Innovative Analytical and Biotechnological Approaches for Quality in Wine and Beverage Production

The production of fermented beverages, such as wine and beer, requires increasingly accurate control of technological processes and food safety, within a framework of environmental sustainability. In this context, the present PhD thesis aims to integrate advanced analytical approaches and innovative biotechnological strategies to improve quality and safety in the production of wine and fermented beverages.The research initially focused on the application of near- and mid-infrared spectroscopy (NIR and FT-IR), combined with chemometric tools, for the development of rapid, non-destructive, and highly reliable methods for the qualitative and compositional evaluation of grapes, musts, and wines. Within this framework, an innovative instrumental prototype (GRAPESCAN 2) was developed and validated, capable of estimating key technological and phenolic maturity parameters in real time, showing a high correlation with reference analytical methods.In parallel, the thesis investigated biological demetallization strategies, with particular attention to copper removal during alcoholic fermentation through the use of selected Saccharomyces cerevisiae strains. The results highlight the potential of microbial biotechnologies as a sustainable alternative to traditional chemical treatments, enabling the reduction of heavy metal content without compromising the quality of the final product.

La produzione di bevande fermentate, quali vino e birra, richiede un controllo sempre più accurato dei processi tecnologici e della sicurezza alimentare, in un’ottica di sostenibilità ambientale. In questo contesto, la presente tesi di dottorato ha l’obiettivo di integrare approcci analitici avanzati e strategie biotecnologiche innovative per il miglioramento della qualità e della sicurezza nella produzione di vino e bevande fermentate.La ricerca si è focalizzata, in primo luogo, sull’applicazione della spettroscopia nel vicino e medio infrarosso (NIR e FT-IR), combinata con strumenti chemometrici, per lo sviluppo di metodi rapidi, non distruttivi e ad alta affidabilità per la valutazione qualitativa e composizionale di uve, mosti e vini. In tale ambito è stato sviluppato e validato un prototipo strumentale innovativo (GRAPESCAN 2), in grado di stimare in tempo reale parametri chiave di maturità tecnologica e fenolica, dimostrando un’elevata correlazione con i metodi analitici di riferimento.Parallelamente, la tesi ha approfondito strategie di demetallizzazione biologica, con particolare attenzione alla rimozione del rame durante la fermentazione alcolica mediante l’impiego di ceppi selezionati di Saccharomyces cerevisiae. I risultati evidenziano il potenziale delle biotecnologie microbiche come alternativa sostenibile ai trattamenti chimici tradizionali, consentendo di ridurre il contenuto di metalli pesanti senza compromettere la qualità del prodotto finale.