Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. ВИНА: ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИХ КАЧЕСТВУ И МЕТОДЫ ЕГО КОНТРОЛЯ 6
1.1. Вина и основные требования, предъявляемые к их качеству 6
1.2. Современное состояние методов контроля качества вин 14
1.3. Способы пробоподготовки вин при исследовании продуктов виноделия 15
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ГЛАВА 2. ИСХОДНЫЕ РАСТВОРЫ, РЕАГЕНТЫ И ПРИМЕНЯЕМАЯ АППАРАТУРА 61
2.1. Исходные растворы и реагенты 61
2.2. Применяемая аппаратура 63
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВАЛОВОГО СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА, МЕДИ, СВИНЦА И ХРОМА И ИХ ЛАБИЛЬНЫХ ФОРМ В ВИНАХ 66
ГЛАВА 4. ВЫДЕЛЕНИЕ ЛИПИДНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЖЕЛЕЗА, СВИНЦА, МЕДИ И ХРОМА ИЗ ВИН 76
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 85
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 87
- Вина и основные требования, предъявляемые к их качеству
- Исходные растворы и реагенты
- ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВАЛОВОГО СОДЕРЖАНИЯ ЖЕЛЕЗА, МЕДИ, СВИНЦА И ХРОМА И ИХ ЛАБИЛЬНЫХ ФОРМ В ВИНАХ
Введение к работе
Актуальность темы. Следствием техногенного воздействия человека на окружающую среду является загрязнение природных экосистем различными ксенобиотиками. Исключением не являются и почвы. Загрязнение почвы ксенобиотиками приводит к загрязнению винограда, затем и вина, изготовляемого из этого винограда.
При оценке безопасности винных напитков особая роль должна отводиться аналитическому контролю загрязнителей, потенциально обладающих токсичными и канцерогенными свойствами. В число таких загрязнителей входят железо, свинец, медь и хром. Поэтому важным представляется определение их содержания в винах и оценка порогового эффекта их токсикологического воздействия на живой организм.
Анализ литературных данных показывает, что существующие физико-химические и химические методы определения железа, свинца, меди и хрома в винах позволяют оценивать только валовое содержание этих элементов. Данные методы не являются достаточно информативными, поскольку не могут оценивать концентрационные уровни содержания химически активной формы загрязнителя, определяющей истинный критерий токсичности вина. Поэтому важным представляется с позиции пищевой токсикологии выявление этих лабильных форм железа, свинца, меди и хрома, дифференцированное их разделение и определение концентрационных диапазонов их содержания в винах.
Цель работы. Диссертационная работа выполнена в соответствии с темами «Комплексный экологический мониторинг объектов окружающей среды» и «Разработка методов аналитического контроля природных загрязнителей в продовольственном сырье и продуктах питания», входящими в план научно-исследовательских работ кафедры неорганической и аналитической химии Московского государственного университета технологий и управления, с хоздоговорной темой № 1307/11 Минсельхоза
России «Разработка метода определения лабильных форм микроэлементов в винах на основе дифференцированных схем их разделения для контроля качества продукции».
Цель работы состояла в изучении форм нахождения железа, свинца, меди и хрома в винах и разработке новых комбинированных аналитических методов контроля за содержанием химически активных форм этих элементов в винах, основанных на их разделении и последующем дифференцированном анализе.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Проведение критического анализа существующих способов контроля
качества вин и аналитического определения в них железа, свинца, меди и
хрома.
Изучение форм нахождения железа, свинца, меди и хрома в винах.
Выделение из вин фенольных соединений микроэлементов с применением экстракции.
Разработка схем выделения химических форм железа, свинца, меди и хрома в винах и новых комбинированных высокочувствительных и воспроизводимых методов их определения и апробация их на реальных образцах.
Научная новизна. Впервые проведено изучение форм нахождения железа, свинца, меди и хрома в белых и красных винах.
Разработаны схемы выделения химически активных форм этих элементов.
Оценено концентрационное содержание неорганических и органических форм железа, свинца, меди и хрома в винах и их соотношение между собой.
