Art und Konzentration der organischen Säuren sind wichtige Parameter in der Önologie. Sie wirken sich auf die organoleptischen Eigenschaften (Farbe, Geschmack und Aroma) und die Stabilität des Weins aus und tragen dazu bei, Veränderungsprozesse und die Authentizität des Weins nachzuweisen [1]. Weinsäure und Apfelsäure machen den größten Anteil der organischen Säuren im Wein aus und stammen aus den Trauben selbst. Während der Weinlagerung nimmt die Konzentration an freier Weinsäure ab, da sie sich an andere Bestandteile bindet und ausfällt. Gleichzeitig kann sich die Apfelsäure in Milchsäure umwandeln. Andere organische Säuren bilden sich als Produkte während der alkoholischen Gärung [1] und beeinflussen den Geschmack. Essigsäure zum Beispiel verursacht einen unerwünschten Essiggeschmack. Insgesamt ist die Überwachung der organischen Säuren von entscheidender Bedeutung für die Verbesserung von Geschmack und Qualität und für die Erfüllung universeller, standardisierter Kriterien wie dem Internationalen Kodex für die önologische Praxis [2]. Organische Säuren können mittels Ionenchromatographie (IC) und suppressierter Leitfähigkeitsdetektion genau analysiert werden. Diese Multikomponentenmethode ermöglicht es auch anorganische Säuren zu bestimmen, die ebenfalls wertvolle Indikatoren für die Qualität und den Geschmack des Weins sind. In dieser Application Note werden zwei IC-Methoden für die Analyse der Weinqualität vorgestellt: eine schnelle isokratische Screening-Methode für die wichtigsten organischen Säuren und Anionen, einschließlich Sulfit, und eine komplexe Überwachungsmethode mit einem binären Gradienten zur Trennung von 15 organischen Säuren. Die Inline-Ultrafiltration wurde für eine wirtschaftliche Probenvorbereitung eingesetzt.

Die Rot- und Weißweinproben wurden 10-50-fach mit Reinstwasser (UPW). Um die Oxidation zu minimieren, wurden die Probengefäße mit entsprechenden Stopfen verschlossen. Mit Hilfe der Inline-Ultrafiltration wurden die Proben vor der Injektion automatisch durch eine 0,22-μm-Membran (regenerierte Zellulose) gefiltert.

Da alle organischen Säuren leicht ionisieren, können ihre konjugierten Basen mittels Ionenchromatographie mit suppressierter Leitfähigkeitsdetektion analysiert werden.

Für eine schnelle Screening-Analyse wurde die chromatographische Trennung auf einer Metrosep A Supp 10-Säule mit isokratischer Elution durchgeführt (Abbildung 1). In weniger als 20 Minuten werden die organischen Säuren Acetat, Malat, Tartrat, Oxalat und die Anionen Chlorid, Phosphat, Sulfit und Sulfat getrennt. Um eine mögliche Sulfatkontamination zu vermeiden, wurde Sulfit separat kalibriert. Hierfür wurde es mit 2-Propanol (2 % in den Arbeitsstandardlösungen) stabilisiert. Obwohl Sulfit mit Hilfe dieser Multikomponentenmethode bestimmt werden kann, wird für eine gezielte Sulfitanalyse auf die im White Paper WP-065 [3] beschriebenen Methoden verwiesen.

Durch die Trennung auf einer Metrosep A Supp 7-Säule mittels eines Gradienten kann eine umfangreiche Analyse der organischen Säuren für ein komplexes Monitoring durchgeführt werden. (Abbildung 2). Mit Hilfe des Carbonat-Reinstwasser-Gradienten konnten die folgenden 15 organischen Säuren getrennt werden: Gluconat, Lactat, Acetat, Propionat, Isobutyrat, Butyrat, Methacrylat, Valerat, Methylsulfat, Dichloracetat, Malonat, Malat, Glutarat, Adipat und Phthalat.

Der Versuchsaufbau ist in Abbildung 3 dargestellt.

Das schnelle Screening der organischen Säuren und Anionen dauerte weniger als 20 Minuten. In beiden Proben war Weinstein die wichtigste organische Säure und Phosphat und Sulfat waren die vorherrschenden Anionen, wobei die Gehalte an Weinstein und Sulfat im Weißwein etwas geringer waren (Tabelle 1). Bei dreifacher Injektion lag die relative Standardabweichung sowohl beim Weißwein als auch beim Rotwein unter 2 % (Tabelle 1).

Eine Gradientenelution verbesserte die Peakauflösung für eine komplexe Überwachungsanalyse von 15 organischen Säuren. Die suppressierte Leitfähigkeitsdetektion ermöglichte einen empfindlichen Nachweis in einem Arbeitsbereich von 0,1 bis 5 mg/L.

Beide Methoden zeigen eine ausgezeichnete Leistung im unteren mg/L-Bereich. Die Detektion des suppressierten Leitfähigkeitssignals verhindert Störungen durch UV-aktive Komponenten, die bei der UV-Detektion auftreten. Die Probenvorbereitung mit der Inline-Ultrafiltration macht diesen unvermeidlichen (in der Regel manuellen) Schritt sowohl zeit- als auch kosteneffizient und garantiert gleichzeitig den Schutz der Säule.

Die Profile der Ionenzusammensetzung in Weinen lassen sich mit IC und Leitfähigkeitsdetektion leicht quantifizieren. Die Ionenaustauschchromatographie ermöglicht die gleichzeitige Bestimmung von anorganischen Anionen und organischen Säuren in einem Lauf, im Gegensatz zur Ionenausschluss, die nur organische Säuren trennt. Mit der schnellen Multikomponenten-Screening-Analyse kann der Probendurchsatz in Labors maximiert werden. Die Probenvorbereitung kann durch Inline-Ultrafiltration vereinfacht werden, wodurch die Säule geschützt und die Geräteleistung verbessert wird. In Kombination mit der Metrohm Inline-Verdünnung und der Möglichkeit der automatischen Kalibrierung kann zusätzlich an Zeit und Kosten gespart werden. Der manuelle, fehleranfällige Verdünnungsschritt von Proben und Standards entfällt, die Laborzeit wird eingespart, die Genauigkeit und Präzision verbessert.

Die Überwachung komplexer organischer Säuren mit suppressierter Leitfähigkeitsdetektion profitiert von der höheren Empfindlichkeit im Vergleich zu UV-Detektionsmethoden und der geringeren Interferenz mit UV-aktiven Zuckern und Phenolen in solchen Weinproben.

Wenn die Identität der Peaks bestätigt werden muss oder sehr niedrige Nachweisgrenzen erforderlich sind, kann das IC-System mit einem empfindlichen Massenspektrometer kombiniert werden (Abbildung 3).