Untersuchung von polymeren Polyphenolen in Rotwein

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Die Alterung von Rotwein geht mit einer maßgeblichen Veränderung des Polyphenolprofils einher, was die bekannten Änderungen der Farbe und des Geschmacksbildes mit sich zieht. Polymere Polyphenole machen besonders in älterem Wein einen Großteil der Polyphenole aus, und obwohl bekannt ist, dass bei der Alterung die Konzentration monomerer Polyphenole abnimmt, ist die Schlussfolgerung, dass die Alterung mit einer zunehmenden Polymerisation der monomeren Verbindungen verbunden ist, nicht zwingend zulässig. Bisher unbekannte Reaktionen und die Depolymerisation der Polymere bestimmen das Geschmacksbild und die Farbe von Rotwein.
Ziel dieser Arbeit war es, diese weitestgehend unbekannten Strukturen zu untersuchen, die bei diesen Reaktionen entstehen. Dabei sollten sowohl die chemischen Reaktionen und Strukturen untersucht werden, als auch deren sensorische Ausprägung. Hierzu wurden zwei ineinandergreifende Aspekte untersucht. Zum einen wurden die oligomeren Verbindungen synthetisiert und ihre Eigenschaften sowie deren Reaktionsverläufe untersucht. Zum anderen wurden die Polymere eines gealterten Rotweines isoliert, fraktioniert und nachfolgend sensorisch und chemisch analytisch charakterisiert.
Die acetaldehyd-induzierte Kondensation von Anthocyanen und Flavanolen ist eine der möglichen Primärreaktionen, die während der Weinalterung zur Bildung von Oligomeren führen. Diese Reaktion spielt vor allem in Bezug auf den Einfluss des Sauerstoffs eine wichtige Rolle. Im Verlauf dieser Arbeit wurden effektive Synthesewege etabliert, um oligomere Anthocyan – Flavanol – Addukte darzustellen. Dabei konnten die methylmethin-verbrückten Dimere von Catechin und den 3-Glucosiden von Malvidin, Delphinidin, Petunidin und Cyanidin isoliert und mittels Massenspektrometrie und zweidimensionaler NMR Spektroskopie strukturell aufgeklärt werden. In Übereinstimmung mit dem postulierten Reaktionsmechanismus wurden jeweils zwei diastereomere Verbindungen gefunden. Über die Bestimmung der Reaktionsverläufe konnten unterschiedliche Selektivitäten bezüglich der Stereochemie festgestellt werden. Zusammen mit “Molecular Mechanics” Berechnungen konnte die absolute Konfiguration der beiden Diastereomere aufgeklärt werden, was über NMR Spektroskopie nicht möglich war. Mittels HPLC-ESI-MSn Analysen konnten weiterhin verschiedene oligomere methylmethin-
verknüpfte Verbindungen von Cyanidin-3-Glucosid und Catechin nachgewiesen werden. Dabei konnte an Hand der Fragmentierungsmuster belegt werden, dass sowohl die Position 8 als auch die Position 6 des Anthocyans eine Methylmethinbrücke tragen kann. Die These, dass Anthocyane nur terminale Einheiten in oligomeren Verbindungen bilden, ist somit nicht haltbar. Darüber hinaus wurde bei diesen Analysen eine weitere Verknüpfung zwischen den Flavanolen beobachtet. Durch die Reaktion zweier Acetal-dehyd-Flavanol Addukte, die ein Intermediat der Kondensation darstellen, entsteht ein Dihydropyranring. Von den oligomeren Verbindungen konnte ein Trimer des Typs Catechin-methylmethin-Cyanidin-methylmethin-Catechin erstmals isoliert und über Massenspektrometrie
und NMR Spektroskopie charakterisiert werden.
