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The removal of volatile phenols from Brettanomyces-contaminated wine using Molecularly Imprinted Polymers

  • Brettanomyces infections represent one of the major red wine quality spoilers affecting the industry worldwide and will most likely continue to be so in the years to come. When attempting to correct or “cure” a Brettanomyces tainted wine, the most problematic metabolites to be removed are volatile phenols, particularly 4-ethylphenol. Molecular imprinting represents one of the technologies which promise to bridge the gap between the precision and selectivity of chemical analytical methods forBrettanomyces infections represent one of the major red wine quality spoilers affecting the industry worldwide and will most likely continue to be so in the years to come. When attempting to correct or “cure” a Brettanomyces tainted wine, the most problematic metabolites to be removed are volatile phenols, particularly 4-ethylphenol. Molecular imprinting represents one of the technologies which promise to bridge the gap between the precision and selectivity of chemical analytical methods for investigating liquid matrices, and that of industrial filtration and separation technologies currently in use. In this work, the removal of 4-ethylphenol from wine with the aid of molecularly imprinted polymers was studied. Overall, the materials investigated in this work show promise when investigated in lab-scale conditions with model solutions. They can be effective in treating wine if the treatment conditions are appropriate and involve multiple regeneration steps.show moreshow less
  • Brettanomyces-Infektionen stellen einen der größten Verderber der Rotweinqualität dar, der die Industrie weltweit betrifft, und werden dies höchstwahrscheinlich auch in den kommenden Jahren bleiben. Beim Versuch, einen mit Brettanomyces verunreinigten Wein zu korrigieren oder zu „heilen“, sind die problematischsten Metaboliten, die entfernt werden müssen, flüchtige Phenole, insbesondere 4-Ethylphenol. Molekular geprägte Polymere sind synthetische Polymere mit einer vorbestimmten SelektivitätBrettanomyces-Infektionen stellen einen der größten Verderber der Rotweinqualität dar, der die Industrie weltweit betrifft, und werden dies höchstwahrscheinlich auch in den kommenden Jahren bleiben. Beim Versuch, einen mit Brettanomyces verunreinigten Wein zu korrigieren oder zu „heilen“, sind die problematischsten Metaboliten, die entfernt werden müssen, flüchtige Phenole, insbesondere 4-Ethylphenol. Molekular geprägte Polymere sind synthetische Polymere mit einer vorbestimmten Selektivität für eine gegebene chemische Verbindung. Das Molecular Imprinting stellt eine der Technologien dar, die verspricht, die Lücke zwischen der Präzision und Selektivität chemischer Analysemethoden zur Untersuchung flüssiger Matrices und den derzeit verwendeten industriellen Filtrations- und Separationstechnologien zu schließen. In dieser Arbeit wurde die Entfernung von 4-Ethylphenol aus Wein mit Hilfe von Molecularly Imprinted Polymers (MIPs) untersucht. Die molekular geprägten Polymere konnten ihre Entfernungswirksamkeit und Selektivität für 4-Ethylphenol (4-EP) in Modelllösungen mit einem kontaktzeit- und dosisabhängigen Prägeeffekt demonstrieren. Die Entfernungseffizienz von 4-EP war von Laborbedingungen auf Weinbereitungsbedingungen im kleinen Maßstab hochskalierbar, der Imprinting-Effekt jedoch nicht. Die Elution mit alkalischen und säurebasierten Regenerationslösungen war möglich und erfolgreich. Eine Behandlung basierend auf Zyklen von selektiver Filtration und Regeneration konnte durchgeführt werden, was zu einer 10-fachen Reduzierung der 4-EP-Konzentration in einem kontaminierten Rotwein führte. In Bezug auf die Entfernungsselektivität beeinflussten die getesteten Polymere den freien Anthocyangehalt der getesteten Weine nicht, während PVPP- und Aktivkohlebehandlungen stärkere Entfernungseffekte verursachten. Um die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern, wurde das aktive Polymermaterial in Filterschichten auf Zellulosebasis eingebettet. Dies führte zu einer vierfachen Verringerung der 4-EP-Entfernungswirksamkeit im Vergleich zu demselben Polymer in Pulverform. Die in Polymer eingebetteten Filterschichten wurden zu einer Quelle der 4-EP-Kontamination für behandelte Weine, da 4-EP während des Herstellungsprozesses als Template für die molekulare Prägung verwendet und nicht richtig eluiert wurde. Dieser Aspekt machte sich bei der sensorischen Analyse bemerkbar, wobei die MIP-behandelten Proben von der Verkostungsgruppe am wenigsten bevorzugt wurden. Die in Polymer eingebetteten Filterschichten waren bei der Entfernung von 4-EP aus einem kontaminierten Wein weniger wirksam als Aktivkohle. Beide Behandlungen verursachten ähnliche Verringerungen der gemessenen Ester, Alkohole und flüchtigen Aromastoffe. Diese Arbeit hat einige neue Bezugspunkte für zukünftige Studien zur selektiven Entfernung von flüchtigen Phenolen aus Brettanomyces-kontaminierten Weinen geliefert. Insgesamt sind die in dieser Arbeit untersuchten Materialien vielversprechend, wenn sie im Labormaßstab mit Modelllösungen untersucht werden, und können bei der Behandlung von Wein wirksam sein, wenn die Behandlungsbedingungen angemessen sind und mehrere Regenerationsschritte umfassen. Ein anfänglicher Ansatz, diese Materialien in Filterschichten einzubetten, war nicht erfolgreich, und folglich würden zukünftige Studien davon profitieren, den Prägungseffekt beim Hochskalieren beizubehalten, eine vollständige Elution vom Template sicherzustellen und die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern.show moreshow less

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Metadaten
Author:Victor Cotea
URN:urn:nbn:de:hebis:2083-747
ISBN:13 978-3-934742-89-5
Series (Serial Number):Geisenheimer Berichte (97)
Publisher:Gesellschaft zur Förderung der Hochschule Geisenheim
Place of publication:Geisenheim, Deutschland
Referee:Monika Christmann, Sylvia Schnell, Stamatina Kallithraka
Advisor:Monika Christmann, Sylvia Schnell
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2022
Embargo Date:2023/11/23
Publishing Institution:Hochschule Geisenheim University
Granting Institution:Hochschule Geisenheim University
Granting Institution:Justus-Liebig-Universität Gießen
Date of final exam:2022/02/09
Release Date:2023/11/27
Tag:4-ethylphenol; Brettanomyces; MIP; Molecularly Imprinted Polymers; Wine
Volume:2022
Edition:1. Auflage
Page Number:256
First Page:I
Last Page:239
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 63 Landwirtschaft
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