Закономірності формування оборотних колоїдних помутнінь вин і розробка методу їх прогнозування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Закономірності формування оборотних колоїдних помутнінь вин і розробка методу їх прогнозування

Вступ

біополімер молекулярний вино

Одним з актуальних завдань виноробної галузі є підвищення якості продукції, що випускається. Необхідність збільшення гарантійних термінів стабільності вин в умовах сучасної економіки і виходу України на міжнародний ринок вимагає розробки більш точних і достовірних способів контролю їх розливостійкості.

Серед помутнінь вин фізико-хімічного характеру важливе місце займають помутніння колоїдної природи, у формуванні яких, згідно з даними вітчизняних і закордонних вчених (Г.Г.Валуйко; О.М.Датунашвілі; В.І.Зінченко; М.М.Павленко; В.М.Єжов; В.О.Загоруйко, Є.Г.Манрикян; А.Г.Манрикян; Г.І.Дьяур; T.Somers; L.Usseglio-Tomasset; J.Glories; H.Oh) головну роль відіграють як окремі високомолекулярні сполуки, так і їх комплекси. Разом з тим, на сьогоднішній день недостатньо вивченими є процеси формування у винах оборотних колоїдних помутнінь, а також якісний і кількісний склад компонентів, що відповідають за їх виникнення. Це суттєво ускладнює розробку способів прогнозування стабільності вин до оборотних колоїдних помутнінь, які дозволяють дати необхідні гарантії якості на весь регламентований термін зберігання винопродукції.

Мета дослідження. Метою цієї роботи є розробка методу прогнозування оборотних колоїдних помутнінь міцних вин на підставі вивчення трансформації комплексу біополімерів.

Завдання дослідження: вивчити склад та фізико-хімічні властивості біополімерів, які відповідальні за оборотні колоїдні помутніння та встановити закономірності їх трансформації; дослідити вплив технологічних прийомів виробництва виноматеріалів на формування їх схильності до оборотних колоїдних помутнінь; розробити метод прогнозування стабільності міцних вин до оборотних колоїдних помутнінь і провести його виробничу апробацію.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема роботи входить до плану науково-дослідних робіт ІВіВ "Магарач" (N держ. реєстрації 0196UО103242).

Наукова новизна роботи. Встановлено, що у формуванні оборотних колоїдних помутнінь міцних вин бере участь комплекс біополімерів, до складу якого входять низькомолекулярні білки, олігомерні форми фенольних речовин та полісахариди. З'ясовані закономірності його трансформації, які полягають в зміні вмісту і ступеня окисленості фенольного компоненту, та на їх підставі запропонований новий підхід до оцінки стабільності вин. Встановлено, що технологічні прийоми виробництва міцних виноматеріалів, що інтенсифікують окислення, ведуть до збільшення схильності виноматеріалів до оборотних колоїдних помутнінь.

Практична значимість. Розроблено метод прогнозування стабіль-ності вин до оборотних колоїдних помутнінь (Патент України N 22903 А від 05.05.98), який апробовано протягом 1995-1998 років в умовах ВАО "Маcсандра", Інкерманського заводу марочних вин, АТ "Золота балка" та "Бахус", об'єднання "Одесавинпром", р/з "Старокримський". Метод викладено в Методичних вказівках "Определение склонности вин к помутнениям физико-химического характера", затверджених УААН 05.09.97, і рекомендовано до широкого впровадження на виноробних підприємствах галузі.

Апробація роботи. Основні результати досліджень повідомлено на засіданнях Вченої ради Інституту винограду і вина "Магарач" (1996-1999 рр.), конференціях молодих вчених (Москва-Ялта, 1997 р.; Ялта, 1998 р.), курсах технохімічного та мікробіологічного контролю, науково-технічних нарадах спеціалістів галузі (Херсон, 1997 р., Мінськ, 1997 р., Ялта, 1998 р.), науково-технічній раді «Укрсадвинпрому» (Київ, 1997, 1998 рр.)

