Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 8
1.1 Классификация помутнений вин 8
1.2 Металлические помутнения вин 14
1.2.1 Источники обогащения вин металлами 14
1.2.2 Факторы, обусловливающие накопление металлов в винограде и вине 16
1.2.3 Роль металлов в процессах, протекающих при выдержке вин 18
1.2.4 Помутнения, связанные с наличием в вине железа 20
1.2.5 Препараты, используемые для деметаллизации вин 23
1.3 Хитинсодержащие сорбенты 28
1.3.1 Строение и свойства хитинсодержащих сорбентов 29
1.3.2 Сорбционные свойства хитинсодержащих препаратов 34
2 Объекты и методы исследования 42
2.1 Объекты исследования 42
2.2 Методы исследования 43
3. Результаты и их обсуждение 52
3.1 Исследование сорбции металлов из вин хитинсодержащими сорбентами 52
3.2 Исследование эффективности деметаллизации вин активированными формами хитинсодержащих сорбентов 57
3.3 Определение содержания кальция и магния в винах, обработанных хитинсодержащими сорбентами 60
3.4 Изучение элементного состава хитинсодержащих сорбентов 62
3.5 Получение биосорбентов и изучение их сорбционных свойств по отношению к металлам вин 67
3.6 Оптимизация условий обработки вин хитозаном 71
3.6.1 Зависимость эффективности сорбции металлов из вин от концентрации хитозана 71
3.6.2 Кинетика сорбции металлов из вин хитозаном 74
3.6.3 Оптимизация температурной обработки вин хитозаном 75
3.6.4 Влияние температуры обработки хитозаном столовых вин на их физико-химические показатели 78
3.7 Исследование и сопоставление эффективности деметаллизации вин хитозаном и различными промышленными деметаллизаторами 82
3.7.1 Эффективность сорбции железа из сухого белого вина хитозаном, ЖКСиНТФ 82
3.7.2 Сопоставление физико-химических показателей белого сухого вина при обработке хитозаном, ЖКС и НТФ 84
3.8 ИК-спектроскопическое исследование механизма сорбции металлов из вин хитозаном 88
3.9 Исследование влияния хитозана на качественные и количественные изменения в составе ароматических веществ вин 92
Выводы 99
Литература 100
Приложение 114
- Металлические помутнения вин
- Методы исследования
- Исследование эффективности деметаллизации вин активированными формами хитинсодержащих сорбентов
- Оптимизация условий обработки вин хитозаном
Металлические помутнения вин
Виноградное сусло и вино содержат минеральные вещества, количество и состав которых зависят от почвешго-климатических условий произрастании, агротехники возделывания, сорта винограда и способов его переработки. Общее содержание минеральных веществ определяет такой показатель, как количество золы в сусле и вине [10]. Основную часть минеральных веществ сусла и вина составляют металлы.
Некоторые основные химические элементы, содержащиеся в сусле и вине, приведены в таблице 1.
Установлено [34-37], что в процессе брожения сусла значительное количество металлов осаждается, и их содержание снижается: железа на 28-31 %, меди на 76-97 %, цинка на 6-22 %, марганца на 13-18 %, кадмия на 60-75 %.
Металлы, переходящие в сусло и вино из винограда, т.е. естественным путем, не оказывают отрицательного действия на стабильность вин. так как количество их, как правило, незначительно.
Основные трудности в производстве связаны с избыточным содержанием металлов, которыми обогащаются вина на различных этапах технологического процесса.
Несмотря на использование антикоррозийных материалов при изготовлении оборудования и применение внутренних покрытий резервуаров, это не является достаточной гарантией предохранения вина от попадания в него металлов.
Содержание минеральных веществ в соке ягоды винограда изменяется по мере ее созревания. Многими авторами отмечено увеличение содержания калия, натрия, железа и марганца в виноградном соке при одновременном уменьшении содержания кальция и магния. Обильные дожди в период созревания винограда способствуют ускорению притока минеральных веществ к ягоде.
