Riassunto analitico
Il progetto è parte di uno studio sulla salvaguardia e valorizzazione delle biodiversità vitivinicola. Di norma, l’identificazione varietale avviene con metodi ampelografici descrittivi. Tuttavia, lo sviluppo di marcatori molecolari attraverso l’analisi dei microsatelliti consente ora una più certa identificazione. Il profilo metabolico è un potente strumento per la caratterizzazione varietale, che fornisce informazioni sul potenziale tecnologico dei vitigni. I flavonoidi, che includono gli antociani per le uve rosse, e i composti aromatici varietali sono i metaboliti secondari maggiormente studiati. Questi ultimi si trovano in forma libera e glicosilata e sono perlopiù estratti mediante estrazione in fase solida (SPE). Al fine di ridurre la manipolazione del campione, è stata testata la stir bar sorptive extraction (SBSE). Lo studio di vitigni attraverso l’analisi dei metaboliti secondari, di microsatelliti e di descrittori ampelografici è stato lo scopo della ricerca. È stata inoltre ottimizzata e validata la SBSE per la determinazione dei composti aromatici nell’uva. La fenotipizzazione delle accessioni considerate è stata effettuata usando descrittori raccomandati dall’OIV, mentre la genotipizzazione è stata effettuata utilizzando nove microsatelliti internazionalmente accettati. Il potenziale fenolico è stato valutato con misure spettrofotometriche e cromatografiche di polifenoli totali, flavonoidi e antociani. I composti volatili sono stati estratti mediante SPE e determinati in gascromatografia accoppiata a spettrometria di massa (GC-MS). L’ottimizzazione della SBSE è stata condotta presso l’Andalusian Centre of Wine Research – Università di Cádiz attraverso due disegni sperimentali: fractional factorial design e central composite design. La quantificazione è stata effettuata in GC-MS. I descrittori OIV e l’analisi degli SSR sono stati utili a valutare l’autenticità delle accessioni considerate. I risultati ottenuti dalle analisi dei marcatori molecolari hanno messo in luce diversi casi di sinonimia e omonimia, nonché la vicinanza genetica tra la famiglia dei Lambruschi e la vite selvatica. Sono state osservate differenze nel potenziale fenolico tra le accessioni e nelle diverse annate. Questo risultato suggerisce il tipo di modulazione delle pratiche di vinificazione in relazione all’annata. Sono state osservate differenze nei contenuti di antocianine (delfinidina, cianidina, petunidina, peoni dina, malvidina e loro derivati), in termini di concentrazioni assolute e relative. Le prime danno indicazioni sull’intensità del colore, mentre le seconde sulla tinta. I principali composti aromatici varietali rivelati sono stati terpenoidi, C13-norisoprenoidi, benzenoidi e composti a 6 atomi di carbonio. In particolare, le differenze in potenziale aromatico osservate suggeriscono una modulazione delle pratiche di vinificazione per migliorare l’espressione aromatica varietale di vitigni non aromatici. Sono state inoltre identificate le migliori condizioni per l’estrazione dei composti aromatici con SBSE. La validazione del metodo ha dato risultati adeguati per la quantificazione dei composti d’interesse. La SBSE è una tecnica semplice, veloce e solvent-free che può essere considerata una valida alternativa ai metodi classici di estrazione. Infine, i dati raccolti saranno utilizzati per implementare l’Italian Vitis Database (http://www.vitisdb.it), supportando l’attività di caratterizzazione dei vitigni, con forti implicazioni sulle pratiche enologiche e sulla qualità del vino.
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Abstract
The framework of this Ph.D. project has been outlined within a funded study about the safeguard and valorization of the grapevine biodiversity. Traditionally, the variety identification is obtained by ampelographic descriptive methods. However, the correct identification of a grapevine variety, due to the high polymorphism, is sometimes very difficult. The development of DNA molecular markers has allowed the identification of grapevine varieties by the analysis of SSR polymorphism. Metabolite profiling is a powerful approach for the characterization of grape varieties, providing information on the technological potential of a grape variety. Flavonoids, which include anthocyanins from red grape, and aroma compounds are the secondary metabolites mostly studied in grape. The latter accumulate in grape berries both in free and glycosylated form (aroma potential). The solid phase extraction (SPE) is the technique mostly used for the varietal aromas. However, according to the current tendency to develop methodologies which reduce sample handling, the stir bar sorptive extraction (SBSE) was tested. The aim of this Ph.D. project was the study of grapevine varieties through analysis of secondary metabolites, SSR molecular markers and ampelographic descriptors. The SBSE optimization for the determination of varietal aromas in grape and the method validation have been also carried out. Phenotyping of accessions was performed using descriptors recommended by International Organization of Vine and Wine (OIV). SSR genotyping was performed using nine SSRs selected basing on their international acceptance. The phenolic potential was evaluated by spectrophotometric determinations of total polyphenols, flavonoids and anthocyanin content. The individual anthocyanins were chromatographically determined. The extraction of the volatiles, both free and glycosylated, was performed by SPE and the quantification was carried out by gas chromatography (MS) coupled with mass spectrometry (MS). The optimization of SBSE was carried out at the Andalusian Centre of Wine Research (CAIV) – University of Cádiz by a fractional factorial design and central composite design. The quantification of each volatile was carried out by GC-MS. The OIV descriptors and the SSR analysis were useful for assessment of true-to-typeness. Results obtained from molecular characterization have revealed several synonyms and homonyms as well as the genetic proximity between Lambrusco family and wild grapevine. Differences in phenolic potential were observed among the accessions and the vintages considered. This result suggest the modulation type of the wine-making process in relation to the vintage. The detected anthocyanins were delphinidin, cyanidin, petunidin, peonidin, and malvidin and their derivatives. Differences in anthocyanins were observed, considering both absolute and relative concentrations. The former give indications on grape color intensity while the latter give indications on hue of the grape color. The main varietal aroma compounds detected belong to terpenoids, C13-norisoprenoids, benzenoids, C6-compounds. In particular, the differences in aroma potential observed suggest the modulation of the wine-making process in order to improve the varietal aroma expression for non-aromatic grapevine. The best conditions for extracting the varietal aromas by SBSE were found. The performance characteristics obtained were adequate for their quantitation in grape. The SBSE is a very simple, solvent-free, and fast technique and it can be considered a valid alternative to other analytical methods. Altogether, the achieved data will be used to implement the Italian Vitis Database, supporting the characterization activity of grapevine varieties and providing information on the technological potential of a grapes, with implications on wine-making processes and wine quality.
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