Tytuł operacji:
"Wino bez siarki, innowacyjne technologie w winnicy i winiarni wspierające ograniczanie dodatku siarki do win gronowych"
Cel operacji:
"Opracowanie innowacyjnych technologii w winnicy i winiarni, które mają wspierać ograniczanie dodatku siarki do win gronowych"
Skrócony opis operacji:
Uprawa winorośli na wino w Polsce postępuje dynamicznie. Wzrost powierzchni uprawy w ostatnich latach wynosi kilkaset procent. Uprawa winorośli i produkcja wina stają się ciekawą i opłacalna alternatywa dla innych upraw sadowniczych. Polskie warunki klimatyczne coraz bardziej pasują do uprawy winorośli, co coraz bardziej zwiększa ich opłacalność. Polskie wina wyróżnia oryginalny smak, stosunkowo niewielka produkcja i duża pracochłonność, ponieważ większość zabiegów wykonywanych jest ręcznie. Taki sposób postepowania przyczynia się do wyższej ceny wina. Projekt ma być przyczynkiem do utworzenia nowych, ulepszonych, wartościowych produktów w klasie ‘premium’ dla najbardziej wymagających klientów.
Siarka jako środek dezynfekujący stosowana jest w produkcji wina tradycyjnie od wielu lat. W tym zakresie nie stanowi szczególnego niebezpieczeństwa. Ze względu jednak na liczne alergie konsumentów na ten składnik - konieczne jest uzupełnienie oferty rynkowej o produkt o zminimalizowanej zawartości tego pierwiastka.
Nadrzędnym cel projektu będzie obniżenie zawartości wolnej siarki dodawanej jako produkt dezynfekujący i stabilizujący mikrobiologicznie wino.
Skład grupy operacyjnej:
- Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, jednostka naukowa, Lider.
- Zachodniopomorski Ośrodek Doradztwa Rolniczego w Barzkowicach, podmiot doradczy.
- Winnica Pałacu Rajkowo sp. z o.o.
- gospodarstwo Rolne Małgorzata Śnieżek
- Polskie Towarzystwo Nauk Ogrodniczych
Budżet operacji:
Budżet całkowity operacji: 660 881zł
Kwota pomocy: 625 892 zł
Zima 2021
Zima w pełni, ale szykujemy się już do rozpoczęcia projektu. Jak tylko pogoda pozwoli zaczynamy cięcie winorośli.
Styczeń 2022
1. Cięcie zakończone, czekamy na wiosnę. Jak pogoda pozwoli zaczniemy wywozić ścięte pędy.
2. Wiosna w pełni - pędy przygięte do poziomu. Na nowych nasadzeniach wszystkie prace też już zakończone.
(fot. Ireneusz Ochmian)
Zima na winnicy – przed cięciem
Rośliny po zimowym cięciu. W celu ograniczenia ilości patogenów chorobotwórczych wszystkie pędy po cięciu są usuwane z winnicy.
https://youtube.com/shorts/4wD46hY8WN8?si=cWUkQ_KZgqLTCwkR
Wiosna na winnicy – rośliny budzą się po zimowym spoczynku – czas na wykonanie pierwszego oprysku.
Pomimo stosowania wyłącznie ekologicznych środków ochrony roślin rośliny są w bardzo dobrej kondycji.
Ważnym aspektem jest terminowe i dokładne wykonanie zabiegów
https://youtube.com/shorts/4VyJox4hiX8?si=nEECf4qWdoPQTSPx
Grono odmiany Solaris i Souvignier gris
Czas zbiorów
Wyniki badań
Czy ograniczona ochrona chemiczna stosowana w uprawach ekologicznych jest w stanie odpowiednio zabezpieczyć owoce? Dozwolone w uprawie ekologicznej związki siarki i miedzi, mogą okazać się niewystarczające, zwłaszcza jeżeli w celu uzyskania naturalnego wina, staramy się również ograniczać te związki. Siarka dodawana do wina w celu jego konserwacji, jest równocześnie alergenem.
Wykryliśmy nieznaczne różnice w składzie mikrobiologicznych i chemicznym owoców/moszczu/wina pozyskanych z plantacji uprawianej w sposób konwencjonalny, z zastosowanie syntetycznych środków ochrony roślin i ekologicznej, z ograniczonym stosowanie związków siarki i miedzi.
