Komparácia vybraných ukazovateľov kvality slovenských ekologických a konvenčných vín
Abstract
Significant differentiation and classification of white and red wines independently of the wine variety and vintage have been achieved according to organic and conventional types of wine production. Fe, Cu, FRP, TEACDPPH(EPR), AAE, %RS, citric acid, catechin, epicatechin, color values a* and chromaticity for white wines and Fe and AAE for red wines were selected as the best recognition markers using the ANOVA multiple comparisons and stepwise discrimination on the data set consisting of 74 original variables. Principal component analysis was used to show hidden trends in the data matrix and canonical discrimination for classification of wines according to wine types. Recognition and prediction ability of white organic and conventional wines reached 100% correct classification. In case of red wines, recognition and prediction according to production criteria resulted in 95% of correctly classified samples.
Ekologické a konvenčné vína
Biovíno je vyrábané z hrozna vinnej révy, ktorá je pestovaná podľa pravidiel ekologického poľnohospodárstva. Spracovanie hrozna prebieha bez používania šľachtených kvasiniek, enzýmov a iných syntetických prípravkov a stabilizačných látok. Výsledkom je prírodné víno bez syntetických reziduí, umelých farbív a aromatických látok, ktorého výroba prebehla s maximálnym ohľadom na životné prostredie.
V publikovaných výsledkoch niektorých štúdií týkajúcich sa komparácie ekologických a konvenčných vín [1,2] sa neuvádzajú signifikantné rozdiely v kvalite hrozien a vín, avšak výsledky novších validovaných štúdií poukazujú na preukazateľne vyšší obsah fenolických látok, kyseliny askorbovej, transresveratrolu, biogénnych amínov a antioxidačnej aktivity v biohroznách a biovínach [3-7]. V prípade sledovania obsahu polyfenolov a antioxidačných vlastností hrozien bolo zistené, že environmentálne faktory prevládajú nad genotypom hrozna. Tvorba mykotoxínov v organickom spôsobe pestovania viniča je výrazne redukovaná nižším obsahom dusíka vo výžive viniča a vyššou hladinou antioxidantov v biohroznách, ktoré brzdia rozvoj vláknitých mikroskopických húb [8]. Organický spôsob pestovania viniča a výroby biovína nerezultuje v intenzívnejšom obsahu aromatických látok v hrozne a ani ich intenzívnejšom prejave v biovínach, pretože na ich tvorbu vo väčšej miere vplýva samotná technológia výroby vína ako spôsob pestovania viniča [9]. Porovnanie napríklad senzorickej kvality červených biovín rezultovalo v nevýrazných rozdieloch senzorického hodnotenia aj napriek tomu, že obsah fenolických látok bol vo vzorkách organických a konvenčných vín štatisticky významne odlišný [10]. Štúdium genetickej diverzity však odhaľuje skutočnosť, že manažment ekologického pestovania viniča má omnoho silnejší a pozitívny vplyv na diverzifikáciu vínnych kvasiniek v porovnaní s výsledkami v podmienkach klasických vinifikačných procesov [11].
V rámci metód autentifikácie ekologickej produkcie sa okrem jednoduchých selektívnych markerov veľká pozornosť venuje viacpočetným markerom, resp celým kompozičným profilom, kde sa v súčinnosti s multivariačnými metódami v plnej miere môže využiť široká variabilita dát týkajúcich sa odrôd, ročníkov, agrotechnických podmienok, geografických, klimatických a iných vinifikačných činiteľov. Klasifikačné modely slúžiace pre kontrolné a inšpekčné účely by mali byť založené na výsledkoch z viacročných pozorovaní a mali by byť validované interne v rámci testovania rekognoskačných a predikčných schopností autentifikačnej procedúry.
Cieľom komparačnej štúdie v rámci rezortného výskumu bolo vypracovať objektívne kritériá a postupy autentifikácie slovenských biovín s využitím špecifických enologických markerov auten-ticity selektovaných na základe testovania štatistickej významnosti rozdielov a diskriminačnej analýze, ktorá vyberá najúčinnejšie markery predikujúce príslušnosť vzoriek ku skupine ekologických alebo konvenčných vín.
Materiál a metódy
Celkovo bolo analyzovaných 27 biovín a 35 konvenčných odrodových vín zo susediacich vinohradov modrokamenského vinohradníckeho rajónu (ročníky 2007 - 2011, odrody Chardonay, Cabernet Sauvignon, Tramín červený, Rulandské biele a Rulandské modré). Producentom biovín bolo Víno Natural Domin & Kušický, s.r.o., ktorý je na Slovensku zatiaľ jediným výrobcom (Ev.č./No.006/2005) v zmysle Zákona č. 189/2009 Z.z. o ekologickej poľnohospodárskej výrobe, pričom vína boli certifikované inšpekčnou službou Naturalis SK. Producentom konvenčných odrodových vín bolo Agro-Movino, spol. s r.o. V prevažnej väčšine vzoriek sa jednalo o odrodové suché vína s prívlastkom výber z hrozna alebo neskorý zber s obsahom alkoholu 12 až 13% (obj.).