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 7 праць.

Об'єм та структура роботи. Дисертація викладена на 116 сторінках машинописного тексту, складається з вступу, трьох розділів, висновків, містить 21 таблицю і 25 рисунків, список використаної літератури містить 180 найменувань, має 8 додатків.

Об'єктами досліджень були міцні виноматеріали з винограду сортів Ркацителі, Каберне-Совиньон, Одеський чорний, Мерло, Сапераві, які вироблені в радгосп-заводі "Виноградний" в умовах виробництва та мікровиноробства з використанням різних технологічних прийомів; ординарні та марочні кріплені виноматеріали і вина Інкерманського заводу марочних вин (ІЗМВ) та ВАО "Массандра".

Схема експерименту передбачала: проведення стандартних аналізів вин згідно з нормативною документацією і визначення їх фізико-хімічних показників; випробування схильності виноматеріалів і вин до оборотних колоїдних помутнінь; виділення комплексів біополімерів, які відповідають за формування оборотних колоїдних помутнінь, вивчення їх складу і фізико-хімічних властивостей; закладення на контрольне зберігання виноматеріалів для встановлення термінів їх фактичної стабільності; визначення складу осадів, які виділені з міцних виноматеріалів.

Для дослідження комплексу біополімерів, який відповідає за формування оборотних колоїдних помутнінь, використовували спосіб його виділення за допомогою іонообмінної хроматографії (Моренко, 1997).

Визначення ступеня окисленості фенольних речовин у виноматеріа-лах та комплексі біополімерів здійснювали за допомогою метода потен-ціометричного титрування, в основу якого була покладена методика V. Schneider (1989), модифікована В.Г. Гержиковою і співр. (1998).

Для встановлення молекулярної маси білків у виноматеріалах і винах використовували електрофорез в поліакріламідному гелі (ПААГ) (Зінькевич, 1992; Моренко, 1997). Дослідження фракційного складу фенольних компонентів комплексу біополімерів здійснювали за допомогою адсорбційної хроматографії (Арпентiн, 1994).

Оцінку впливу молекулярної маси протеїнів на формування оборотних колоїдних помутнінь проводили шляхом внесення у вино білків різної молекулярної маси: лізоциму (14000 Да), трипсину (25000 Да), яєчного альбуміну (43000 Да), бичачого сивороткового альбуміну (67000 Да).

Для встановлення ролі полісахаридів у формуванні оборотних колоїдних помутнінь у виноматеріали вносили різні речовини вуглеводної природи (буряковий, яблучний, соняшниковий, цитрусовий пектини, декстрани з різною молекулярною масою, гуміарабік, глюкоманан).

При розробці методу прогнозування стабільності вин до оборотних колоїдних помутнінь випробували такі реагенти: пероксид водню та галотанін в різних сполученнях, гідроксид натрію.

Вимірювання мутності виноматеріалів і вин здійснювали за допомогою мутноміра чи фотоелектроколориметра, відкаліброваного за суспензією формазину.

Достовірність експериментальних даних забезпечувалась проведенням дослідів не менше, ніж у 3 повторностях, методами математичної статистики, кореляційного і регресійного аналізу з використанням пакетів програм СОРLOT, SuperCalc і Harvard Grafics.

1.Вивчення складу комплексу біополімерів, який відповідає за формування оборотних колоїдних помутнінь

Проведені дослідження показали, що помітне зниження схильності виноматеріалів до оборотних колоїдних помутнінь спостерігається при обробці їх іонообмінними смолами з високим вмістом карбоксильних груп. Відмічено, що при цьому відбувається сорбція білка і зв'язаних з ним біополімерів вуглеводної і фенольної природи. Це свідчить про провідну роль комплексу біополімерів у формуванні оборотних колоїдних помутнінь вин (табл. 1).

