Caractérisation de la composition volatile des baies et
des vins de dix cépages hybrides cultivés au Québec
pour la production vinicole
Mémoire
Amélie Slegers
Maîtrise en sciences et technologie des aliments
Maître ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
© Amélie Slegers, 2015
III
Résumé
La viticulture nordique connaît actuellement un essor important suite au développement de cépages hybrides présentant une tolérance élevée au froid et un potentiel œnologique intéressant. Cependant, la composition volatile de ces cépages est peu connue, ce qui limite le développement de la qualité des vins. Le profil aromatique des raisins et des vins de dix cépages hybrides (Frontenac, Maréchal Foch, Marquette, St. Croix, Sabrevois, Frontenac blanc, Frontenac gris, Seyval, St. Pepin, Vidal) cultivés au Québec pour la production vinicole a donc été réalisé par HS-SPME-GC-MS. Les résultats ont montré des différences importantes entre les arômes variétaux des cépages à l’étude. Chez les rouges et les blancs, une corrélation a été établie entre la teneur en terpènes et en certains composés C6 dans les moûts et leur concentration dans les vins. Les vins de Marquette et de Vidal ont montré une teneur plus élevée en terpènes et en esters éthyliques.
V
Abstract
Northern viticulture is currently experiencing an important growth following the development of cold-hardy hybrid varieties with an interesting oenological potential. However, the volatile composition of these varieties is not well known, limiting the improvement of wine quality. The aromatic profile of grapes and wines from hybrid varieties (Frontenac, Marechal Foch, Marquette, St. Croix, Sabrevois Frontenac blanc, Frontenac gris, Seyval, St. Pepin, Vidal) grown in Quebec for wine production has been studied using HS-SPME-GC-MS. The results showed significant differences between the varietal aroma in the grapes and wines under study. In both red and white varieties, correlations were found between the content of terpenes and some C6 compounds in musts, and their subsequent concentration in the wines. Marquette and Vidal wines showed a higher content of terpenes and ethyl esters.
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Tables des matières
RÉSUMÉ ... III ABSTRACT ... V TABLES DES MATIÈRES ... VII LISTE DES TABLEAUX ... XI LISTE DES FIGURES ... XIII LISTE DES ABRÉVIATIONS ... XV REMERCIEMENTS ... XVII AVANT-PROPOS ... XIX
CHAPITRE 1 INTRODUCTION GÉNÉRALE ... 1
CHAPITRE 2 REVUE DE LITTÉRATURE ... 5
2.1ARÔMES DU VIN ET PERCEPTION SENSORIELLE ... 5
2.2 ORIGINE DES ARÔMES DU VIN ... 8
2.2.1 Arômes dérivés du raisin (arômes variétaux) ... 8
2.2.1.1 Les terpénoïdes ... 10
2.2.1.2 Les norisoprénoïdes ... 12
2.2.1.3 Les composés aromatiques ... 15
2.2.1.4 Les composés aliphatiques ... 18
2.2.1.5 Autres types de composés ... 21
2.2.2 Arômes fermentaires ... 21 2.2.2.1 Alcools supérieurs... 22 2.2.2.2 Acides volatils ... 24 2.2.2.3 Esters ... 26 2.2.2.4 Phénol volatils ... 30 2.2.2.5 Composés carbonylés ... 31
2.2.2.6 Composés formés par le métabolisme des bactéries lors de la fermentation malolactique .. 33
2.2.3 Arômes issus du vieillissement ... 34
2.3ANALYSE DES COMPOSÉS VOLATILS DU RAISIN ET DU VIN ... 35
2.3.1 Chromatographie en phase gazeuse et techniques d’extraction des composés volatils ... 35
2.3.2. Microextraction en phase solide... 35
2.3.2.1 Principe et fonctionnement de la microextraction en phase solide ... 36
VIII
2.3.2.3 Quantification par dilution isotopique ... 39
2.3.2.4 Limites de la technique HS-SPME et autres considérations relatives à l’analyse des composés volatils du vin ... 40
2.3.3 Autres techniques utilisées pour l’analyse des composés volatils du vin et des raisins ... 41
2.3.3.1 Extraction par sorption sur barreau magnétique ... 41
2.3.3.2 Chromatographie en phase gazeuse intégrale (GC × GC) ... 42
CHAPITRE 3 HYPOTHÈSE ET OBJECTIFS ... 45
3.1HYPOTHÈSE DE RECHERCHE ... 45
3.2OBJECTIFS ... 46
CHAPITRE 4 CARACTÉRISATION DE LA COMPOSITION VOLATILE DES BAIES ET DES VINS DE CINQ CÉPAGES HYBRIDES ROUGES CULTIVÉS AU QUÉBEC POUR LA PRODUCTION VINICOLE ... 47
4.1 RÉSUMÉ ... 49
4.2ABSTRACT ... 51
4.3INTRODUCTION ... 53
4.4RESULTS ... 55
4.4.1 Juice and Wine Basic Metrics ... 55
4.4.2 Free Volatile Compounds from Grapes ... 55
4.4.3 Wine Volatile Compounds ... 62
4.4.4. Redundancy Analyses ... 68
4.5DISCUSSION ... 71
4.5.1 Grapes ... 71
4.5.2 Grape to Wine Relationships... 74
4.6EXPERIMENTAL SECTION ... 79
4.6.1 Grape Samples ... 79
4.6.2 Reagents and Standards ... 80
4.6.3 Basic Metrics for Grapes and Juice ... 80
4.6.4 Juice Volatile Compounds Analysis ... 80
4.6.5 Berry Skin Volatile Compound Extraction ... 86
4.6.6 Winemaking ... 86
4.6.7 Wine Composition ... 87
4.6.8 Wine Volatile Compounds ... 87
4.6.9 Statistical Analysis ... 93
4.7CONCLUSIONS ... 93
4.8ABBREVIATIONS ... 94
IX
CHAPITRE 5 CARACTÉRISATION DE LA COMPOSITION VOLATILE DES BAIES ET DES VINS DE CINQ CÉPAGES HYBRIDES BLANCS CULTIVÉS AU QUÉBEC POUR LA PRODUCTION
VINICOLE ... 103
RÉSUMÉ ... 105
5.1INTRODUCTION ... 106
5.2MATÉRIEL ET MÉTHODE ... 108
5.2.1 Échantillonnage des raisins ... 108
5.2.2 Réactifs et standards ... 108
5.2.3 Paramètres technologiques des moûts ... 109
5.2.4 Analyse des composés volatils des moûts ... 109
5.2.5 Vinifications ... 110
5.2.6 Paramètres technologiques des vins ... 110
5.2.7 Analyse des composés volatils des vins ... 111
5.2.8 Analyses statistiques ... 111
5.3 RÉSULTATS ET DISCUSSION ... 111
5.3.1 Paramètres technologiques des raisins et des vins ... 111
5.3.2 Composés volatils libres des raisins et des vins ... 115
5.3.3 Composés C6 et autres PDAG ... 115
5.3.4 Terpènes ... 125
5.3.5 C13-norisoprénoïdes ... 128
5.3.6 Phénols volatils et autres dérivés benzéniques ... 129
5.3.7 Esters ... 131
5.3.8 Acides gras libres... 132
5.3.9 Différences variétales ... 133
5.4 CONCLUSION... 137
5.5 RÉFÉRENCES ... 138
CHAPITRE 6 CONCLUSION ET PERSPECTIVES ... 147
6.1 RETOUR SUR LES HYPOTHÈSES DE RECHERCHE ... 147
6.2 PRINCIPAUX RÉSULTATS ... 147
6.3RETOMBÉES ET PERSPECTIVES ... 148
CHAPITRE 7 BIBLIOGRAPHIE ... 151
ANNEXE 1 AUTRES COMPOSÉS VOLATILS DES RAISINS ET DES VINS ... 169
1. COMPOSÉS VOLATILS DU RAISIN ... 169
1.1 Composés organo-sulfurés ... 169
1.2. Méthoxypyrazines ... 171
2. COMPOSÉS VOLATILS DU VIN... 173
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2.2. Composés volatils du vin issus du vieillissement en fûts de chêne ... 175
ANNEXE 2 CARACTÉRISATION DES ARÔMES D’IMPACT DANS LES VINS DES CÉPAGES HYBRIDES PAR CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE COUPLÉE À L’OLFACTOMÉTRIE ET À LA SPECTROMÉTRIE DE MASSE ... 177
1. INTRODUCTION ... 177
2. MATÉRIEL ET MÉTHODE ... 178
2.1 Échantillons de vin ... 178
2.2 Analyse des vins par GC-O ... 178
3. RÉSULTATS ... 179
XI
Liste des Tableaux
Tableau 1. Principaux constituants du vin ... 7 Tableau 2. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques des principaux
terpènes retrouvés dans les raisins ... 11 Tableau 3. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques de certains composés
c13-norisoprénoïdes retrouvés dans les raisins ... 14 Tableau 4. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques de certains composés
aromatiques retrouvés dans les raisins ... 15 Tableau 5. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques de certains composés
aliphatiques retrouvés dans les raisins ... 19 Tableau 6. Structure, seuil de perception olfactive et descripteur aromatique des principaux alcools
