Analyses métabolomiques du vin : "chemical messages in a bottle"

Wine metabolomic analysis : "chemical messages in a bottle"

• Auteur / Autrice : Chloé Roullier-Gall
• Direction : Régis Gougeon, Philippe Schmitt-Kopplin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'alimentation
• Date : Soutenance le 16/12/2014
• Etablissement(s) : Dijon en cotutelle avec Technische Universität (Munich, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés Alimentaires et Microbiologiques (PAM) (Dijon)
• Jury : Président / Présidente : Marielle Adrian
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Jeandet, Michael Rychlik, Michaël Gonsior

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolomique

Oxydation

Vin

Vin de Champagne

analyse

Vin de Bourgogne

Mots clés libres

Chardonnay

Pinot noir

Pinot meunier

Vin

Vieillissement

Oxydation

Métabolomique

FTICR-MS

UPLC-Q-ToF-MS

EEMF

Chardonnay

Pinot noir

Pinot meunier

Wine

Ageing

Oxidation

Metabolomics

FTICR-MS

UPLC-Q-ToF-MS

EEMF

Résumé

L'objectif premier de ce travail de thèse était de développer des analyses métabolomiques non ciblées de vins en bouteilles afin de déchiffrer les informations chimiques relatives à l’évolution de leurs compositions avec le temps. Cette recherche initiale était fondée sur l'hypothèse que, lors de l'analyse, les vins en bouteilles gardent une mémoire chimique des paramètres environnementaux à l’œuvre au moment de leur élaboration (gestion du vignoble, pratiques œnologiques, climat, terroir). Une seconde hypothèse reposait sur la nécessité d’étudier le passé pour anticiper l’évolution de la qualité du vin du point de vue de sa composition chimique. À cet effet et pour la première fois dans la science du vin, la Spectrométrie de Masse à Résonance Cyclotronique des Ions et à Transformée de Fourier (FTICR-MS), la Chromatographie Liquide couplée à la Spectrométrie de Masse (UPLC-Q-TOF-MS), la spectroscopie de Fluorescence d’Excitation et d’Émission (EEMF) et les statistiques multivariées ont été combinées. Le développement méthodologique a révélé l'avantage de coupler les mesures de masses exactes par FTICR-MS à la discrimination des isomères par UPLC-Q-TOF-MS afin d'étendre la gamme des métabolites détectables. Ces outils ont été appliqués à l'identification de marqueurs de vieillissement sur des séries verticales de vins rouges et blancs de Bourgogne, y compris sur des vins très anciens (millésimes inconnus) considérés comme des points extrêmes d'évolution, introduisant ainsi la notion de verticalomics. La caractérisation d'une série de vins blancs de Bourgogne (Chardonnay) a révélé que les espaces chimiques spécifiquement liés à des pratiques œnologiques (SO2 ajouté lors du pressurage, niveau de débourbage ou perméabilité du bouchon) pourraient être déchiffrés, bien que les signatures de millésimes étaient les plus significatives. Des expériences similaires sur les vins de Champagne (Chardonnay, et mélanges de Chardonnay, Pinot noir et Pinot Meunier) après la prise de mousse et le vieillissement sur lattes ont mis en évidence l'effet d'hormesis associé à l'oxygénation du vin. Enfin, les analyses non ciblées d'extraits de raisin et des vins correspondants provenant de différentes appellations et élaborés par le même vigneron ont révélé qu’il était possible de lire des signatures liées au terroir, en particulier après quelques années de vieillissement en bouteille. Plus largement, nos résultats fournissent une description globale sans précédent de la composition chimique du vin et de sa modification par le vieillissement.

The main objective of this work was to develop non-targeted metabolomics analyses of bottled wines in order to decipher chemical informations from the time-related evolution of their composition. This original research was based on the hypothesis that, when analyzed, bottled wines would still hold chemical memories of envionmental parameters (vineyard management, oenological practices, climate, terroir…) at the moment of their elaboration, even after several years of ageing. A second hypothesis was that in order to anticipate the future evolution of the wine quality in terms of chemical composition, it is necessary to know what it was in the past. To that purpose, and for the first time in wine science, Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance – Mass Spectrometry (FTICR-MS), Liquid Chromatography coupled with mass spectrometry (UPLC-Q-ToF-MS), Excitation Emission Matrix Fluorescence (EEMF) and multivariate statistics were used in combination. Methodological develoments revealed the advantage of coupling exact mass measurements by FTICR-MS to isomeric discrimination by UPLC-Q-ToF-MS in order to extend the range of detectable metabolites. Such tools were applied to the identification of ageing markers in vertical series of red and white wines from Burgundy, including very old wines (unknown vintages) considered as evolution end points, thus introducing the concept of verticalomics. The characterization of series of white wines from Burgundy (Chardonnay) revealed that chemical spaces specifically related to eonological practices (SO2 addition at pressing, settling level, and permeability of the stopper) could indeed be deciphered although the vintage signatures were confirmed to be the most significant. Similar experiments on Champagne wines (Chardonnay, and blends of Chardonnay, Pinot noir and Pinot Meunier) after the "prise de mousse" and the ageing "sur lattes" further highlighted the hormesis effect associated with the oxygenation of wine. Finally, non-targeted analyses of series of grape extracts and corresponding wines from different appelations – though elaborated by the same winemaker – revealed that terroir-related signatures could be indeed read in wines, in particular after a few years of bottle ageing. Altogether our results provide an unprecedented comprehensive description of the chemical composition of wine and its modification through ageing.