Monitoring wine fermentation using ATR-MIR spectroscopy and chemometric techniques.

Abstract

El vi és un dels productes amb valor afegit més apreciats al món i és per això que el control de la producció vinícola ha sigut sempre un tema prioritari per a la majoria dels cellers. La implementació d’anàlisis at-line com són les Tècniques Analítiques de Processos (PAT), no només permet un control del vi acabat si no que també dóna la possibilitat de prendre mesures correctives al llarg del procés evitant així obtenir un producte final defectuós. En aquesta tesi doctoral, es va investigar la possibilitat d’implementar diferents estratègies per controlar i detectar desviacions durant la fermentació alcohòlica utilitzant un equip portable i de resposta ràpida: un equip d’ espectroscòpia en l’infraroig mitjà, en el mode de reflectància total atenuada (ATR-MIR) el qual permet obtenir, en pocs segons, una gran quantitat d’informació sobre el procés de fermentació que es va tractar amb diferents tècniques quimiomètriques. Primer, utilitzant les dades espectrals i la regressió de mínims quadrats parcials, es van predir diferents paràmetres químics durant la fermentació alcohòlica. En segon lloc, es van comparar els espectres de fermentacions control amb fermentacions desviades utilitzant l’anàlisi discriminant per mínims quadrats parcials

El vino es uno de los productos con valor añadido más apreciados del mundo y por ello, el control de la producción vinícola ha sido siempre un tema prioritario para la mayoría de bodegas. La implementación de análisis at-line como son las Técnicas Analíticas de Procesos (PAT), no sólo permite un control del vino acabado si no que también brinda la posibilidad de tomar medidas correctivas a lo largo del proceso evitando así obtener un producto final defectuoso. En esta tesis doctoral, se investigó la posibilidad de implementar diferentes estrategias para controlar y detectar desviaciones durante la fermentación alcohólica utilizando un equipo portátil y de respuesta rápida: un equipo de espectroscopia en el infrarrojo medio, en el modo de reflectancia total atenuada (ATR-MIR) el cual permite obtener, en pocos segundos, una gran cantidad de información sobre el proceso de fermentación que se trató con diferentes técnicas quimiométricas. Primero, usando los datos espectrales y la regresión de mínimos cuadrados parciales, se predijeron distintos parámetros químicos durante la fermentación alcohólica. En segundo lugar, se compararon los espectros de fermentaciones control con fermentaciones desviadas utilizando el análisis discriminante por mínimos cuadrados parciales

Wine is one of the most appreciated high added-value products in the world and therefore, controlling wine production has always been a priority for most wineries. Implementing at-line analyses such as Process Analytical Technologies (PAT) guidelines, not only enables a control of the final wine but also gives the possibility to apply correcting measures throughout the process, thus avoiding a defective final product. In this doctoral thesis, we investigated the possibility of implementing different strategies to control and detect deviations during wine alcoholic fermentation using a fast and portable equipment: an Attenuated Total Reflectance Mid-Infrared (ATR-MIR) spectrometer which allows obtaining, in a few seconds, a large amount of information about the fermentation process, which was processed with different chemometric techniques. First, using the spectral data and Partial Least Square Regression, different chemical parameters were predicted during alcoholic fermentation. Secondly, we compared the spectra from both Normal Operation Conditions and deviated fermentations using Partial Least Squares Discriminant Analysis. ANOVA–simultaneous component analysis was applied to study the influence of several factors into the variance of the spectra. Multivariate Curve Resolution Alternating Least Squares was used to model both alcoholic and malolactic fermentations. Finally, a PAT methodology