supérieurs retrouvés dans le vin ... 23 Tableau 7. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques des principaux acides
volatils retrouvés dans le vin ... 25 Tableau 8. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques de certains esters,
acétates et lactones retrouvés dans le vin ... 27 Tableau 9. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques des principaux
phénols volatils retrouvés dans le vin ... 30 Tableau 10. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques de certains
composés volatils carbonylés retrouvés dans le vin ... 32 Tableau 11. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques des principaux
composés volatils formés lors de la fermentation malolactique ... 33 Table 12. Berry and juice quality attributes of the interspecific hybrid grape Frontenac, Maréchal Foch,
Marquette, Sabrevois, and St. Croix harvested in the province of Québec (Canada), during the season 2012, and basic chemical composition of the produced wines. ... 56 Table 13. Free volatile compound (μg/l) from the juice of the interspecific hybrid grape varieties
Frontenac, Maréchal foch, Marquette, Sabrevois, and St. Croix harvested in the province of Québec (Canada), during the season 2012. ... 57 Table 14. Free volatile compounds (μg/kg berry) from berry skin of the interspecific hybrids
Frontenac, Maréchal Foch, Marquette, Sabrevois, and St. Croix harvested in the province of Québec (Canada), during the season 2012. ... 60 Table 15. Concentration, odor perception threshold and odor activity value (oav) of free volatile
compounds from wine made from the interspecific hybrid varieties Frontenac, Maréchal Foch, Marquette, Sabrevois and St. Croix harvested in the province of Québec (Canada), during the season 2012. ... 63 Table 16. Significance of the rda models and canonical axes assessed by permutation tests (up to
1000 permutations allowed), and proportion of variance explained by each canonical axis (%), for the following rdas: (1) grouped compounds ; (2) FADP ; (3) terpenes and c13-norisoprenoids ; (4) non-aromatic esters, acids and alcohols ; (5) non-aromatics. ... 69
XII
Table 17. Calibration parameters (retention times (rt), retention indices (ri), internal standards, quantitation masses (m/z), ion ratio masses, expected ion ratios (m/z), concentration ranges (in μg/l, unless otherwise noted), and linear regression coefficients (r) for the analysis of volatile compounds in grape juice and berry skin, using gc-ms(tof)-spme. ... 82 Table 18. Calibration parameters [retention times (rt), retention indices (ri), internal standards,
quantitation masses (m/z), ion ratio masses, expected ion ratios (m/z), concentration ranges (μg/l, unless otherwise noted), and linear regression coefficients (r)] for the analysis of volatile compounds in wine using gc-ms(tof)-spme. ... 88 Tableau 19. Paramètres technologiques des moûts (solides solubles totaux (° brix), acidité titrable
(g/l éq. acide tartrique), ph, teneur en azote assimilable (mg/l)) et des vins (teneur en alcool (% v/v), acidité titrable (g/l éq. Acide tartrique), ph, teneur en glycérol (g/l), teneur en acidité volatile (mg/l éq. Acide acétique) des cépages hybrides blancs Frontenac blanc, Frontenac gris, Seyval, St. Pepin et Vidal récoltés au Québec pendant la saison 2012. ... 113 Tableau 20. Concentration en composés volatils libres (μg/l) dans les moûts des cépages hybrides
Frontenac blanc, Frontenac gris, Seyval, St. Pepin et Vidal récoltés au Québec pendant la saison 2012. ... 117 Tableau 21. Concentration en composés volatils libres (μg/l, sauf lorsqu’indiqué autrement), seuil de
perception olfactive (μg/l) et indice aromatique (ia) des vins issus des cépages hybrides Frontenac blanc, Frontenac gris, Seyval, St. Pepin et Vidal récoltés au Québec, pendant la saison 2012. ... 121 Tableau 22. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques des principaux
composés volatils organo-sulfurés retrouvés dans les raisins... 170 Tableau 23. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques des
méthoxypyrazines retrouvées dans les raisins ... 172 Tableau 24. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques des principaux
composés sulfurés retrouvés dans le vin ... 173 Tableau 25. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques de certains
composés volatils importants issus du processus de vieillissement en fût de chêne ... 175 Tableau 26 - composés ayant une activité olfactive dans les vins des cépages hybrides identifiés par
XIII
Liste des figures
Figure 1 – Représentation d’un précurseur d’arôme glycosylé ... 9 Figure 2 – Schéma simplifié du dispositif SPME utilisé pour l’extraction des composés volatils avec
échantillonnage de l’espace de tête ... 37 Figure 3 – Redundancy analysis relating the chemical composition of the berry skin and juice. ... 70 Figure 4 – Biplots of four redundancy analyses relating berry volatile compounds. ... 75
XV
Liste des abréviations
CAR : carboxène DVB : divinylbenzène FW: fresh weight
CG : chromatographie en phase gazeuse GC : gas chromatography
GC × GC : two-dimensional gas chromatography
GC-MS(TOF)-SPME: Gas Chromatography-Mass Spectrometry (Time-of-flight)-Solid Phase Microextraction
GC-O : gas chromatography-olfactometry
GC-O/MS: Gas Chromatography-Olfactometry/Mass Spectrometry HS : headspace
HS-SPME : headspace solid-phase microextraction MS : mass spectrometry
OAV : odor activity value OPT : odor perception threshold PA : polyacrylate
PDMS : polydiméthylsiloxane RDA : redundancy analysis
SIDA : stable isotope dilution assay SBSE : stir bar sorptive microextraction SPME : solid-phase microextraction TA: titratable acidity
TSS: total soluble solids UV-Vis: UV-visible
XVII
Remerciements
Je tiens à remercier sincèrement toutes les personnes qui ont apporté leur contribution dans la réalisation des travaux de recherche qui ont conduit à la rédaction de ce mémoire. Tout d’abord, je souhaite remercier la Dre Karine Pedneault qui a agi en tant que co-directrice. Merci Karine pour ton enthousiasme et ton dynamisme, ta passion pour ton travail est inspirante. Merci aussi de m’avoir accordé ta confiance en me laissant agir de façon autonome, car j’ai appris énormément pendant cette expérience qui a été fort enrichissante.
Je tiens aussi à remercier le Dr. Paul Angers qui a assuré la direction de ce projet de recherche. Merci pour votre disponibilité et votre soutien. Vos conseils judicieux ainsi que votre rigueur scientifique ont été très appréciés.
Merci aussi à Dr. Charles Goulet et à Dre. Aurélie Roland pour avoir accepté d’examiner ce mémoire. Ensuite, je tiens aussi à remercier Catherine Barthe pour sa grande implication dans ce projet de recherche ainsi que Marie-Pascale Gagné, Pauline Vautard, Cantin Teulon et Louis Charron pour leur contribution.
Je remercie également toute l’équipe du Centre de développement bioalimentaire du Québec (CDBQ) en particulier Martin Létourneau, Sabrina Després et Christelle Durand pour leur assistance lors du travail de vinification.
Merci à l’équipe des laboratoires analytiques de Sciences des Aliments de l’Université Laval en particulier à Mme Diane Gagnon et à M. Ronan Corcuff ainsi qu’à Étienne Ouellet, professionnel de recherche, pour son aide et son support lors de la réalisation des expérimentations.
Merci aussi à Yolaine et Micheline du laboratoire de Sciences animales ainsi qu’au Dr. Yvan Chouinard sans qui il n’aurait pas été possible de réaliser les expériences de GC-O.