Obwohl viele Reaktionen zwischen monomeren Polyphenolen im Wein aufgeklärt sind, ist nur wenig über die Strukturen von polymeren Verbindungen in gealtertem Rotwein bekannt und damit auch wenig über die Zusammenhänge zwischen Struktur und sensorischen Eigenschaften. In dieser Arbeit wurden polymere Polyphenole aus einem Rotwein isoliert, fraktioniert und mit diversen chemischen und sensorischen Methoden charakterisiert. Durch Fraktionierung mit Sephadex® LH20 wurden die Polymere nach Größe und Polarität getrennt. Mit Bestimmung der glykosidisch gebundenen Glucose konnte eine Methode etabliert werden, um Rückschlüsse auf den Anthocyananteil der Polymere zu ziehen. Aus der Kombination verschiedener chemischen Analysen und der Sensorik konnten dabei erstmals Struktur – Eigenschafts – Beziehungen von polymeren Polyphenolen aus Rotwein aufgezeigt werden. Dieses gelang bisher nur in Modellreaktionen mittels synthetisierten Verbindungen. Die klare Abhängigkeit von Adstringenz und Polymerisationsgrad, die für Proanthocyanidine gezeigt werden konnte, kann für anthocyanhaltige Verbindungen nicht bestätigt werden. Ein steigender Anteil an Anthocyanen in den Polymeren führt zu einer sinkenden Adstringenz. Den Ergebnissen dieser Arbeit ist zu entnehmen, dass der Einfluss des Anthocyananteils auf das Mundgefühl der Polymere größer ist als der Einfluss des Polymerisationsgrades. Die größte Adstringenz wird von kleinen anthocyan-armen Verbindungen hervorgerufen.
Über die Sekundärreaktionen und die stabilen Strukturen, die dabei entstehen und die die Eigenschaften eines Rotweines prägen, ist nur wenig bekannt. Es sollte durch Verwendung von 13C-markiertem Acetaldehyd die Möglichkeit geschaffen werden, den weiteren Verlauf der Reaktionen und die Entwicklung der Polymere zu verfolgen. Dies würde es ermöglichen, die Polymerisation über die markierten Methylmethin-Brücken spezifisch zu verfolgen und wäre unabhängig von der strukturellen Vielfalt und den damit einhergehenden analytischen Schwierigkeiten. Durch 13C NMR Messungen sollten die entstehenden Methylmethin-Brücken detektiert werden, unabhängig, ob sie in großen Polymeren oder in kleineren Degradationsprodukten enthalten sind. Allerdings stellte sich die Messtechnik für diesen Versuch als zu unempfindlich heraus. Durch Anwendung einer “Mixed-Mode-Phase” HPLC Methode konnten die polymeren Verbindungen quantifiziert werden, und es konnte gezeigt werden, dass bei hohen Acetaldehyd-Mengen der Gehalt an Polymeren wieder abnimmt. Aus önologischer Sicht zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass bei der Weinbereitung bestimmte Reaktionen, z.B. der Einbau von Anthocyanen in Polymere, gefördert werden müssen, während andere wiederum eingeschränkt werden sollten, wie z.B. die Degradation der Polymere durch zu viel Acetaldehyd. Das Geschmacksbild des Weines kann so positiv beeinflusst werden. Zu viel Acetaldehyd entsteht durch vermehrte Oxidation, also durch zu viel Sauerstoff im Wein. Das führt zu einer vermehrten Bildung von Vinyl – Flavanol – Intermediaten. Dadurch werden mehr Flavanole als Anthocyane in die Polymere eingebaut, wodurch wiederum die Adstringenz steigt. Auf der anderen Seite führt zu viel Acetaldehyd zur Degradation der Polymere zu Oligomeren, die ebenfalls eine höhere Adstringenz aufweisen können. Acetaldehyd ist eine der Schlüsselkomponenten in der Weinbereitung und der Alterung eines Weines. Mit geeigneten Technologien wie der Mikrooxygenierung können der Acetaldehydgehalt und die beschriebenen Reaktionen gezielt beeinflusst werden. Aber auch andere Maßnahmen wie eine angepasste Maischestandzeit oder eine prefermentative Mazeration können genutzt werden, um gezielt bestimmte Verbindungen zu extrahieren, um die Reaktionsverläufe zu beeinflussen.