Investigation of molecular changes in wine during storage in refrigerated cabinets
- Wine is a complex chemical mixture that is bound to change over time. Most wines are
produced for consumption within months. Some premium wines are meant to be maturated for
several years or even decades after bottling. The post-bottling evolution and the longevity of a
wine depends on its initial chemical composition and the storage conditions. Temperature,
exposure to light and the closure type are often mentioned as the most important storage
influences. Especially elevated temperature is known to cause accelerated aging reactions in
wine. Refrigerated wine storage cabinets promise to be the best storage option without the
need of a wine cellar. They are available in different sizes and fit in every household. However,
the influence of vibrations and low-interval temperature fluctuations caused by compressors
are parameters that have been neglected in literature. The aim of this thesis was to investigate
if vibrations and low-interval temperature fluctuations, which occur in refrigerated wine storage
cabinets, have an influence on the post-bottling evolution of a wine. The influence of both
parameters was studied separately from each other.
The impact of vibration on oxidation and gas uptake from the headspace of a wine bottle into
the wine was investigated using a model wine with saturated O2 and different headspace
volumes. The study revealed that vibration promotes the dissolution of O2 from the headspace
of bottle into the wine resulting in a faster SO2 consumption. Furthermore, it was shown that
horizontal bottle position accelerated the O2 uptake significantly. It was concluded that the
increased surface size between headspace and wine accelerates the O2 dissolution in wine.
Also, bigger headspace volumes caused an accelerated O2 uptake into the wine. An
experiment without any headspace volume revealed that the factors vibration and bottle
position did not accelerate the O2 consumption in wine. This proves that vibration and bottle
position accelerate only the dissolution of O2 in wine, but not the chemical reaction of O2 with
wine constituents.
The influence of vibration on the volatile profile of wine was investigated using Riesling
sparkling and still wines sealed with different closures that were subjected to vibration for six
months. Vibration caused no CO2 losses, SO2 and color changes in all wines indicating that
vibration caused by compressors has no impact on the gas permeability of the used closures.
However, vibration affected the volatile profile of sparkling wine and Riesling still wine sealed
with a screw cap. Similar to the model wine study described earlier, it was shown that the
equilibrium of volatile substances between the wine and the headspace in a bottle was
influenced by vibration. The gas-liquid-equilibrium of some volatile compounds was shifted
towards wine, while others were shifted towards headspace. As a result of this, the
concentration of volatile compounds in wine is changed. Besides this indirect influence of
vibration, the results of this study also suggested that specific degradation and formation
reactions of volatile compounds are directly influenced by vibration. These multiple effects of
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vibration most likely explain why increasing vibration intensities could not be proportionally
related to the observed volatile changes. The investigation of different wine styles revealed
that the impact of vibration depends strongly on the initial composition of wine, age, and
packaging conditions. Especially, headspace volume, closure type and CO2 pressure are likely
to influence the equilibrium of volatile substances between the wine and the headspace in a
bottle.
Another study investigated the impact of low-interval temperature fluctuations on the volatile
profile of wine. For this purpose, a Riesling wine was stored for two years under different
temperature fluctuation patterns caused by compressors. Additionally, a model wine with nine
volatile substances with known concentrations was stored for eight months under the same
fluctuation patterns. The low-interval temperature fluctuations were compared to the mean
value of the temperature fluctuations. Chemical and sensory analysis revealed that that lowinterval temperature fluctuations accelerate wine aging reactions like ester hydrolysis and
monoterpene degradation. Even small temperature amplitudes showed a significant impact on
wine aging. The observed effect was explained by the Arrhenius equation which states that
reaction rates exponentially increase with rising temperatures. A pump effect of air through the
closure was initially assumed but not observed in this study. Small deviations in wine
temperature, such as those caused by door openings of a refrigerator were found to be
negligible. It was concluded that low-interval temperature fluctuations can accelerate wine
aging reactions. The amplitude of the temperature fluctuations should be as small as possible
during bottle storage of wine.
