectoquant-System
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Schnellmethoden: Reflectoquant-System
Reflektometrische Schnellbestimmung von L-Ascorbinsäure
Reflektometer mit Teststäbchen
- Ähnlich der Photometrie, jedoch wird kein Licht durch die Probe geleitet, sondern die reflektierte Strahlung gemessen
- Teststäbchen mit Reaktionszonen
- Spezialpapier mit Chemikalien, Nachweisreagenzien, Enzymen, Pufferstubstanzen, etc.
- Reduzierung von Molybdatophosphorsäure (gelb) durch anwesende Ascorbinsäure
Entstehung von Phosphormolybdänblau (blau)
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Vollautomatisierte enzymatische Messgeräte
Wein- und Mostanalysen auf Basis von ∆-pH-Messungen
Prinzip: Die Umsetzung von Enzymen und Substraten ist mit pH-Änderungen ver-bunden, wobei die Produktion oder Verbrauch von H+ für die Konzentration des zu bestimmenden Analyten in der Probe typisch ist ->Messung der pH-Werte mittels Kapillarglaselektroden vor und nach der enzymatischen Umsetzung. Aus der pH-Wert-Differenz wird die Substratkonzentration ermittelt.• Keine Probenvorbereitung, d.h. direkte Analyse von naturtrüben oder stark ge-
färbten flüssigen Proben wie z.B. Moste oder Frucht- und Gemüsesäfte; Schweb-stoffe bis 0,3 mm Durchmesser stören dabei die Messung nicht
• Sehr schnell: Messdauer 70 - 300 Sekunden, je nach Parameter
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Gaschromatographie in der Weinanalytik
• Bestimmung von AlkoholenEthylester (25%) Alkohole (30%)
Lactone (4%)
Schwefelverb. (10%)
Terpene(10%) Säuren (12%)
Phenole(10%)
Ethylester (25%) Alkohole (30%)
Lactone (4%)
Schwefelverb. (10%)
Terpene(10%) Säuren (12%)
Phenole(10%)
• Aromastoffanalytik
Polydimethylsiloxan
Diphenyl-Dimethylpolysiloxan
PolyethylenglykolQuerschnitt Kapillare
- Ethanol, Methanol- Fuselöle (Isobutyl- / Isoamylalkohol)
- Identifizierung / Quantifizierung- Olfaktometrie
Geruchsstoffe in Scheurebe
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Isolierung und Anreicherung von Aromastoffen
• Simultane Destillation-Extraktion (SDE)
- Extraktionsmittel: n-Pentan / Diethylether- Dauer: 2h
• Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE)
- Kutscher-Steudel-Extraktor- Extraktionsmittel: n-Pentan / Diethylether- Dauer: 24h
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Isolierung und Anreicherung von Aromastoffen
• Vakuum Headspace-Techniken (VHS)
- Wasserbad (moderate Temperatur)- Vakuum 1-10mbar- Kühlfallen (Wasser-Eis, N2 flüssig)- Vereinigung der Destillate- Dauer: 3h
• Festphasen(mikro)-Extraktion (SPE)
• Hochdruckextraktion mit überkritischem CO2
• Solvent Assisted Flavour Evaporation (SAFE)
Untersuchungsmaterial
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Beispiele GC-basierter Weinanalytik
GC Aromaprofile von Weintrauben
Riesling
Morio-Muskat
GC-Olfaktometrie (GC-O)
Riesling
Chemometrische Analysen
Silvaner
Müller-Thurgau
„Aromagramm“
süß-muffig
blumig
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Hochleistungs-Flüssigchromatographie (HPLC)
• Brechungsindexdetektor (RI, Refractive Index)
• Leitfähigkeitsdetektor• UV-Detektor• Massenspektrometer• Photodiodenzeile (Diode
Array Detector, DAD)
• Isokratische Elution- konstante Polaritat- einfacher Aufbau- hohe Reproduzierbarkeit
• Gradientenelution- hohe Auflösung- hohe Empfindlichkeit
Mobile Phase Detektortypen für HPLC
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Beispiele HPLC-basierter Weinanalytik
Weinsäure
Äpfelsäure
Fructose Bernsteinsäure
Glucose
Milchsäure
GlycerolEthanol
Chardonnay- Direktinjektion des Weins
in HPLC-Anlage
- RI-Detektor
- Analytik von organischen Säuren und Zuckern
DAD 360nm
DAD 320nm
Tempranillo
- Analytik von Flavonoiden (z.B. Anthocyanen), Phenolsäuren
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Fourier-Transformations Infrarot (FTIR) - Spektroskopie
Prinzip der FTIR-Messung• IR-Spektrometer messen die Durchlässigkeit
einer Probe für Infrarot (IR)-Strahlung
