Химический состав винограда
5
курсовой проект
"химический состав винограда"
Содержание
Введение
1. Химический состав винограда
1.1 Органические кислоты
1.2 Технологическое значение органических кислот
2. Пектиновые вещества
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Как известно, среди технологических процессов, определяющих формирование органолептических свойств вина, важная роль принадлежит брожению сусла. При брожении периодическим способом в купажных металлических емкостях происходит чрезмерное повышение температуры, от чего увеличивается вынос током углекислоты эфирных масел, являющихся основой букета вина. Кроме того, высокая температура брожения придаёт грубость и горечь вкусу, увеличиваются потери спирта. Наиболее рационален доливной способ брожения. Это один из эффективных способов регулирования температуры брожения, что важно при отсутствии условий для его осуществления.
Учёные из Московского государственного университета технологий и управления Т.П.Евсина, О.В.Розправкова, В.М.Жиров провели опыты на сусле из комплексно устойчивого перспективного сорта винограда Орион германской селекции при способах брожения: периодическом, энаэробном и доливном. Виноград перерабатывали в условиях микровиноделия на малогабаритном оборудовании, сусло сулифитировали до 80 мг/дм3. Отстаивали при 18-20°C и сбраживали в узкогорлых стеклянных баллонах вместимостью 20 литров на чистой культуре дрожжей (2%) под плотной ватной пробкой при периодическом и анаэробном брожении и под водяным затвором при доливном способе.•Наблюдения показали, что при периодическом способе максимальная температура брожения достигала 28°C, при анаэробном - 25°C, при доливном - 23°C. Скорость сбраживания при последних двух способах была меньшей, и брожение проходило спокойно, что важно для качества вин. После самоосветления виноматериалы анализировали и дегустировали. При периодическом способе брожения в виноматериале несколько выше массовая концентрация летучих кислот, фенольных веществ, аминного азота и альдегидов. Качество данного виноматериала было ниже, чем при брожении в атмосфере углекислоты и доливном брожении. Высокая температура брожения при периодическом способе сказалась на вкусе: в нём появилась горчинка. Образцы, приготовленные по другим двум вариантам, имели светло-соломенную окраску, свежий, достаточно полный вкус и чистый сортовой аромат.
Как известно, во время брожения под действием ферментов дрожжей образуются эфиры. Наибольшее влияние на данный процесс оказывают сернистый ангидрид, вносимый в сусло при отстое, температура брожения и доза дрожжей. Зная влияние того или иного фактора на эфирообразование, можно регулировать этот процесс. Для изучения данного вопроса учёные поставили опыты, для чего использовали сусло из винограда комплексно устойчивого сорта Ритон молдавской селекции. Сусло настаивали на мезге два часа. Кондиции сусла: сахаристость - 19,2 г/100 см3, титруемая кислотность - 8,6 г/дм3. Дрожжевую разводку с концентрацией 150 млн кл/мл задавали в количестве 5%; 10 и 15% объёма сусла. Брожение проводили в анаэробных условиях при 23-25°C. После начала брожения ежедневно отбирали пробу и методом газожидкостной хроматографии контролировали накоплении эфиров (этилацетат, этилкапронат, этилкаприлат и этилкапринат), которые играют важную роль в формировании аромата и букета вин. Исследования проводили по следующей методике: вариант с накоплением максимального количества сложных эфиров в зависимости от дозы дрожжей (первый опыт) повторяли и при температуре брожения 15°C, 20°C и 25°C (второй опыт). С учётом дозы дрожжей и температуры брожения ставили третий опыт: при большем накоплении эфиров выясняли влияние на эфирообразование доз сернистого ангидрида (50, 100 и 150 мг/дм3). Максимальное образование сложных эфиров происходило при дозе чистой культуры дрожжей 10%, незначительно ниже при 5%; при 15% концентрация эфиров существенно снизилась, что, вероятно связано с ускорением процесса их сорбции дрожжами.