Таблиця 1 - Хімічний склад комплексу біополімерів міцних виноматеріалів

Встановлено, що молекулярні маси білків, які входять до комплексу біополімерів червоних і білих міцних виноматеріалів, знаходяться в інтервалі значень 14000-43000 Да. В складі осадів, що виділені з виноматеріалів на холоді, були знайдені переважно низькомолекулярні фракції білків (14000 Да).

Якісний і кількісний аналіз фенольного компонента комплексу біополімерів свідчить про переважання олігомерних форм, які складають, в середньому, 90 % від загального вмісту фенольних речовин (табл. 2). Аналогічні результати були одержані при аналізі осадів, які виділені з вина на холоді. Це дозволило зробити висновок про те, що фенольний компонент комплексу біополімерів, який відповідає за оборотні колоїдні помутніння, складається з олігомерних похідних флавоноїдної природи.

Наявність полісахаридів у складі комплексу біополімерів співпадає з думкою, що затвердилася в літературі, про глікопротеїнову природу білків винограду (Міндадзе (Любаревич), 1979; Павленко, 1981; Єжов, 1987).

Таблиця 2 - Фракційний склад фенольних речовин комплексу біополімерів міцних виноматеріалів

Аналіз одержаних даних, а також відомостей, які є в літературі (Моренко, 1997), дозволили виявити головні особливості комплексів біополімерів у міцних і столових виноматеріалах. Встановлено, що до складу комплексів біополімерів, які відповідальні за формування колоїдних помутнінь в столових і міцних винах входять білки, фенольні речовини і полісахариди. Комплекс біополімерів міцних вин містить білки з молекулярною масою 14000-43000 Да з перевагою низькомолекулярних фракцій і олігомерні форми фенольних речовин. Комплекс біополімерів столових білих вин відрізняється великим ступенем відновлюваності фенольного фрагменту, а також білками з більш широким діапазоном варіювання молекулярних мас (14000-65000 Да).

Під час вивчення впливу протеїнів на формування оборотних колоїдних помутнінь в міцних виноматеріалах встановлено зниження їх схильності до помутнінь зі збільшенням молекулярної маси білків, які вносяться (табл. 3). Максимальні значення мутності відмічені у варіантах з використанням лізоциму і трипсину. Дослідження впливу високомолекулярних вуглеводів на стабільність міцних виноматеріалів до оборотних колоїдних помутнінь показало зменшення значень мутності у тесті, яке обумовлене наявністю "захисних" властивостей полісахаридів (табл. 4). При цьому найбільш помітний ефект встановлено для гуміарабіка. Одержані результати підтверджують дані В.І. Зінченка (1978), О.С. Макарова (1978), Ж. Ріберо-Гайона і співр. (1985), Г.Г. Валуйка і співр. (1987), згідно з якими полісахариди, що є гідрофільними колоїдами, можуть проявляти захисні властивості та перешкоджати процесу агрегації колоїдних частинок.

Таблиця 3 - Вплив молекулярної маси білка на схильність виноматеріалу до оборотних колоїдних помутнінь

* - Початкова мутність виноматеріалу - 0,2 ф.о.

** - Масова концентрація білка, що вноситься - 40 мг/дм³

Таблиця 4 - Вплив полісахаридів на схильність виноматеріалів до оборотних колоїдних помутнінь

Вивчення ролі заліза у формування оборотних колоїдних помутнінь дозволило встановити, що його масова концентрація, а також стан іонів металу в виноматеріалі суттєво не впливають на показання тесту.

Таким чином, схильність міцних вин до оборотних колоїдних помутнінь обумовлена комплексом біополімерів на основі білків з низькою молекулярною масою, які зв'язані з олігомерними формами фенольних речовин і полісахаридами.

2.Закономірності формування оборотних колоїдних помутніть під час виробництва міцних виноматеріалів

Аналіз трансформації складу комплексу біополімерів виномате-ріалів у процесі термокисневої обробки дозволив встановити деякі закономірності формування оборотних колоїдних помутнінь (табл. 5).