Finalement, je tiens à exprimer ma reconnaissance envers ma famille qui m’a soutenue et m’a encouragée tout au long de mes études. Maman, merci pour ton dévouement sans bornes, toi qui a
XVIII
souvent veillé sur mes filles afin que je puisse réaliser mon projet d’études. Sans toi, rien de tout cela n’aurait été possible. Merci à toi Papa, pour ta grande disponibilité et pour m’avoir enseigné la persévérance et la valeur de l’éducation. Enfin, merci Francis de m’avoir prêté tes talents en infographie pour réaliser de mes présentations visuelles. Merci aussi pour ta patience, tes encouragements et ton support lorsque je me sentais un peu dépassée.
XIX
Avant-Propos
Les recherches conduites dans le cadre de ce projet de maîtrise ont été financées par le Ministère de l‘Agriculture, des Pêcheries et de l‘Alimentation du Québec (MAPAQ), le Centre de développement bioalimentaire du Québec (CDBQ), l’Association des vignerons du Québec (AVQ) et l’association Vignoble Brome-Missisquoi, avec le support d’une vingtaine de vignobles québécois et de nombreux professionnels de l’industrie dont :
Évelyne Barriault, Agr., MAPAQ
Gaëlle Dubé, Agr., Consultante en viticulture
Henry Drocourt, M.Sc., professionnel de recherche, Duraclub Raphaël Fonclara, Agr., Duraclub
Isabelle Turcotte, Agr., Consultante en viticulture, Daniel Vennemen, Agr., Duraclub
Barbara Jimenez Herrero, Œnologue consultante Amélie Ousteau, Œnologue, Domaine Les Brome Patrick Fournier, Maître de chai, Côteau Rougemont Jean-Paul Martin, vinificateur consultant
Gilles Benoit, vinificateur consultant Pauline Vautard, stagiaire, CDBQ Fabien Gagné, T.P./vigneron, AVQ
Martin Létourneau, M.Sc., CDBQ (maintenant au MAPAQ)
Les travaux ont également reçu le support du Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies (FQRNT), le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et l’American Society for Enology and Viticulture (ASEV), qui a attribué une bourse d’excellence à la candidate en 2014.
XX
Les résultats obtenus dans le cadre de ce projet de maîtrise ont été rapportés sous la forme d’un article scientifique et ont fait l’objet de trois présentations orales :
Pedneault, K., Gagné, M.-P., Slegers, A., & Angers, P. Caractérisation du potentiel oenologique de 10 cépages majeurs du Québec. Présenté à la Journée estivale de l’Association des vignerons du Québec, Rougemont, QC, 23 août 2013.
Pedneault, K., Gagné, M.-P., Slegers, A., & Angers, P. Phenolic and Aroma Composition of Grapes and Wines from Five Hybrid Grape Varieties Used in Northern Wine Production. Présenté à la Conférence Annuelle de l’American Society for Enology and Viticulture-Eastern Section, Austin, TX, 16 juillet 2014
Pedneault, K., Slegers, A., Gagné, M.-P., & Angers, P. Flavor of hybrid grapes for winemaking: a survey of the main varieties grown in Quebec (Canada) for red wine production (Vol. 64, pp. 416A– 424A). Presented at the American Journal of Enology and Viticulture, Winston-Salem, NC, 15 juillet 2013.
Slegers, A., Angers, P., Ouellet, É., Truchon, T., & Pedneault, K. (2015). Volatile Compounds from Grape Skin, Juice and Wine from Five Interspecific Hybrid Grapes Cultivars Grown in Québec (Canada) for Wine Production. Molecules, 20, 10980-11016. doi:10.3390/molecules200610980.
1
Chapitre 1 Introduction générale
L’industrie vinicole québécoise connait un essor remarquable depuis le début des années 1980 et cette tendance s’est accentuée au cours des dernières années. Le nombre de vignobles augmente chaque année et c’est plus de 620 hectares du territoire qui sont maintenant consacrés à la viticulture (Institut de la statistique du Québec, 2013). L’industrie vinicole est un important moteur de développement régional et l’impact de ce secteur d’activité sur l’économie de la province était estimé à 805 millions de dollars en 2011 (Frank, Rimerman + Co. LLP, 2013). L’an dernier, les ventes de vins québécois dans le réseau des succursales de la Société des Alcools du Québec ont connu une augmentation de 40% (Société des Alcools du Québec, 2014). L’Association des Vignerons du Québec prévoit quant à elle que les parts de marché détenues par les vins québécois doubleront d’ici 2020 pour atteindre 2,5 % soit l’équivalent des parts détenues actuellement par des pays comme le Chili ou l’Afrique du Sud (GAMA Communications Marketing, 2010). À l’automne 2013, la Société des Alcools du Québec, le gouvernement provincial et l’industrie vinicole québécoise ont conjointement annoncé la mise en place d’un important plan de commercialisation et de mise en valeur des vins québécois auprès des consommateurs. Cet engagement commun témoigne de la volonté des différentes parties à promouvoir et à développer durablement l’industrie vinicole locale. Or, le développement de l’industrie repose sur l’offre de produits d’une qualité irréprochable, répondant aux goûts des consommateurs et sachant se comparer avantageusement aux vins produits dans les autres régions du monde.
Plusieurs facteurs influencent la qualité d’un vin et les préférences des consommateurs, mais l’arôme est l’un des critères ayant le plus d’impact (San-Juan et al., 2011). Depuis le début des années cinquante, énormément de recherches ont porté sur la chimie de l’arôme du vin (Ebeler, 2001). À l’heure actuelle, le sujet fait encore l’objet de recherches intensives puisque la connaissance des éléments qui sont à l’origine des caractéristiques sensorielles appréciées des consommateurs représente un important intérêt commercial pour l’industrie (Francis et Newton, 2005). La majorité des travaux de recherche portant sur l’arôme du vin a toutefois été effectuée sur des raisins et des vins issus de cépages appartenant à l’espèce Vitis vinifera (ou vigne européenne), d’où sont issus la majorité des cépages utilisés pour la production vinicole mondiale tels que le Merlot, le Pinot noir et
2
le Chardonnay par exemple. Or, les vins produits au Québec sont élaborés à partir de cépages hybrides, principalement parce que les conditions climatiques sont peu favorables à la culture de cépages de type V. vinifera.
Les cépages hybrides sont obtenus au moyen de croisements interspécifiques multiples impliquant des espèces indigènes nord-américaines (V. riparia, V. labrusca, V. rupestris) et différents cépages appartenant à l’espèce V. vinifera (Jackson, 2008b). Les cépages issus de ces croisements ont été sélectionnés sur la base de caractéristiques génétiques particulières recherchées, telles qu’une tolérance accrue aux maladies (mildiou, oïdium, pourriture noire etc.), une tolérance au froid et au gel, ainsi qu’une maturité hâtive (Roper et al.). Ces cépages sont donc aptes à être cultivés en climat continental humide et sont largement utilisés pour la production vinicole au Québec, en Ontario, en Nouvelle-Écosse et en Colombie-Britannique, ainsi que dans plusieurs états de l’Est et du Mid-Ouest américain (Pollefeys et Bousquet, 2003). La culture de la vigne pour la production vinicole est une activité agricole importante pour plusieurs pays et il existe un intérêt croissant à cultiver la vigne dans des régions du monde qui ne sont pas favorables à l’implantation de cépages traditionnels de type V.
vinifera. Plusieurs programmes spécialisés dans le développement de cépages hybrides pour la
viticulture en climat froid sont actifs dont ceux de Cornell University dans l’état de New-York, de University of Minnesota, de University of California-Davis et de University of Guelph en Ontario.