• Ältere IR-Geräte: Polychromatisches Licht einerIR-Lampe wird mittels Prisma oder Gitter zunächst in einzelne Wellenlängen zerlegt (Monochromator); diese passieren zeitlich nacheinander die Probe
• FTIR-Technik: Polychromatische IR-Strahlungwird auf zwei ungleich langen Wegen durch dieProbe zum Detektor geführt; hierbei entsteht einInterferogramm (Wellenmuster), welches die ge-samte Information des IR-Spektrums enthält
• Dieses wird anschliessend über das mathemati-sche Verfahren der Fourier-Transformation ausdem Interferogramm berechnet
• Die Auswertung von NIR-Spektren erfordert we-gen der starken Überlagerung komplexe Rechen-algorithmen auf der Grundlage statistischer Ver-fahren. Für die Auswertung muss deshalb eine relativ große Zahl von Referenzstandards zur Verfügung stehen
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Beispiele FTIR-Spektroskopie-basierter Weinanalytik
Interpretation des IR-Spektrums• IR-Strahlung versetzt chemische Bindungen in defi-
nierte Schwingungen. Lage und Intensität der Ab-sorptionsbanden liefern wichtige Informationen
• Ist die Probe ein Substanzgemisch (z.B. Most oder Wein), so enthält das resultierende IR-Spektrum diequalitative und quantitative Überlagerung aller vor-handenen Einzelkomponente
• Informationen über das Vorhandensein einzelnerStoffe bzw. deren Konzentration lassen sich daher nur indirekt, d.h. mittels entsprechender Kalibrationund statistischer Methoden gewinnen
Ablauf einer FTIR-Messung bei Wein oder Most• Probe durch Zentrifugation oder Filtration klären• Probe (ca. 30 ml) in die Messzelle geben und IR-
Spektrum aufnehmen (Zeitdauer ca. 2 min)
Grenzen der Methode• Substanzen < 0.1 g/L können nicht mehr bestimmt werden kein Ersatz für HPLC• Produktspezifische Kalibration nötig, d.h. jedes Produkt (Traubenmost, Wein etc.)
benötigt eine eigene Kalibrierung / Referenzstandards
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Beispiele FTIR-Spektroskopie-basierter Weinanalytik
Vorteile• Umfassende Qualitätsanalyse von Most- und Weininhaltsstoffen; z.B. zur
Überwachung während der Gärung oder beim biologischen SäureabbauInformationen über die Beschaffenheit bzw. Veränderungen des Produkts
• Simultane Analyse von mehr als einem Dutzend unterschiedlicher Inhalts-stoffe/Parameter (z.B. Alkohol, Dichte, Extrakt, Glycerol, Gesamtphenol,Zucker, Gesamtsäure, Wein-, Äpfel- und Citronensäure, Gesamt-SO2)
• Erstellung eines „Fingerabdrucks“ zur Identitätskontrolle• Umweltschonend (kein Anfall toxischer Chemikalien)• Niedrige Verbrauchs- und Unterhaltskosten • Praxistauglichkeit • Kurze Analysenzeit (2-3 min)• Hoher Probendurchsatz • Minimale Probenvorbereitung• Einfache Bedienung
Nachteile• Relativ hohe Investitionskosten• Bestimmungsgrenze: ca. 0.1 g/L • Keine Mineralstoffe messbar• Indirekte Methode, produktabhängige Kalibrierung erforderlich
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Fälle von unzulässigen Verfahren / Angaben
Jahre Herkunft Festgestellte Manipulationen
1996-1997 Rumänien Süßung von Weinen mit Rübenzucker 1995 Griechenland Süßung von Likörweinen mit Rübenzucker 1998 Portugal Wässerung und Anreicherung 1999 Bayern Unzulässige Anreicherung eines Kabinettweins 2002/03 Kosovo Süßung mit Fremdzucker 2000-2002 Bulgarien Wasserzusatz, Unzulässig hohe Anreicherungen,
Süßungen mit intelligenten Zuckermischungen Glycerinzusatz
2000-2005 Italien Wasserzusatz, unzulässige Anreicherung mit Rübenzucker, falsche Herkunfts-/ Jahrgangsangaben
2003 Österreich Wasserzusatz bzw. falsche Jahrgangsangabe bei Grünem Veltliner
2005/2006 Moldawien, Wasserzusatz, Süßung mit Rübenzucker, Georgien unzulässige Anreicherung mit Rübenzucker
Quelle: Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit
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Authentizität von Wein
Authentizität von Wein bestimmt durch
- Rebsorte- Herstellung / Produktionsverfahren- Herkunft- Jahrgang- Qualitätsstufe- etc.
