Химики научили компьютер определять происхождение вина по химическому составу

Химики определили количество примесей в аргентинском мальбеке и изучили, как на это влияют климат, год производства и высота над уровнем моря. На основе полученных данных ученые научили компьютер определять место происхождения вина по его составу с точностью 53,28 процента. Статья опубликована в Scientific Reports.

Производство вина — это сложный и многостадийный процесс. На него влияет множество факторов, таких как климат, солнечная активность, состав почвы и многие другие. Чаще всего для оценки вина используется информация о сортах винограда, местонахождении виноделен и, конечно, дате производства. Для простоты виноделы часто прибегают к понятию терруара. Терруар — это совокупность факторов, влияющих на свойства вина. В это понятие входят тип почвы, средняя температура местности, влажность, сорта винограда и так далее. На сегодняшний день это понятие считается спорным и во многом интуитивным. Тем не менее все больше ученых пытаются доказать влияние некоторых терруарных факторов на конечный состав вина, а также провести четкую границу между природным и человеческим факторами.

Одну из популярных марок вина — мальбек — производят из одноименного сорта черного винограда родом из Франции. Но наибольшее распространение этот сорт получил в Аргентине, на которую на сегодняшний день приходится 77 процентов всего производимого из него вина. Площадь виноградников этого сорта в Аргентине составляет около 43000 гектаров при общей площади всех виноградников страны 220000 гектаров. Примерно 85 процентов всего засева находится в провинции Мендоса, в предгорьях Анд. Высота там составляет от 900 до 1600 метров над уровнем моря, а климат засушливый. За год там выпадает менее 300 миллиметров осадков, причем основная часть их выпадает во время сезона роста с октября по апрель. Среднегодовая температура при этом составляет 17 градусов Цельсия, при высоком уровне солнечной активности. Эти условия хорошо подходят для сорта «мальбек» и обеспечивают хороший урожай.

Сильнее всего на внешний вид и вкусовые качества вина влияет содержание фенольных соединений: антоцианинов, флавонолов, стильбенов и разнообразных кислот на основе фенола. Некоторые из этих соединений получаются в процессе созревания винограда, а некоторые — в результате химических и биохимических процессов уже во время изготовления вина. Содержание этих компонентов индивидуально не только для каждого сорта вина, но даже для одного и того же сорта, произведенного в разных терруарах. В перспективе, основываясь на этих данных, можно многое сказать о вине, его происхождении и качестве.

Группа ученых под руководством Ариэль Фонтана (Ariel Fontana) из Национального университета Куйо проанализировала мальбек, виноград для производства которого вырос на 23 земельных участках провинции Мендоса. Для каждого из них ученые взяли по три образца различной выдержки: 2016, 2017 и 2018 годов. Для каждого образца определяли содержание 27 фенольных соединений с помощью жидкостной хроматографии. В первую очередь, сравнив между собой образцы разных лет, авторы обнаружили заметную разницу в содержании фенольных примесей. Из этого они сделали вывод, что анализировать терруарные эффекты целесообразно только имея данные за несколько лет, так как с увеличением времени выдержки меняется и содержание компонентов. Это особенно важно для того, чтобы не перепутать систематические терруарные эффекты со случайными отклонениями разных сезонов.

Затем авторы проследили зависимость содержания примесей от местоположения виноградника. С повышением высоты над уровнем моря увеличивается концентрация антоцианинов по отношению к остальным компонентам. А зачастую именно антоцианины отвечают за насыщенность цвета вина. Благодаря тому, что местность провинции сочетает в себе теплые равнинные участки с холодными предгорьями, ученым удалось показать, что концентрация антоцианинов в ягодах является результатом конкурирующих процессов их биосинтеза и тепловой деградации. Таким образом, чем ниже находится виноградник и чем выше там средняя температура, тем меньше антоцианинов будет содержаться в ягодах. Оптимальными условиями для получения нужного для мальбека цвета считаются ночи с температурой 15 градусов Цельсия и дни — около 25 градусов Цельсия.

Далее ученые использовали машинное обучение на полученном массиве данных о концентрациях фенольных соединений, чтобы попытаться отличить участки друг от друга, даже если они находятся в одной климатической зоне. За основу взяли алгоритм случайного леса из 300 деревьев. Для обучения использовали 66,6 процента исходных данных, а остальные оставили для тестирования алгоритма и построения матрицы ошибок. Исходными данными были концентрации п-кумаровой кислоты, дельфинидин-3-О-глюкозида, кофейной кислоты, кверцетина и пеонидин-3-О-глюкозида, как основных фенольных примесей. Концентрации были измерены для каждого участка земли. Тестирование показало ошибку в 46,72 процента — это означает, что ученые научили компьютер определять место происхождения вина по его составу с точностью 53,28 процента.

Несмотря на то, что в маркетинге, происхождение вина играет одну из ключевых ролей, даже профессиональные дегустаторы не всегда справляются с тем, чтобы отличить вина из разных климатических зон. Например, недавно австралийские исследователи также заметили разницу в химическом составе вин из теплого и холодного климата. Но дегустаторы так и не смогли отличить их по вкусу.

Егор Длин