Les cépages hybrides ont une génétique distincte de celle des cépages appartenant à V. vinifera et possèdent, de ce fait, une composition chimique différente, ce qui peut se révéler un obstacle lorsqu’ils sont utilisés pour la production de vin. En effet, comparativement aux cépages vinicoles traditionnels, il est connu que plusieurs cépages hybrides possèdent une teneur en anthocyanes plus élevée (Yang et al., 2009), une acidité titrable plus importante, une teneur en sucres plus faible (Jackson, 2008b) ; Khanizadeh, 2008), une concentration de tanins pelliculaires plus faibles (Sun et
al., 2011) et des arômes variétaux différents (Acree, 1981). De plus, la complexité des croisements
interspécifiques effectués pour produire les cépages hybrides engendre une diversité génétique importante entre les différents cépages hybrides eux-mêmes. Chaque cépage hybride possède donc des caractéristiques chimiques particulières qui permettent de le distinguer des autres, mais qui, d’un autre côté, limite de façon importante l’utilisation des connaissances actuelles en viticulture et œnologie, pour la plupart développées sur les cépages V. vinifera. Par ailleurs, les données
3 disponibles sur la composition chimique des cépages hybrides utilisés pour la production vinicole sont encore limitées et fragmentaires ; certaines datent de quelques décennies et ont souvent été effectuées sur des cépages hybrides aujourd’hui supplantés par d’autres cépages hybrides récemment sélectionnés et nommés. Néanmoins, il existe quelques études portant spécifiquement sur la composition volatile des raisins et des vins de cépages hybrides. Les composés volatils ayant un impact olfactif important dans l’arôme des vins de Vidal (Bowen et Reynolds, 2012 ; Chisholm et
al., 1994 et 1995), de Chardonel (Cadwallader et al., 2003) et de Frontenac (Mansfield, 2009 et
2011) ont été identifiés par chromatographie en phase gazeuse couplée à l’olfactométrie. D’autres études ont rapporté les effets de certaines techniques viticulturales sur la qualité aromatique des raisins de cépages hybrides (Skinkis et al., 2010 ; Sun et al., 2011). Alors que certaines études ont révélé l’existence de composés volatils exclusifs aux raisins de cépages hybrides (Rogers et van Wyk, 2000), d’autres études ont montré que certains composés volatils des cépages hybrides étaient présents en proportions différentes que dans les cépages V. vinifera (Chisholm et al., 1994 ; Yang et al., 2009). Récemment, Pedneault et al. (2013) a étudié l’évolution des composés volatils et phénoliques au cours du mûrissement des hybrides Frontenac et Marquette afin d’identifier des marqueurs de maturité optimaux pour ces cépages. Il s’agit d’ailleurs de la première étude s’intéressant aux caractéristiques aromatiques et phénoliques de cépages hybrides cultivés dans les conditions québécoises pour la production vinicole.
Comme la qualité d’un vin dépend étroitement de la qualité du raisin à partir duquel il est élaboré, une bonne connaissance de la composition chimique des cépages de cuve est primordiale. Le taux de sucre, les acides organiques, les tanins et autres composés phénoliques ainsi que la nature des composés volatils des baies sont tous des facteurs qui ont une influence sur le goût et la qualité du vin obtenu (Owens, 2008). L’objectif principal de ce projet de recherche était donc d’effectuer le profil des composés volatils des 10 principaux cépages blancs et rouges utilisés au Québec pour la production vinicole, des baies jusqu’au vin. Les attributs technologiques (sucres, acidité titrable, pH etc.) des raisins et des vins ont également été mesurés. Les données recueillies sur la composition volatile des baies et des vins ont été utilisées pour caractériser le profil aromatique des différents cépages et a permis de les distinguer entre eux sur la base de leurs arômes variétaux. Les résultats et données obtenues ont permis d’évaluer une partie significative du potentiel œnologique des
4
cépages étudiés et posent des bases scientifiques consistantes sur lesquelles pourra s’appuyer la recherche et le développement visant à l’amélioration de la qualité des vins québécois.
Le chapitre 2 de ce travail est constitué d’une revue de littérature qui résume les connaissances reliées à l’arôme du vin (perception sensorielle, origine et voies de biosynthèse des molécules odorantes) ainsi que celles se rapportant au domaine de l’analyse des composés volatils présents dans le vin et les raisins. Le chapitre 3 présente l’hypothèse, le but et les objectifs de la recherche alors que le chapitre 4 prend la forme d’un article où sont rapportés les résultats obtenus pour la caractérisation de la composition volatile des cépages rouges. Le chapitre 5, également rédigé sous la forme d’un article, présente les résultats obtenus pour la caractérisation des cépages blancs. Une conclusion générale ainsi que les perspectives découlant de cette recherche sont présentées au chapitre 6. L’Annexe 1 regroupe des informations supplémentaires sur certaines classes de composés volatils présents dans les raisins et les vins qui n’ont pas été discuté dans la revue de littérature. L’Annexe 2 rapporte les résultats d’analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée à l’olfactométrie réalisées en marge des travaux de recherche décrits dans ce mémoire.
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Chapitre 2 Revue de littérature
2.1 Arômes du vin et perception sensorielle
Le vin est un mélange complexe de plusieurs substances qui lui confèrent ses différentes caractéristiques organoleptiques. Bien que les composés volatils ne constituent que 0,1% de la matrice (Rapp, 1998), l’arôme global est le facteur contribuant le plus à la perception sensorielle du vin (Poláŝková et al., 2008). En chimie, on définit un arôme comme étant une molécule volatile de faible poids moléculaire (généralement inférieur à 300 g/mol) qui a la propriété de se vaporiser spontanément à la température ambiante et qui produit une sensation lorsqu’elle se lie aux récepteurs de l’épithélium olfactif (Dunlevy et al., 2009). En science alimentaire, un arôme peut également référer à un ensemble de molécules volatiles composant l’odeur particulière, le plus souvent identifiable, d’un aliment donné (par exemple, l’arôme du pain). Dans le cadre de ce mémoire, le terme « composé volatil » sera employé pour désigner une molécule qui possède des propriétés odorantes.
Plus de 1000 composés volatils ont été identifiés dans les vins (Barbe et al., 2008, Poláŝková et al., 2008), mais seulement une petite proportion de ces composés contribuerait à l’arôme perceptible par les sens (Escudero et al., 2007 ; Gürbüz et al., 2006). Les composés volatils odorants peuvent être détectés par l’odorat humain à des concentrations aussi faibles que 10-12 g/L (Rapp et Mandery, 1986). Ils peuvent être de nature chimique variée (aldéhydes, alcools, esters, acides organiques, furanes, composés aliphatiques ou organo-sulfurés, etc.) et se retrouvent dans le vin à des concentrations allant de plusieurs milligrammes par litre (mg/L) à quelques nanogrammes par litre (ng/L) (Poláŝková et al., 2008).
L’arôme global du vin perçu à l’olfaction provient rarement de l’action d’un seul composé, mais est plutôt le résultat de la somme des contributions, ou encore, de l’effet synergétique des différents composés volatils présents dans le vin (Rapp et Mandery, 1986). En effet, on retrouve dans le vin plus de 300 composés volatils pouvant potentiellement avoir un impact sur l’arôme global. Afin de raisonner l’impact respectifs de ces volatils, on évalue leur seuil de perception olfactive (odor
6
milieu défini, à laquelle un composés volatil peut être détecté par au moins 50% des individus, généralement à l’intérieur d’un panel de dégustation donné (Guth, 1997). Certains composés ont un seuil de perception très bas (inférieur à 1 ng/L pour certains thiols volatils ; Tominaga, 1998) alors que d’autres ont des seuils plus élevés (100 mg/L pour l’éthanol ; Belitz et al., 2009).
La contribution d’un composé volatil donné à l’arôme global d’un vin peut être estimée par l’indice aromatique (IA) ou odor activity value (OAV) en anglais. Cette valeur est obtenue en effectuant le rapport entre la concentration du composé dans le milieu et son seuil de perception olfactive. Un composé volatil contribue à l’arôme s’il est retrouvé dans le vin en quantité supérieure à son OPT (Guth, 1997). Ce modèle est cependant limité car il ne tient pas compte des interactions complexes entre les différents composés volatils d’un mélange. Il peut s’agir d’effets synergiques entre les molécules odorantes, où l’intensité de la perception olfactive est accentuée (Mayr et al., 2014 ; Escudero et al., 2007 ; Ferreira et al., 2002 ; Hashimoto et al., 2008) ou, au contraire, d’effets masquants ou suppresseurs (Hein et al., 2008 ; Pineau et al., 2007). Ces problèmes sont en partie résolus par l’utilisation d’arômes reconstitués dans des solutions modèles (Mayr et al., 2014 ; Pineau
et al., 2009 ; Escudero et al., 2007). En outre, le concept de l’indice aromatique permet difficilement
d’intégrer les variabilités inhérentes à la matrice qu’est le vin, dont la teneur en différents composés phénoliques, polysaccharides ou éthanol peut affecter de façon importante la perception des composés volatils (Voilley et Lubbers, 1998). En effet, les constituants non-volatils de la matrice du vin (polysaccharides, protéines, lipides, polyphénols, etc.) constituent une partie significative de la composition chimique des vins (Tableau 1). Ainsi, une augmentation de la concentration en éthanol réduit la volatilité des composés volatils et pourrait expliquer la diminution du caractère fruité observée dans les vins présentant un pourcentage d’alcool élevé (Robinson et al., 2009).