Хвилеподібний характер схильності виноматеріалів до помутнінь, який виявлений під час обробки, зв'язаний з кількісними і якісними змінами складу комплексу біополімерів. Зменшення масової концентрації як самого комплексу, так і окремих його складових обумовлює зниження схильності виноматеріалу до оборотних колоїдних помутнінь. При цьому ступінь окисленості фенольних речовин у складі комплексу залишається без змін. Зростання схильності виноматеріалу до оборотних колоїдних помутнінь пов'язане з підвищенням масової концентрації фенольних речовин і ступеня їх окисленості у складі комплексу. Хіноїдні групи, що утворюються, зв'язують сусідні молекули білка, обумовлюючи збільшення молекулярної маси комплексу та зниження його агрегативної стійкості до оборотних колоїдних помутнінь.

Одержані закономірності знайшли своє підтвердження при оцінці впливу технологічних прийомів виробництва міцних вин на схильність до оборотних колоїдних помутнінь.

Порівняльна характеристика схем екстрагування, що використо-вуються під час виробництва міцних виноматеріалів, показала, що білі виноматеріали, які вироблені з сусла пресових фракцій, і червоні виноматеріали, які одержані настоюванням м'язги без сульфітації, характеризувались більш високими значеннями оптичних характеристик і частки полімерних форм фенольних речовин, а також схильності до оборотних колоїдних помутнінь.

Встановлено, що особливістю термокисневої обробки вино-матеріалів у присутності дубової клепки є тенденція до збільшення масових концентрацій фенольних речовин та їх полімеризованих форм з хвилеподібним характером зміни схильності до оборотних колоїдних помутнінь.

Вивчення динаміки формування оборотних колоїдних помутнінь у процесі бочкової витримки білих і червоних міцних виноматеріалов ВАО "Масандра" та ІЗМВ також продемонструвало хвилеподібний характер процесу.

Таблиця 5 - Трансформація складу комплексу біополімерів червоного міцного виноматеріалу в процесі термокисневої обробки

Таким чином, встановлено закономірності трансформації комп-лексу біополімерів, який відповідає за формування оборотних колоїдних помутнінь під час виробництва червоних вин. Виявлено хвилеподібний характер формування помутнінь, який обумовлений кількісними і якісними змінами складу комплексу. Технологічні прийоми виробництва міцних вин, які сприяють окисленню, збільшують масову концентрацію і ступінь окисленості фенольного фрагмента комплексу і підвищують схильність виноматеріалів до оборотних колоїдних помутнінь.

3. Розробка методу прогнозування стабільності вин до оборотних колоїдних помутнінь

На підставі вивчення складу і фізико-хімічних властивостей комплексу біополімерів міцних виноматеріалів, а також встановлення закономірностей його трансформації у ході технологічних процесів розроблено метод прогнозування стабільності виноматеріалів і вин до оборотних колоїдних помутнінь. В розробленій методиці передбачається етап індукованого окислення проби виноматеріалу для збільшення ступеня окисленості фенольного фрагмента комплексу біополімерів. Кількісну оцінку схильності вина до дестабілізації проводять шляхом повторного охолодження проби.

Експериментальне обгрунтування способу інтенсифікації окислювальних процесів у винах і параметрів його реалізації містить вибір оптимального температурного режиму і часу термостатування зразка.

Для вибору температурного режиму термостатування проби з метою інтенсифікації окислювальних процесів у вині проводили за температур 35 ^оС, 50 ^оС, 60 ^оС. За значеннями мутності тесту температура 50 ^оС була вибрана як оптимальна. Максимальні значення мутності вин і виноматеріалів відмічені за 15-годинної експозиції (рис. 1). Випробування окислювальних систем показало, що їх внесення у виноматеріали призводить до приросту величин оптичних характеристик, але не викликає суттєвого збільшення значень тесту. Тому в запропонованій методиці стадія індукованого окислення лабільних речовин здіснюється термостатуванням проби за температури 50 ^оС протягом 15 годин.