Различия наблюдались и в зависимости от температуры при брожении сусла: больше всего эфиров образовывалось при 25°C, существенно снизилось при дозе свыше 50 мг/дм3 SO2. Следовательно, оптимальными условиями брожения сусла для эфирообразования являются доза сернистого ангидрида при его отстое 50 мг/дм3, количество дрожжей 5-10% объёма сусла и температура брожения 25°C. Проведённые опыты по установлению влияния на физико-химический состав сусла ферментации и обработки при отстое позволили выявить оптимальные технологические приёмы, которые были применены при изготовлении сухих белых виноматериалов из комплексно устойчивых сортов Ритон и Орион. Виноград собирали при массовой концентрации сахаров 19,2 г/100см3 (Ритон) и 19,0 г/100 см3 (Орион) и титруемых кислот соответственно 8,8 и 8,7 г/дм3. Виноматериалы готовили в условиях микровиноделия. Мезгу настаивали в течение двух, четырёх и шести часов, после чего сусло отделяли, сульфитировали до 50 мг/дм3, отстаивали в течение полутора часов, затем вводили 50-100 мг/дм3 поливинилпирролидона и продолжали отстаивать в среднем в течение двенадцати часов при 12-15°C. В отделённое от осадка осветлённое сусло вводили 5% разводки чистой культуры дрожжей и сбраживали доливным способом при 23-25°C. Контролем служило сусло, полученное общепринятым способом (без ферментации мезги), отстоенное и сброженное аналогичным образом, но с применением при отстое 1г/дм3 суспензии бентонита. Полученные виноматериалы анализировали и дегустировали. В опытных виноматериалах в связи с ферментацией мезги выше по сравнению с контролем концентрация фенольных веществ, альдегидов и приведённого экстракта. Титруемая кислотность снизилась с увеличением времени настоя мезги, что, вероятно, связано с более активным прохождением яблочно-молочного кислотопонижения. Наиболее оптимальным был состав виноматериалов из сусла, ферментированного в течение двух часов; при 4 и 6 часах ферментации значительно увеличилось содержание фенольных веществ и альдегидов, что нежелательно.
1. Химический состав винограда
Химический состав виноградной грозди очень сложен и представлен различными группами органических и неорганических веществ, растворённых в воде, а больше всего связанных с водой в биологической структуре растительной клетки. Любое химическое вещество грозди имеет определённое технологическое значение. Так, углеводы (сахара) преобладают в мякоти с соком и почти полностью отсутствуют в твёрдых элементах грозди. Они определяют вкусовое сложение винограда и всех продуктов его переработки. По содержанию легкоусвояемых сахаров мякоть с соком представляет собой наиболее ценную часть грозди. Она состоит почти исключительно из вакуолярного сока клеток, очень тонких целлюлозных перегородок и тонких сосудистых пучков.
Полисахариды, представленные высокомолекулярными углеводами (клетчаткой, пектиновыми веществами, пентозанами), присущи твёрдым частям грозди и составляют основу механически прочного скелета кожицы, семян и гребня. В мякоти столовых сортов винограда содержится значительно больше пектиновых веществ и клетчатки, чем в мякоти технических сортов.
Запасные, питательные для зародыша вещества, какими являются жиры, сосредоточены в виноградных семенах; эфирные масла и восковые вещества находятся в основном в кожице. Фенольных и азотистых веществ больше всего в кожице и семенах, что необходимо учитывать при переработке винограда.
Большое значение для продуктов из винограда имеют органические кислоты. Их состав и соотношение зависят от степени зрелости ягод и технологии первичной переработки винограда. Для приготовления соков, концентратов, сушёного винограда и других консервированных продуктов кислотность ягод должна быть невысокой.
1.1 Органические кислоты
Органические кислоты широко распространены в растительном мире и играют важную роль в обмене веществ. Они в значительных количествах содержатся в ягодах винограда. Органические кислоты участвуют в создании букета готового вина, придают ему приятную свежесть и предохраняют от различного рода заболеваний. Из органических кислот виноградного сока в наибольших количествах встречаются винная, яблочная и лимонная, в незначительных - янтарная, гликолевая, щавелевая, салициловая, глюкуроновая и другие, которые не всегда легко обнаружить. Благодаря создаваемой ими кислотности в сусле подавляется развитие болезнетворных микроорганизмов, и создаются благоприятные условия для деятельности винных дрожжей. Органические кислоты находятся в определённых соотношениях с сахарами и эти обусловливают приятное вкусовое ощущение. Органические кислоты образуются в виноградной ягоде из сахаров путём окисления их без доступа воздуха, при так называемом анаэробном дыхании.
Кислоты винограда определяют один из важнейших элементов вкуса - кислотность сока, вина и других продуктов переработки. При избытке кислот их удаляют различными способами, при недостатке подкисляют сусло или вино лимонной или винной кислотой. Достаточно высокая кислотность винограда предотвращает развитие вредной бактериальной микрофлоры, придаёт белым столовым винам и шампанским виноматериалам необходимую свежесть во вкусе, способствует лучшему проявлению цвета розовых и красных соков и вин, а наличие винной кислоты обеспечивает созревание марочных вин.
Характерным представителем органических кислот винограда является винная кислота (виннокаменная кислота, acidum tartaricum) C4H6O6 .Содержание её в соке ягод может достигать 13 г/л, составляя в среднем 5-6 г/л. Винная кислота существует в четырёх формах: оптически деятельных - правой и левой, виноградной и мезовинной - оптически недеятельных.
