Глава 6. Минеральные вещества

В винограде и вине наряду с вышерассмотренными соединениями содержатся и минеральные вещества.

Состав минеральных веществ винограда и вина весьма разнообразен. Некоторые элементы в нем представлены в довольно ощутимых количествах (например, калий), содержание других не превышает 1 мг/л либо обнаруживаются только следы. Содержание минеральных веществ в сусле и вине составляет примерно 5-15% общего количества экстрактивных веществ (без учета сахара).

Уменьшение количества минеральных веществ в винах обусловлено выпадением в осадок части элементов в виде солей в процессе брожения, обработки, хранения вина (при оклейке, термической обработке и др.). Часть минеральных веществ используется дрожжами в процессе жизнедеятельности.

Содержание минеральных веществ в винограде зависит от многих факторов: сорта винограда, его местопроизрастания, степени зрелости, почвенно-климатических условий, приемов агротехники, технологии переработки винограда. Поэтому вина из разных районов заметно различаются по этим показателям. Катионы металлов в винограде содержатся главным образом в виде свободных ионов или солей. Из катионов в сусле и вине преобладает калий, из анионов - фосфорная кислота.

Минеральные вещества в винограде находятся как в органической, так и в неорганической форме (например, 1060% фосфорной кислоты находится в органической форме в виде лецитина, в составе некоторых витаминов, в виде гексозо-, пентозо- и триозофосфатов; ~10% серы приходится на метионин и трипептид глютатион, сера входит в состав белков, ферментов и других органических веществ). Многие элементы содержатся в витаминах, ферментах, белках и других органических соединениях (например, железо образует комплексные соли с винной, лимонной и некоторыми другими кислотами). Следует отметить, что органические формы минеральных веществ прочнее неорганических.

Содержание некоторых минеральных веществ в винограде может увеличиться при внесении на виноградниках минеральных удобрений (например, при внесении в почву суперфосфата повышается содержание фосфора в винах).

В винах из южных районов (Средняя Азия, Армения и др.) минеральных веществ содержится больше, чем в винах из районов Северного Кавказа или Украины.

При нормальном созревании винограда содержание минеральных веществ в нем обычно увеличивается. При созревании винограда в наибольшей степени минеральными веществами обогащаются мякоть, затем кожица, тогда как в семенах содержание их незначительно. Соотношение элементов в различных частях виноградной грозди заметно колеблется (гребни, кожица и мякоть наиболее богаты калием, семена - кальцием). Больше всего минеральных веществ находятся в гребнях, кожице и семенах, а в мякоти их меньше. Поэтому настаивание сусла на твердых частях грозди (особенно на гребнях) резко увеличивает содержание в нем минеральных веществ. В красных винах, получаемых настаиванием на мезге, содержание K, Na, Mg и других элементов примерно в 1,5-2 раза выше, чем в белых винах. Содержание кальция, наоборот, в красных винах на 30-50% меньше, чем в белых. Это обусловлено образованием нерастворимых танатов кальция, выпадающих в осадок.

При обработке сусел и вин бентонитом, меловании, гипсовании, сульфитации содержание минеральных веществ увеличивается.

Однако, при брожении сусла общее содержание минеральных веществ значительно снижается вследствие выпадения в осадок солей К, Са, Мg и других металлов, ассимиляции дрожжами фосфорной кислоты, Fe, Cu, Zn, As, Pb, Mo, W и ряда других элементов.

Условно минеральные вещества, входящие в состав винограда и вина можно разделить на катионы и анионы.

К катионам относятся: K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.

К анионам относятся: PO₄^3-, SiO₃^2-, SO₄^2-, Cl^-, I^-, Br^-, CO₃^2-, NO₃^2-.

В крепких, особенно в десертных винах содержание минеральных веществ, как правило, выше, чем в сухих.