На количественный состав минеральных солей в соке ягоды значительно влияет состав почвы [38]. Вина из винограда, произрастающего на песчаных почвах, богаты калием, на глинисто-известковых - кальцием, на солончаках - натрием. Обогащение вина железом может быть результатом особенностей состава почвы или, чаще всего, вносимых минеральных удобрений. Во всех случаях содержание железа биологического происхождения в винах не превышает 1-10 мг/дм [1, 36]. Ассимиляция металлов растением происходит сложным путем, зависящим не только от повышенного содержания металла в почве, но и от ее физико-химической структуры.
На содержание металлов в сусле существенно влияет способ переработки винограда [15, 38]. Так, при настаивании на мезге в раствор переходит большое количество металлов из кожицы и семян, которые более богаты металлами, чем пульпа. То же самое наблюдается при прессовании. Прессовые фракции всегда богаче металлами, чем сусло-самотек [39].
В молодом виноматериале содержание минеральных веществ незначительно. Это связано с тем, что медь, алюминий, олово и свинец почти полностью (на 80-90 %) осаждаются в процессе спиртового брожения в виде соответствующих сульфидов и затем удаляются из сусла. Вследствие повышения спирту озн ости, низкой температуры хранения и изменения кислотности в молодых винах понижается растворимость солей органических кислот, которые выпадают в осадок в виде кристаллов виннокислого калия и виннокислого кальция.
Мелкий винодельческий инвентарь нередко является причиной повышенного содержания в вине меди, цинка, алюминия, олова [34]. После окончания брожения молодое вино никогда не содержит больше нескольких десятых миллиграмма меди на 1дм . Однако после технологических обработок концентрация меди нередко повышается до 1-2 мг/дм3 и может даже достигать 10 мг/дм . Однако при концентрации 5 мг/дм медь уже отрицательно влияет на вкус вина [40, 41].
Методы исследования
Культура бактерий Bacillus mucilaginosus штамм ВКМ В-1446Д -продуцент экз о полисахар идо в на питательной среде следующего состава, г/л: меласса - 80,0; пептон- 10,0; Na2HP04 - 4,5; K2S04 - 0,2; MgS04 - 0,2; Вода. рН 7,2-7,4. Данная среда обеспечивает наибольший выход экзополисахаридов [84]. Культивирование проводили в колбах Эрленмейера на качалке с режимом вращения 220 об/мин при температуре 28-30С в течение 24 часов. По окончании культивирования жидкую фазу отделяли от клеток центрифугированием при 6000 g в течение 15 мин. Полисахариды осаждали 96 %-ным этанолом, депротеинировали по методу Севага с хлороформом и бутанолом и подвергали диализу относительно дистиллированной воды. Очищенные от примесей микробные полисахариды смешивали с хитинсодержащими сорбентами для получения биосорбентов с усиленными сорбционными свойствами. Обработка вин хитинсодержащими сорбентами В коническую колбу вместимостью 100 мл вносили 25 мл вина и навеску сорбента (с учетом его влажности). Количество вносимого сорбента варьировали от 0,5 до 4,0 г/дм . Вино с сорбентом перемешивали на качалке со скоростью 150 об/мин в течение 24 ч при комнатной температуре.Через сутки сорбент отделяли фильтрованием, а вино подвергали дальнейшим исследованиям. Пробаподготовка объектов и методы аналитического контроля вин и . сорбентов Содержание элементов в винах определяли атомно-эмиссионной спектрометрией на ICP/ Эшелле-спектрометре модели РС1000 (Leeraan Labs. Inc., USA), снабженном источником высокочастотной индуктивно-связанной плазмы. Подготовка образцов осуществляли стандартизованным химическим методом, при котором вина упаривали до половины объема на роторном испарителе при температуре 50-60 С и восстанавливали взятый объем бидистиллир о ванной водой. Затем пробы вводили непосредственно в камеру сгорания. Содержание железа, меди, алюминия, цинка, кальция и магния определяли соответсвенно при длинах волн, в нм: 248,3, 324,8, 236,7, 213,9, 422,7, 285,0. Градуировку прибора производили