Ερευνητικό πρόγραμμα «ΚΟΥΜΑΝΤΥΠ» ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΟΥ ΚΥΠΡΙΑΚΟΥ ΚΡΑΣΙΟΥ ΚΟΥΜΑΝΔΑΡΙΑ Αρ. Πρωτοκόλλου Έργου: ΥΓΕΙΑ/6/ Επιστ. Υπεύθυνος Έργου: Δρ. Ρεβέκκα Κοκκινόφτα Ανάδοχος Φορέας: Γενικό Χημείο του Κράτους. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το παραδοσιακό γλυκό κρασί Κουμανδαρία είναι ο πρώτος Οίνος με ελεγχόμενη ονομασία προέλευσης, που κατέχει περίοπτη θέση ανάμεσα στα κυπριακά κρασιά. Παράγεται από λιαστά σταφύλια, ενδυναμώνεται με τη χρήση οινικής αλκοόλης και παλαιώνεται με τη μέθοδο της «μάνας» που της προσδίδει την ιδιαίτερη γεύση και το μοναδικό της άρωμα. Η Κουμανδαρία παράγεται αποκλειστικά στην περιοχή των παραγωγών χωριών και νομοθετικά είναι πλέον κατοχυρωμένη με το διάταγμα ΚΔΠ/9 και την εγγραφή της στην ΕΕ. Στόχος του τριετούς προγράμματος ήταν ο καθορισμός της τυπικής σύστασης της Κουμανδαρίας (ενδυναμωμένης και μη) με σκοπό την διατύπωση πρότασης για τυποποίησή της και τον έλεγχο του προϊόντος, που θα οδηγήσει μακροπρόθεσμα στη σταθεροποίηση της αγοράς και την τόνωση των παραγωγών. Για τη διεκπεραίωση του έργου, συμμετείχαν εκ μέρους του Γενικού Χημείου του Κράτους (ΑΦ) το Εργαστήριο Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού και το Εργαστήριο Προσθέτων και Ειδικών Αναλύσεων Τροφίμων, ενώ συνεργαζόμενοι φορείς ήταν η Ομάδα Πορωδών Υλικών του καθηγητή Χάρη Ρ. Θεοχάρη του Τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Κύπρου (ΣΦ) και ο Κλάδος Αμπελουργίας- Οινολογίας του Υπουργείου Γεωργίας (ΣΦ). Τελικός χρήστης και σύμβουλος κατά την εκπόνηση του έργου ήταν το Συμβούλιο Αμπελοοινικών Προϊόντων. Η αυθεντικότητα της Κουμανδαρίας οφείλεται στη γεωγραφική της προέλευση, τις κλιματολογικές συνθήκες, τις ποικιλίες σταφυλιών που χρησιμοποιούνται, τη διαδικασία παραγωγής κ.ά. και στηρίζεται στο χαρακτηρισμό της από πλευράς χημικής σύστασης γι αυτό και έγινε σύγκριση των χαρακτηριστικών της με τα χαρακτηριστικά άλλων παρόμοιων ελλαδικών και ξένων γλυκών οίνων.
