TY - THES A1 - Payan, Claire T1 - Acidification of musts and wines by fumaric acid: Impact of its addition on the chemical and sensory characteristics of varietal wines in the frame of climate change N2 - Climate change is affecting the composition of grape berries and has led to imbalances in the wine matrix, with an increase in alcohol content and a significant decrease in the acidity of wines. In this context, finding solutions to acidify musts and wines is crucial to maintain their stability, preservation, and sensory quality. The main goal of this study was to test the addition of an alternative acid: fumaric acid for must and wine acidification, and to assess its impact on the chemical and sensory characteristics of wines from different grape varieties and origins. A secondary objective was to study the use of fumaric acid to enhance wine preservation, either as a reduction or as an alternative to the addition of sulfur dioxide (SO2) in traditional winemaking and wine preservation. A preliminary study on the chemical properties to define the solubility and acidifying power of fumaric acid, in comparison to tartaric, malic, and lactic acids, was carried out in various hydro-alcoholic matrices, musts, and wines (both white and red). Additionally, a study on its sensory properties was conducted. A simple, quick, reliable, and validated routine analysis method using high-performance liquid chromatography with UV detection (HPLC-UV) was also developed to quantify fumaric acid in various types of wines. This method has a detection limit of 0.2 mg/L and a quantification limit of 0.3 mg/L, with both inter and intra-day repeatability showing an RSD ≤ 2%. This research work also allowed the evaluation of the impact of adding fumaric acid to Cabernet Sauvignon red wine, compared to the addition of tartaric acid, at different stages of winemaking: during vatting and just after racking. The results of this first study helped understand the role of fumaric acid in winemaking steps, particularly its metabolism when added before alcoholic fermentation. A second study concerns the addition of fumaric acid at different doses (1 g/L and 2 g/L), compared to tartaric acid (1.25 g/L and 2.5 g/L), before bottling Cabernet Sauvignon red wine, revealing its effectiveness in pH control and its potential to reduce the use of SO2. The results of this second experiment revealed a significant impact of adding fumaric acid on phenolic compounds, particularly catechin and epicatechin, which are maintained at higher concentrations over time compared to the control and the modalities with tartaric acid. Finally, the use of fumaric acid in white winemaking, specifically on Müller-Thurgau (a German grape variety, Riesling x Sylvaner), was studied. The addition of fumaric acid effectively inhibited malolactic fermentation as effectively as the addition of SO2. The results indicate that adding fumaric acid during preservation and bottling appears as promising alternatives for wine acidification and more sustainable oenological practices that reduce the use of SO2. The concrete results obtained justify the inclusion of must and wine acidification with fumaric acid by the OIV in the International Code of Oenological Practices of the OIV. Further studies should refine the use and functionalities of fumaric acid on musts (in particular) and wines. N2 - Der Klimawandel beeinflusst die Zusammensetzung der Traubenbeeren und hat zu Ungleichgewichten in der Weinmatrix geführt, mit einer Zunahme des Alkoholgehalts und einer signifikanten Abnahme der Säuregehalte der Weine. In diesem Kontext ist die Suche nach Lösungen zur Säuerung von Most und Wein entscheidend, um deren Stabilität, Konservierung und sensorische Qualität aufrechtzuerhalten. Das Hauptziel dieser Studie bestand darin, die Zugabe einer alternativen Säure, der Fumarsäure, zur