Виноградная кислота представляет собой смесь D- и L-винных кислот. Все четыре кислоты имеют одинаковые химические, но различные физические свойства. Температура плавления D- и L-винных кислот 170°C, мезовинной 140°C, виноградной 204-206°C. Растворы D-винной и L-винной кислот вызывают соответственно правое и левое вращение плоскости поляризованного луча. Мезовинная и виноградная кислоты не обладают оптической активностью.
В ягоде винограда встречается главным образом правовращающая D-винная кислота и в очень незначительном количестве - виноградная. Другие изомеры получаются только в виде примесей при промышленном производстве D-винной кислоты. Правовращающая D-винная кислота легко растворяется в воде и спирте. 20% - ный• водный раствор её имеет удельное вращение +12°. Винная кислота и её соли широко используются в пищевой, кондитерской, текстильной, радиоэлектронной отраслях промышленности, а также в хлебопечении, медицине, аналитической химии. Единственным источником получения винной кислоты является виноград, отходы его переработки. Из всех кислот винограда винная кислота является самой активной кислотой, так как при диссоциации даёт наибольшее количество ионов водорода.
Винная кислота образует два ряда солей - кислые и средние, которые носят название тартратов. Особое значение имеет кислая калийная соль KHC4H4O6, которая называется винным камнем. Эта соль является основным источником помутнения в винах, выпадая в осадок при их спиртовании и хранении, особенно при низкой температуре. Винный камень встречается внутри ягод перезревшего винограда, в соках с мякотью и фруктовых пастах на виноградной основе. В процессе хранения и выдержки вина происходит выпадение винного камня и снижение кислотности.
Причиной кристаллических помутнений вин является также выпадение в них виннокислого кальция, который кристаллизуется с четырьмя молекулами воды
Кальциевая соль винной кислоты CaC4H4O6 - нерастворима в холодной воде и является основным сырьём для получения винной кислоты.
Из других солей винной кислоты практический интерес представляет виннокислый калий-натрий, или, как его иначе называют, сегнетова соль KNaC4H4O6 •4H2O. Подобно винной кислоте, она обладает пиро - и пьезо- электрическими свойствами, т.е. может приобретать электрический заряд при нагревании и повышенном давлении и изменять своё объём в электрическом поле.
На выпадение в осадок труднорастворимых калиевых и кальциевых солей влияет ряд факторов: температура, концентрация ионов водорода, наличие в вине некоторых аминокислот и другие.
Соли винной кислоты обладают свойством образовывать растворимые комплексные соединения с металлами. В практике аналитической химии интерес представляет комплекс следующего строения, который образуется при взаимодействии медного купороса и едкого кали в присутствии сеньетовой соли. Не меньшее значение имеет комплексная соль винной кислоты с железом. Она участвует в процессах созревания и старения вина, являясь катализатором этих процессов. Растворимость солей винной кислоты в вине отличается от растворимости их в водно-спиртовых растворах. Так, растворимость тартрата кальция в вине в 2-7 раз выше, чем в водно-спиртовых растворах. Это обусловлено действием разных стабилизирующих веществ, например, аспарагиновой кислоты, глицина, лейцина, фенилаланина.
Среди других стабилизирующих агентов, влияющих на растворимость виннокислых солей, значительное внимание привлекают вещества, находящиеся в вине в коллоидном состоянии - защитные коллоиды. К ним можно отнести продукты типа меланоидинов, образующиеся при тепловой обработке вин, и растительные камеди. Защитным свойством обладают гексаметафосфаты, мезовинная кислота, а также метавинная кислота и ряд продуктов, образующихся во время нагревания при высокой температуре некоторых органических кислот - лимонной и щавелевой. Это свойство некоторых веществ задерживать выделение в осадок виннокислых солей используется на практике.
Таким веществом, получившим широкое применение в виноделии, явилась метавинная кислота. Она получается при нагревании D- винной кислоты при температуре 170°C в течение четырёх часов. В количестве 0,10 - 0,15 г/дм3 она предотвращает выпадение винного камня и образование в связи с этим помутнений.
Метавинная кислота представляет собой смесь нескольких полимеров, из которых главным является полимер следующего строения:
Метавинная кислота - твёрдое вещество, весьма гигроскопичное и легко растворяющееся в воде. В водных растворах она постепенно присоединяет воду и снова превращается в винную кислоту. Кислотность метавинной кислоты приблизительно наполовину меньше кислотности винной. Метавинная кислота не изменяет вкуса, а также цвета вина. В вино её можно вводить в виде солей K, Na или Li. Устойчивость метавинной кислоты в вине зависит от температуры хранения. При температуре 20-23°C она гидролизуется в течение трёх месяцев, после чего происходит выпадание винного камня. При температуре 4-5°C гидролиз наступает через десять месяцев, поэтому в течение этого времени вино устойчиво.
