Novel optical fibre sensor designs for AROMA compounds detection

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Ethyl carbamate in fortified wines: mitigation and control

Publication . Leça, João Micael da Silva; Marques, José Carlos Antunes; Vílchez Quero, José Luis

O carbamato de etilo (CE) é um composto que ocorre naturalmente em bebidas alcoólicas. A sua toxicidade aguda é baixa, mas o consumo continuado levanta algumas preocupações, razão pela qual a indústria de bebidas alcoólicas se comprometeu a reduzir os níveis de CE tanto quanto possível. Este estudo pretende desenvolver e avaliar estratégias para mitigar a formação de CE em vinhos fortificados, com o vinho Madeira como caso de estudo. Primeiramente, uma extração líquido-líquido miniaturizada seguida por cromatografia líquida de fase reversa com deteção por espectrometria de massa em tandem foi desenvolvida com um bom limite de quantificação. Esta metodologia permitiu a determinação simples e eficiente de CE em vinhos fortificados. Foi utilizada para analisar um conjunto representativo de amostras de vinho Madeira, cujos resultados evidenciaram que os vinhos mais velhos tendem a apresentar concentrações mais elevadas de CE. A evolução do CE e dos seus principais precursores foi estudada numa amostragem de vinhos doces e secos de castas tintas e brancas, submetidos a estufagem e canteiro. Os vinhos doces Tinta Negra estufados apresentaram a maior propensão para formar CE e concluiu-se que outros compostos ou características físico-químicas não reportadas podem influenciar a ocorrência do CE. A arginina é apresentada como um novo precursor de CE, menos reativo que a ureia e a citrulina, mas relevante devido aos significativos níveis residuais em vinhos. Os principais açúcares no vinho, glucose e frutose, suprimem a formação de CE pelas vias dos precursores mais reativos, em até 26%. A fortificação alcoólica, utilizada para interromper a fermentação, não é um processo crítico para a ocorrência dos precursores de CE. O impacto da inoculação de leveduras indígenas não-Saccharomyces foi avaliado: Pichia terricola e Starmerella bacillaris revelaram o menor potencial para formar CE e podem ser ferramentas úteis para a sua mitigação em vinhos fortificados.

2021-05-12Doctoral thesis

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Impact of indigenous non-saccharomyces yeasts isolated from Madeira Island vineyards on the formation of ethyl carbamate in the aging of fortified wines

Publication . Leça, João Micael; Pereira, Vanda; Miranda, Andreia; Vilchez, José Luis; Malfeito-Ferreira, Manuel; Marques, José Carlos

The impact of selected non-Saccharomyces yeasts on the occurrence of ethyl carbamate (EC) was evaluated. Hanseniaspora uvarum, Starmerella bacillaris, Pichia terricola, Pichia fermentans and Pichia kluyveri isolated from Madeira Island vineyards were inoculated in Tinta Negra musts. Urea, citrulline (Cit) and arginine (Arg) were quantified when the density of musts attained the levels to obtain sweet (1052 ± 5 g/L) and dry (1022 ± 4 g/L) Madeira wines. The urea concentration varied between 1.3 and 5.3 mg/L, Cit from 10.6 to 15.1 mg/L and Arg between 687 and 959 mg/L. P. terricola and S. bacillaris generated lower levels of urea (<2.5 mg/L), Cit (<11.0 mg/L) and Arg (<845.6 mg/L). The five resulting fortified wines, individually fermented by the selected non-Saccharomyces yeast, were exposed to laboratory-accelerated aging at 70 °C for 1 month. From the studied yeasts, P. terricola and S. bacillaris revealed a lower potential to form EC (<100 µg/L); therefore, both yeasts can be a useful tool for its mitigation in wines.

2021Journal article

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Optical fiber sensor for monitoring the evaporation of ethanol–water mixtures

Publication . Pereira, Diana; Bierlich, Jörg; Kobelke, Jens; Pereira, Vanda; Ferreira, Marta S.; Pereira, Vanda

An inline optical fiber sensor is proposed to monitor in real time the evaporation process of ethanol–water binary mixtures. The sensor presents two interferometers, a cladding modal interferometer (CMI) and a Mach–Zehnder interferometer (MZI). The CMI is used to acquire the variations in the external medium refractive index, presenting a maximum sensitivity of 387 nm/RIU, and to attain the variation in the sample concentration profile, while the MZI monitors temperature fluctuations. For comparison purposes, an image analysis is also conducted to obtain the droplet profile. The sensor proposed in this work is a promising alternative in applications where a rigorous measurement of volatile organic compound concentrations is required, and in the study of chemical and physical properties related to the evaporation process.

2022-07-23Journal article

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Real-time measurement of refractive index using 3D-printed optofluidic fiber sensor

Publication . Leça, João M.; Magalhães, Yannis; Antunes, Paulo; Pereira, Vanda; Ferreira, Marta S.; Leça, João Micael

This work describes a 3D-printed optofluidic fiber sensor to measure refractive index in real time, combining a microfluidic system with an optical fiber extrinsic Fabry–Perot interferometer. The microfluidic chip platform was developed for this purpose through 3D printing. The Fabry–Perot cavity was incorporated in the microfluidic chip perpendicularly to the sample flow, which was of approximately 3.7 µL/s. The optofluidic fiber sensor platform coupled with a low-cost optical power meter detector was characterized using different concentrations of glucose solutions. In the linear regression analysis, the optical power shift was correlated with the refractive index and a sensitivity of −86.6 dB/RIU (r2 = 0.996) was obtained. Good results were obtained in terms of stability with a maximum standard deviation of 0.03 dB and a sensor resolution of 5.2 × 10−4 RIU. The feasibility of the optofluidic fiber sensor for dynamic analyses of refractive index with low sample usage was confirmed through real-time measurements.

2022-12-01Journal article

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