Ερευνητικό πρόγραμμα «ΚΟΥΜΑΝΤΥΠ». ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Σχήμα : Αεριοχρωματογράφημα πτητικών συστατικών Κουμανδαρίας. Η μελέτη περιλάμβανε συνολικά 9 δείγματα γλυκών οίνων: Κουμανδαρίες μη ενδυναμωμένες () από όλους τους παραγωγούς και διαφόρων χρονιών παραγωγής Κουμανδαρίες ενδυναμωμένες (6) με οινική αλκοόλη Κουμανδαρίες παλαιωμένες (9) σε δρύινα βαρέλια Κουμανδαρίες από την αγορά () Ελλαδικούς από λιαστά σταφύλια () Ξένους από Ευρωπαϊκές και τρίτες χώρες () που παράγονται με παρόμοια διαδικασία. Όπου ήταν εφικτό, πάρθηκαν πληροφορίες σχετικά με το γεωκλιματικό περιβάλλον των φυτών, το χρόνο διενέργειας της δειγματοληψίας, την προέλευση και παραγωγή των δειγμάτων, την πρώτη ύλη και πιθανή ιδιαιτερότητα στην αμπελοκαλλιέργεια. Προσδιορίστηκαν διάφορες φυσικοχημικές, χημικές και φασματοσκοπικές παράμετροι, με σκοπό τον εντοπισμό των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών που διαφοροποιούν την Κουμανδαρία και εξεύρεσης εύκολου τρόπου αναγνώρισής της από τους υπόλοιπους οίνους. Για αρκετούς προσδιορισμούς -που έγιναν για πρώτη φορά σε δείγματα κρασιών- απαιτήθηκε ανάπτυξη της σχετικής μεθοδολογίας. Abs.5.5.5 Koumandaria Serelle (Italia) 5 5 cm - Σχήμα : FT-IR φάσματα Κουμανδαρίας και ιταλικού γλυκού οίνου. 5 5 Συγκεκριμένα, προσδιορίστηκαν ο αλκοολικός βαθμός, η πυκνότητα και το Baume, το ελεύθερο και ολικό θειώδες, η ολική οξύτητα,το ph, η τέφρα και η αλκαλικότητα τέφρας, η πτητική οξύτητα, η γλυκόζη, η φρουκτόζη και η σακχαρόζη, οι φαινολικές ενώσεις με το δείκτη Folin- Ciocalteu, η χρωματική ένταση, ο δείκτης πολυφαινολών, το σορβικό οξύ, τα μέταλλα μαγνήσιο, νάτριο, κάλιο, ασβέστιο, αλουμίνιο, σίδηρος, χαλκός, ψευδάργυρος και μόλυβδος, η μεθανόλη, οι ανώτερες αλκοόλες, οι αλδεϋδες, οι ανθοκυάνες και άλλες φαινολικές ενώσεις, οι εστέρες (οξικός αιθυλεστέρας, προπυλεστέρας και ισοβουτυλεστέρας, αιθυλεστέρας του εξανοϊκού οξέος, γαλακτικός, οκτανοϊκός και δεκανοϊκός αιθυλεστέρας, διαιθυλεστέρας του ηλεκτρικού οξέος, οξικός φαινυλαιθυλεστέρας και αιθυλεστέρας του λαυρικού οξέος). Προσδιορίστηκε επίσης το φασματοσκοπικό προφίλ υπερύθρου FT-IR των δειγμάτων (τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στη μελέτη της αυθεντικότητας της Ζιβανίας) και οι ισοτοπικοί λόγοι του Δευτερίου και του Άνθρακα στην αλκοόλη με τη χρήση της φασματοσκοπίας SNIF-NMR και IR-MS αντίστοιχα. Η πρώτη τεχνική χρησιμοποιείται για την πιστοποίηση της
Ερευνητικό πρόγραμμα «ΚΟΥΜΑΝΤΥΠ» Σχήμα : Η-NMR φάσμα αιθανόλης. γεωγραφικής προέλευσης των κρασιών και στηρίζεται στο φυσικό ισοτοπικό διαχωρισμό του Δευτερίου σαν συνάρτηση του μεταβολισμού των φυτών και του γεωκλιματικού περιβάλλοντός τους: Ο ισοτοπικός λόγος (D/H) I αντιπροσωπεύει κυρίως τη βοτανική προέλευση της ζάχαρης Ο ισοτοπικός λόγος (D/H) II αντιπροσωπεύει τη γεωγραφική προέλευση και τις γεωκλιματικές συνθήκες του φυτού Η παράμετρος R εκφράζει τη σχετική κατανομή του δευτερίου στα δύο μόρια της αιθανόλης Ο ισοτοπικός λόγος C/ C δίνει πληροφορίες για τη βοτανική προέλευση της ζάχαρης. Στον Πίνακα δίνονται τα ισοτοπικά χαρακτηριστικά των δειγμάτων, ανά κατηγορία. Πίνακας : Μέσοι όροι και εύρος ισοτοπικών λόγων Δευτερίου και Άνθρακα Δείγμα Αλκ.