UNIVERSITÄTSBIBLIOTHEK

Investigation of molecular changes in wine during storage in refrigerated cabinets

  • Wine is a complex chemical mixture that is bound to change over time. Most wines are produced for consumption within months. Some premium wines are meant to be maturated for several years or even decades after bottling. The post-bottling evolution and the longevity of a wine depends on its initial chemical composition and the storage conditions. Temperature, exposure to light and the closure type are often mentioned as the most important storage influences. Especially elevated temperature is known to cause accelerated aging reactions in wine. Refrigerated wine storage cabinets promise to be the best storage option without the need of a wine cellar. They are available in different sizes and fit in every household. However, the influence of vibrations and low-interval temperature fluctuations caused by compressors are parameters that have been neglected in literature. The aim of this thesis was to investigate if vibrations and low-interval temperature fluctuations, which occur in refrigerated wine storage cabinets, have an influence on the post-bottling evolution of a wine. The influence of both parameters was studied separately from each other. The impact of vibration on oxidation and gas uptake from the headspace of a wine bottle into the wine was investigated using a model wine with saturated O2 and different headspace volumes. The study revealed that vibration promotes the dissolution of O2 from the headspace of bottle into the wine resulting in a faster SO2 consumption. Furthermore, it was shown that horizontal bottle position accelerated the O2 uptake significantly. It was concluded that the increased surface size between headspace and wine accelerates the O2 dissolution in wine. Also, bigger headspace volumes caused an accelerated O2 uptake into the wine. An experiment without any headspace volume revealed that the factors vibration and bottle position did not accelerate the O2 consumption in wine. This proves that vibration and bottle position accelerate only the dissolution of O2 in wine, but not the chemical reaction of O2 with wine constituents. The influence of vibration on the volatile profile of wine was investigated using Riesling sparkling and still wines sealed with different closures that were subjected to vibration for six months. Vibration caused no CO2 losses, SO2 and color changes in all wines indicating that vibration caused by compressors has no impact on the gas permeability of the used closures. However, vibration affected the volatile profile of sparkling wine and Riesling still wine sealed with a screw cap. Similar to the model wine study described earlier, it was shown that the equilibrium of volatile substances between the wine and the headspace in a bottle was influenced by vibration. The gas-liquid-equilibrium of some volatile compounds was shifted towards wine, while others were shifted towards headspace. As a result of this, the concentration of volatile compounds in wine is changed. Besides this indirect influence of vibration, the results of this study also suggested that specific degradation and formation reactions of volatile compounds are directly influenced by vibration. These multiple effects of 2 vibration most likely explain why increasing vibration intensities could not be proportionally related to the observed volatile changes. The investigation of different wine styles revealed that the impact of vibration depends strongly on the initial composition of wine, age, and packaging conditions. Especially, headspace volume, closure type and CO2 pressure are likely to influence the equilibrium of volatile substances between the wine and the headspace in a bottle. Another study investigated the impact of low-interval temperature fluctuations on the volatile profile of wine. For this purpose, a Riesling wine was stored for two years under different temperature fluctuation patterns caused by compressors. Additionally, a model wine with nine volatile substances with known concentrations was stored for eight months under the same fluctuation patterns. The low-interval temperature fluctuations were compared to the mean value of the temperature fluctuations. Chemical and sensory analysis revealed that that lowinterval temperature fluctuations accelerate wine aging reactions like ester hydrolysis and monoterpene degradation. Even small temperature amplitudes showed a significant impact on wine aging. The observed effect was explained by the Arrhenius equation which states that reaction rates exponentially increase with rising temperatures. A pump effect of air through the closure was initially assumed but not observed in this study. Small deviations in wine temperature, such as those caused by door openings of a refrigerator were found to be negligible. It was concluded that low-interval temperature fluctuations can accelerate wine aging reactions. The amplitude of the temperature fluctuations should be as small as possible during bottle storage of wine. This thesis showed that both parameters, vibration, and low-interval temperature fluctuations, have been proven to influence the evolution of wine during bottle storage. Regarding storage conditions in a refrigerated wine storage cabinet, those parameters should be monitored. Wine connoisseurs should therefore consider good wine cabinets, since some manufacturers emphasize on the importance to minimize vibrations and temperature fluctuations in their devices. The development of technology should be advanced to reduce both vibration and temperature fluctuations in refrigerated wine storage cabinets. Future research should focus on specific wine compounds in model systems and realistic vibration conditions to reveal the relationship between vibration intensities and reaction rates. The impact of low-interval temperature fluctuations on wine compositional changes should be investigated considering horizontal and vertical bottle positions. The calculated acceleration factors due to temperature fluctuations have to be verified by isotherm storage conditions at higher temperatures.
