Die Chemie des Weins: Geschmack, Wissenschaft und Gemeinschaft in Südwest-Michigan verbinden

Eine wirklich lokale Partnerschaft

LECO hat seinen Hauptsitz in St. Joseph, Michigan, im Herzen des amerikanischen Weinbaugebiets (AVA) „Lake Michigan Shore“. Diese 1,3 Millionen Acre große Region im Südwesten Michigans erwirtschaftet mehr als 80% der gesamten Traubenproduktion des Bundesstaates. Auf 42 Grad nördlicher Breite gelegen, ist die Lake Michigan Shore AVA ist geografisch ähnlich zu berühmten Weinregionen in ganz Europa, darunter Frankreich, Deutschland und Spanien. Glaziale Böden und der “Seeeffekt” tragen zu einer extrem produktiven Agrarregion bei.

Die gleichen Gebiete bedienend, Lake Michigan College (LMC) ist ein öffentliches Community College vor Ort in der benachbarten Stadt Benton Harbor, Michigan. Zu ihren vielen Programmen und Gemeinschaftsdiensten gehört an der LMC das einzige Lehrweingut des Mittleres Westens, das Lake Michigan Vintners.

Durch ihre Studiengang Weinbau und Kellerwirtschaft, Studierende erhalten in einer voll funktionsfähigen Weinkellerei und einem Probierraum praktische Erfahrungen im gesamten Weinherstellungsprozess – von der Weinlese in nahegelegenen Weinbergen über das Keltern und Reifen bis hin zum Abfüllen und Servieren.

Wachsende komplexe Chemie

Jede Entscheidung im Weinherstellungsprozess wirkt sich auf das Endprodukt aus, und die Geräte von LECO unterstützen Winzer bei jedem einzelnen Schritt. Justin Ledyard, Produktmanager für Bio-Messgeräte bei LECO (unten links), erklärte die Bedeutung der Bestimmung von Feuchtigkeit und der Analyse wesentlicher Elemente (Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel), die die Bodengesundheit beeinflussen.

Stickstoff und Schwefel sind beides essentielle Nährstoffe für das Pflanzenwachstum. Agronomen nutzen Daten von Instrumenten wie dem CN828 und SC832 zur Bestimmung der im Boden verfügbaren Nährstoffe und als Entscheidungsgrundlage für die Düngung. Messungen des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) spiegeln die Menge an organischer Substanz im Boden wider. Eine detaillierte Charakterisierung der Kohlenstoffspeziation und des -gehalts ist von grundlegender Bedeutung für die Verbesserung der Bodenstruktur und Wasserspeicherung sowie für die Erhaltung des mikrobiellen Lebens.

Feuchtigkeitsgehalt, bestimmt mittels thermogravimetrischer Analyse nach der LECO-Methode TGA801 und TGM800, ist für die Gesundheit der Pflanzen von entscheidender Bedeutung, da es Nährstoffe transportiert, die Bodentemperatur reguliert und darüber hinaus das mikrobielle Leben unterstützt. Die genaue Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts ist zudem ein entscheidender Faktor für die Bewertung einer Vielzahl analytisch wichtiger Bestandteile des Bodens. Im Weinberg beeinflussen Entscheidungen über Feuchtigkeit und Bewässerung die Gesundheit und das Wachstum der Trauben, die die Grundlage für die Aromabildung bilden.

Geschmacksrichtungen entwickeln

Trauben – und Wein – enthalten Hunderte chemischer Verbindungen, die als Analyten bekannt sind. Analytische Instrumente, insbesondere Gaschromatographie und Massenspektrometrie (GC-MS), messen diese Analyten, um die Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung einer Probe besser zu verstehen. Analyten beginnen sich im Weinberg zu entwickeln und entwickeln sich während des gesamten Weinherstellungsprozesses weiter, wobei Abweichungen in jeder Phase zu unterschiedlichen Mischungen von Analyten für verschiedene Weine führen.  

Von dem Moment an, in dem Trauben geerntet werden, beginnt sich die Chemie zu verändern. Trauben enthalten viele Analyten, darunter Terpene, die eine Art von Analyten sind, die zum Aroma beitragen. Das Pressen setzt Saft frei, wodurch Verbindungen dem Sauerstoff ausgesetzt und enzymatische Reaktionen aktiviert werden. Durch die Zugabe von Hefe beginnt der Saft zu gären, wodurch der Zucker im Saft in Alkohol umgewandelt wird und durch andere Reaktionen neue und unterschiedliche Analytkombinationen entstehen. Viele Ester (eine andere Art von Analyt, die zum Aroma beiträgt) entwickeln sich während der Gärung. Die Reifung verlangsamt die Gärung und ermöglicht die Entwicklung von Aromen, während durch Fässer und Lagermethoden möglicherweise neue Analyten zum Wein hinzugefügt werden.

Die Aromen eines Weins entwickeln sich auch nach der Abfüllung weiter. Die Analyten reagieren weiterhin langsam und verändern so ständig die Eigenschaften des Weins. Jede Entscheidung und jeder Schritt des Prozesses wirkt sich auf die Aromen und Geschmacksnoten aus, die wir wahrnehmen, und das GC-MS von LECO kann uns dabei helfen, die mit diesen Aromen verbundenen Analyten zu bestimmen.