Рис. 1 - Залежність показників тесту від тривалості теплового впливу

1 - Портвейн червоний Кримський урожаю 1992 р.

2 - Портвейн рожевий "Алушта" урожаю 1996 р.

3 - Портвейн червоний "Південнобережний" урожаю 1996 р.

4 - Портвейн білий Кримський урожаю 1996 р.

5 - Слов'янське біле урожаю 1996 р.

6 - Портвейн білий урожаю 1995 р.

Кількісну оцінку вмісту нестабільних комплексів біополімерів проводили після охолодження проби за температури, близької до температури замерзання вина: мінус 3-4 ^оС для столових вин, мінус 7-8 ^оС для кріплених вин. При обгрунтуванні тривалості витримки проби на холоді встановлено, що за 3 години схильність виноматеріалів до оборотних колоїдних помутнінь досягала максимального рівня і в подальшому залишалась незмінною (рис. 2). Таким чином, запропонований нами метод прогнозування стабільності виноматеріалів і вин до оборотних колоїдних помутнінь передбачає охолодження проби зразка протягом 3 годин до температури, близької до температури замерзання вина, з наступним контролем мутності. У випадку показників тесту, більших 1 ф.о. для білого і 4 ф.о. для червоного зразка, вино відправляється на доробку, а вино, яке витримало випробування, термостатується протягом 15 годин за температури 50 ^оС. Потім зразок повторно охолоджують з наступним вимірюванням мутності. Одержане в результаті тестування значення мутності підставляють до рівняння виду:

Y = A X² + B X + C,

де Y - стабільність, місяци.

Х - мутність, ф.о.,

і розраховують очікуваний термін стабільності винопродукції.

Рис. 2 - Залежність показників тесту від тривалості впливу холодом

1- Портвейн червоний Кримський урожаю 1992 р.

2 - Портвейн рожевий "Алушта" урожаю 1996 р.

3 - Портвейн червоний "Південнобережний" урожаю 1996 р.

4 - Портвейн білий Кримський урожаю 1996 р.

5 - Слов'янське біле урожаю 1996 р.

6 - Портвейн білий урожаю 1995 р.

біополімер молекулярний вино

Вина, значення мутності яких за результатом тестування перевищують 12 ф.о. для білих та 100 ф.о. для червоних портвейнів, будуть дестабілізовані протягом місяця. При показниках тесту, які не перевищують 1 ф.о. для білих та 4 ф.о. для червоних зразків, стабільність вин буде зберігатися протягом термінів, що передбачені нормативною документацією.

4. Виробнича апробація методу прогнозування схильності вин до оборотних колоїдних помутнінь

Розроблений метод пройшов апробацію на виробничих зразках ВАО "Массандра". Оцінку стабільності згідно існуючого і запропоно-ваного методів проводили на підготовлених до розливу кріплених винах різних типів (табл. 6).

Таблиця 6 - Порівняльна характеристика методів випробування схильності вин до оборотних колоїдних помутнінь

В результаті математичної обробки даних аналізу 62 зразків були розраховані коефіцієнти А, В, С рівняння для визначення стабільності білих і червоних кріплених вин. Для білих міцних зразків коефіцієнт кореляції між показниками розробленого методу і фактичною стабільністю склав (-0.92), для існуючого методу -- (-0,77). Кількість неврахованих факторів за значеннями коефіцієнту детермінації (R² = 0.85) для розробленого методу склала 15 % , а для існуючого -- 41 % (рис. 3).

Рис. 3 - Залежність термінів стабільності білих портвейнів від показників розробленого методу

Випробування, які були проведені на червоних міцних винах, дозволили встановити, що коефіцієнт кореляції між показниками існуючого методу і фактичною стабільністю склав (-0.73), тоді як для розробленого методу (-0.95). Кількість неврахованих факторів склало відповідно 46 і 10 % (рис. 4).