This thesis showed that both parameters, vibration, and low-interval temperature fluctuations,
have been proven to influence the evolution of wine during bottle storage. Regarding storage
conditions in a refrigerated wine storage cabinet, those parameters should be monitored. Wine
connoisseurs should therefore consider good wine cabinets, since some manufacturers
emphasize on the importance to minimize vibrations and temperature fluctuations in their
devices. The development of technology should be advanced to reduce both vibration and
temperature fluctuations in refrigerated wine storage cabinets. Future research should focus
on specific wine compounds in model systems and realistic vibration conditions to reveal the
relationship between vibration intensities and reaction rates. The impact of low-interval
temperature fluctuations on wine compositional changes should be investigated considering
horizontal and vertical bottle positions. The calculated acceleration factors due to temperature
fluctuations have to be verified by isotherm storage conditions at higher temperatures.
- Wein ist ein komplexes chemisches Gemisch, das sich im Laufe der Zeit verändert. Die
meisten Weine werden produziert, um innerhalb weniger Monaten konsumiert zu werden.
Einige Premiumweine können nach der Abfüllung mehrere Jahre oder sogar Jahrzehnte reifen.
Die Reifung und Langlebigkeit eines Weins hängen von seiner anfänglichen
Zusammensetzung und den Lagerbedingungen ab. Als wichtigste Lagereinflüsse werden
meist Temperatur, Lichteinfall und Verschlussart genannt. Hohe Temperaturen verursachen
bekanntermaßen beschleunigte Alterungsreaktionen im Wein. Weinkühlschränke versprechen
ideale Lagerbedingungen ohne die Notwendigkeit eines Weinkellers. Sie sind in
verschiedenen Größen erhältlich und passen in jeden Haushalt. Der Einfluss von Vibration und
kurzwelligen Temperaturschwankungen, die durch Kompressoren verursacht werden, sind
jedoch Parameter, die in der Literatur bisher vernachlässigt wurden. Das Ziel dieser Arbeit war
es zu untersuchen, ob Vibration und kurzwellige Temperaturschwankungen, die in
Weinkühlschränken auftreten, einen Einfluss auf die Entwicklung eines Weins nach der
Abfüllung haben. Der Einfluss beider Parameter wurde getrennt voneinander untersucht. Der
Einfluss von Vibration auf Oxidationsreaktionen und die Gasaufnahme aus dem Kopfraum
einer Flasche in den Wein wurde an einem sauerstoffgesättigten Model mit unterschiedlichen
Kopfraumvolumina untersucht. Die Studie ergab, dass Vibrationen den Übergang von O2 aus
dem Kopfraum in den Wein fördern, was zu einem schnelleren SO2-Verbrauch führt. Weiterhin
zeigte sich, dass die die O2-Aufnahme in liegenden Flaschen signifikant beschleunigt war. Es
wurde der Schluss gezogen, dass die vergrößerte Oberfläche zwischen Kopfraum und Wein
den O2-Übergang in den Wein beschleunigt. Außerdem beschleunigten große
Kopfraumvolumina die O2-Aufnahme in den Wein. Ein Experiment ohne Kopfraum zeigte, dass
Vibration und Flaschenposition die O2-Abnahme im Wein nicht beschleunigen. Dies zeigt, dass
Vibration und Flaschenposition nur den Übergang von O2 in den Wein beschleunigen, nicht
aber die chemischen Reaktionen von O2. Der Einfluss von Vibration auf flüchtige
Verbindungen in Wein wurde anhand von Schaum- und Stillwein untersucht. Diese waren mit
unterschiedlichen Verschlüssen verschlossen und wurden sechs Monate lang Vibrationen
ausgesetzt. Vibration verursachte bei allen Weinen weder CO2-Verluste noch SO2 und
Farbveränderungen, was darauf hindeutet, dass Vibration, die durch Kompressoren
verursacht wird, keinen Einfluss auf die Gasdurchlässigkeit der verwendeten Verschlüsse hat.