W większości przypadków te same rodzaje bakterii wykrywano zarówno na owocach uprawianych konwencjonalnie, jak i ekologicznie. Jednocześnie większa różnorodność i równomierność ilościowa w obrębie rodzajów bakterii i taksonów grzybów dotyczyła uprawy ekologicznej. W przypadku bakterii w owocach pochodzących z uprawy ekologicznej było ich prawie 3-krotnie więcej niż sekwencji wykrytych na owocach konwencjonalnych. Znaleziono o 19 więcej taksonów bakteryjnych na owocach ekologicznych.
Tabela. Bakterie i grzyby wykryte w owocach i moszczu winogronowym
|
Bakterie (OTU ID) |
Grzyby (OTU ID) |
|
g__Sphingomonas |
g__Erysiphe |
|
g__Massilia |
g__Aureobasidium |
|
g__Hymenobacter |
g__Alternaria |
|
g__Pseudomonas |
g__Mycosphaerella |
|
s__Variovorax_paradoxus |
g__Botryotinia |
|
g__Variovorax |
g__Hanseniaspora |
|
g__Rhizobium |
g__Cladosporium |
|
g__Brevundimonas |
g__Dissoconium |
|
g__Pedobacter |
g__Penicillium |
|
f__Microbacteriaceae |
g__Mucor |
|
g__Xylophilus |
o__Entylomatales |
|
g__Rathayibacter |
g__Epicoccum |
|
g__Methylobacterium |
p__Ascomycota |
|
g__Curtobacterium |
g__Vishniacozyma |
|
s__Frondihabitans_australicus |
g__Neosetophoma |
|
g__Kineococcus |
g__Stemphylium |
|
g__Klenkia |
g__Sarocladium |
|
g__Rhodococcus |
g__Trichothecium |
|
g__Gluconobacter |
o__Hypocreales |
|
s__Pseudomonas_rhizosphaerae |
g__Acremonium |
|
s__Methylobacterium_adhaesivum |
g__Peronospora |
|
s__Gluconobacter_cerinus |
f__Peronosporaceae |
|
g__Aureimonas |
g__Botrytis |
|
f__Comamonadaceae |
c__Dothideomycetes |
|
d__Bacteria |
g__Curvibasidium |
|
g__Brevundimonas |
g__Hypholoma |
|
s__cf._Chryseobacterium |
g__Scleroramularia |
|
g__Flavobacterium |
g__Bremia |
|
f__Myxococcaceae_P3OB-42 |
g__Nectriella |
|
g__Bacillus |
g__Tricladium |
|
g__Dyadobacter |
g__Fusarium |
|
g__Serratia |
|
|
g__Duganella |
|
|
s__Erwinia_gerundensis |
|
|
s__Serratia_fonticola |
|
Fot. Mikrobiom występujący w moszczu badanych winogron
Pomimo występowania tak licznego mikrobiomu, nie wykryto w owocach mykotoksyn.
W próbkach z pola ekologicznego nie wykryto pozostałości pestycydów, natomiast w owocach konwencjonalnych stwierdzono znaczne zawartości dwóch pestycydów. Stosowana do ochrony siarka była również wykrywana w moszczu i wyprodukowanym z niego winie. Poziom był na tyle wysoki, >10 mg/L, że wino nie mogło być zakwalifikowane jako bez zawartości siarczynów. Zastosowanie związków siarki na samym początku wegetacji, a następnie zastąpienie jej alternatywnymi produktami, pozwoliło prawie całkowicie wyeliminować ją z wina, nie obniżając jakości owoców.
Tabela. Pierwsze analizy moszczu i wina przed modyfikacją sposobu ochrony plantacji przez chorobami grzybowymi
|
Pierwiastek (mg/kg) |
Sposób uprawy |
||
|
ekologiczna |
konwencjonalna |
||
|
Cu |
Moszcz |
3.14 |
2.08 |
|
Wino |
0.56 |
0.44 |
|
|
S |
Moszcz |
17.4 |
3.2 |
|
Wino |
6.7 |
2.8 |
|
Jakość owoców
We wszystkich mierzonych parametrach określających właściwości prozdrowotne metoda uprawy ekologicznej z ograniczonym użyciem siarki, konsekwentnie wykazywała wyższe poziomy w porównaniu z metodą konwencjonalną.
Moszcze z winogron uprawianych systemem ekologicznym, wykazały statystycznie istotnie wyższa zawartość związków polifenolowych. Uprawa ekologiczna wpłynęła na wyższy poziom rozpuszczalnych substancji stałych (mierzonych jako % Brix) w moszczu (24,8%), niższą kwasowość, oraz wyższy poziom azotu przyswajalnego przez drożdże (YAN).