Практическая значимость. Разработаны достаточно
высокочувствительные и воспроизводимые комбинированные методы
определения неорганических и органических форм железа, свинца, меди и хрома, позволяющие проводить дифференцированный анализ с чувствительностью 0,005 мкг/мл Си, Cr, Fe и 0,001 мкг/мл РЬ. Методы апробированы на красных винах («Каберне - Совиньон», «Сапперави», «Мерло», «Кагор») белых винах («Алиготе», «Совиньон», «Фитяска», «Улыбка», «Мускат»), Шампанском необработанном винном материале, Российском шампанском.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на X Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности» (Москва, 2004), IV Научно-практической конференции «Пищевая промышленность и стратегия подготовки специалистов» (Калуга, 2005), XII Международной научно-практической конференции «Реформа технического регулирования в АПК России» (Москва - 2006), V Научно-практической конференции «Наука, образование, производство» (Калуга, 2006), II Всероссийской конференции «Научные аспекты экологических проблем России» (Москва, 2006) и I Межвузовской научно-практической конференции преподавателей вузов, ученых, специалистов, аспирантов, студентов «Интеграционные процессы в развитии химии, экологии и образовании сегодня» (Нижний Новгород, 2006), VI Научно-практической конференции «Наука, образование, производство» (Калуга, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ в виде статей.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, главы литературного обзора, трех глав экспериментальной части, выводов, списка используемой литературы, включающего 168 ссылок. Работа изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц и 2 рисунка.
Вина и основные требования, предъявляемые к их качеству
Плодовыми винами (по ГОСТу до 1990 г. плодово-ягодные) называют продукт, приготовленный путем спиртового брожения сока свежих плодов и ягод или сока, получаемого из предварительного подброженной плодовой мезги с последующим добавлением или без добавления сахара и этилового спирта до кондиций конкретного наименования вина.
В соответствии с требованиями ГОСТ 28616-90 [1] и изменениями № 1 к нему плодовые вина содержат от 10 до 19% об. Спирта, от 3 до 160 г/дм сахара и титруемых кислот в пределах 5-7 г/дм .
В зависимости от технологии приготовления вина делятся на сухие, полусухие, сладкие, десертные, специальной технологии, газированные и игристые. Газированные и игристые являются шипучими, остальные -«тихими» винами.
Для выработки плодовых вин используют практически все сорта растений культурных и дикорастущих плодовых и ягодных пород. В большинстве случаев вина готовят из одного вина сырья, и выпускаются они под названием культуры, из которого получены: Яблочное, Малиновое, Крыжовниковое, Земляничное и др. Такие вина называют сортовыми.
Для улучшения качества продукции допускается добавление соков или мезги (раздробленной массы плодов и ягод) других культур, но плодовых не более 20%, а винограда не более 30% общего количества сырья. Если используют смесь соков или мезги в большем количестве, то вина называют купажными [2], Смешивание соков в определенном соотношении позволяет устранить недостатки одного сока за счет другого и более рационально использовать плодовое и ягодное сырье.
Сухие вина получают полным сбраживанием сока до накопления 10-12% об. спирта. Для получения такого количества спирта за счет брожения
необходимо содержание сахара в соке в пределах 17-20% (1 кг сахара дает 0,6 л спирта), но не все виды сырья содержат такое количество сахара [2] . Сложность производства плодовых вин всех групп заключается, как правило, в высоком содержании кислот и недостаточном количестве сахара. Поэтому часто требуются подсахаривание и разбавление сока.
Физико-химические показатели плодовых вин указаны в табл. 1
Конкретное содержание спирта, и кислот для каждого наименования вина предусмотрено технологическими инструкциями. Допускается отклонения от установленных норм по содержанию спирта в пределах от -0,5 до 0,3% об., по сахару - 3 г/100 дм3 (кроме сухих вин), по массовой концентрации титруемых кислот - 1 г/дм3. Гост предусматривает пределы содержания летучих кислот, сернистой кислоты, тяжелых металлов и других элементов; на это всегда необходимо обращать внимание при определении качества вин [3].
Требования к плодам и ягодам. Для приготовления плодовых вин используют соки свежие, виноматериалы плодовые сброженно-спиртованных, соки плодовые спиртованные, соки плодовые концентрированные (вместо сахара) [4].
Качество вина во многом зависит от качества свежих плодов и ягод. Плоды и ягоды, используемые виноделии, должны быть вызревшими, без пороков, перезревшие плоды резко ухудшают качество вина, так как в них при перезревании в результате гидролиза спирта накапливается метиловый спирт. Загнивание плодов приводит к накоплению в них патулина, обладающего канцерогенными свойствами. Недозрелые плоды и ягоды дают небольшой выход сока, содержат недостаточное количество Сахаров и красящих веществ и имеют повышенную кислотность, что так же ухудшает качество вин [5].
Продолжительность хранения сырья до переработки строго регламентирована видом культуры и условие хранения. При нарушении сроков хранения ухудшается качество сока.