При выдержке вина происходит выделение в осадок некоторых элементов (К и Са выделяются в виде тартратов и оксалатов; Fe, Cu, Pb при взаимодействии с фенольными веществами и белками образуют трудно растворимые танаты или танино-белковые соединения, выпадая в осадок). При оклейке вин желатином, рыбьим клеем и другими белковыми оклеивающими веществами также происходит выпадение в осадок вышерассмотренных элементов. Но при обработке вина бентонитом возрастает содержание Ca и Fe. При выдержке вин в железобетонных или металлических резервуарах без соответствующих покрытий, длительном контакте с металлическим оборудованием происходит заметное увеличение концентрации некоторых металлов.

Среди минеральных веществ вина особое место занимают по своей значимости СО₂ и SО₂ (см. раздел “Неорганические кислоты”). СО₂ является естественной составной частью вина и содержится во всех винах. Значительные количества его содержатся в игристых винах (в производстве шампанского - продукт процесса вторичного брожения - шампанизации). SО₂ может образовываться некоторыми расами дрожжей при брожении, а также вносится искусственно в сусло и вино. Благодаря своим специфическим свойствам он находит сейчас широкое применение.

Диоксид углерода

Присутствует во всех винах. Прежде всего это СО₂ брожения, в винах он может также появляться в результате микробиальных и окислительных процессов. Наличие в винах диоксида углерода придает им определенную пикантность, свежесть, способствует лучшему восприятию вкуса, обуславливает некоторую остроту во вкусе, а также игристые и пенистые свойства игристых вин.

Содержание в игристых винах диоксида углерода составляет: в белых - 5,5-6 г/л; в красных - 9,6-9,9 г/л. Присутствие СО₂ в таких количествах обусловливает специфику вкуса, а также игристые и пенистые свойства игристых вин. Диоксид углерода, растворенный в вине, тормозит процесс развития дрожжей. Повышенное содержание задерживает брожение. Данное свойство используется для регулирования брожения.

Диоксид серы

Ранее считалось, что сернистый ангидрид не является естественной составной частью винограда и вина. В последнее время было показано, что некоторые винные дрожжи из соединений серы, содержащихся в винограде, при брожении могут образовывать заметные количества - до 50 мг/л и более. Сернистый ангидрид широко используется на разных этапах переработки винограда и изготовлении вин, что обусловлено его антисептическими и антиоксидантными свойствами.

Сумма газообразного растворенного в вине SО₂ , его ионных форм в виде НSO₃^-, и SО₃ условно обозначается как свободная сернистая кислота.

Сернистый ангидрид связывается с компонентами вина, образуя связанные формы. Сумма свободной сернистой кислоты и связанной называется общей.

Сернистый ангидрид связывается лучше всего с карбонильными соединениями - альдегидами и кетонами, аминокислотами. Другие содержащиеся в винах карбонильные соединения менее активно реагируют с сернистым ангидридом дают непрочные соединения, которые легко распадаются и восполняют свободный SО₂ при его расходовании. Моносахариды (глюкоза, фруктоза, арабиноза и др.) слабо связывают сернистый ангидрид.

При связывании сернистой кислоты с альдегидами в винах образуется альдегидсернистая кислота:

H

R -C=O +H-SO₃H R-C-OH

H SO₃H

Альдегидсернистая кислота

Альдегидсернистая кислота характерна для сухих вин и сбраживаемых сусел. В сухих винах (особенно белых) представлено до 50-70% связанных форм SО₂.

Соединения SО₂ с сахарами характерны для сусел, десертных и полусладких вин. Из сахаров наиболее прочные соединения с SО₂ образует арабиноза. Глюкоза связывается с ним примерно в 10 раз слабее арабинозы, а фруктоза и сахароза не связываются вовсе.

Соединения SО₂ с другими компонентами вина образуются довольно легко. Например, реакция взаимодействия цистеина с SО₂ протекает быстро, образующаяся цистеинсульфоновая кислота представляет собой довольно устойчивое соеднение. Сернистая кислота и ее соли могут присоединяться к антоцианам. Реакция сернистой кислоты с антоцианами легко обнаруживается по их обесцвечиванию.