  • Wein ist ein komplexes chemisches Gemisch, das sich im Laufe der Zeit verändert. Die meisten Weine werden produziert, um innerhalb weniger Monaten konsumiert zu werden. Einige Premiumweine können nach der Abfüllung mehrere Jahre oder sogar Jahrzehnte reifen. Die Reifung und Langlebigkeit eines Weins hängen von seiner anfänglichen Zusammensetzung und den Lagerbedingungen ab. Als wichtigste Lagereinflüsse werden meist Temperatur, Lichteinfall und Verschlussart genannt. Hohe Temperaturen verursachen bekanntermaßen beschleunigte Alterungsreaktionen im Wein. Weinkühlschränke versprechen ideale Lagerbedingungen ohne die Notwendigkeit eines Weinkellers. Sie sind in verschiedenen Größen erhältlich und passen in jeden Haushalt. Der Einfluss von Vibration und kurzwelligen Temperaturschwankungen, die durch Kompressoren verursacht werden, sind jedoch Parameter, die in der Literatur bisher vernachlässigt wurden. Das Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob Vibration und kurzwellige Temperaturschwankungen, die in Weinkühlschränken auftreten, einen Einfluss auf die Entwicklung eines Weins nach der Abfüllung haben. Der Einfluss beider Parameter wurde getrennt voneinander untersucht. Der Einfluss von Vibration auf Oxidationsreaktionen und die Gasaufnahme aus dem Kopfraum einer Flasche in den Wein wurde an einem sauerstoffgesättigten Model mit unterschiedlichen Kopfraumvolumina untersucht. Die Studie ergab, dass Vibrationen den Übergang von O2 aus dem Kopfraum in den Wein fördern, was zu einem schnelleren SO2-Verbrauch führt. Weiterhin zeigte sich, dass die die O2-Aufnahme in liegenden Flaschen signifikant beschleunigt war. Es wurde der Schluss gezogen, dass die vergrößerte Oberfläche zwischen Kopfraum und Wein den O2-Übergang in den Wein beschleunigt. Außerdem beschleunigten große Kopfraumvolumina die O2-Aufnahme in den Wein. Ein Experiment ohne Kopfraum zeigte, dass Vibration und Flaschenposition die O2-Abnahme im Wein nicht beschleunigen. Dies zeigt, dass Vibration und Flaschenposition nur den Übergang von O2 in den Wein beschleunigen, nicht aber die chemischen Reaktionen von O2. Der Einfluss von Vibration auf flüchtige Verbindungen in Wein wurde anhand von Schaum- und Stillwein untersucht. Diese waren mit unterschiedlichen Verschlüssen verschlossen und wurden sechs Monate lang Vibrationen ausgesetzt. Vibration verursachte bei allen Weinen weder CO2-Verluste noch SO2 und Farbveränderungen, was darauf hindeutet, dass Vibration, die durch Kompressoren verursacht wird, keinen Einfluss auf die Gasdurchlässigkeit der verwendeten Verschlüsse hat. Vibration beeinflusste jedoch flüchtige Verbindungen in Wein. Ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Modellweinstudie wurde gezeigt, dass das Gleichgewicht flüchtiger Substanzen zwischen dem Wein und dem Kopfraum in einer Flasche durch Vibration beeinflusst wird. Das Gas-Flüssigkeits-Gleichgewicht einiger flüchtiger Verbindungen wurde in Richtung Wein verschoben, während andere verstärkt in den Kopfraum übergingen. Dadurch veränderte sich die Konzentration flüchtiger Verbindungen. Neben diesem indirekten 4 Einfluss der Vibration legen die Ergebnisse dieser Studie nahe, dass spezifische Abbau- und Bildungsreaktionen flüchtiger Verbindungen direkt durch Vibration beeinflusst werden. Diese multiplen Effekte erklären höchstwahrscheinlich, warum die zunehmende Vibrationsintensitäten nicht proportional