βαθμός (D/H) I (D/H) II C Κουμανδαρίες (Ενδυναμωμένες και μη). (8.6-6.7).8 (.9-5.. (9.5-5.5) -.8 (-6.7- -5.6) Κουμανδαρίες (εμπορικά δείγματα) 6. (5.-7.).6 (.6-.). (.9-5.5) -5. (-5- -5.) Ελλαδικά (από λιαστά σταφύλια).5 (.-.5). (98.-5.9). (.9-5.7) -5.5 (-.- -7.7) Διάφορα (από άλλες χώρες) 6.7 (6.-.).7 (98.9-5.) 9.9 (.5-.) -5. (-.- -8.) second component... -. -. -. -. -.5 AlcGrade -.5 Col5 NIPALS Loading Plot ColInten -.5 Col6 K FolinC Pb FreeSO.5 Fe TotPhen Col first component AlkAsh Pa Ash Baume Fructose Mg VolAcidi TotSolid Zn Cu Al Density Glucose TotalAci Ca Na Σχήμα : Γράφημα φορτίου ης και ης κύριας συνιστώσας που προέκυψαν από PCA σε 9 παραμέτρους. ph TSO.5.5.5. ΧΗΜΕΙΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Η διάκριση της Κουμανδαρίας από τους υπόλοιπους γλυκούς οίνους δεν ήταν εύκολη, επειδή όλα τα δείγματα αποτελούνταν από τα ίδια βασικά στοιχεία. Έτσι, όλα τα αποτελέσματα υποβλήθηκαν σε στατιστική ανάλυση με τη χρήση διαφόρων χημειομετρικών τεχνικών κάποιες από τις οποίες χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά σε μελέτη ποτών- με στόχο τη διάκριση ομοειδών δειγμάτων και τη δυνατότητα διαφοροποίησής τους. Αρχικά, έγιναν επιμέρους αναλύσεις σύμφωνα με τη μεθοδολογία προσδιορισμού, ενώ στη συνέχεια λήφθηκε υπόψη η συνεισφορά όλων των μετρούμενων παραμέτρων. Εφαρμόστηκε κυρίως η Ανάλυση Κύριας Συνιστώσας (PCA), η Ιεραρχική Ανάλυση Συστάδων (CA), τα Δένδρα Ταξινόμησης και Παλινδρόμησης (CART), η Ανάλυση Διακρίνουσας (DA) κ.ά.
Ερευνητικό πρόγραμμα «ΚΟΥΜΑΝΤΥΠ» true class Σχήμα 5: Διάγραμμα σκέδασης με βάση το φασματοσκοπικό προφίλ υπερύθρου. DHII. Σχήμα 6: Δένδρα ταξινόμησης των οίνων, με βάση τα ισοτοπικά τους χαρακτηριστικά. CART Class Assignments Classification Tree DHI.88 DHI.55 true class Ccorr -5.65 CART Xvalidated Class Assignments Η ανάλυση Κύριας Συνιστώσας σε αποτελέσματα προσδιορισμών - εκτός των ισοτοπικών- και με τα δείγματα ταξινομημένα όπως προαναφέρθηκε, διέκρινε σαν κύρια χαρακτηριστικά τους τη φρουκτόζη, τη χρωματική ένταση στα nm, τα μέταλλα K και Mg, το κουμαρικό οξύ, το βαννιλικό οξύ, την ακεταλδεϋδη και την προπανόλη. Κατά τη δόμηση του μοντέλου παρατηρήθηκε σφάλμα 9.8% και επιτυχία 88.6% για τις ενδυναμωμένες και 96.8% για τις μη ενδυναμωμένες Κουμανδαρίες. Με όλες τις Κουμανδαρίες σε μία ομάδα, η επιτυχία δόμησης έφτασε το %. Η ταξινόμηση των αγνώστων δειγμάτων έδωσε γενικό σφάλμα 7.%. Ειδικότερα, η ταξινόμηση των Κουμανδαριών παρουσίασε σφάλμα 7.% ενώ το σφάλμα μειώθηκε στο 6.