Винная кислота и её соли имеют большое значение не только в виноделии, но и в других отраслях народного хозяйства. Так, её широко используют при изготовлении различных кондитерских изделий, в производстве безалкогольных напитков, в медицине. Сырьём для получения винной кислоты служат виноградная выжимка и винный камень, в больших количествах оседающий на стенках емкостей, в которых хранится вино.
Кроме винной кислоты в виноградной ягоде, особенно в начальный период созревания, идёт образование яблочной кислоты (от 1 до 25 г/л). Она расходуется интенсивно на дыхательные процессы. Установлено, что в районах с жарким климатом, где дыхательные процессы протекают более энергично, к концу созревания расходуется больше яблочной кислоты, чем винной, и вино, полученное из такого винограда, менее кислое. В северных районах, наоборот, в винах преобладает яблочная кислота. Содержание её также зависит от сорта винограда. Яблочная кислота гигроскопична, хорошо растворима в воде, плоха - в спирте и ещё хуже в диэтиловом эфире.
Яблочная кислота (acidum malicum) C4H6O5 является двухосновной кислотой, но содержит только одну оксигруппу:
Яблочная кислота (оксиянтарная) может существовать в трёх изомерных формах: двух оптически деятельных (право- и левовращающей) и в рацемической - оптически недеятельной. В винограде и других растениях она находится только в одной L-форме.
L-яблочная кислота представляет собой белое кристаллическое6 вещество, хорошо растворимое в воде; температура плавления 100°C. Средние и кислые соли яблочной кислоты называются малатами (от латинского названия acidum malicum - кислота яблочная). Они хорошо растворимы в воде и поэтому не вызывают помутнений кристаллического характера, как некоторые из солей винной кислоты.
В винограде некоторых сортов кроме винной и яблочной кислот найдена лимонная кислота, содержание которой колеблется от 0,019 до 0,7 г/л. Лимонная кислота трёхосновная, так как содержит три карбоксильные группы:
В чистом виде она представляет собой белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде и спирте. В состав её кристаллов входит одна частица воды, поэтому температура плавления водной кислоты 70-75°C и безводной 153°C различна. Лимонная кислота образуется как вторичный продукт при спиртовом брожении. К периоду технической зрелости содержание её в винограде увеличивается, в дальнейшем к моменту физиологической зрелости снижается.
Лимонная кислота широко применяется в разных отраслях промышленности, и, прежде всего в пищевой, где её используют в кондитерском производстве, при изготовлении безалкогольных напитков, в виноделии для подкисления малокислотных плодово-ягодных соков, для получения шампанского. Она также применяется в текстильном производстве для окраски и печатания тканей. Получают лимонную кислоту промышленным путём из отходов сахарного производства при помощи плесневых грибов, осуществляющих лимоннокислое брожение. Другим источником получения лимонной кислоты являются цитрусовые, а также отходы табачного производства и махорки.
В ягодах незрелого винограда в свободном и связанном состоянии обнаружены в незначительных количествах и другие кислоты: янтарная (HOOC CH2 CH2 COOH), гликолевая (CH2OH COOH), щавелевая (HOOC COOH•2H2O), глюкуроновая [COH (CHOH)4COOH], фумаровая (COOH CH =CH COOH), хинная [C6H7(OH)4COOH], глицериновая (CH2OH CHOH COOH). К летучим кислотам относятся: муравьиная и уксусная. К ароматическим кислотам бензойного ряда относятся: n-оксибензойная, протокатеховая, ванилиновая, сиреневая, галловая, салициловая и гентизиновая. К ароматическим кислотам коричневого ряда относятся: кофейная, ферулевая, синаповая и кумаровая. Ко времени созревания винограда эти кислоты почти полностью исчезают, поэтому их трудно обнаружить в виноградном соке.
Янтарная кислота (HOOC CH2 CH2 COOH) хорошо растворима в спирте и воде, хуже - в диэтиловом эфире; в бензоле, бензине и хлороформе - нерастворима. При нагревании до 150°C теряет воду и превращается в ангидрид.
Янтарная кислота содержится в винограде в незначительном количестве (от 0,2 до 0,4 г на 1 кг винограда). В незрелом винограде её больше. В процессе созревания количество её уменьшается. Янтарная кислота очень устойчивое соединение, она не подвергается окислению даже царской водкой, однако легко дегидрируется сукциндегидрогеназой с образованием фумаровой кислоты. Растворы янтарной кислоты имеют горько-солоноватый привкус.
Фумаровая кислота (COOH CH CH COOH) образуется путём дегидратации яблочной и дегидрированием янтарной кислот. В первом случае участвует фермент фумараза, а во втором - сукциндегидрогеназа. Фумаровая кислота была найдена в незрелом винограде.
Страницы: 1, 2