Как отмечалось в разделе “Неорганические кислоты”, сернистая кислота в вине выполняет три важных функции.

6.1. Технологическое значение минеральных веществ

Минеральные вещества играют важную роль в развитии виноградного растения, а также в процессах, происходящих при изготовлении вина. Они входят в простетические группы большого числа ферментов, содержатся в витаминах, образуют комплексы с другими органическими соединениями. Например, медь и железо содержатся в ПФО, пероксидазе, каталазе; магний - в -фруктофуранозидазе; марганец, кобальт, цинк - в малатДГ, декарбоксилазе щавелевоуксусной кислоты, кобальт также входит в состав витамина В₁₂, магний - в состав хлорофилла.

В процессе образования комплексных соединений химическая активность некоторых металлов может значительно возрастать. Некоторые микроэлементы используются для корневой либо внекорневой подкормки виноградников. Они улучшают обмен веществ растений, вследствие чего урожайность винограда увеличивается, повышается его сахаристость.

Минеральные вещества активно участвуют в процессах, происходящих при изготовлении вин. Наличие их в сусле необходимо для развития дрожжей, их нормальной жизнедеятельности.

Железо и медь активно участвуют в окислительно-восстановительных процессах при созревании вин.

Избыток в вине металлов: железа, меди, алюминия, цинка, никеля, олова могут вызывать пороки вин химической природы. Они получили название “КАССЫ”. В зависимости от причин возникновения различают железные (черный, синий, белый) и медный кассы. Реже встречаются алюминиевый, цинковый, никелевый и оловянный кассы.

Железные кассы могут возникать в любом типе вин, как белых, так и красных. Появление их зависит от содержания железа, температуры, аэрации среды. Из числа различных форм железа, содержащихся в вине (Fe⁺², Fe⁺³, комплексные соединения), способность образовывать нерастворимые осадки при взаимодействии с составными веществами вина (фосфатами, фенольными веществами) присуща только Fe⁺³. Поэтому склонность вина к помутнению будет зависеть прежде всего от его содержания, а также от лабильности растворимых комплексов железа.

Белый касс (посизение вина) образуется при взаимодействии Fe⁺³ с фосфатами. Вначале в вине появляется легкая сизая дымка, постепенно переходящая в беловато-сизую муть, выделяющуюся в осадок. Белый касс образуется лишь при определенном соотношении содержания фосфатов, железа и кислот вина.

Посизение вина может наступать и при малом количестве железа, если вино имеет низкую кислотность и содержит много фосфатов. Низкая температура и аэрация увеличивают его склонность к белому кассу.

Черный касс появляется при взаимодействии железа с конденсированными танинами. В результате образуются продукты темного, почти черного цвета.

Синий касс является результатом взаимодействия железа с антоцианами, при котором возникают соединения фиолетово-синего цвета.

Эти кассы появляются в винах с низкой кислотностью (рН~3,6). Обычно помутнения наблюдаются после аэрации, а также после завершения ЯМБ.

Медный касс образуется при взаимодействии Cu⁺ и белковых веществ в присутствии сернистой кислоты. Он появляется обычно в белых сульфитированных винах с низким ОВ-потенциалом, с содержанием меди не менее 0,5 мг/л, хранящихся без доступа воздуха. В результате в вине возникает муть, постепенно превращающаяся в бурый осадок коллоидного характера, содержащий сернистую медь. Образованию мути способствуют повышенные температуры и наличие солнечного света. Если такое вино проветрить или насытить кислородом, то осадок исчезает. Присутствие в вине Fe⁺² ускоряет появление медного касса, поскольку Fe⁺²_, окисляясь до Fe^+3­, восстанавливает Cu⁺² до Cu⁺. Наряду с белковыми веществами образованию медного касса способствуют также лейкоантоцианы.