по серии стандартных растворов элементов. Контроль достоверности результатов анализа проводили методом варьирования навесок. Содержание аромато образую и щх веществ вин (спиртов, карбоновых кислот и сложных эфиров) определяли методом хромато м асе-спектрометрии на приборе «Hewlett Packard». Вина до и после их обработки хитозаном фильтровали. Затем образцы белых и красных сухих вин в объеме 1л каждого экстрагировали хлористым метиленом. Экстракцию вин хлористым метиленом в количестве 750 мл проводили дробно в делительной воронке. Экстрагированную растворителем органическую часть собирали в колбу с притертой пробкой. Из собранной органической фазы удаляли растворитель в бюксах, обдувая воздухом поверхность. Остатки органической части в колбе смывали небольшой объемом хлористого метилена и выпаривают в бюксах. Выпаривание производили не до конца, а до получения сиропообразной массы. Перед вводом проб в хромато-масс-спектрометр, сиропообразные массы переводили в триметилсилильные производные путем обработки N,0-бис-(триметилсилил)-ацетамидом. В приборе использовали стеклянную капиллярную колонку типа HP -5MS (30x0,25 мм) с неподвижной жидкой фазой OV-101. Программированное изменение температуры от 70 до 250 С осуществлялось со скоростью 10 С/мин. Хроматограммы регистрировали по полному ионному току. Масс-спектры записывали при энергии ионизирующих электронов 70 эВ.
Исследование эффективности деметаллизации вин активированными формами хитинсодержащих сорбентов
Известно, что стехиометрическая емкость хитина и его производных реализуется менее, чем на 1/5. Этим обусловлена необходимость активирования слабоионизирующихся материалов для увеличения доступности и активности их ионогенных групп. С целью повышения эффективности хизита и хизитэла их подвергали активированию. При выборе активаторов руководствовались методиками, используемыми для ионообменников. Из ряда органических растворителей предпочтение было отдано этиловому спирту из соображений пищевой безопасности. При использовании хлорида натрия в качестве активаторов происходит переход хитиновых сорбентов в солевую форму, что приводит к увеличению степени набухания. В результате набухания ослабляются внутри- и межмолекулярные связи, повышается подвижность структурных элементов, возрастает реакционная способность полимера. Активирование сорбентов проводили 20 %-ным раствором хлорида натрия при 50-5 5С в течение 3 ч. и 96 %-ным этиловым спиртом. При активации хизита и хизитэла происходило их набухание, что привело, в свою очередь, к увеличению удельной поверхности сорбентов. щ Так, площадь удельной поверхности 8уд хизита и хизитэла увеличилась при активации спиртом с 13,0 до 31,0 м /г и с 19,7 до 42,0 м /г соответственно, а при активации солью - с 13,0 до 14,09 м /г и с 19,7 до 20,82 м /г. Активированные сорбенты использовали для деметаллизации вина Шардоне и вина Каберне по схеме, представленной в главе 3.1. Содержание железа и меди в винах составило соответственно в Шардоне 64,6 мг/дм и 11,0 мг/дм3, в Каберне - 94,5 мг/дм3 для железа и 21,2 мг/дм3 для меди. Полученные результаты представлены в таблицах 3.3 и 3.4. Из таблиц 3.3 и 3.4 видно, что активирование хизита и хизитэл а не привело к значительным положительным результатам. Данные, отражающие незначительные изменения степени сорбции активированных форм в сравнении со степенью сорбции исходных сорбентов, статистически недостоверны. Учитывая полученные результаты в дальнейших экспериментах посчитали не целесообразным использовать активированные формы хитинсодержащих сорбентов. Известно, что некоторые хитиновые препараты (хизит, хизитэл) содержат в своем каркасе до 30 % карбонатов и фосфатов кальция и магния [80]. При обработке вин такими сорбентами высока вероятность перехода минеральных веществ в вина. Однако избыточное содержание кальция и » магния (более 80-90 мг/дм ) могут вызывать кристаллические помутнения в винах.
