Web_02_Berger_FTIR.pdf - DLR Rheinpfalz
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<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Beurteilung des<br />
Gesundheitszustandes des<br />
Leseguts mit FT-MIR<br />
Thomas <strong>Berger</strong>, Ulrich Fischer<br />
3. Anwendertreffen Weinanalytik, 10./11.<strong>02</strong>.2005
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Inhaltstoffe die bei der Anlieferung der Trauben mit FT-MIR<br />
untersucht werden<br />
Mostgewicht<br />
pH- Wert<br />
Gesamtsäure<br />
Weinsäure, Äpfelsäure<br />
HVAS = Stickstoffgehalt<br />
Verhältnis Glucose / Fructose<br />
Glycerin<br />
Ethanol<br />
Glukonsäure<br />
Flüchtige Säure<br />
Reife- Indikatoren<br />
Nährstoffversorgung<br />
Weinberg, Hefen<br />
Stoffwechselprodukte<br />
von Penicillium, Botrytis,<br />
wilde Hefen, Bakterien,<br />
Schwarzfäule
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Deutschen Weintor eG, Ilbesheim<br />
Vorratsbehälter<br />
Ventilsystem<br />
Labor
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Siebtrichter zur<br />
Mostgewinnung<br />
Maischekreislauf mit Abnahmeventil<br />
Filtrationseinheit mit<br />
Saftentnahme<br />
FT-MIR<br />
GrapeScan
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Validierung der FT-MIR Gesamtsäurebestimmung<br />
2004<br />
Differenz Referenz - FT-MIR<br />
[g/l]<br />
1.0<br />
0.8<br />
0.6<br />
0.4<br />
0.2<br />
0.0<br />
-0.2<br />
-0.4<br />
-0.6<br />
-0.8<br />
-1.0<br />
-1.2<br />
Titrierbare Gesamtsäure<br />
0 5 10 15 20 25 30 35 40<br />
Messbereich:<br />
4,4 – 40 g/l<br />
Gesamtsäure Referenz [g/l]<br />
mittlere Abweichung (alle) 0,17 [g/l], ab KW 39: 0,08 [g/l], n = 867
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Validierung der FT-MIR pH – Wert Bestimmung 2004<br />
Differenz Referenz - FT-MIR<br />
0.3<br />
0.2<br />
0.1<br />
0.0<br />
-0.2<br />
-0.3<br />
pH- Wert<br />
2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6<br />
-0.1<br />
pH Referenz<br />
Messbereich:<br />
pH 2,45 – 3,54<br />
mittlere Abweichung ab KW 35: 0,04 n = 865
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Validierung der FT-MIR Bestimmung des hefeverfügbaren<br />
Aminostickstoffs (HVAS)<br />
Differenz FT-MIR - Referenz<br />
[mg/l]<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
-20<br />
-30<br />
Differenz HVAS FT-MIR - Referenz ab KW 39, n = 301<br />
Messbereich:<br />
34 – 282 mg HVAS/l<br />
0 50 100 150 200 250 300<br />
HVAS [mg/l]<br />
n = 301, mittlere Abweichung: 8,4 mg/l
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Validierung der FT-MIR Bestimmung des<br />
Ammoniumgehaltes<br />
Differenz Referenz - FT-MIR [mg/l]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
-10<br />
-20<br />
-30<br />
Messbereich:<br />
20 – 190 mg/l<br />
0 50 100 150 200 250<br />
NH4 Referenz (Enzymatik) [mg/l]<br />
Zeitraum: ab KW 39, n = 296, mittlere Abweichung: 13 mg/l
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
FT-MIR Bestimmung des hefe-verfügbaren<br />
Aminostickstoffs (HVAS) bei der Gärkontrolle<br />
Differenz Referenz - FT-MIR<br />
[mg/l]<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
-20<br />