Vibration beeinflusste jedoch flüchtige Verbindungen in Wein. Ähnlich wie bei der zuvor
beschriebenen Modellweinstudie wurde gezeigt, dass das Gleichgewicht flüchtiger
Substanzen zwischen dem Wein und dem Kopfraum in einer Flasche durch Vibration
beeinflusst wird. Das Gas-Flüssigkeits-Gleichgewicht einiger flüchtiger Verbindungen wurde
in Richtung Wein verschoben, während andere verstärkt in den Kopfraum übergingen.
Dadurch veränderte sich die Konzentration flüchtiger Verbindungen. Neben diesem indirekten
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Einfluss der Vibration legen die Ergebnisse dieser Studie nahe, dass spezifische Abbau- und
Bildungsreaktionen flüchtiger Verbindungen direkt durch Vibration beeinflusst werden. Diese
multiplen Effekte erklären höchstwahrscheinlich, warum die zunehmende
Vibrationsintensitäten nicht proportional zu den beobachteten Veränderungen waren. Die
Untersuchung verschiedener Weinstile ergab, dass die Auswirkung von Vibrationen stark von
der ursprünglichen Zusammensetzung des Weins, dem Alter und den
Verpackungsbedingungen abhängt. Insbesondere das Kopfraumvolumen, der Verschlusstyp
und der CO2-Gehalt beeinflussen das Gleichgewicht flüchtiger Substanzen zwischen dem
Wein und dem Kopfraum der Flasche. Eine weitere Studie untersuchte die Auswirkungen von
kurzwelligen Temperaturschwankungen auf flüchtige Substanzen in Wein. Dazu wurde ein
Riesling-Wein zwei Jahre lang unter verschiedenen Temperaturschwankungen gelagert.
Zusätzlich wurde ein Modellwein mit neun flüchtigen Substanzen bekannter Konzentration
acht Monate lang unter den gleichen Schwankungsmustern gelagert. Eine Kontrollgruppe
wurde bei dem Mittelwert der Temperaturschwankungen gelagert. Chemische und
sensorische Analysen ergaben, dass kurzwellige Temperaturschwankungen Reaktionen wie
Esterhydrolyse und Monoterpenabbau beschleunigen. Selbst kleine Temperaturamplituden
zeigten einen signifikanten Einfluss auf die Weinalterung. Der beobachtete Effekt wurde durch
die Arrhenius-Gleichung erklärt, die besagt, dass die Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender
Temperatur exponentiell zunimmt. Ein Pumpeffekt von Luft durch den Verschluss wurde
zunächst angenommen, aber in dieser Studie nicht beobachtet. Kleine Zunahmen der
Weintemperatur, wie sie beispielsweise durch Türöffnungen eines Kühlschranks verursacht
werden, erwiesen sich als vernachlässigbar. Es wurde der Schluss gezogen, dass kurzwellige
Temperaturschwankungen die Weinalterung beschleunigen können. Die Amplitude der
Temperaturschwankungen sollte bei der Flaschenlagerung von Wein möglichst gering sein.
Diese Arbeit zeigte, dass beide Parameter, Vibrationen und kurzwellige
Temperaturschwankungen, nachweislich die Entwicklung von Wein während der
Flaschenlagerung beeinflussen. Hinsichtlich der Lagerung in einem Weinkühlschrank sollten
diese Parameter überwacht werden. Weinkenner sollten daher gute Weinkühlschränke in
Betracht ziehen, da einige Hersteller Wert darauf legen Vibrationen und
Temperaturschwankungen in ihren Geräten zu minimieren. Die Entwicklung von Technologien
sollte vorangetrieben werden, die sowohl Vibrationen als auch Temperaturschwankungen in
Weinkühlschränken reduziert. Zukünftige Forschung sollte sich auf spezifische Verbindungen
und realistische Vibrationsstärken konzentrieren, um die Beziehung zwischen Vibrationsstärke
und Reaktionsgeschwindigkeit aufzudecken. Die Auswirkung von kurzwelligen
Temperaturschwankungen auf Veränderungen der Weinzusammensetzung sollte unter
Berücksichtigung liegender und stehender Flaschenlagerung untersucht werden. Die
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berechneten Beschleunigungsfaktoren der Temperaturschwankungen müssen durch
isotherme Lagerbedingungen bei höheren Temperaturen verifiziert werden.