7 Tableau 1. Principaux constituants du vin
Constituant Concentration Références
Vin rouge Vin blanc
Éthanol 10 – 15% (v/v) (Cheynier et al., 2010)
Glycérol 5 – 11 g/L (Cheynier et al., 2010)
Acides organiques 5 – 16 g/L (Villamor, 2012)
Monosaccharides
Glucose + fructose 1,5 g/La (Villamor, 2012)
Autresb 746 – 1073 mg/L (Guadalupe, 2012)
Polysaccharidesc 832 – 1169 mg/L (Guadalupe, 2012)
Acides organiques 5 – 16 g/L (Villamor, 2012)
Protéines 29,8 – 107,1 mg/L
10 – 500 mg/L
(Fukui et Yokotsuka, 2003) (Marangon, 2011)
Composés volatils 0,8 – 1,2 g/L (Rapp et Mandery, 1986)
Sels minéraux 1200 mg/L (Waterhouse, 2012)
Composés phénoliques
Non-flavonoïdesc 240 – 500 mg/L 160 – 260 mg/L (de Beer, 2002) Flavonoïdesd
Anthocyanes
750 – 1060 mg/L 25 – 30 mg/L (de Beer, 2002)
39,4 – 469 mg/L 0 (de Beer, 2002)
a : Vin sec
b : Acide acérique, 2-O-méthyle fucose, 2-O-méthyle xylose, apiose, arabinose, rhamnose, fucose, xylose, mannose, acide
alacturonique, galactose, acide glucuronique, acide 3-déoxy-D-lyxo-heptulosarique, acide 3-déoxy octulosonique.
c : Arabinanes et arabinogalactanes, mannoprotéines, rhamnogalacturonanes-II, oligomères de homo- et rhamnogalacturonanes. d: Acides hydroxycinnamiques, acides hydroxybenzoïques et stillbènes.
e : Flavonols, flavan-3-ols et anthocyanes
La chimie de l’arôme du vin est complexe et plusieurs travaux ont été effectués dans le but de comprendre l’impact de la composition chimique de la fraction volatile sur la perception sensorielle (Ciarán et al., 2011 ; Ebeler et Thorngate, 2009 ; Ferreira et al., 2002 ; Hjelmeland et al., 2013 ; Pineau et al., 2009 ; San Juan et al., 2011). Un des objectifs est de déterminer quel composé, ou groupe de composés, est responsable d’un attribut sensoriel particulier et d’évaluer sa contribution à l’arôme global. À cet égard, la technique analytique la plus utilisée dans le domaine de la recherche
8
sur les arômes des aliments est la chromatographie en phase gazeuse couplée à l’olfactométrie (gaz
chromatoraphy-olfactometry ou GC-O) (d’Acampora Zellner et al., 2008), qui permet d’identifier les
composés qui possèdent une activité olfactive ainsi que ceux qui ont un impact aromatique important dans des mélanges complexes. Le principe, les limitations ainsi qu’un exemple d’utilisation de cette technique sont présentés à l’Annexe 2.
2.2 Origine des arômes du vin
Les arômes du vin proviennent des différentes étapes de la vinification et peuvent être classés en trois catégories en fonction de leur origine (Drawert, 1974) :
Arômes dérivés du raisin (arômes variétaux) Arômes fermentaires
Arômes issus du vieillissement
2.2.1 Arômes dérivés du raisin (arômes variétaux)
Les composés volatils dérivés du raisin contribuent de façon importante à l’arôme du vin (Dunlevy, 2009) ; en permettant de différencier les vins selon les caractéristiques intrinsèques de la variété de raisin utilisée, ils définissent la typicité du cépage (Cacho et al., 2013). Le caractère variétal d’un cépage est, dans la plupart des cas, le résultat de combinaisons particulières de plusieurs composés volatils retrouvés en ratios variables dans le profil aromatique de chacune des variétés de raisins (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Plus rarement, le caractère variétal peut être attribué à un seul composé ou à une famille de composés jouant un rôle prépondérant dans l’arôme du vin comme c’est le cas pour les monoterpénols (linalool, géraniol et nérol) qui sont responsables des notes florales distinctives des vins de Muscat, de Gewürztraminer et de Riesling (Ebeler, 2001).
Les composés aromatiques retrouvés dans les baies de raisins sont des métabolites secondaires de la plante issus de différentes voies de biosynthèse. Les arômes variétaux du raisin peuvent se retrouver sous forme libre ou sous forme liée (précurseurs d’arôme). Les précurseurs d’arôme sont des molécules non-volatiles et sans odeur qui sont susceptibles de se transformer en composés
9 volatils odorants durant le processus de vinification (Baumes, 2009). Les précurseurs glycosylés (Figure 1), identifiés pour la première fois dans les raisins en 1974 (Cordonnier et Bayonove, 1974), sont formés d’une partie aglycone (molécule odorante) liée à une partie osidique disaccharidique (sucre). L’aglycone peut être libéré dans le vin par l’hydrolyse acide ou enzymatique du lien glycosidique qui unit les deux parties (Francis et al., 1992 ; Gunata et al., 1988). Bien que les précurseurs glycosylés contribuent à l’arôme de nombreux cépages dits aromatiques (Muscat, Riesling, Gewürztraminer) ou neutres (Cabernet sauvignon, Merlot, Pinot noir), d’autres types de précurseurs, tels que les précurseurs cystéinylés ou glutathionylés (Roland et al., 2011) sont à l’origine de thiols volatils très odorants caractéristiques de l’arôme variétal de certains cépages comme le Sauvignon blanc (Darriet, 1993 ; Tominaga et al., 1998).
Figure 1 – Représentation d’un précurseur d’arôme glycosylé
(Baumes, 2009)
Les différences dans les profils des composés volatils retrouvés dans les différentes variétés de raisins sont dues en majeure partie aux différences génétiques qui existent entre les cépages. Par exemple, les concentrations de monoterpènes dans le Muscat sont régulées par 5 gènes dominants complémentaires tandis que l’anthranilate de méthyle, qui est caractéristique de V. labrusca et de ses hybrides, est régulé par 3 gènes dominants complémentaires (Owens, 2008). Cependant, la composition chimique volatile des raisins d’un même cépage peut être modulée par des variables environnementales (sol, climat, variations saisonnières, etc.) ou certaines pratiques viticoles (fertilisation, gestion du couvert végétal, conduite de la vigne, etc.), la date de récolte (Jackson et
10
Lombard, 1993). Ces facteurs peuvent influencer l’expression génétique dans la vigne ou avoir un impact sur la stabilité des composés formés (Dunlevy, 2009).
Les différents composés volatils libres du raisin peuvent être classés en six groupes majeurs, selon leur origine biosynthétique (Dunlevy, 2009):
Les terpénoïdes Les norisoprénoïdes Les composés aromatiques Les composés aliphatiques Les composés organo-sulfurés Les méthoxypyrazines
2.2.1.1 Les terpénoïdes
Très répandus dans les végétaux, ces composés sont formés par l’assemblage d’unités isopréniques isopentényl-pyrophosphate ou diméthylallyl-pyrophosphate (C5). Les terpénoïdes retrouvés dans le raisin sont majoritairement des monoterpènes (C10) et des sesquiterpènes (C15). Il existe plus de 70 monoterpènes dans les raisins (Rapp, 1998) qui possèdent des attributs sensoriels et des seuils de perception olfactive variables (Tableau 2). Il est connu que des effets synergiques sont possibles entre les différents monoterpènes d’un mélange, ce qui a pour effet d’abaisser leur seuil de détection individuel (Ribéreau-Gayon, 1975). Les monoterpènols du raisin existent sous forme libre, mais la plus grande partie se retrouve sous forme de précurseurs glycosylés (Gunata et al., 1985a ; voir section 2.2.1). Les monoterpènes libres sont généralement retrouvés en concentrations plus importante dans les pellicules des raisins alors que la fraction glycosylée est plus importante dans le jus (Gunata et al., 1985b). Les terpénoïdes sont retrouvés en grandes concentrations dans les variétés dites aromatiques tels que le Muscat et le Gewurztraminer et contribuent fortement au caractère variétal de ces cépages (Gunata et al., 1985a ; Ribéreau-Gayon, 1975).
