Chemischer Fingerabdruck erlaubt Wein-Identifizierung

Zahlreiche Inhaltsstoffe von 42 verschiedenen Weinen wurden jetzt erstmals hochpräzise mit modernsten Analysegeräten untersucht. Die so gewonnen Daten bilden eine äußerst genaue Grundlage zur eindeutigen Charakterisierung bestimmter Weinsorten und bieten einen neuen methodischen Zugang zur routinemäßigen Weinanalyse. Dieser könnte den genauen Nachweis einer Sorte, das Entlarven von Fälschungen und ein besseres Verständnis der Rolle spezieller, aromagebender Stoffe erlauben. Möglich wurde diese Entwicklung dank eines ultramodernen Geräteparks an der EQ BOKU, einer Einrichtung, die Angehörigen der Universität für Bodenkultur Wien und externen Kunden wissenschaftliche Präzisionsinstrumente und Know-how zur Verfügung stellt. Für die nun international publizierte Charakterisierung von verschiedenen Rotweinsorten kam dabei die Flüssigchromatographie in Kombination mit der Ionenmobilität-Flugzeitmassenspektrometrie zum Einsatz.

Wein ist mehr als Traubensaft mit Alkohol – zumindest, wenn man sorgfältig „verkostet“. Genau das hat nun ein Team des Departments für Chemie der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) zusammen mit Kollegen aus Mazedonien getan. Doch statt des Gaumens wurden dazu hochpräzise Analysegeräte verwendet, denn die Herausforderungen für eine umfassende Analyse sind aufgrund der Komplexität von Wein enorm: Kohlenhydrate und Aminosäuren machen seinen Charakter genauso aus wie organische Säuren und verschiedene Klassen von Phenolen. Die gezielte Charakterisierung einzelner dieser Stoffe stellt dabei heute kein Problem mehr dar. Anders ist es aber, wenn man alle (oder die meisten) Vertreter einer ganzen Stoffklasse im Wein untersuchen möchte – ohne genau zu wissen, welche dort vorkommen.

Hier ist modernste Technologie und hohes Know-how gefragt. Das Team setzte daher auf die Geräte der EQ BOKU, einer der BOKU angegliederten Service-Einrichtung, die die Nutzung komplexer Großgeräte anbietet. So gelang es mittels Flüssigchromatographie x Ionenmobilität-Flugzeitmassenspektrometrie (HPLC x IMS-TOFMS) bisher wenig charakterisierte Inhaltsstoffe so genau zu beschreiben, dass diese eindeutige Rückschlüsse auf die Herkunft und Art des Weines erlauben. Daten wie diese werden dringend gesucht – denn schon lange liegt die „veritas“ nicht mehr „in vino“ sondern „in vitro“.

Fingerabdruck in der Flasche

„Wir haben eine Art Fingerabdruck für 42 verschiedene Weinsorten erarbeitet, der als Grundlage für deren zukünftige genaue Identifizierung dienen kann“, subsummiert Dr. Tim Causon, Leiter des Forschungsprojektes, die nun international publizierten Ergebnisse. „Die Kopplung von Flüssigchromatographie mit Ionenmobilität-Flugzeitmassenspektrometrie erlaubt eine hochgenaue Trennung einzelner – auch unbekannter – Komponenten des Weines, die wir anhand ganz spezieller Parameter eindeutig charakterisieren können und deren so gewonnenes Muster für jeden Wein einmalig ist.“

Was so einfach klingt, ist in Wahrheit ein technisch extrem anspruchsvoller Vorgang, der nur in wenigen, gut ausgestatteten Speziallabors mit entsprechendem Know-how zu präzisen und akkuraten Ergebnissen führen kann. Tatsächlich wurde der Wein im Rahmen dieser Methode in seine gesamten Komponenten zerlegt. In einem ersten Schritt wurden dabei mit Hilfe der Flüssigchromatographie die Moleküle nach ihren Eigenschaften (z.B. Polarität) voneinander getrennt – eine etablierte und bewährte Methode zur Trennung von Inhaltskomponenten komplexer Proben. Auch die online gekoppelte Flugzeitmassenspektrometrie, die eine hochaufgelöste Trennung der zugeführten Inhaltsstoffe nach deren Verhältnis von Masse zu Ladung erlaubt, ist zur Routine geworden.

Ungezielt & Unbekannt

Schwieriger ist die Anwendung dieser kombinierten Methoden aber, wenn man keine Standards hat, mit denen man die so gewonnen Ergebnisse vergleichen kann – wenn man also den Wein ungezielt zerlegt und Muster der Verteilung und Häufigkeit unbekannter oder nicht näher beschriebener Komponenten erhält. Genau dies hat Dr. Causon in dem vom OEAD geförderten Projekt (MK 12/2016) erreicht. Entscheidend waren dabei die der Massenspektrometrie vorgeschaltete Trennung nach deren sogenannter Ionenmobilität. Dem Team gelang es nun so, für jeden der 42 untersuchten Weine einen individuellen „Fingerabdruck“ zu generieren. Dieser besteht aus einer ganze Reihe von verschiedenen Inhaltsstoffen, deren Identität mit bis zu sieben verschiedenen Messgrößen charakterisiert werden konnte. Zu diesen zählen dabei neben den Retentionszeiten und der akkuraten Masse auch standardisierte Kollisionsquerschnitte, welche aus der individuellen Ionenmobilität bzw. Driftzeit berechnet werden können (in Stickstoffgas).

„Unser Ziel war es“, erklärt Prof. Stephan Hann, der Leiter der internationalen Arbeitsgruppe, „einen Workflow von bisher unerreichter Präzision und Selektivität zur Charakterisierung von Wein zu entwickeln. Dazu haben wir dank modernster Geräte der EQ BOKU und unserer langjährigen Erfahrung nun einen Grundstein legen können“.

Originalpublikation:
Fingerprinting of traditionally produced red wines using liquid chromatography combined with drift tube ion mobility-mass spectrometry, T. J. Causon, V. Ivanova-Petropulos , D. Petrusheva, E. Bogeva, S. Hann, Analytica Chimica Acta, Volume 1052, (2019) pp 179-189.,
DOI: 10.1016/j.aca.2018.11.040.

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