Рис. 4 - Залежність термінів стабільності червоних портвейнів від показників розробленого методу

Таким чином, проведені дослідження дозволили встановити високу точність і достовірність розробленого методу, який дозволяє прогнозувати терміни стабільності вин. Метод пройшов виробничі випробування на підприємствах галузі, включений до Методичних вказівок «Определение склонности вин к помутнениям физико-химического характера» і рекомендований для широкого впровадження.

Висновок

1. Встановлено, що у формуванні оборотних колоїдних помутнінь міцних вин бере участь комплекс біополімерів, до складу якого входять низькомолекулярні білки, олігомерні форми фенольних речовин та полісахариди.

2. Теоретично обгрунтовані та практично підтверджені закономірності формування оборотних колоїдних помутнінь в міцних винах, суть яких полягає у кількісних та якісних змінах складу комплексу біополімерів. Фактором, що визначає трансформацію комплексу, є збільшення вмісту та ступеня окисленості фенольного фрагменту в його складі.

3. Встановлений вплив технологічних прийомів виробництва міцних виноматеріалів до формування оборотних колоїдних помутнінь. Показано, що інтенсифікація окислювальних процесів під час переробки винограду веде до збільшення схильності виноматеріалів до помутнінь. Термокиснева обробка та бочкова витримка виноматеріалів обумовлюють хвилеподібний характер процесу.

4. Обгрунтовано параметри та режими методу прогнозування стабільності вин до оборотних колоїдних помутнінь. Метод передбачає стадію термостатування зразка з наступним його охолодженням.

5. Розроблений метод пройшов виробничу апробацію на підприємствах галузi та викладений в Методичних вказівках "Определение склонности вин к помутнениям физико-химического характера", затверджених УААН. Встановлено, що метод дозволяє з високим ступенем достовірності не тільки виявити схильність виноматеріалів і вин до оборотних колоїдних помутнінь, але й прогнозувати терміни стабільності вин в місяцях. Метод рекомендований до широкого впровадження на виноробних підприємствах галузі.

Література

Совершенствование способов получения крепких виноматериалов / Панахов У.М., Чурсина О.А., Гержикова В.Г., Ермихина М.В., Бабакина Н.В. // Виноград и вино России. - 1998. - N 2. - С. 12-13.

Гержикова В.Г., Чурсина О.А., Бабакина Н.В. Модифицированный тест на склонность вин к обратимым коллоидным помутнениям // Виноград и вино России. - 1998. - N 6. - С. 22-23.

Бабакина Н.В., Чурсина О.А., Гержикова В.Г. Формирование обратимых коллоидных помутнений при производстве крепких вин / Использование достижений современной науки в виноградарстве и виноделии: Сб. научных трудов ИВиВ «Магарач».- Ялта, 1998. т. 2. - С. 30-34.

Разработка теста на окислительное покоричневение / Чурсина О.А., Бабакина Н.В., Толстенко Д.П., Ермихина М.В. // Научно-технический прогресс в агроиндустрии: Сб. научных трудов. - М. - Ялта, 1997. - С. 74-75.

Пат. 22903 А України, G01N 33/14. - Спосiб оцiнки колоiдної стабiльностi вина / Валуйко Г.Г., Гержикова В.Г., Чурсiна О.О., Моравек Т.I., Чистяков В.Т., Бабакiна Н.В. - 05.05.98.

Методы определения розливостойкости вин: Информационный листок / Гержикова В.Г., Чурсина О.А., Михеева Л.А., Рудышина Н.М., Бабакина Н.В., Гниломедова Н.В. - Симферополь, 1997. - N 34. - 3 с.

Характеристика комплексов биополимеров, ответственных за помутнения коллоидного характера в винах: Информационный листок / Чурсина О.А., Зинькевич Э.Л., Бабакина Н.В., Толстенко Д.П., Гниломедова Н.В. - Симферополь, 1999. - N 37. - 4 с.

Размещено на Allbest.ru