Die Chemie spüren

Vor der Verkostung analysierten die Chemiker von LECO vier Weine von Lake Michigan Vintners mithilfe der Pegasus BTX 4D GCxGC-TOFMS Plattform. Dieses leistungsstarke Analysewerkzeug deckte Hunderte von Analyten in den Weinen auf. Die Gäste wurden gemeinsam durch die Verkostung geführt von Tim Godfrey (Director, Wine & Viticulture Technology, LMC; unten links) und Liz Humston-Fulmer (Anwendungschemikerin für Trenntechnik, LECO; unten rechts).

Tim stellte den Teilnehmern die “Fünf-S”-Methode der Weinverkostung vor – Sehen, Schwenken, Riechen, Nippen, Genießen –, die darauf abzielt, die Geschmacks- und Aromaprofile während der Verkostung besser zur Geltung zu bringen. Die Gäste wurden gebeten, ihre Sinne einzusetzen, und dazu ermutigt, ihre Eindrücke zu den Geschmacksprofilen zu schildern. Nach jeder Verkostung stellte Liz Chromatogramme sowie einige der über LECO gesammelten Informationen zu den Analyten vor. ChromaTOF-Software und erklärte, wie die Wissenschaft die Wahrnehmung des Publikums untermauerte.

Vergleich der Chemie von Weißweinen

Die Verkostungsnotizen des Publikums von der Veranstaltung sind im Balkendiagramm neben den Chromatogrammen für jeden der Weine dargestellt. Einige der am häufigsten ausgewählten Aromanoten sind beiden Weißweinen gemeinsam (wie Apfel, Birne und Zitrusfrüchte), während andere Aromanoten zwischen den Weinen deutlicher voneinander abweichen (wie Petrol beim Riesling sowie Banane, tropische Früchte und Kräuter beim Sauvignon Blanc).

Beim Vergleich der chemischen Daten von Riesling und Sauvignon Blanc sehen die Chromatogramme sehr ähnlich aus, es wurden jedoch auch viele Unterschiede beobachtet. Sich überlappende Ester stehen mit einigen dieser gemeinsamen fruchtigen Apfel- und Birnoten in Verbindung. Terpene tragen zu einigen der Zitrus-, Kräuter- und Blümennoten bei.

Ein für den Riesling-Wein einzigartiger Analyt ist TDN (1,1,6-Trimethyl-1,2-dihydronaphthalin). Dieser Analyt ist dafür bekannt, ein ausgeprägtes “Benzonaroma” zu verleihen. Mit zunehmendem Alter von Rieslingweinen entwickelt sich dieser Analyt weiter, und dieses Aroma wird wahrnehmbarer. In einem jungen “Alter” ist er möglicherweise schwerer wahrzunehmen, da sich TDN noch nicht in ausreichendem Maße angereichert hat – aber unser GC-MS-System hat den Analyten problemlos nachgewiesen, und viele unserer Teilnehmer haben sein Aroma identifiziert.

Die Teilnehmer identifizierten im Sauvignon Blanc im Vergleich zum Riesling auch grasigere, tropische und Bananen-Aromen. Unsere Daten stützen dies, und beim Vergleich von Proben mit ChromaTOF Sync 2D, lässt sich bei diesen Arten von Aromen leicht erkennen, dass es mehrere Ester gibt, die für den Sauvignon Blanc einzigartig sind.

Vergleich der Chemie von Rotweinen

Da beide probierten Rotweine aus Merlot-Trauben hergestellt wurden, ist es nicht überraschend, dass beim Vergleich des Red Hawk Red und des Merlot so viele Ähnlichkeiten in den Chromatogrammen zu sehen sind. Auch die Verkostungsnotizen des Publikums für diese Weine waren recht ähnlich. So identifizierten die Teilnehmer beispielsweise überwiegend gemeinsame Aromen: Kirsche, Beere, erdig, Eiche/holzig und würzig.

Die Kirsch- und Beerenfruchtnoten dieser Weine unterschieden sich deutlich von den Fruchtnoten des Rieslings und Sauvignon Blanc, die eher als Apfel und Birne beschrieben wurden. Diese Art von Unterschieden hängt wahrscheinlich mit unterschiedlichen Esterkombinationen in den Weinen zusammen. Hier sind beispielsweise einige Ester abgebildet, die in den Rotweinen in höheren Konzentrationen beobachtet wurden.

Eine umfassende Analyse ermöglicht es uns zudem, Whisky- und Eichenlactone zu identifizieren, die mit Eichenfässern assoziiert und für die Rotweine einzigartig sind. Diese werden in merklich höheren Konzentrationen im Merlot beobachtet, sind aber auch im Red Hawk Red vorhanden. Beide Weine wurden in einem Eichenfass gereift, aber der Merlot wurde länger im Fass gelagert (18 Monate lang); diese Analyten werden während der Reifung des Weins vom Holz abgegeben, und viele unserer Teilnehmer haben diese Aromen wahrgenommen.

Wussten Sie schon? Der CAS-Registernummer ist ein universeller Standard zur Identifizierung chemischer Substanzen. Das Register enthält über 290 Millionen identifizierte Substanzen und bietet Chemikern eine gemeinsame Referenz zur Diskussion chemischer Verbindungen.