11 Tableau 2. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques des principaux
terpènes retrouvés dans les raisins
Composé Structure Seuil de perception olfactive (μg/L) Descripteurs aromatiques7 Références Citronellol 100a
Floral, rose, sucré, agrumes avec nuance
herbacée
1
Linalool 15a Agrumes, orange, floral,
terpénique, paraffine, rose 1
Géraniol 30a Floral, sucré, rose, fruité,
citronnelle 1
Nérol 400-500 Rafraîchissant, agrumes,
floral, herbacé. 5
β-myrcène 14c
Terpénique, herbacé, boisé, avec note de rose et
nuance de carotte et de céleri
12 α-terpinéol 250b Pin, terpénique, lilas, agrumes, boisé, floral. 2 Oxydes de rose Isomère cis: 0,5 Isomère trans: 160 Herbacé, végétal, floral, légèrement camphré avec nuance épicée. Floral, herbacé, mentholé, fruité 3 Citral Isomère trans (α-citral): 32c Isomère cis (β-citral): 30c Agrumes, citron Zeste de citron, sucré 4
a Seuil déterminé dans une solution hydroalcoolique (10% éthanol, w/w) b seuil déterminé dans un vinsynthétique c seuil déterminé
dans l’eau
Références : 1 (Guth, 1997) 2 (Ferreira et al., 2000), 3 (Yamamoto et al., 2002) 4 (Buttery et al., 1989) 5 (Ribéreau-Gayon et al., 1975) 6 (Buttery et al., 1968) 7 (The Good Scents Company Information System)
2.2.1.2 Les norisoprénoïdes
Les norisoprénoïdes sont des composés issus de la dégradation des caroténoïdes (C40). Dans les
raisins, ils sont retrouvés principalement sous la forme de C13-norisoprénoides et s’accumulent sous
forme de précurseurs d’arôme glycosylés, n’existant que très peu sous forme libre (Williams et al., 1982). Les C13-norisoprénoïdes qui ont un impact aromatique important dans le vin sont la
β-damascenone, la β-ionone, le 1,1,6-triméthyl-1,2-dihydronaphthalène (TDN) et le (E)-1-(2,3,6-triméthylphényl)buta-1,3-diène (TPB) (Dunlevy, 2009 ; Tableau 3). Avec un seuil de perception olfactive extrêmement bas de 2 ng/L dans l’eau (Kotseridis et al., 1999) et entre 4 et 7 μg/L dans le vin (Pineau et al., 2007), la β-damascenone a été identifiée comme un composé majeur dans l’arôme de plusieurs vins et variétés de raisins (Sefton et al., 2011). Lorsque ce composé ne joue pas un rôle prépondérant dans l’arôme perçu, il peut tout de même avoir un impact sur le seuil de détection
13 d’autres composés et ainsi avoir un effet exhausteur sur la perception des arômes fruités (Pineau et
14
Tableau 3. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques de certains composés C13-norisoprénoïdes retrouvés dans les raisins
Composé Structure Seuil de perception olfactive (μg/L) Descripteurs aromatiques4 Références
β-damascenone 0,05a Sucré, pomme
cuite, floral 1
β-ionone 0,09b Boisé, sucré,
fruité, baies 2 α-ionone 2,6 Sucré, boisé, floral, violette, fruits tropicaux 2 α-ionol nd Baies, sucré avec note florale
et boisée - 1,1,6-Triméthyle- 1,2-dihydronaphthalène (TDN) 2b Réglisse, kérosène, pétrole 3
a Seuil déterminé dans unesolution hydroalcolique (10% éthanol, w/w) b seuil déterminé dans du vin synthétique
nd : non-disponible
15 2.2.1.3 Les composés aromatiques
Le groupe des composés aromatiques (c.-à-d. qui contiennent un cycle benzénique) inclut des composés provenant de plusieurs voies de biosynthèse différentes. Ils peuvent emprunter la voie des terpénoïdes, de l’acide shikimique ou des polycétides (Dunlevy, 2009). Ces composés possèdent des seuils de perception olfactive et des attributs sensoriels variables. Le tableau 4 présente des exemples de composés aromatiques fréquemment retrouvés dans les raisins.
Tableau 4. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques de certains composés aromatiques retrouvés dans les raisins
Composé Structure Seuil de perception olfactive (μg/L) Descripteurs aromatiques5 Références
Benzaldéhyde 350c Amande, fruité,
poudreux, noix 4
2-phényléthanol 14 000b Sucré, floral,
avec nuance de rose et de miel
16
Acétate de
2-phényléthyle 250a
Sucré, miel, floral (rose) avec légères nuances de levure et de cacao 1 2-Phénylacétaldéhyde 1b
Miel, floral (rose), sucré, poudreux, fermenté, chocolat avec nuances terreuses 3 Eugénol 6b Sucré, épicé (clou de girofle), boisé, notes de jambon et de bacon, nuances de cannelle 3 (E)-Isoeugénol 6b Sucré, épicé, clou de girofle, notes boisées 3 (E)-Éthylcinnamate 1,1b Sucré, balsamique, épices, cannelle, fruité et poudreux 2 Dihydrocinnamate d’éthyle 1,6b Hyacinthe, rose,
17 Vanilline 995b Sucré, vanille, crémeux, phénolique 3 Guaiacol 9,5b Phénolique, fumé, épicé, médicament, vanille, viande, nuances boisées 2
a Seuil déterminé dans unesolution hydroalcolique (10% éthanol, w/w) b seuil déterminé dans du vin synthétique c seuil déterminé
dans l’eau
Références : 1 (Guth, 1997) 2 (Ferreira et al., 2000) 3 (Campo et al., 2005) 4 (Buttery et al., 1988) 5 (The Good Scents Company Information System).
18
2.2.1.4 Les composés aliphatiques
Ces composés proviennent d’une part, de l’oxydation des acides gras et, d’autre part, de la dégradation des acides aminés ramifiés. Les composés aliphatiques du raisin sont principalement des aldéhydes et des alcools à courte chaîne (linéaires ou ramifiés) dont une grande partie est constituée de composés contenant six atomes de carbone (composés C6) (Dunlevy, 2009). Ces composés sont issus principalement de la dégradation des acides gras polyinsaturés linoléiques (C18:2) et α-linoléniques (C18:3) présents dans les membranes lipidiques des raisins par la voie biochimique de la lipoxygénase (Oliveira et al., 2006). Une succession de réactions enzymatiques lors des étapes pré-fermentaires (récolte, transport, pressurage et foulage des raisins) conduit à la formation d’aldéhydes C6, qui sont ensuite réduits en alcools C6 par l’alcool déhydrogénase (ADH) au cours de la fermentation (Kotseridis & Baume, 2000). Les alcools formés sont à leur tour susceptibles de subir une estérification sous l’effet de l’alcool acétyltransférase (AAT). La plupart des composés C6 du raisin possèdent des descripteurs aromatiques qualifiés d’herbacé, odeur de verdure, de gazon coupé (Tableau 5). De façon générale, les alcools C6 trouvés dans les vins sont moins odorants que les aldéhydes originellement formés dans le moût. Bien que leurs notes herbacées ne présentent pas à première vue des attributs sensoriels considérés comme favorables, la présence d’une certaine quantité de composés C6 dans les raisins est souhaitable. En effet, ils peuvent jouer un rôle important dans la génération d’arômes ayant un impact positif dans le vin ; de plus, lors du processus de vinification, les composés C6 tels que l’hexanol, l’hexanal, le trans-2-hexen-1-ol et le trans-2-hexenal sont susceptibles de se transformer en acétate d’hexyle, un composé apportant des notes fruitées, sucrées et fraîches (Dennis et al., 2012). De même, le trans-2-hexenal peut conduire à la formation du 3-mercaptohexanol et du 4-mercapto-4 methylpentan-2-one (Schneider et al., 2006).