-40<br />
-60<br />
-80<br />
Validierung N-OPA Gärkontrolle<br />
0 50 100 150 200<br />
N-OPA Referenz [mg/l]<br />
n = 33, mittlere Abweichung: 14 mg/l
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Gesundheitszustand der Trauben lässt sich<br />
nicht mit einer einzigen Zahl<br />
ausdrücken<br />
Sanitary Index (2001/20<strong>02</strong>)<br />
Ursprünglich entwickelt mit französ. und spanischem Traubenmaterial<br />
Nicht auf deutsche Verhältnisse übertragbar<br />
Deshalb: direkte Angabe der Inhaltsstoffe, die von einer<br />
Infektion der Traube beeinflusst werden (und mit FT-MIR<br />
erfasst werden können)
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Die Zusammensetzung der chemischen Inhaltsstoffe wird<br />
durch Befallsstadium und die Art der Infektion (Penicillium,<br />
Botrytis, wilde Hefen, Schwarzfäule, Bakterien) beeinflusst
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Die Zusammensetzung der chemischen Inhaltsstoffe wird<br />
durch Befallsstadium beeinflusst<br />
Vorgehensweise: Trennung befallener Proben von Hand in 3 Partien<br />
gesund kurze Befallsperiode lange Befallsperiode<br />
Manuelle Selektion Einmaischen Abpressen Zentrifugieren<br />
Anschließend: Referenzanalytik wichtiger weinchemischer Parameter
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Der Gehalt an Glukonsäure wird durch das Befallsstadium<br />
beeinflusst<br />
Glukonsäure [g/l]<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
Glukonsäure<br />
Frühes Befallsstadium Spätes Befallsstadium<br />
- identische (theoretische) optische Bonitur beider Partien (100% Botrytis)<br />
- analytisch große Unterschiede optische Bonitur ist analytisch nicht nachvollziehbar !<br />
Die optische Bonitur trifft K E I N E A U S S A G E<br />
K E I N E A U S S A G E über die tatsächliche<br />
Veränderung der Traubeninhaltsstoffe und der damit verbundenen<br />
Qualitätsminderung im Most !!
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Hilfestellung für den Anwender: Für ausgewählte Inhaltsstoffe<br />
wird ein Mindest- oder Höchstgehalt vorgegeben<br />
Mostgewicht<br />
pH- Wert<br />
Gesamtsäure<br />
Verhältnis Weinsäure/ Äpfelsäure<br />
Stickstoffgehalt<br />
Verhältnis Glucose / Fructose<br />
Glycerin<br />
Ethanol<br />
Glukonsäure<br />
Flüchtige Säure<br />
Reife- Indikatoren<br />
Nährstoffversorgung<br />
Stoffwechselprodukte<br />
von<br />
Botrytis, wilde<br />
Hefen, Bakterien,<br />
Penicillium,<br />
Schwarzfäule<br />
Ampelprinzip
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Beispiel für die Beurteilung der Traubengesundheit bei der<br />
Traubenannahme 2004<br />
°Oe<br />
Riesling<br />
87<br />
Weinsäure/ÄS 0,7<br />
Glucose/Fruc. 0,95<br />
Glycerin 3,0<br />
Alkohol 3,0<br />
Glukonsäure 3,6<br />
Fl.Säure 0,5<br />
SpBg WH<br />
86<br />
0,55<br />
0,95<br />
2,1<br />
2,8<br />
0,1<br />
0,2<br />
WßBg<br />
111<br />
0,75<br />
0,95<br />
0,0<br />
0,5<br />
0,0<br />
0,0<br />
Sensorik der getrennt ausgebauten Partien zeigte sehr deutliche<br />
Qualitätsminderung (Pilznote, muffig, keine Frucht) beim Riesling und<br />
Spätburgunder Weißherbst
Häufigkeit<br />
