Identification, quantitation and origin of sulfur compounds in grape products. An approach via hyphenated mass spectrometry techniques.

Il contributo della Chimica Analitica nello studio delle matrici complesse, quali ad esempio quelle alimentari, è cruciale. In particolare lo sviluppo di metodi cromatografici avanzati può permettere di dosare importanti marker tecnologici, microbiologici e fisiologici e quindi consentire un approfondimento delle attuali conoscenze. Questo lavoro è stato concepito allo scopo di definire gli strumenti per valutare il contributo di un’importante classe di molecole all’aroma dei vini. Il vino riveste un ruolo di primaria importanza nelle tradizioni culturali ed alimentari Italiane, inoltre l’Italia risulta primo produttore e primo consumatore mondiale di vino. I prodotti enologici sono stati largamente studiati fin dai primi anni ’70, anche se l’assenza di conoscenze biochimiche e microbiologiche e la mancanza di tecniche analitiche sufficientemente sensibili non ha consentito lo studio esaustivo della classe dei composti solforati. Questa tesi, nata da esigenze legate alla chimica analitica e alla chimica enologica, ha avuto come punto centrale lo studio dei composti solforati nei vini. Il primo problema che si è dovuto affrontare nello studio di matrici complesse come quelle enologiche è stato quello relativo agli effetti matrice. Il superamento o il contenimento di questo problema crea ogni giorno costi in termini di tempo e di preparazione di opportuni standard interni. In questa tesi si è proposto un metodo statistico basato sul modello a componente di varianza in grado di gestire questo problema. I vantaggi sono notevoli, a fronte di una incertezza leggermente maggiore e di una sensibilità di poco peggiorata. Altro argomento trattato è stata la definizione dei metodi analitici in grado di quantificare e quindi di studiare i composti solforati. Questa materia è stata affrontata riconoscendo una prima distinzione all’interno del gruppo degli analiti indagati: o composti solforati fermentativi: molecole derivanti dal metabolismo del lievito a partire da precursori amminoacidici o composti solforati varietali: molecole presenti in specifiche varietà come coniugati della cisteina e del glutatione e rilasciati durante la fermentazione alcolica ad opera di specifiche attività enzimatiche. Questa suddivisione è stata mantenuta anche nello sviluppo dei metodi analitici, in quanto sensibilità richieste e conseguenze metabolomiche erano anch’esse distinte. Per quanto riguarda i composti solforati fermentativi, durante il dottorato di ricerca è stato ottimizzato e validato un metodo HS-SPME/GC-MS per l’analisi di un’ampia gamma di molecole tipicamente derivanti dal metabolismo del lievito. Tale approccio è poi stato la base per studi di natura più squisitamente metabolomica in cui è stato verificato come il cultivar (i.e. la varietà), l’invecchiamento, il ceppo di lievito e altre pratiche tecnologiche potessero influenze il livello e l’evoluzione degli analiti indagati. I risultati ottenuti per quanto attiene lo sviluppo del metodo in spettrometria di massa hanno potuto confermare con la tecnica SPME con campionamento in spazio di testa sia una tecnica di elezione per l’analisi di molecole volatili. Inoltre questo approccio consente una gestione semplice ed enviromental friendly in confronto con i più obsoleti metodi di estrazione con solvente. Gli studi metabolomici hanno consentito di trarre importanti considerazioni su aspetti molto importanti nella definizione della qualità del prodotto finale. Tali risultati consentono anche una trasferibilità nei settori della ricerca applicata e dell’enologia. Come ultima classe di analiti indagati si sono studiati i composti solforati varietali. L’assenza di metodi sensibili e sufficientemente rapidi da essere applicati per studi su un numero significativo di campioni ha spinto la nostra attenzione alla verifica delle potenzialità delle tecniche in spazio di testa nel dosare queste molecole. Si sono ottimizzati e validati metodi HS-SPME e purge and trap ed è stata definita una procedura non parametrica robusta per il confronto delle performance delle diverse procedure. Visto il recente interesse della ricerca scientifica operante nel settore al controllo della formazione ed evoluzione di queste molecole, abbiamo focalizzato la nostra attenzione sui precursori dei composti solforati varietali. Il primo stadio è stata la sintesi di queste molecole, seguito poi dall’ottimizzazione di metodi LC-MS/MS per il dosaggio di queste molecole. In questo contesto è stato possibile identificare per la prima volta un nuovo potenziale precursore di aroma, tramite esperimenti LC-MS/MS. Da ultimo, attraverso l’isolamento dell’enzima responsabile della biosintesi dei precursori d’aroma è stato possibile proporre una preliminare spiegazione alla formazione di tali molecole durante la maturazione della materia prima. In conclusione, grazie a questa tesi di dottorato, è stato possibile approfondire ed applicare alcune delle più moderne tecniche analitiche a disposizione, è stato possibile definire procedure statistiche per superare i più comuni ostacoli nello studio di matrici complesse, ed è stato possibile chiarire il contributo di una classe importante di molecole come i composti solforati nelle matrici enologiche.