Les principaux composés aliphatiques du raisin issus de la dégradation des acides aminés sont le 2-méthyl-1-propanol, le 2-méthyl-1-butanol et le 3-méthyl-1-butanol, respectivement issus de la transformation des acides aminés valine, isoleucine et leucine (Dunlevy, 2009). Le métabolisme des acides aminés, du point de vue de la biosynthèse des molécules aromatiques, conduit à la formation d’alcools, d’aldéhydes et d’acides par deux réactions enzymatiques consécutives (déamination et décarboxylation) (Perez et al., 2002). Les composés ainsi formés peuvent être eux-mêmes des
19 composés odorants, ou encore servir de précurseurs pour la formation d’autres molécules aromatiques tels que des esters (Tressl et Drawert, 1973).
Tableau 5. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques de certains composés aliphatiques retrouvés dans les raisins
Composé Structure Seuil de perception olfactive (μg/L) Descripteurs aromatiques9 Référence Hexanal 5c Verdure, gras, végétal, herbacé, fruité et frais avec nuances boisée 4 cis-3-hexènal 0,25c Verdure, gras, herbacé, fruité (pomme) 5 trans-2-hexènal 2c Odeur prononcée de feuille verte fraîche,
propre, fruité avec nuances herbacées et épicées 4 Hexanol 2500 c, 8000b Acre, éthéré, huile de fusel, fruité et alcoolique, sucré avec nuances de verdure 2, 4
cis-3-hexènol 70c, 400b Verdure, écorce de
melon, fraîcheur âcre 1, 5
trans-3-hexènol 1000d Odeur de verdure
20
terreux, gras
trans-2-hexènol 10 000d Fruité, verdure,
feuille 6
Acétate de
cis-3-hexènyle 7,8
c
Verdure, frais, sucré, fruité avec nuances de pomme, poire et melon 7 trans, cis-2,6-nonadiènal 0,01c Verdure, concombre, melon, gras et végétal 6 trans, trans-2,4-hexadiènal 60c Verdure, fruité, aldéhydique, agrumes, paraffine 6 Heptanal 3c Frais, aldéhydique, gras, verdure, lies de
vin, ozone 4 Décanal 2c Sucré, aldéhydique, orange, paraffine, zeste d’agrumes 4 2-undécanone 7c Paraffine, fruité, cétonique avec nuances d’ananas 4 Acide hexanoïque 3000c, 420b Sûr, gras, sueur, fromage 2, 4 3-méthyl-1-butanol 30 000a Alcool, âcre, éthéré, cognac, fruité, banane, mélasse 1
21
2-méthyl-1-propanol 40 000a Éthéré, vineux 1
a Seuil déterminé dans unesolution hydroalcolique (10% éthanol, w/w) b seuil déterminé dans du vin synthétique c seuil déterminé
dans l’eau d seuil déterminé dans le dipropylèneglycol
Références : 1 (Guth, 1997) 2 (Ferreira et al., 2000) 3 (Campo et al., 2005) 4 (Buttery et al., 1988) 5 (Buttery et al., 1989) 6 (Teranishi, et al., 1974) 7 (Belitz et al., 2009) 8 (Hatanaka et al., 1992) 9 (The Good Scents Company Information System).
2.2.1.5 Autres types de composés
Il existe dans les raisins d’autres composés d’origine variétale ayant un impact aromatique important comme les composés organo-sulfurés et les méthoxypyrazines. Ces classes de composés sont décrites plus en détails à l’Annexe 1.
2.2.2 Arômes fermentaires
L’ensemble des composés volatils produits lors de la fermentation alcoolique représentent la plus grande proportion de la composition totale de la fraction volatile du vin (Ebeler, 2001). Dans les jeunes vins rouges, 90% des composés volatils analysés étaient des composés produits par le métabolisme des levures (Lopez et al., 1999). Cependant, bien que les composés volatils issus du processus de fermentation dominent quantitativement la fraction volatile du vin, leur contribution à l’arôme distinctif variétal des cépages est négligeable puisque ces composés sont communs à toutes les fermentations (Ebeler, 2001).
Pendant la fermentation alcoolique, les composés issus du métabolisme primaire des levures, tels que l’éthanol, l’acide acétique et le glycérol, sont formés en concentration majoritaire dans le vin et contribuent de façon importante aux caractéristiques organoleptiques du produit. Par exemple, même si la valeur d’OAV de l’éthanol est peu élevée, ce composé joue un rôle essentiel dans la perception des autres composés volatils du vin (Escudero et al., 2007 ; Goldner et al., 2009 ; Le Berre et al., 2007). Ce sont cependant les métabolites secondaires des levures tels que les alcools supérieurs,
22
les esters et les acides volatils, issus de la biotransformation des acides aminés, et les acides gras qui ont l’impact aromatique le plus important dans le vin, auquel ils confèrent un caractère vineux et fruité.
La production de composés volatils d’origine fermentaire peut être modulée par différents facteurs. L’espèce ou la souche de la levure utilisée, ainsi que les conditions de fermentation (température, concentration en éthanol, temps de macération pelliculaire, degré d’oxygénation) sont les facteurs les plus déterminants (Molina et al., 2007 ; Lambrechts et Pretorius, 2001). La composition du moût (pH, teneur en azote, en solides et en acides gras insaturés), ainsi que la variété et la maturité du raisin sont des facteurs pouvant également influencer la formation des composés volatils issus du métabolisme des levures (Styger et al., 2011 ; Torrea et al., 2011).
2.2.2.1 Alcools supérieurs
Le catabolisme des acides aminés ramifiés (valine, leucine et isoleucine), aromatiques (phénylalanine, tyrosine, et tryptophane) et de la méthionine par les levures conduit à la formation d’alcools supérieurs par la réaction d’Ehrlich (Hazelwood et al., 2008). Les alcools supérieurs sont caractérisés par des odeurs fortes et âcres (Tableau 6) et sont retrouvés dans le vin en concentrations variables allant de 140 à 420 mg/L (Ebeler, 2001). Les principaux alcools supérieurs dans les vins sont généralement le 3-méthylbutanol, le 2-phénylethanol et le 2-méthylpropanol (Lambrechts et Pretorius, 2000). Ces composés contribuent de façon positive à la complexité de l’arôme du vin lorsqu’ils sont présents en concentration modérée (<300 mg/L). Cependant, une concentration excédant 400 mg/L a des effets négatifs (Rapp et Mandery, 1986). Enfin, comme leur formation repose en grande partie sur le métabolisme ou la biosynthèse des acides aminés, la quantité et la proportion relative des alcools supérieurs générés dans le vin dépend fortement de la teneur en composés azotés du moût (Jiranek et al., 1995).
23 Tableau 6. Structure, seuil de perception olfactive et descripteur aromatique des principaux alcools supérieurs retrouvés dans le vin
Composé Structure Seuil de perception olfactive (μg/L) Descripteurs aromatiques5 Références Propanol 500a Alcoolique, fermenté, alcool de fusel, téquila avec une délicate nuance
fruitée de pomme et de poire 4 2-Méthylpropanol (isobutanol) 40 000 b Éthéré, vineux 1 3-méthylbutan-1-ol (alcool isoamylique) 30 000b Éthéré, acre, alcool,
cognac, fruité, mélasse 1
2-Méthyl-1-butanol 65 Vernis à ongles 2
2-Phényléthanol 14 000c Sucré, floral, rose, miel 3
3-(Méthylthio)-1-propanol 500
b
Sulfureux, oignon avec une nuance sucrée et savoureuse rappelant la
soupe aux légumes
1
a Seuil déterminé dans le vin b seuil déterminé dans solution hydroalcolique (éthanol 10%, w/w) c Seuil déterminé dans du vin
synthétique
Références : 1 (Guth, 1997), 2 (Bartowsky et Pretorius, 2009), 3 (Ferreira et al., 2000), 4 (Lambrechts et Pretorius, 2000), 5 (The Good Scents Company Information System).