Boli analyzované mikroelementy Ag, Ba, Cd, Pb, Rb, Sr a makroelementy Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na a Zn metódou AAS (Perkin Elmer, Norwalk, Connecticut, USA) a pri stanovení Hg (AMA, Al-tech, Praha, ČR). S použitím UV-VIS-NIR spektrofotometra SCHIMADZU 3600 s príslušenstvom boli stanovené antioxidačné deskriptory:DPPH/ABTS
+ test, celkový obsah polyfenolov (TPC), tiobarbiturové číslo (TBARS) a schopnosť redukovať železo (FRP); v EPR experimentoch:
DPPH/ABTS
+ test, TEMPOL test a hodnota %RS (schopnosť terminovať oOH radikály) uskutočnené použitím portable X-band EPR spektrometra e-scan Bruker (Biospin, GmbH, Karlsrube, Germany) s príslušenstvom; organické kyseliny (HPCE, Agilent );obsah SO2 jodometricky; aminokyseliny (LC/ESI-MS-MS) ; (+)-katechín, (-)-epikatechín, hesperidín, rutín, quercetín a trans-resveratrol (HPLC) ; hodnoty alkoholu, glukózy, fruktózy a sacharózy, glycerolu, ochratoxínu (HPLC); farebné deskriptory CIE L* a* b* , chroma a uhol farebného odtieňa (Shimadzu UV-3600), ako aj prchavé frakcie (GC/MS) analyzovaných vín v závislosti od jednotlivých odrôd konvenčnej i ekologickej produkcie. V metabonomických testoch bol 5-hydroxymethyl furaldehyd (HMF) použitý ako marker rozlišujúci ekologické hrozná a vína od konvenčných produktov. Metóda priamej analýzy v reálnom čase v spojení s hmotnostným spektrometrom (DART/MS) bola použitá na štúdium rozdielov medzi vzorkami vín po ionizácii vzoriek a porovnaní hmotnostných spektier.
Na štatistické porovnávanie dát bola použitá metóda ANOVA - procedúra podľa Studenta-Newmana-Keulsa pre porovnávanie skupinových priemerov. Metóda hlavných komponentov (PCA - Principal Component Analysis) bola použitá na vizualizáciu dát, kým kanonická diskriminačná analýza (CDA - Canonical Discriminant Analysis) na klasifikáciu vín do skupín biovín a konvenčných v rekognoskačných a predikčných testoch. Kroková diskriminačná analýza vyberá postupnosťou krokov najlepšie diskriminujúce premenné. Metódy komparačnej a multivariačnej analýzy boli realizované štatistickým programom Unistat, v. 6 (Unistat Ltd., London, Veľká Británia).
Výsledky a diskusia
Kompozičná komparácia ekologických vín s konvenčnými vínami
Na základe testovania štatistickej významnosti rozdielov (ANOVA, P< 0,05) medzi porovnáva-nými biovínami a konvenčnými vínami nezávisle od ich odrody a ročníka, bolo zistené, že:
- v bielych biovínach je viac k mliečnej, podielu žltej farby b*, chromaticity, leucínu, lyzínu, glycerolu a má vyššiu aktivitu v zhášaní radikálov .OH (% RS) v porovnaní s konvenčnými bielymi vínami,
- v červených biovínach viac resveratrolu, quercetínu, glycerolu, kyseliny asparágovej, glycínu, kyseliny glutámovej, arginínu v porovnaní s červenými konvenčnými vínami,
- v bielych konvenčných vínach viac Cu, Fe, voľného a celkového SO2, TPC, FRP, %DPPH, TEAC, AAE, kTempol, k. citrónovej, a*, katechínu, epikatechínu, resveratrolu v porovnaní s bielymi biovínami,
- v červených konvenčných vínach viac Fe, voľného a celkového SO2, AAE, kTempolu, katechínu, epikatechínu, rutínu, asparagínu, serínu, treonínu, alanínu, valínu, metionínu, izoleucínu, leucínu, fenylalanínu, histidínu, ornitínu a lizínu v porovnaní s červenými biovínami.