% στην περίπτωση που οι Κουμανδαρίες απετέλεσαν μία ομάδα. Η ολική επιτυχία πρόβλεψης ήταν 85.7%, λόγω της ανομοιότητας των ξένων γλυκών οίνων. Η Γραμμική Ανάλυση Διακρίνουσας στα φάσματα υπερύθρου για κατηγορίες δειγμάτων (Κουμανδαρίες και άλλα) και με τη χρήση της απόστασης Mahalanobis, έδωσε επιτυχία δόμησης 9% για επίπεδο εμπιστοσύνης 95% και 96% για επίπεδο εμπιστοσύνης 98%. Η επιτυχία ταξινόμησης των δειγμάτων Κουμανδαρίας ήταν >95%. Η επεξεργασία των ισοτοπικών χαρακτηριστικών επιβεβαίωσε απλώς τα συμπεράσματα που προέκυψαν από την αξιολόγηση αποτελεσμάτων διαφόρων τεχνικών. Στο Σχήμα 6 δίνεται το δενδρόγραμμα στο οποίο όλες οι Κουμανδαρίες παρουσιάζονται σε μια ομάδα. Στον Πίνακα παρουσιάζεται η συνδυασμένη διακύμανση των πρώτων κύριων συνιστωσών -που φθάνει το %- όπως προέκυψε από την PCA με αλγόριθμο SVD. Πίνακας : Διακύμανση πρώτων κύριων συνιστωσών Σχήμα 7: Σχηματική συμπεριφορά των δειγμάτων στη δόμηση του μοντέλου και στην ταξινόμηση των δειγμάτων. Component Cumulative.6.89. Στο Σχήμα 7, περιγράφεται η επιτυχία δόμησης του μοντέλου κατά ομάδα και η ταξινόμηση των δειγμάτων με βάση το προτεινόμενο μοντέλο (.Κουμανδαρίες,.Εμπορικά δείγματα,.ελλαδικά,.άλλα). Κατά τη δόμηση του μοντέλου παρατηρείται ολικό σφάλμα.%, δηλαδή από τα 86 δείγματα αδυνατούν να υπακούσουν το μοντέλο. Από τις Κουμανδαρίες (ενδυναμωμένες και μη), οι ανήκουν στην η ομάδα (99.%) ενώ ανήκει στην ομάδα των εμπορικών δειγμάτων των παραγωγών (αυτά τα δείγματα παρουσίασαν % ορθή κατάταξη). Από τους ελλαδικούς λιαστούς οίνους, μόνο ένας (σφάλμα.8%) βρέθηκε να ανήκει στην
Ερευνητικό πρόγραμμα «ΚΟΥΜΑΝΤΥΠ» 5 ομάδα, ενώ ξένοι οίνοι ταξινομήθηκαν ως ελλαδικοί (9.5% σφάλμα). Scatter Plot Commandaria Cypriot_Com Greek OTHERS. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ PcaSco - - - - - - - PcaSco Σχήμα 8: Διάγραμμα σκέδασης των δειγμάτων. 5 6 7. Η μελέτη κατέδειξε ως ιδαίτερα χαρακτηριστικά της Κουμανδαρίας τους ισοτοπικούς λόγους του Δευτερίου, τη φρουκτόζη, τη χρωματική ένταση στα nm, τα μέταλλα K και Mg, το κουμαρικό οξύ, το βαννιλικό οξύ, την ακεταλδεϋδη και την προπανόλη.. Τα δείγματα ταξινομήθηκαν επιτυχώς σε κατηγορίες: Κουμανδαρίες, Ελλαδικοί και ξένοι οίνοι.. Όλες οι Κουμανδαρίες αποδείχθηκε με επιτυχία μέχρι 99.% ότι ανήκουν στην ίδια ομάδα μεν, χωρίς όμως τη δυνατότητα διάκρισης των μη ενδυναμωμένων από τα ενδυναμωμένα ή παλαιωμένα δείγματα.. Τα δείγματα Κουμανδαρίας του εμπορίου κατατάσσονται στην ίδια ομάδα με τις Κουμανδαρίες (με ιδιαίτερη σημασία για τους παραγωγούς). 5. Οι ενδυναμωμένες Κουμανδαρίες που είναι και η τελική μορφή του προϊόντος- παρουσίασαν 97.5% επιτυχία διάκρισής τους από τα υπόλοιπα δείγματα. 6. Κανένας ξένος οίνος δεν χαρακτηρίστηκε ως Κουμανδαρία. Από την έρευνα αυτή, φαίνεται ότι η πολυπλοκότητα της σύστασης της Κουμανδαρίας είναι μοναδική. Τα δεδομένα που έχουν προκύψει, θα αξιοποιηθούν για την εισήγηση για τυποποίησή της και θα αποτελέσουν τη βάση για ετοιμασία προτύπου. Η Κουμανδαρία είναι σήμερα νομοθετικά κατοχυρωμένη, όμως η ανάγκη για θέσπιση προτύπου παραμένει, αφού η εμπειρική παραγωγή χωρίς τυποποίηση ενός παραδοσιακού προϊόντος, δεν διασφαλίζει την ποιότητά του αλλά αντίθετα αφήνει περιθώρια περιφρόνησής της.