zu den beobachteten Veränderungen waren. Die Untersuchung verschiedener Weinstile ergab, dass die Auswirkung von Vibrationen stark von der ursprünglichen Zusammensetzung des Weins, dem Alter und den Verpackungsbedingungen abhängt. Insbesondere das Kopfraumvolumen, der Verschlusstyp und der CO2-Gehalt beeinflussen das Gleichgewicht flüchtiger Substanzen zwischen dem Wein und dem Kopfraum der Flasche. Eine weitere Studie untersuchte die Auswirkungen von kurzwelligen Temperaturschwankungen auf flüchtige Substanzen in Wein. Dazu wurde ein Riesling-Wein zwei Jahre lang unter verschiedenen Temperaturschwankungen gelagert. Zusätzlich wurde ein Modellwein mit neun flüchtigen Substanzen bekannter Konzentration acht Monate lang unter den gleichen Schwankungsmustern gelagert. Eine Kontrollgruppe wurde bei dem Mittelwert der Temperaturschwankungen gelagert. Chemische und sensorische Analysen ergaben, dass kurzwellige Temperaturschwankungen Reaktionen wie Esterhydrolyse und Monoterpenabbau beschleunigen. Selbst kleine Temperaturamplituden zeigten einen signifikanten Einfluss auf die Weinalterung. Der beobachtete Effekt wurde durch die Arrhenius-Gleichung erklärt, die besagt, dass die Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur exponentiell zunimmt. Ein Pumpeffekt von Luft durch den Verschluss wurde zunächst angenommen, aber in dieser Studie nicht beobachtet. Kleine Zunahmen der Weintemperatur, wie sie beispielsweise durch Türöffnungen eines Kühlschranks verursacht werden, erwiesen sich als vernachlässigbar. Es wurde der Schluss gezogen, dass kurzwellige Temperaturschwankungen die Weinalterung beschleunigen können. Die Amplitude der Temperaturschwankungen sollte bei der Flaschenlagerung von Wein möglichst gering sein. Diese Arbeit zeigte, dass beide Parameter, Vibrationen und kurzwellige Temperaturschwankungen, nachweislich die Entwicklung von Wein während der Flaschenlagerung beeinflussen. Hinsichtlich der Lagerung in einem Weinkühlschrank sollten diese Parameter überwacht werden. Weinkenner sollten daher gute Weinkühlschränke in Betracht ziehen, da einige Hersteller Wert darauf legen Vibrationen und Temperaturschwankungen in ihren Geräten zu minimieren. Die Entwicklung von Technologien sollte vorangetrieben werden, die sowohl Vibrationen als auch Temperaturschwankungen in Weinkühlschränken reduziert. Zukünftige Forschung sollte sich auf spezifische Verbindungen und realistische Vibrationsstärken konzentrieren, um die Beziehung zwischen Vibrationsstärke und Reaktionsgeschwindigkeit aufzudecken. Die Auswirkung von kurzwelligen Temperaturschwankungen auf Veränderungen der Weinzusammensetzung sollte unter Berücksichtigung liegender und stehender Flaschenlagerung untersucht werden. Die 5 berechneten Beschleunigungsfaktoren der Temperaturschwankungen müssen durch isotherme Lagerbedingungen bei höheren Temperaturen verifiziert werden.

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Metadaten
Author:Hannah Renner
URN:urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-69339
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6933
Advisor:Dominik Durner
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:English
Publication Date:2022/09/11
Year of Publication:2022
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2022/09/05
Date of the Publication (Server):2022/09/13
Number of page:VII,132
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)