Некоторые органические кислоты (лимонная, яблочная, в меньшей степени винная) способны связывать некоторые металлы в растворимые комплексы. В связи с этим лимонная кислота используется в ряде стран для предотвращения помутнений вин, содержащих большое количество железа, которое связываясь в комплексы не вызывает помутнений; также лимонная кислота добавляется в вина, содержащие большое количество олова для предотвращения появления белого осадка..

Алюминиевый касс наблюдается при повышенном содержании алюминия преимущественно в белых крепленых винах. Вначале в них образуется едва заметная вуаль, появляется слабая опалесценция. При более высоких концентрациях алюминия возникает белый хлопьевидный осадок, состоящий в основном из гидроксида алюминия, на котором могут быть адсорбированы следы других металлов. Содержание алюминия в вине более 5 мг/л обусловливает появление в нем неприятного металлического привкуса и запаха H₂S, окраска становится белесой. На помутнение оказывают влияние величина рН, состав и концентрация органических кислот. Наиболее благоприятным значением рН для алюминиевого касса является рН~3,8.

Оловянный касс присущ белым винам. Вначале в вине появляется тонкий белый налет, или опалесценция. Затем образуется аморфный, медленно оседающий осадок, в состав которого входят белки, а также следы магния, железа, меди, кальция, марганца, свинца. Хотя по санитарно-гигиеническим гормам содержание олова допускается в вине до 50 мг/л, с технологической точки зрения во избежание образования помутнений, количество его не должно превышать 1 мг/л. Установлено, что даже незначительные количества (2-3 мг/л) понижают устойчивость вина к белковым помутнениям, а также к другим металлическим кассам.

Цинковый и никелевый кассы образуют осадки, аналогичные по внешнему виду вызываемым алюминием или оловом. В них обнаруживаются белки, следы других металлов. В вине изменяются окраска, прозрачность, аромат и вкус.

Мерами предупреждения металлических кассов является создание условий при доставке и переработке винограда, исключающих обогащение сусла и вина солями тяжелых металлов, проведение брожения без добавления фосфорнокислых соединений, четкое соблюдение технологических инструкций. Частично алюминий, а также железо могут быть удалены при обработке виноматериала желтой кровяной солью, для предотвращения помутнений, обусловленных повышенным содержанием олова, в вино добавляют лимонную кислоту.

В винах содержится диоксид серы. Как в технологическом, так и в экономическом отношении он остается наиболее универсальным и приемлемым средством в виноделии. Ориентация на максимальное снижение его содержания в вине сохраняется и диктуется прежде всего требованиями повышения качества вина, его санитарного состояния.

Обычные дозы доксида серы в вине не оказывает непосредственного отрицательного воздействия на организм человека, хотя и могут все же иметь нежелательный побочный эффект, так как индивидуальная чувствительность к SO₂ неодинакова.

Исследования последних 10 лет позволили глубже изучить механизм действия сернистого ангидрида в вине и влияние на проявление его свойств технологических приемов на разных стадиях производства. Это послужило основой разработки более рациональных технологий, обеспечивающих значительное снижение содержания SO₂ в готовом вине, отмечаемое во многих странах. В настоящее время использование имеющихся средств и возможностей позволяет производить вина с минимальным содержанием SO₂ (не более 100мг/л) при необходимом качестве.

Вопросы для самоконтроля по теме:

1. Каков состав минеральных веществ винограда и вина?

2. От каких факторов зависит состав минеральных веществ в винограде?

3. На какие группы можно разделить минеральные вещества, входящие в состав винограда и вина?

4. Расскажите технологическое значение минеральных веществ.

5. К чему приводит избыток в вине металлов?

Тесты по теме:

1. Минеральные вещества в винограде находятся:

А) Только в органической форме; Б) Только в неорганической форме; В) Отсутствуют; Г) Как в органической, так и в неорганической форме.