Je prekvapujúce, že v biovínach bol zistený významne nižší obsah medi oproti konvenčným vínam, napriek tomu, že sme očakávali, že by mal byť vyšší v biovínach, nakoľko Cu je jediným povoleným fungicídnym prípravkom pri ošetrovaní viniča v ekologickom vinohrade. Ďalej bol v biovínach nájdený aj nižší obsah Fe a okrem toho potvrdený aj významne vyšší obsah trans-resveratrolu v červených vínach. Tieto zistenia sú v súlade aj so zisteniami iných autorov, napríklad v prípade biovín z oblasti Chorvátska [7]. Veľmi významná medzi porovnávanými vínami je odlišnosť v obsahu SO2. V biovínach bol nájdený výrazne nižší obsah oxidu siričitého v porovnaní s konvenčnými partnermi a bol v súlade s Nariadením Komisie (EÚ) č. 203/2012 z 8. marca 2012, týkajúceho sa maximálneho obsahu SO2, ktorý nesmie prekročiť 100 mg/l v červených a 150 mg/l v bielych ekologických vínach.
Z veľkého počtu uvedených signifikantných enologických deskriptorov boli kanonickou a krokovou diskriminačnou analýzou ďalej vyselektované biomarkery, ktoré najlepšie segregovali ekologické vína od ich konvenčných náprotivkov. Prehľad variability týchto biomarkerov v porovnávaných vínach je uvedený v tabuľke 1.
Tabuľka 1: Variabilita biomarkerov rozlišujúcich biovína (B) od konvenčných vín (K)
Skutočnosť, že získané deskriptory efektívne rozlíšili biovína od konvenčných vín je jasne vizualizovaná na obrázku 1, ktorý je výsledkom aplikácie multivariačnej techniky na markerové dáta, kde v prípade bielych vín došlo k dokonalému rozčleneniu biovín od konvenčných vín tým, že sa vzorky lokalizovali do štatisticky odlišných kvadrantov grafu hlavných komponentov.
Obrázok 1: Diferenciácia slovenských bielych biovín (B) a konvenčných (M) vín metódou hlavných komponentov (použité markery: Cu, Fe, FRP, TEACDPPH(EPR), AAE, %RS, k. citrónová, b*, chromaticita)
Testovanie rozlišovacej a predikčnej schopnosti biomarkerov
Všetky skupiny selektovaných biomarkerov pri diferenciácii vzoriek vykázali pomerne vysoký stupeň diskriminácie, ktorý sa procesom vyhodnocovania správnosti klasifikácie vzoriek vín podľa príslušnosti k ekologickému a konvenčnému produkčnému systému kvantifikoval v podmienkach testovania rekognoskačnej a predikčnej schopnosti pomerne vysokou hodnotou správnosti klasifi-kácie vín (tabuľka 2). Okrem toho sa na záver testovala správnosť klasifikácie vín s využitím najlepšie diskriminujúcich markerov uvedených v tabuľke 1, ktorá rezultovala v prípade bielych vín v podmienkach rekognoskácie so 100 % správne rozlíšených a zatriedených vín. Pri krížovej validácii v predikčnom testovaní s 20% anonymných vzoriek, metóda kanonickej diskriminácie rezultovala tiež so 100% úspešnosťou správnosti zatrieďovania. Schopnosť rozlíšiť červené biovína od konvenčných partnerov, ako aj testovanie predikčnej schopnosti rezultovalo s 95% správne klasifikovaných vín.
Tabuľka 2: Dosiahnutá úspešnosť zatrieďovania vzoriek vín do skupiny biovín a konvenčných vín pri použití individuálnych skupín markerov
Senzorické porovnanie a alternatívne riešenia
V rámci senzorickej analýzy, s cieľom komparatívne zistiť senzoricky postrehnuteľné rozdiely medzi biovínami a ich konvenčnými variantmi, sa v párovom rozlišovacom teste podarilo dosiahnuť 67% správnych rozlíšení. V preferenčnom hodnotení získali biovína 54% preferencií, pričom najviac preferenčných hlasov získalo biovíno Rulandské biele, ročník 2009.
V prípade poľnohospodárskych plodín (funkčný imunitný systém) je možné dosiahnuť jednoznačné rozlíšenie medzi ekologickou a konvečnou produkciou. Tento ciel sa dosiahne uplatnením princípu metabonomiky. Získané skúsenosti sme uplatnili aj v pokuse rozlíšiť ekologicky a konvenčne vyrobené vína. Porovnali sa hmotnostné spektrá vzoriek vín pred a po aplikácii poruchy (stresu) vyvolanou prídavkom Cu. Na ionizáciu vzoriek sme použili techniku DART (priama analýza v reálnom čase) a vzniknuté ióny sme detekovali pomocou Q-TOF-MS. Dosiahli sa sľubné výsledky segregácie vín, ktoré by bolo vhodné ďalej rozpracovať a verifikovať v samostatnom rezortnom resp. agentúrnom projekte výskumu a vývoja.