24
2.2.2.2 Acides volatils
Des acides volatils sont formés tant par les levures que par les bactéries pendant la fermentation malolactique. Le principal est l’acide acétique qui représente 90 % de tous les acides volatils produits (Styger et al., 2011). Les acides gras volatils à courte chaîne (acides acétique, propanoïque, et butanoïque) sont des sous-produits de la fermentation tandis que les acides gras à moyenne chaîne (C6, C8, C10, C12) sont des intermédiaires de la biosynthèse des acides gras à longue chaîne par les levures (Lambrechts et Pretorius, 2000) (Tableau 7). Les acides gras volatils comme l’acide hexanoïque (6:0), l’acide octanoïque (8:0) et l’acide décanoïque (10:0) possèdent des caractéristiques sensorielles qui peuvent avoir une influence négative sur l’arôme du vin lorsqu’ils sont présents en concentrations qui excèdent 20 mg/L (Shinohara, 1985). Certains acides volatils tels que les acides isobutyrique, isovalérique et 2-phénylacétique sont formés par la voie d’Ehrlich (Hazelwood et al., 2008).
25 Tableau 7. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques des principaux acides volatils retrouvés dans le vin
Composé Structure Seuil de perception olfactive (μg/L) Descripteurs aromatiques4 Références
Acide acétique 200 000a Vinaigre 1
Acide butanoïque 173b Fromage, rance 2
Acide hexanoïque 420b Fromage, sueur 2
Acide octanoïque 500b Rance, âcre 3
Acide décanoïque 1000b Gras 2
Acide 2-méthylpropanoïque (acide isobutyrique) 2300b Âcre, beurre rance 3 Acide 3-méthyl butanoïque (acide isovalérique) 33b Fromage bleu 2 Acide 2-phénylacétique 1000b Sucrée, florale, miel, rose, chocolat, tabac, avec nuances animales. 2
a Seuil déterminé dans unesolution hydroalcolique (10% d’éthanol) b Seuil déterminé dans du vin synthétique
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2.2.2.3 Esters
Les esters volatils constituent une classe de composés importante puisqu’ils confèrent au vin une grande partie de ses arômes fruités (Nykänen, 1986). Avec plus de 160 esters différents identifiés dans le vin, ils constituent le groupe fonctionnel le plus représenté. Les principaux esters produits par le métabolisme des levures peuvent être séparés en deux grandes familles : les acétates et les esters éthyliques d’acides gras (Tableau 8).
Les acétates sont formés par l’acétylation d’alcools supérieurs via l’acétyl-CoA dans une réaction catalysée par l’enzyme alcool acétyltransférase des levures (Ugliano et Henschke, 2009). Les acétates possèdent des arômes fruités intenses et le plus important dans le vin est l’acétate d’éthyle. Les esters éthyliques d’acides gras sont formés de façon enzymatique par l’estérification d’acides gras activés (acyl-CoA) issus du métabolisme des lipides par les levures. Les esters d’acides gras à courte chaîne possèdent des arômes rappelant le fruit ou la fleur alors que les esters d’acides gras à plus longue chaîne présentent des attributs sensoriels rappelant le savon (Torrea et al., 2003). Bien que la majeure partie des esters du vin provient du métabolisme des levures et est produite par voie enzymatique, certains esters peuvent également être formés à partir des alcools et des acides par estérification chimique pendant le vieillissement, une réaction favorisée par le pH faible du vin. De plus, un certain nombre d’esters retrouvés dans le vin sont synthétisés par les levures à partir de précurseurs issus du raisin (Dennis et al., 2012 ; Swiegers et al., 2005) ou proviennent directement des raisins comme l’anthranilate d’éthyle et de méthyle, le cinnamate d’éthyle et le 2,3 dihydrocinnamate d’éthyle, qui contribuent de manière significative aux notes de fruits rouges et noirs typiques du Pinot Noir (Moio et Etievant, 1995). Enfin, l’estérification interne des fonctions hydroxyle
et alcool d’une même molécule conduit à la formation de lactones, des molécules ayant
généralement une odeur plaisante et fruitée (Jackson et al., 2008). Ces molécules présentent une grande diversité, laquelle dépend de la nature des substituants sur les cycles et sur la chaine latérale, du nombre de doubles liaisons et de la configuration spatiale (R ou S) des molécules (Alchihab et al., 2010). Les lactones les plus communément retrouvées dans le vin sont les γ-lactones, le sotolon et la « lactone du vin » (wine lactone) (Tableau 8).
27 Tableau 8. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques de certains esters, acétates et lactones retrouvés dans le vin
Composé Structure Seuil de perception olfactive (μg/L) Descripteur aromatique10 Références
Esters éthyliques d’acides gras
Propanoate d’éthyle 1800 Fruité 1
Butanoate d’éthyle 20a Fruité, floral 1
Hexanoate d’éthyle 50 Pomme verte 1
Octanoate d’éthyle 20a Savon sucré 1
Décanoate d’éthyle 200b Fruité, savon 1
Lactate d’éthyle 14 000 Fraise 1
2-méthylpropanoate d’éthyle (isobutyrate
d’éthyle)
15 Fruité 1
2-méthylbutanoate
d'éthyle 1 Fruit, sucré 1
3-méthylbutanoate d'éthyle (isovalérate
d’éthyle)
28
3-hydroxyhexanoate
d’éthyle 45
b Sucré, fruité,
caouchouc 4, 9
Cinnamate d’éthyle 1,1 Cerise, prune,
miel, cannelle 2
2,3 dihydrocinnamate
d’éthyle 1,6 Floral, fruité 2
Anthranilate de
méthyle 3 Fruité, raisin 8
Vanillate d’éthyle 990b Phénolique, brûlé, fumé, métallique 5 Acétates
Acétate d’éthyle 7500a Fruité, solvant,
vernis à ongles 1
Acétate de
phényléthyle 250a
Floral, rose, miel,
fruité 1
Phénylacétate d'éthyle 75
Floral, miel, rose, balsamique, avec notes de cacao, chocolat noir et réglisse noire 7 Acétate de 2-méthylpropyle (Acétate d’isobutyle) 1600c Banane, fruité 1
29
Acétate d’hexyle 700 Parfum, sucré 1
Acétate de 3-méthylbutyle (Acétate d’isoamyle) 30a Banane, poire 3 Lactones γ-butyrolactone 35 000 Crème, huile, avec nuances de gras 5 γ-nonalactone 30 Sucré, crémeux, noix de coco, gras avec nuances de de beurre 5 γ-décalactone 88 Fruité, pêche, crémeux et sucré avec nuances de gras 5 Sotolon (3-hydroxy-4,5- diméthyl-2(5H)-furanone) 5b Très sucré, caramel prononcé érable, sucre brûlé, café 6 Wine lactone ((3S,3aS,7aR)-3,6- diméthyl-3a,4,5,7a- tétrahydro-1-benzofuran-2(3H)-one) 0,01b Noix de coco, épicé, sucré, aneth 6
a Seuil déterminé dans un vin synthétique b Seuil déterminé dans une solution hydroalcoolique (10-14% d’éthanol v/v ) c Seuil
déterminé dans la bière
Références : 1 (Bartowsky et Pretorius, 2009) 2 (Ferreira et al., 2000) 3 (Guth, 1998), 4 (Rogers et van Wyk, 2000), 5 (Campo et
al., 2005), 6 (Guth, 1997), 7 (Tat et al., 2007) 8 (Aubry et al., 1997), 9 (Zea et al., 2007), 10 (The Good Scents Company
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2.2.2.4 Phénol volatils
Les phénols volatils sont essentiellement formés par l’action des levures mais sont tout de même présents en très faibles quantités dans les raisins (Swiegers et al., 2005). Ces composés, formés à partir des acides hydroxycinnamiques, sont considérés comme des constituants habituels dans le vin, où ils apportent une certaine complexité aromatique (notes de cuir, épices, fumée) lorsqu’ils sont présents en faibles concentrations (Tableau 9). À plus haute concentration, ils sont responsables d’arômes indésirables et peuvent être la source de certains défauts, tels que ceux associés aux levures du genre Brettanomyces/Dekkera (Kheir et al., 2013).
Tableau 9. Structure, seuil de perception olfactive et descripteurs aromatiques des principaux phénols volatils retrouvés dans le vin
Composé Structure Seuil de perception
olfactive (μg/L)
Descripteurs aromatiques
4-éthylphénol 600a Médicament, écurie
4-éthylguaiacol 33b Phénolique, sucrée
4-vinylphénol 20c Pharmaceutique
4-vinylguaiacol 10 000c Clou de girofle,
phénolique
a Seuil déterminé dans le vin b Seuil déterminé dans une solution hydroalcolique (10% éthanol) c Seuil déterminé dans l’eau