Основные технологические операции виноделия. Плоды и ягоды моют, кроме малины и ежевики, удаляют непригодные для переработки экземпляры, затем измельчают и прессуют для отжима сока. Для увеличения выхода сока мезгу подбраживают, подвергают предварительной обработке пектолитическими ферментными препаратами или нагревают до 70-85 С, а затем прессуют [6].
Исходные растворы и реагенты
Объектами исследования были красные вина («Каберне-Совиньон», «Саперави», «Мерло», «Кагор»), белые вина («Алиготе», «Совиньон», «Фетяска», «Улыбка», «Мускат»), Шампанский винный материал необработанный, Российское шампанское. При разработке и метрологической обработке результатов анализа использовались ссылки на следующие стандарты и нормативные документы: ГОСТ 8.002-86 ГСИ. Государственный надзор и ведомственный контроль за средствами измерений. Основные положения. ГОСТ 8.326-89 ГСИ. Метрологическая аттестация средств измерений. ГОСТ 8.513-84 ГСИ. Проверка средств измерений. Организация и порядок проведения. ГОСТ Р 8.563-96 ГСОЕИ. Методики выполнения измерений. ГОСТ 1770-74 Е. Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры. ГОСТ 6709-72. Вода дистиллированная. Технические условия. ГОСТ 12026-76. Бумага фильтровальная лабораторная. Технические условия. ГОСТ 22261-83. Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия. ГОСТ 23932-90 Е. Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Общие технические условия. ГОСТ 23104-88 Е. Весы лабораторные общего назначения и образцовые. Общие технические условия. ГОСТ 29227-91. Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки градуированные. Общие требования. Основной стандартный раствор меди. В качестве основного стандартного раствора меди использовался стандарт ГСОРМ-17 с концентрацией меди 500 мкг/мл. Рабочий раствор меди с концентрацией 0,5 мкг/мл. Для приготовления раствора указанной концентрации в мерную колбу вместимостью 100 мл помещали ОД мл основного стандартного раствора меди с концентрацией меди 500 мкг/мл и доводили до метки 1% - ным раствором азотной кислоты. Эталонные рабочие растворы меди готовились разбавлением рабочего раствора меди с концентрацией 0,5 мкг/мл в 3 раза. Основной стандартный раствор железа. В качестве основного стандартного раствора железа использовался стандарт ГСОРМ-17 с концентрацией железа 500 мкг/мл. Рабочий раствор железа с концентрацией 0,5 мкг/мл. Для приготовления раствора указанной концентрации в мерную колбу вместимостью 100 мл помещали ОД мл основного стандартного раствора железа с концентрацией 500 мкг/мл и доводили до метки 1% - ным раствором азотной кислоты. Эталонные рабочие растворы железа готовились разбавлением рабочего раствора железа с концентрацией 0,5 мкг/мл в 5 раз. Основной стандартный раствор кадмия. В качестве основного стандартного раствора кадмия использовался стандарт ГСОРМ-16, с концентрацией кадмия 100 мкг/мл. Рабочий раствор кадмия с концентрацией ОД мкг/мл. Для приготовления раствора указанной концентрации в мерную колбу вместимостью 100 мл помещали ОД мл основного стандартного раствора кадмия с концентрацией 100 мкг/мл и доводили до метки 1% - ным раствором азотной кислоты. Для последующих измерений готовили рабочие эталонные растворы кадмия с концентрацией 2,5, 5 и 10 нг/мл путем разбавления рабочего раствора кадмия в 10,20 и 40 раз 1% - ным раствором азотной кислоты. Концентрацию металлов в растворах устанавливали комплексонометрически. Четыреххлористый углерод, х.ч. Хлороформ, х.ч. по ТУ 6-09-4263-76. Диэтилдитиокарбонат натрия, х.ч. Диэтиловый эфир. Азотнокислое серебро, х.ч. Концентрированный раствор аммиака, ч.д.а. Концентрированная серная кислота, о.с.ч. 8-оксихинолин, х.ч. Силикагель. Концентрированная азотная кислота. В работе пользовались особо химически чистой азотной кислотой, полученной в результате перегонки концентрированной кислоты в перегонном аппарате на спектральных шлифах. Хлористый натрий, х.ч. Дистиллированная вода. 6 М раствор NaOH 0,5-4 М растворы НС1 2 М раствор H2SO4 2 М раствор НС104. 1%р-рцистеина Необходимое значение рН устанавливали 0,1 н растворами H2SO4, HNO3, NaOH и измеряли на потенциометрах рН - 262 и OR-211/1 фирмы «RADELKIS». Спектрометр фирмы «Перкин-Элмер» модель 3030 с ЭТА HGA-600. Спектрофотометр фирмы «Grun» с эффектом Зеемана. Атомно-абсорбционный спектрофотометр фирмы «Хитачи» (модель 180-70). Для получения точных результатов необходимо подобрать условия измерений на спектрофотометре. Аналитические условия измерений приведены в таблице 3.