Záver
Na základe selekcie špecifických markerov diferencujúcich biovína od konvenčných vín slovenskej proveniencie nezávisle od ich odrody a ročníka, bol generovaný diskriminačný model ako analytický nástroj umožňujúci overenie autenticity biovín, zvlášť pre biele a zvlášť pre červené vína bez ohľadu na ich odrodu. Zistené rozdiely medzi ekologicky a klasicky získanými vínami sa zakladajú nie len na rozdielnej kvalite hrozna, ale sú vo veľmi významnej miere spôsobené samotnou rozdielnosťou vinifikačného manažmentu, počnúc agrochemickými podmienkami a končiac rozdieľmi v technológiách výroby porovnávaných vín. Získala sa databáza enologických charakteristík umožňujúca štatistické porovnanie biovín a konvenčných vín so zámerom vytvorenia východiskových dát na špecifikáciu kvality a autenticity slovenských biovín. V prípade, že v budúcnosti sa na Slovensku rožšíri produkcia biovín aj o ďalších producentov, bolo by vhodné aby sa predložený dátový zdroj pozostávajúci zo selektívnych biomarkerov autenticity ďalej aktualizoval a validoval.
Poďakovanie
Táto práca vznikla v rámci rezortného výskumu a vývoja č.2/PVV podporovaného MPRV SR ako aj s materiálovou podporou Víno Natural Domin & Kušický, s.r.o.
Literatúra
[1] Woese, K., Lange, D., Boess, Ch., Bögl, K.W. (1997).: A comparison of organically a conven-tionally grown foods - results of a review of the relevant literature. J. Sci. Food Agric., 74, 281-293.
[2] Zafrilla, P., Morillas, J., Mulero, J., Cayuela, J.M., Martínez-Cachá, A., Pardo, F., Nicolás, J.M.L. (2003).: Changes during storage in Conventional a Ecological wine: Phenolic content a Antioxidant activity. J. Agric. Food Chem., 51, 16, 4694-4700.
[3] Malusa, E., Laurenti, E., Ghibaudi, E., a Rolle, L. (2004).: Influence of organic a conventional management on yield a composition of grape cv 'Grignolino'. Acta Horticulturae, 640, 135-141.
[4] Tinttunen, S a Lehtonen, P. (2001).: Distinguishing organic wines from normal wines on the basis of concentrations of phenolic compounds a spectral data. Journal of European Food Research and Technology, 212, 3, 390-394.
[5] Dani, C., L.S. Oliboni, R. Vaerlinde, D. Bonatto, M. Salvador, J.A.P. Henriques. (2007): Pheno-lic content a antioxidant activities of white a purple juices manufactured with organically- or conventionally-produced grapes. Food a Chemical Toxicology, 45, 2574-2580.
[6] Yildirin, K.H., Ali Üren, A. a Yücel U. (2007).: Biogenic Amines in Organic a Non-Organic Wines, Food Technol. Biotechnol., 45, 1, 62-68.
[7] Vrček, I.V., Bojić, M., Žuntar, I., Mendaš, G., Medić-Šarić, M. (2011).: Phenol content, antioxidant activity a metal composition of Croatian wines deriving from organically a conventionally grown grapes. Food Chemistry, 124, 1, 354-361.
[8] Micelli, A., Negro, C., Tommasi, L., De Leo, P. (2003).: Polyphenols, resveratrol, antioxidant activity a ochratoxin a contamination in red table wines, controlled denomination of origin (DOC) wines a wines obtained from organic farming. Journal of Wine Research, 14, 2-3, 115-120.
[9] Dupin, I., Schlich, P., Fischer, U. (2000).: Differentiation of Wines Produced by Organic or Conventional Viticulture According to Their Sensory Profiles a Aroma Composition. In: Helga Willer a Urs Meier: Proceedings 6th International Congress on Organic Viticulture, IFOAM 2000, Research Institute of Organic Agriculture (FiBL), 2000, Convention Center Basel, ISBN 3-934499-28-7, 262 s.
[10] Martin, K.R., Rasmussen, K.K.: Comparison of sensory qualities of geograpgically paired organic and conventional red wines from the southwestern US with differing total polyphenol con-centrations: A Randomized pilot study. Food and Nutrition Sciences, 2011, 2, s. 1150-1159.
[11] Tello, J.,Cordero-Bueso, G., Aporta, I., Cabellos, J.M., Arroyo, T.: Genetic diversity in commercial wineries: effects of the farming system and vinification management on wine yeast. Journal of Applied Microbiology, 112, 2011, s. 302-315.
Vystavené 19.11.2013