Parameter für die chemische Authentizitätsprüfung von Wein
- Wasser- Alkohol- Zucker- Säuren
Grenzen klassischer nass-chemischer Analyseverfahren
Bestimmung von Isotopenverhältnissen mittels Stabilisotopenanalytik
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Stabilisotopenanalytik
Isotop Häufigkeit [%] Halbwertszeit
1H 99.985 stabil2H 0.015 stabil3H 12.33a7H 2.4x10-23s
15O 122s16O 99.76 stabil17O 0.04 stabil18O 0.20 stabil26O 40ns
11C 20.4min12C 99.90 stabil13C 1.10 stabil22C 6.1ms
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2H-Kernresonanzspektroskopie (2H-NMR)
Site-specific Natural Isotope Fractionation Nuclear Magnetic Resonance(SNIF-NMR)
2H-Kernresonanzspektrum für Ethanol
Nachweis einer Zuckerzugabe
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Nachweis von Fremdzucker mittels 2H-NMR
- Spezifische Verteilung des Deuteriums (D) aus dem Zucker und Wasser des Traubenmostes auf die entsprechenden Positionen des Ethanolmoleküls durch die Hefe
CH3-CDH-OHCDH2-CH2-OH(D/H)1 = (D in der Methylgruppe)
(D/H)2 = (D in der Methylengruppe)
- (D/H)1 kennzeichnet vor allem die Pflanzenart (Alkoholrohstoff)
• (D/H)1 EtOH aus Rübenzucker <
(D/H)1 EtOH aus Wein <
(D/H)1 EtOH aus Rohrzucker
- (D/H)2 kennzeichnet vor allem klimatische Verhältnisse (Anbauort, Art des Regenwassers bzw. Gärwassers)
• Mischungen aus Rüben- und Rohrzucker durch δ13C-Werte feststellbar (C3, C4-Pflanzen)
2H-Kernresonanzspektrum für Ethanol
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Nachweis von Fremdzucker mittels 2H-NMR
Quelle: Landwirtschaftliches Zentralamt Direktion für Weinqualifikation, Ungarn
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Massenspektrometrische Isotopenverhältnisanalyse
Isotope-Ratio Mass Spectrometry (IRMS)
CO2-Messung- Überführung der Probe in einfache Gase (H2, N2, CO, CO2) durch Pyrolyse
- Gaschromatographie
GC
PyrolyseProbe
Nachweis eines Wasserzusatzes
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Nachweis eines Wasserzusatzes in Wein durch IRMS
- Relativ zum Regen- und Grundwasser Anreicherung „schwerer“ Isotope (z.B. 18O, 2H) in Weintrauben durch Verdunstungsvorgänge
- Zusatz von Leitungswasser zu Wein bedingt eine Erniedrigung des ursprünglichen relativ hohen Gehaltes an „schweren“ Isotopen
- Bestimmung des Isotopenverhältnisses von Sauerstoff in Wasser durch geographische Herkunft [Wasser in hoch gelegenen und vom Meer weit entfernten Gebieten besitzt weniger schwere Sauerstoff- (und Wasserstoff-) Isotope]
(D/H)1
- (V)SMOW = Vienna Standard Mean Ocean Water (Internationale Atomenergie Organisation)
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Zusammenfassung Stabilisotopenanalytik
- (D/H)1 Alkohol Art des Rohstoffs, Zuckers
- (D/H)2 Alkohol Herkunft, Jahrgang, Wasser
- 18O/16O Wasser Herkunft, Jahrgang, Wasser
- 2H/1H Wasser Herkunft, Jahrgang, Wasser
- 13C/12C Zucker Rohstoff
Vergleich zu Datenbanken authentischer Weine nötig!
- Amtliche EU-Weindatenbank
- Untersuchung von ca. 1500 Proben aus Weinanbaugebieten
- Jährlich 200 Proben aus Deutschland mittels 2H-NMR und 18O-IRMS
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