2. При обработке сусел и вин бентонитом, меловании, гипсовании, сульфитации, содержание минеральных веществ: А) Не меняется; Б) Снижается; В) Увеличивается.

3. Избыток в вине металлов, называется:

А) Болезнь вина; Б) Классы В) Кассы Г) Не имеют названия.

4. При взаимодействии железа с фосфатами, появляется:

А) Черный касс; Б) Белый касс; В) Алюминевый касс; Г) Синий касс.

5. При взаимодействии меди и белковых веществ в присутствии сернистой кислоты, образуется:

А) Медный касс; Б) Белый касс; В) Алюминевый касс; Г) Оловянный касс.

Тесты по дисциплине:

1. Фосфорная кислота является: А) Продуктом спиртового брожения; Б) Источником питания дрожжевых клеток; В) Антисептиком.

2. В винограде в основном содержится: А) L-Винная форма; Б) Винная кислота; В) D-Винная кислота.

3. "Зеленый привкус" вину придает: А) Яблочная кислота; Б) Молочная кислота; В) Винная кислота; Г) Янтарная кислота.

4. Пентозы входят в состав: А) Гексоз; Б) Альдоз и кетоз; В) Арабанов и ксиланов.

5. Декстраны получаются, при: А) Брожении сусла; Б) В процессе роста винограда; В) При увяливании и под действием грибка Botrytis Cinerea.

6. Для группы азотистых веществ общим является: А) Атом углерода; Б) Атом азота; В) Атом водорода.

7. При созревании вин из аминокислот образуются: А) Меланоидины; Б) Ацетали; В) Альдегиды.

8. Катехины влияют на: А) Вкус вина; Б) Цвет вина; В) Аромат вина.

9. Дубильными веществами являются: А) Флавоноиды и катехины; Б) Катехины и лейкоантоцианы; В) Танины и лигнин.

10. Гидролазы катализируют реакции: А) Негидролитического расщепления; Б) Переноса; В) Изомеризации; Г) Гидролиза с участием воды.

11. Какие вина склонны к образованию Оксидазного касса: А) с ферментом полифенолоксидазой; Б) с аскорбатоксидазой; В) с гликозидазой.

12. При брожении общее количество минеральных веществ: А) Увеличивается; Б) Снижается; В) Остается неизменным

13. В результате взаимодействия железа с антоцианами, образуется: А) Черный касс; Б) Цинковый касс; В) Алюминевый касс; г) Синий касс.

Ответы на тестовые задания:

К главе 1: 1) В; 2) Б; 3) В; 4) В.

К главе 2: 1) А; 2) Б; 3) А и Г; 4) А и В; 5) Г.

К главе 3: 1) А,Б,В,Г; 2) В; 3) В; 4) В.

К главе 4: 1) В и Г; 2) Б; 3) В; 4) Г.

К главе 5: 1) Б и Г; 2) В; 3) Г; 4) А; 5) Б.

К главе 6: 1) Г; 2) В; 3) В; 4) Б; 5) А.

Ответы на тестовые задания по дисциплине:

1) Б; 2) В; 3) А; 4) В; 5) В; 6) Б; 7) В; 8) А; 9) Б; 10) Г; 11) А; 12) Б; 13) Г.

Список рекомендуемой литературы

1. Кишковский З.Н., Скурихин И.М. Химия вина – M.: Агропромиздат, 1998, 254 с.

2. Нилов В.И., Скурихин И.М. Химия виноделия – М.: Пищевая промышленность, 1967, 440 с.

3. Родопуло А.К. Основы биохимии виноделия – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983, 240 с.

4. Авакянц С.П. Биохимические основы технологии шампанского – М.: Пищевая промышленность, 1980, 351 с.

5. Валуйко Г.Г. Биохимия и технология красных вин – М.: Пищевая промышленность, 1973, 295 с.

Панасюк Александр Львович, Жирова Вера Владимировна, Розправкова Ольга Викторовна, Лилье Мария Владимировна, Богатырева Елена Валерьевна