Säuerung von Most und Wein zu testen und deren Auswirkungen auf die chemischen und sensorischen Eigenschaften von Weinen aus verschiedenen Rebsorten und Herkünften zu bewerten. Ein sekundäres Ziel war die Untersuchung der Verwendung von Fumarsäure zur Verbesserung der Weinlagerung, entweder als Reduzierung oder als Alternative zur Zugabe von Schwefeldioxid (SO2) bei der traditionellen Weinherstellung und -lagerung. Eine vorläufige Studie zu den chemischen Eigenschaften zur Bestimmung der Löslichkeit und Säuerungskraft der Fumarsäure im Vergleich zu Weinsäure, Äpfelsäure und Milchsäure wurde in verschiedenen hydroalkoholischen Matrizes, Mosten und Weinen (sowohl weiß als auch rot) durchgeführt. Zusätzlich wurde eine Studie zu seinen sensorischen Eigenschaften durchgeführt. Eine einfache, schnelle, zuverlässige und validierte Routineanalysemethode mit Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und UV-Detektion (HPLC-UV) wurde ebenfalls entwickelt, um Fumarsäure in verschiedenen Weinsorten zu quantifizieren. Diese Methode hat eine Nachweisgrenze von 0,2 mg/L und eine Quantifizierungsgrenze von 0,3 mg/L, wobei die Wiederholbarkeit sowohl innerhalb eines Tages als auch zwischen verschiedenen Tagen einen RSD von ≤ 2% zeigt. Diese Forschungsarbeit ermöglichte auch die Bewertung der Auswirkungen der Zugabe von Fumarsäure zu Rotwein aus Cabernet Sauvignon im Vergleich zur Zugabe von Weinsäure in verschiedenen Stadien der Weinherstellung: bei der Einmaischung und direkt nach dem Abziehen. Die Ergebnisse dieser ersten Studie halfen, die Rolle der Fumarsäure in den Weinherstellungsprozessen zu verstehen, insbesondere deren Metabolisierung, wenn sie vor der alkoholischen Gärung zugesetzt wird. Eine zweite Studie betrifft die Zugabe von Fumarsäure in verschiedenen Dosen (1 g/L und 2 g/L), im Vergleich zu Weinsäure (1,25 g/L und 2,5 g/L), vor der Abfüllung von Rotwein aus Cabernet Sauvignon, und zeigt deren Wirksamkeit bei der pHKontrolle und das Potenzial zur Reduzierung der Verwendung von SO2. Die Ergebnisse dieser zweiten Experimente zeigten einen signifikanten Einfluss der Zugabe von Fumarsäure auf phenolische Verbindungen, insbesondere Catechin und Epicatechin, die im Laufe der Zeit in höheren Konzentrationen erhalten bleiben im Vergleich zur Kontrolle und den Bedingungen mit Weinsäure. Schließlich wurde die Verwendung von Fumarsäure in der Weißweinherstellung, insbesondere beim Müller-Thurgau (einer deutschen Rebsorte, Riesling x Sylvaner), untersucht. Die Zugabe von Fumarsäure konnte die malolaktische Gärung ebenso effektiv hemmen wie die Zugabe von SO2. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zugabe von Fumarsäure während der Lagerung und Abfüllung als vielversprechende Alternativen für die Säuerung von Weinen und als nachhaltigere önologische Praktiken erscheinen, die den Einsatz von SO2 reduzieren. Die konkreten Ergebnisse rechtfertigen die Aufnahme der Säuerung von Most und Wein mit Fumarsäure durch die OIV in den Internationalen Kodex für önologische Praktiken der OIV. Weitere Studien sollten die Verwendung und Funktionalitäten der Fumarsäure auf Mosten (insbesondere) und Weinen verfeinern. N2 - Le changement climatique affecte la composition des baies de raisin, et a entraîné des dérèglements de la matrice du vin, avec une augmentation du titre alcoométrique et une diminution sensible de l’acidité des vins. Dans ce contexte la recherche de solutions pour acidifier les moûts et les vins est primordiale afin de maintenir la stabilité, la conservation et la qualité sensorielle des vins. L’objectif principal de cette étude était de tester l'ajout d’un acide alternatif : l'acide fumarique pour l'acidification du moût et du vin, et d’apprécier son impact sur les caractéristiques chimiques et sensorielles des vins de différents cépages et origines. Un second objectif était d’étudier