В связи с этим необходимо было исследовать содержание кальция и магния в винах после их обработки хитинсодержащими сорбентами. Столовые вина Алиготе и Мерло обрабатывали хитинсодержащими сорбентами в течение 24 ч. Содержание кальция и магния в винах после обработки определяли на ICP/Эшелле-спектрометре модели РС1000 (LEEMAN. Labs.Inc., USA), снабженном источником высокочастотной индуктивно-связанной плазмы. Результаты анализов представлены в таблице 3.5. Как видно из таблицы 3.5, в обработанных хизитом, хизитэлом и хитином винах наблюдается увеличение содержания кальция. Так, в белом вине Алиготе содержание кальция после обработки этими сорбентами возросло в 6,6-7,2 раз, а в красном вине Мерло - в 4,2-5,5 раз относительно контроля. Содержание магния в винах, обработанных хизитом, хизитэлом и хитином, возросло незначительно по сравнению с контролем. Использование хитозана приводит к незначительному увеличению кальция (на 3,3 мг/дм3) и магния (на 2,9 мг/дм3) в белом вине Алиготе. В красном вине Мерло после обработки хитозаном содержание кальция увеличилось на 4,3 мг/дм , а магния - на 0,2 мг/дм . Такое незначительное повышение содержания кальция и магния в обработанных хитозаном винах не привело к образованию кристаллических осадков. На основании проведенных исследований можно заключить, что обработка столовых вин хизитом, хизитэлом и хитином приводит к значительному обогащению вин кальцием. Поскольку избыточное содержание кальция в винах способствуют образованию кристаллических осадков, использование данных сорбентов в качестве стабилизаторов нецелесообразно.
Оптимизация условий обработки вин хитозаном
Для определения влияния количества хитозана на сорбцию железа и меди из вин были испытаны столовые вина Алиготе и Мерло. В вина вносили хитозан в количествах от 0,5 до 4,0 г/дм3 и перемешивали на магнитной мешалке в течение 24 ч. После этого вина фильтровали и определяли в них содержание железа и меди методом атомной эмиссионной спектрометрии. Полученные данные представлены в таблицах 3.7 и 3.8.
Из данных, представленных в таблице 3.7, видно, что повышение количества хитозана с 0,5 г/дм до 4,0 г/дм приводит к увеличению эффективности сорбции железа из белого вина Алиготе с 34 % до 96 %, а меди - с 28 % до 62,7 %. Важно отметить, что с увеличением количества хитозана с 0,5 г/дм до 2 г/дм степень сорбции металлов растет быстро, и эффективность сорбции достигает по железу 89 %, по меди 56,3 %. Дальнейшее увеличение количества сорбента не приводит к существенному снижению концентрации металлов.
При обработке красного вина Мерло хитозаном получены аналогичные результаты (таблица 3.8). При повышении количества вносимого в вино хитозана с 0,5 г/дм до 2 г/дм степень сорбции металлов увеличивается стремительно и составляет 74,6 % по железу и 39,1 % по меди. При дальнейшем увеличении количества сорбента до 4,0 г/дм3 эффективность сорбции возрастает всего на 4,7 % по железу и на 5,6 % по меди.
Следует отметить, что при использовании больших количеств хитозана (3-4 г/дм ) наблюдается снижение рН и титруемой кислотности вин, что является нежелательным для малокислотных вин.
Кроме того, при использовании для обработки красных вин хитозана в количестве 4,0 г/дм происходит снижение интенсивности окраски, что является также нежелательным.
Таким образом, оптимальным количеством хитозана следует считать 2 г/дм, поскольку при этом достигается высокая степень извлечения металлов из вин и не страдают кислотность и цвет вин.
Большинство используемых в виноделии препаратов для стабилизации вин отличаются длительностью контактирования с вином. Это приводит к увеличению времени технологического цикла обработки вин.
Известно, что кинетика сорбции является важной характеристикой сорбентов. Для определения кинетических характеристик хитозана использовали вина Алиготе и Мерло. В них вносили хитозан в количестве 2 г/дм и перемешивали на магнитной мешалке в течение 24 ч. Содержание железа, меди, цинка и алюминия в винах определяли с интервалом 1 ч.