Определение валового содержания железа, меди, свинца и хрома и их лабильных форм в винах
Для определения валового содержания железа, меди, свинца и хрома в белых и красных винах в качестве основных методов применялись методы атомно-абсорбционной спектроскопии и атомно-эмиссионный анализ с индуктивно-связанной плазмой.
Пробоподготовка анализируемых образцов вин для последующего атомно-абсорбционного определения в них валового содержания железа, меди, свинца и хрома осуществлялась посредством их «мокрого» озоления смесью азотной и серной кислот. Анализ проводили на спектрофотометрах фирмы «Grun» с эффектом Зеемана и фирмы «Хитачи» (модель 180-70).
Анализируемую пробу вина помещали в термостойкий стакан, приливали 10 мл 2 н раствора азотной кислоты и 10 мл 2 н раствора серной кислоты и упаривали до влажных солей, а остаток после охлаждения растворяли в 5 мл 1% - ного раствора азотной кислоты и тщательно перемешивали. Полученные растворы переносили в градуированную пробирку вместимостью 10 мл и доводили дистиллированной водой до метки. Для калибровки приборов использовались стандартные растворы ГСОРМ-17 и ГСОРМ-18 и приготовленная из них серия эталонных рабочих стандартных растворов.
Была использована серия эталонных рабочих стандартных растворов объемом 0,01 мл, которые последовательно вводили микропипеткой в графитовую кювету. Величину абсорбции растворов железа измеряли при Я=283,3 нм, меди - при А,=324,8 нм, свинца - при А=283,3 нм и хрома - при А,=357,9 нм. Диапазон определяемых концентраций для: железа составил 0,005 - 0,6 мкг/мл, меди - 0,005 - 0,5мкг/мл, свинца - 0,001 - 0,2 мкг/мл и хрома - 0,001 - 0,5 мкг/мл.
Результаты определения валового содержания микроэлементов в белых и красных винах, а также в Российском шампанском и шампанском необработанном виноматериале атомно-абсорбционным методом представлены в таблице 4-6.
Как видно из данных, приведенных в таблице 5, содержание железа в пяти анализируемых образцах белых вин было практически одинаковым и в 3,5 раза ниже его ПДК в винах. Содержание меди варьировалось в диапазонах 1,2-3,43 мг/л. Наибольшее содержание (3,43 мг/л) отмечалось в вине «Алиготе», тем не менее оно не превышало значение ПДК этого элемента в винах. Высокие концентрации свинца, превышающие в 6-8 раз его предельно допустимые концентрации в винах, наблюдались в винах «Фетяска» и «Совиньон».
Диапазон определяемых содержаний хрома не превышал значений ПДК этого элемента и составил 0,11-3,98 мг/л.
Анализ таблицы 6 показывает, что содержание железа в красных винах более высокое по сравнению с его содержанием в белых винах. Наибольшее содержание меди и хрома наблюдалось в вине «Мерло» и составило 4,09 и 2,86 мг/л соответственно. Высокое содержание свинца, превышающее его ПДК примерно в 10 раз, отмечалось в вине «Кагор».
Данные, представленные в таблице 7, свидетельствуют о более высоких концентрациях определяемых элементов в шампанском необработанном виноматериале.
Для определения валового содержания железа, меди, свинца и хрома был применен также атомно-эмиссионный метод с индуктивно-связанной плазмой. В качестве эталонных стандартных растворов металлов применялись Государственные стандартные образцы растворов металлов (ГСОРМ).
Источником возбуждения являлась аргоновая плазма. Измерения проводились на 48-канальном спектрометре фирмы «Zabtam». При измерении концентраций железа, меди, свинца и хрома калибровка спектрометра проводилась в следующих диапазонах: Fe - 0-500 мкг/мл; Си, РЬиСг-0-50мкг/мл.
Сравнение результатов определения железа, меди, свинца и хрома в белых и красных винах атомно-абсорбционным и атомно-эмиссионным с индуктивно-связанной плазмой представлено в таблицах 8 и 9.