l’utilisation d’acide fumarique pour renforcer la conservation du vin, en permettant de réduire ou comme alternative à l’ajout de dioxyde de soufre (SO2) dans la vinification traditionnelle et conservation du vin. Une étude préliminaire sur les propriétés chimiques pour définir la solubilité et le pouvoir acidifiant de l’acide fumarique avec comparaison à l’acide tartrique, malique et lactique a été réalisée dans différentes matrices hydro-alcooliques, moûts et vins (blancs et rouges), ainsi qu’une étude sur ses propriétés sensorielles. Une méthode d'analyse de routine simple, rapide, fiable et validée utilisant la chromatographie liquide haute performance avec détection UV (HPLC-UV) a également été développée pour quantifier l’acide fumarique dans différents types de vins. Cette méthode présente une limite de détection de 0.2 mg/L ainsi qu’une limite de quantification de 0.3 mg/L, avec une répétabilité inter et intra journalière présentant un RSD ≤ 2%. Ce travail de recherche a également permis d’évaluer l'impact de l'ajout de l’acide fumarique sur vin rouge de cabernet sauvignon, en comparaison à l’ajout d’acide tartrique, à différentes étapes de la vinification : à la mise en cuve et juste après l’écoulage. Les résultats de cette première étude ont permis de comprendre l’implication de l’acide fumarique dans les étapes de vinification, notamment sa métabolisation lorsqu’il est ajouté avant la fermentation alcoolique. Une deuxième étude concerne l’ajout d’acide fumarique pour différentes doses (1 g/L et 2 g/L), en comparaison avec l’acide tartrique (1.25 g/L et 2.5 g/L), avant la mise en bouteille de vin rouge de cabernetsauvignon, révélant son efficacité dans le contrôle du pH et son potentiel pour réduire l'utilisation de SO2. Les résultats de cette deuxième expérimentation ont révélé un impact significatif de l’ajout d’acide fumarique sur les composés phénoliques, notamment la catéchine et l’épicatéchine qui sont maintenue à des concentrations supérieures dans le temps en comparaison au contrôle et aux modalités avec l’acide tartrique. Dans une dernière partie, l’utilisation de l’acide fumarique dans la vinification en blanc, sur du Müller-Thurgau (cépage allemand, Riesling x Sylvaner) a été étudiée. L’ajout d’acide fumarique a permis d’inhiber la fermentation malolactique avec la même efficacité que l’ajout de SO2. Les résultats indiquent que l’ajout d’AF lors de la conservation et à la mise en bouteille du vin apparaissent comme des alternatives prometteuses pour l’acidification des vins et comme des pratiques œnologiques plus durables permettant de réduire l’utilisation de SO2. Les résultats concrets obtenus justifient l'inclusion de la fonctionnalité acidification des moûts et des vins avec l’AF par l'OIV dans le Code des pratiques œnologiques internationales de l'OIV. Des études complémentaires doivent permettre d’affiner l’utilisation et les fonctionnalités de l’acide fumarique sur moûts (en particulier) et vins. Mots Clés: Acide fumarique, changement climatique, acidification, dioxide de soufre, vinification, composés phénoliques KW - Fumarsäure KW - Klimawandel KW - Weinherstellung Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-876 N1 - Diese Dissertation wurde in einem ordnungsgemäßen Promotionsverfahren entsprechend den Bestimmungen des Kooperationsvertrages “CONTRAT DE COTUTELLE DE THÈSE INDIVIDUELLE“ zwischen der Université Bordeaux und der Hochschule Geisenheim University erstellt. VL - 2024 SP - I EP - 243 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER - TY - THES A1 - Dörr, Oliver Sebastian T1 - Influence of artificial sunlight from a microwave plasma lamp on morphology and secondary metabolism of horticultural plants N2 - Light is one of the most important abiotic factors for plant physiological processes. In addition to light intensity, the spectral quality of light