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Daten aus 2004 einer Pfälzer Genossenschaft<br />
900<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
789<br />
Verteilung Glukonsäure 2004<br />
Max: 3.1 g/l, n = 1483<br />
480<br />
144<br />
50<br />
17 4<br />
< 1 1 - 1.5 1.5 - 2 2 - 2.5 2.5 - 3 > 3<br />
Glukonsäure [g/l]<br />
Qualitätsminderung durch 71 Partien = 4,8 % mit auffälligem<br />
Gesundheitszustand
Fazit 1<br />
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
- Genauigkeit aller Parameter abhängig von der Genauigkeit der<br />
Referenzmethode FT-MIR = indirekte Messmethode<br />
- FT-MIR Analytik ist eine S C H N E L L M E T H O D E<br />
- eine Differenzierung nach Art der Infektion (Botrytis, Penicillium, Oidium,<br />
Schwarzfäule) ist nicht möglich<br />
- Differenzierung von Befall mit Essigsäurebakterien ist möglich<br />
- Konzentrationen < 1 g/l in der Regel nur halbquantitativ (mehr – weniger)<br />
bestimmbar, nicht nachweisbar: Aromastoffe, Mineralstoffe
Fazit 2<br />
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
-Beurteilung des Gesundheitszustandes des Leseguts mit Fourier-Transform-<br />
Mittel-Infrarot (FT-MIR) Analytik auf Basis von:<br />
Verhältnis Glucose / Fructose<br />
Glycerin<br />
Alkohol<br />
Glukonsäure<br />
Flüchtige Säure<br />
Gerechtere Auszahlungspreise durch Schaffung einer objektiveren Grundlage<br />
als der optischen Bonitur, kein kg x °Oe = Auszahlungspreis
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Dem rheinland-pfälzischen Ministerium<br />
für Wirtschaft, Verkehr, Landwirtschaft<br />
und Weinbau für die Finanzierung der<br />
Forschung<br />
Der Firma FOSS für vielfältige<br />
Unterstützung<br />
Dr. Claus-Dieter Patz, FA Geisenheim,<br />
Anette Schormann sowie Kollegen des<br />
FB Weinbau und Oenologie<br />
Den kooperierenden Betrieben:<br />
Danksagung<br />
Weinkellerei Lorch, WG Edenkoben, WG Mußbach, WG Bad-Dürkheim, WG<br />
Leininger Land und WG Kraichgau, Weingut Altes Schlössel, Weingut Holz-<br />
Weisbrodt, Staatsweingut mit Johannitergut<br />
...und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
Aktueller Leistungsstand der Kalibration (2003/2004)<br />
Probenanzahl<br />
Meßbereich Mittlere<br />
Abweichung<br />
Mostgewicht °Oe 652 32 -120 0,8 ± 3<br />
titrierbare Säure g/L 650 3,5- 26 0,15 ± 0,4<br />
Weinsäure g/L 639 3 - 13,6 0,50 ± 1,5<br />
Apfelsäure g/L 646 0,4- 17,5 0,40 ± 1,2<br />
flüchtige Säure g/L 118 0 - 1,4 0,1 ± 0,2<br />
pH-Wert 654 2,4- 4,1 0,06 ± 0,2<br />
Ethanol g/L 60 2 - 11 0,4 ± 1,5<br />
Glycerin g/L 134 0 - 5,4 0,32 ± 1,0<br />
maximale<br />
Abweichung<br />
Gluconsäure g/L 213 0 - 4,9 0,42 ± 1,0<br />
Hefeverwertbarer<br />
Stickstoff (N-OPA)<br />
mg/L 127 40 -260 8,4 ± 25<br />
Gesamtphenole (Folin-<br />
Chiocalteau Methode)<br />
mg/L 95 800-7600 216 ± 600<br />
Kalium mg/L 139 1100-2800 175 ± 600<br />
Maximale Abweichung (Ausreisser) zu 90 % bedingt durch Fehler in der<br />
Referenzanalytik (z.B. Ablesefehler beim Refraktometer etc.)
<strong>DLR</strong> Neustadt, Fachbereich Weinbau und Oenologie<br />
FT-MIR Bestimmung des hefe-verfügbaren<br />
Aminostickstoffs (HVAS) bei der Gärkontrolle<br />
n = 445, Cross Validation Error: 8 mg/l