Produkcja wina
Wiele uwagi poświęca się właściwościom win naturalnych, które powstają w wyniku spontanicznych procesów biochemicznych zachodzących w moszczu gronowym i w winie. Coraz większe zainteresowanie konsumentów ekologicznymi produktami pobudza producentów do poszukiwania alternatywnych metod produkcji i konserwacji win – poprzez wyeliminowanie związków siarki.
Rys. Metody stabilizacji wina (K. Pachnowska)
Niestety, wina produkowane w sposób zupełnie naturalny, bez wstępnego odkażania siarką, charakteryzowały się złą jakością.
Duża ilość i różnorodność mikroorganizmów występujących w moszczu/soku wpłynęła na produkcję związków/produktów ubocznych powstających w procesie fermentacji. Niektóre z nich np. glycerol, do pewnego poziomu, polepszają właściwości organoleptyczne win. Jednak po przekroczeniu tej bariery wpływają negatywnie na wino oraz na zdrowie konsumenta. Zwłaszcza, że wino naturalne zawierało też duże ilości octan etylu, acetoina, aldehyd octowy, n-propanol, Iso-butanol, octan izoamylu, 2 i 3 methyl-butanol.
Tabela . Związki chemiczne wykryte w winie
|
Alkohole wyższe |
Produkty uboczne fermentacji |
|
Izoamylowy (mg/L) |
Octan etylu |
|
Izobutanol (mg/L) |
Acetoina |
|
Propanol (mg/L) |
Aldehyd octowy |
|
Glicerol (g/L) |
n-propanol |
|
|
Izo-butanol |
|
|
Octan izoamylu |
|
|
2 i 3-metylobutanol |
Negatywny wpływ tych związków na jakość wina potwierdziły testy przeprowadzone na grupie konsumentów. Wino siarkowane miało dobre parametry jakościowe i pozytywny odbiór konsumentów. Jednak zawierało związki siarki jako pozostałość po siarkowaniu moszczu.
Fig. Ocena jakości wina przez degustatorów.
Alternatywne metody odkażania moszczu
W celu obniżenia związków siarki w winie i wyprodukowania wina pozbawionego wad i związków wpływających negatywnie na jego smak, zastosowano alternatywne metody odkażania moszczu.
Badaliśmy promieniowanie jądrowe i ozonowanie jako alternatywę dla siarkowania moszczów i win. Jednak ozonowanie daje niejednoznaczne wyniki, ponieważ w zależności od szczepów drożdży i warunków doświadczenia efektywność ozonowania jest zmienna.
Fig. Wpływ czasu ozonowania na liczbę drożdży.
Promieniowanie jądrowe jest bardzo skuteczne i proste w zastosowaniu, ale obecnie nieosiągalne dla przeciętnego producenta win.
Fot. DEKONTAMINACJA RADIACYJNA - Instytut Chemii i Techniki Jądrowej w Warszawie
Dlatego postanowiliśmy przetestować zjawisko kawitacji do usuwania mikroorganizmów z moszczu. Jednak poza efektem dekontaminacji moszczu, badaliśmy również cechy fizyko-chemiczne moszczu poddanego działaniom fal dźwiękowych. Hipoteza robocza zakłada bowiem pozytywny wpływ fal dźwiękowych na intensyfikowanie ekstrakcji składników prozdrowotnych, pogłębiających barwę moszczu.
Mechanizm działania ultradźwięków opiera się na rozrywaniu komórki od wewnątrz na skutek wytworzenia w niej pęcherzyków gazu (kawitacja). Kawitacja polega na zmianach ciśnienia i przejściu fazy cieczy do fazy gazowej. W miejscach, gdzie ciśnienie jest najniższe tworzą się pęcherzyki powietrza, które zanikają wraz ze wzrostem ciśnienia zaburzając aktywność komórkową. Energia fal ultradźwiękowych jest pochłaniana przez ciecz wywołując w ten sposób „wiatr akustyczny”. Powstają tam duże różnice ciśnień i zawirowania cieczy. Zjawiska te powodują generalnie fizyczne uszkodzenie, osłabienie lub zerwanie zewnętrznej warstwy różnych organizmów. Zapadanie się pęcherzyków może powodować powstawanie małych obszarów o bardzo wysokich temperaturach (5500 °C) i ciśnieniu (50 MPa), które mogą miejscowo uszkadzać struktury komórkowe mikroorganizmów. Implozja pęcherzyków oraz powstawanie miejscowych gorących punktów powoduje homolityczny rozpad cząsteczek wody i powstawanie wolnych rodników (hydroksylowego i atomu wodoru). Istnieje niebezpieczeństwo, że kawitacja wpłynie również destrukcyjnie na cenne składniki bukietu, co byłoby ograniczeniem praktycznego wykorzystania ultradźwięków do maceracji moszczu.