can also influence the plant morphology and the content of secondary metabolites. In the horticultural industry, artificial light is used in to enable year-round production of herbs, ornamental plants and vegetables in winter terms. Until today, discharge lamps like high-pressure sodium (HPS) lamps, emitting predominantly orange and red light and high amounts of infrared radiation, are the most common lamp systems in greenhouses. In the last decades, light-emitting diodes (LEDs) emerged as an efficient alternative light source. LEDs have the advantage of distinct adjustments to the light spectrum. For a usage in horticultural industry LEDs are often too expensive. Furthermore, reduced plant growth can occur due to incorrectly adjusted light spectra and lower leaf temperatures caused by the lack of infrared radiation. In a research project (LOEWE, funding no. 487/15-29) funded by the Hessen State Ministry of Higher Education, Research and Arts, Microwave plasma lamps (MPL) were tested as new light sources for horticultural industry and plant research. The electrodeless lamp systems emit light in similar properties like sun light. The aim of the study was to determine the influence of artificial sunlight of the MPL on the accumulation of secondary metabolites, plant architecture and plant physiology of three different species (coleus, basil and potted roses). The MPL was compared with other light systems such as commercial HPS lamps, LEDs or ceramic metal halide lamps (CDM). In addition to morphological parameters such as plant height, internode length or fresh and dry weight, the phenolic content of leaves grown under the respective light sources were examined. Overall an increased far-red light content in the emission spectra of the MPL showed high influence on the plant architecture which was observed in all three plant species. Artificial sunlight from MPL induced stem elongation in coleus and basil plants, compared to the other tested light sources. In potted roses a reduced branching degree was observed under MPL light compared to HPS grown plants. In addition to the impact of far-red light also the blue light content of the emission spectra was found to be a strong influencing factor for plant physiological processes. A positive correlation between blue light content and leaf thickness was determined in coleus cultivated under MPL, LED, HPS and CDM lamps. Low blue light content in HPS emission spectra resulted in shade-adapted leaves with low photosynthetic capacity and susceptibility to high irradiances. Blue light was assumed to increase phenolic metabolites in basil and rose leaves. Furthermore, the different light treatments resulted in an alteration of the composition of essential oils of basil. Experiments with coleus plants demonstrated that besides light color also the infrared radiation, had an influence on secondary metabolites by causing different leaf temperatures. Coleus plants grown with MPL showed the lowest content of phenolic compounds such as rosmarinic acid per dry weight. Infrared radiation resulted in a faster plant development indicated by increased biomass production and higher leaf formation rate as observed in coleus and basil plants. The results obtained in this study show that the influence of leaf temperature should always be considered when comparing different lamp systems. Especially when LEDs are compared to discharge lamps an overestimation of light color can be a consequence since also infrared radiation influences the content of phenolic compounds and plant growth. N2 - Licht ist einer der wichtigsten abiotischen Faktoren für pflanzenphysiologische Prozesse. Neben der Lichtintensität kann auch die spektrale Lichtqualität die Pflanzenmorphologie und den Gehalt an pflanzlichen sekundären Inhaltssoffen beeinflussen. Im Gartenbau wird künstliches Licht verwendet, um eine ganzjährige Produktion von Kräutern, Zierpflanzen und Gemüse im Winter zu ermöglichen. Bis heute sind Entladungslampen wie Natriumhochdrucklampen (HPS), die überwiegend orangefarbenes und rotes Licht sowie Infrarotstrahlung emittieren, die häufigsten Lampensysteme in Gewächshäusern. In den letzten Jahrzehnten haben sich Leuchtdioden (LEDs) als effiziente alternative Lichtquelle herausgestellt. LEDs haben den Vorteil, dass das Lichtspektrum gezielt angepasst werden kann. Für den Einsatz im Gartenbau sind LEDs jedoch oft zu teuer. Darüber hinaus kann ein verringertes Pflanzenwachstum aufgrund falsch eingestellter Lichtspektren sowie fehlender Infrarotstrahlung auftreten. In einem vom hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst finanzierten Forschungsprojekt (LOEWE, Förderungsnummer 487/15-29) wurden Mikrowellenplasmalampen (MPL) als neue Lichtquellen für die Gartenbauindustrie sowie für die Pflanzenforschung getestet. Die elektrodenlosen Lampensysteme emittieren ein sonnenähnliches Lichtspektrum. Ziel der Arbeit war es, den Einfluss des künstlichen Sonnenlichts der MPL auf den Gehalt von pflanzlichen sekundären Inhaltstoffen, sowie auf die Pflanzenmorphologie von drei verschiedenen gartenbaulichen Kulturen (Buntnessel, Basilikum und Topfrosen) zu bestimmen. Die MPL wurde mit anderen Lampensystemen wie handelsüblichen HPS-Lampen, LEDs oder Keramik-Metallhalogendampflampen (CDM) verglichen. Neben morphologischen Parametern wie Pflanzenhöhe, Internodienlänge oder Frisch- und Trockengewicht wurde der Gehalt phenolischer Inhaltsstoffe untersucht. Insgesamt zeigte ein erhöhter Dunkelrotlicht- Anteil in den Emissionsspektren der MPL einen hohen Einfluss auf die Pflanzenarchitektur, der bei allen drei Pflanzenspezies beobachtet wurde. Das künstliche Sonnenlicht der MPL induzierte ein gesteigertes Streckungswachstum bei Buntnesseln und Basilikum. Bei Topfrosen wurde unter dem Licht der MPL ein verringerter Verzweigungsgrad beobachtet, im Vergleich zu Pflanzen die mit HPS Lampen kultiviert wurden. Neben dem Einfluss von dunkelrotem Licht war auch der Blaulichtgehalt ein starker Einflussfaktor für pflanzenphysiologische Prozesse. Eine positive Korrelation zwischen dem Blaulichtgehalt und der Blattdicke wurde bei Buntnesseln bestimmt, die unter MPL-, LED-, HPS- und CDM-Lampen kultiviert wurden. Ein geringer Blaulichtgehalt in HPS-Emissionsspektren führte zu schattenadaptierten Blättern mit geringer Photosynthese-Kapazität und zu einer Anfälligkeit gegenüber hohen Bestrahlungsstärken. Blaues Licht führte zudem zu einem erhöhten Gehalt von phenolischen Inhaltsstoffen in Basilikum- und Rosenblättern. Darüber hinaus führten die verschiedenen Lichtbehandlungen zu einer Veränderung der Zusammensetzung der ätherischen Öle in Basilikumblättern. Mit Experimente mit Buntnesseln konnte nachgewiesen werden, dass neben der Lichtfarbe auch die Infrarotstrahlung einen Einfluss auf den Gehalt von Sekundärmetaboliten hat. Mit MPL produzierte Buntnesseln hatten den niedrigsten Gehalt an phenolischen Verbindungen wie Rosmarinsäure pro Trockengewicht. Die Wärmestrahlung führte zudem zu einer schnelleren Pflanzenentwicklung bei Buntnesseln und Basilikum. Die in dieser Arbeit erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass der Einfluss der Blatttemperatur beim Vergleich verschiedener Lampensysteme immer berücksichtigt werden sollte. Insbesondere beim Vergleich von LEDs mit Entladungslampen kann es zu Überschätzung der Lichtfarbe kommen, wenn die Blatttemperatur nicht beachtet wird, da auch die Infrarotstrahlung den Gehalt sekundärer Inhaltsstoffe sowie das Pflanzenwachstum beeinflusst. KW - Light KW - Horticulture KW - Photomorphogenesis Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:hebis:2083-122 N1 - Version ohne Lebenslauf VL - 2020 PB - Hochschule Geisenheim CY - Geisenheim ET - 1. Auflage ER -