Fot Urządzenie do stabilizacji moszczu i wina ultradzwiękami
Bakterie były najbardziej wrażliwe na ultradźwięki, ponieważ najszybciej odnotowano istotny i trwały spadek ich liczebności w moszczu. Drożdże podobnie reagowały na ultradźwięki jak bakterie
Fig. 1. Liczebność mikroorganizmów w moszczu po ekspozycji na ultradźwięki
Metoda pozwoliła na uzyskanie czystego mikrobiologicznie moszczu, a ponadto przyśpieszyła macerację owoców, a co za tym idzie przyśpieszyła ekstrakcję związków barwnych do wina.
Fot. Zmiana barwy soku w trakcie stosowania ultradźwięków.
Równolegle do tych badań testowaliśmy możliwość sterylizacji moszczu i wina za pomocą promieniowania UV-C oraz nanosfer
Nanosfery krzemionkowe
Fig. Obrazy TEM (górny i środkowy panel) i SEM (dolny panel) komórek Oenococcus oeni (DSM7008) mieszanych z nanosferami krzemionkowymi (po 60 min). Komórka O. oeni (DSM7008) po uderzeniu nanosfer krzemionkowych (a), deformacja komórki i uwolnienie jej materii cytoplazmatycznej (b), nanosfery krzemionkowe wewnątrz komórki bakterii (c), sfery krzemionkowe zanurzone w powierzchni komórki (d-f), potwierdzenie SEM deformacji dużych bakterii i nanosfer krzemionkowych otaczających komórki O. oeni (g-i).
Najwyższe stężenie nanosfer przy ciągłym mieszaniu spowodowało największy spadek liczby komórek. Analizy za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) i skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) wykazały rozległe uszkodzenia komórek bakteryjnych po mieszaniu z nanomateriałami krzemionkowymi. Następnie, efekt neutralizujący został przetestowany w młodym czerwonym winie podczas mieszania, gdzie liczba komórek została zmniejszona o ponad 50%. Uzyskane wyniki sugerują, że silikanosfery mogą służyć jako alternatywny sposób ograniczenia lub zastąpienia stosowania dwutlenku siarki w stabilizacji mikrobiologicznej wina. Ponadto, dalsze aspekty badań koncentrują się na ochronie przed enzymatycznym i chemicznym utlenianiem wina.
Równolegle badaliśmy możliwość zastosowania promieni UV-C do stabilizacji mikrobiologicznej woszczu i wina. Działanie przeciwdrobnoustrojowe światła UV jest znane od dawna i może być stosowane w technologii żywności do dezynfekcji wody, powierzchni świeżych produktów, soków owocowy, cydru jabłkowego lub mleka.
Skonstruowaliśmy urządzenie w którym płyny poddawane są zmiennemu, regulowanemu natężeniu promieni UV-C oraz regulowanemu przepływowi cieczy.
Fot. Zestaw do sterylizacji promieniami UV-C
Stwierdziliśmy, że żywotność drożdży (Saccharomyces cerevisiae) i bakterii (Oenococcus oeni) znacząco spadała wraz z upływem czasu ekspozycji na promienie UV-C. Zawartość związków polifenolowych była znacznie niższa po traktowaniu UV-C, co było głównie wynikiem rozkładu antocyjanów. Całkowita zawartość flawan-3-oli oraz kwasów hydroksycynamonowych i ich pochodnych wzrosła po naświetlaniu.
Dlatego w celu redukcji degradacji antocjanów połączyliśmy metody i dopracowaliśmy parametry poszczególnych procesów.
Obecnie badane jest jakość win, po okresie przechowywania w warunkach imitujących warunki domowe – zmienna, niestabilna temperatura.
Fot. Przechowywane wino
Pozwoliło to na wyprodukowanie wina z obniżoną ilością siarki, <10 mg/L.
Ryc. Wino w ofercie Winnicy Pałacu Rajkowo.
