Электрохимическое определение общего содержания органических кислот в винах, виноматериалах и соках (стр. 2 )

Определение органических кислот в винах и виноградных соках важно еще и потому, что они влияют на органолептические свойства (вкус, цвет, аромат), на стабильность и микробиологические показатели этих напитков. Анализ содержания этих кислот позволяет проверить степень созревания винограда и необходим на таких этапах производства вин, как спиртовое брожение, яблочно-молочное брожение, старение и т. д. [21; 22; 23; 24; 25].

Органические кислоты активно участвуют в обмене веществ виноградного растения и в процессах, происходящих при изготовлении вина, влияют на скорость ферментативных реакций, могут использоваться как регуляторы кислотности [26]. Кислотность вина является одним из основных показателей химического состава и дегустационной оценки. Активная кислотность сусла и вина играет важную роль в процессе формирования и созревания вина, определяет соотношение продуктов брожения, склонность вина к окислению, кристаллическим, биологическим, коллоидным помутнениям, металлическим кассам, именно они определяют органолептические показатели готового продукта в целом [17; 21; 22].

Вино с хорошо сбалансированной кислотностью приносит не только хорошие ощущения, но и делает его продуктом исключительной пищевой ценности [22].

Вино является древнейшим из напитков и ценится во все времена из-за своей уникальности, пищевой ценности, вкусовых качеств. Аромат и вкус вина возникает из смеси химических компонентов, взаимодействующих с нашими органами чувств, производя нервный ответ, который обрабатывается в мозге и в результате психофизического взаимодействия нами воспринимается как продукт под названием «вино» [27; 28].

Различные классы химических соединений в винах участвуют в химических и биохимических процессах, которые влияют на их формирование и концентрации [17; 27]. Химические компоненты вин получаются из несколько источников; так во время брожения винограда вкусовые компоненты извлекаются в вино, и новые соединения образуются в результате многочисленных химических и биохимических процессов [17].

Органические кислоты активно участвуют в обмене веществ в виноградной лозе и играют существенную роль в виноделии, так как содержаться в винограде в довольно больших количествах [1]. Органические кислоты образуются в процессе дыхания растений и являются продуктом неполного окисления углеводов, а также исходным материалом для синтеза сахаров, белков и жиров [16].

В ягодах и зелёных листьях винограда содержится в больших количествах винная и яблочная кислоты, значительно меньше янтарной, гликолевой, щавелевой, лимонной [19].

Существуют различные гипотезы образования органических кислот в растениях.

Согласно гипотезе Беннет-Кларка в зеленых листьях кислотообразование возможно совершается за счёт углеводов, причём на каждую исчезающую углеводную молекулу образуется одна молекула органических кислот.

В работе [29] предположено, что образование органических кислот связано с азотистым метаболизмом растений, где из углеводов синтезируются кислоты.

Существует связь между различными превращениями при обмене веществ в живой клетке: одни вещества окисляются, другие восстанавливаются; декарбоксилируются одни кислоты, в то время как другие карбоксилируются, аминокислоты дезаминируются, а кетокислоты аминируются [28].

Органические кислоты образуются не только при анаэробном распаде углеводов, но и при фотосинтезе в зелёных листьях, откуда они переносятся в ягоды винограда. Возможно, что образование органических кислот происходит также и в виноградных ягодах [27].

В винограде, вине находятся многие кислоты цикла Кребса [30]. На рисунке 1 приведена взаимосвязь между органическими кислотами, углеводами, белками.

По данной схеме, приведённой на рисунке 1, проходят реакции, в которых осуществляется перенос электронов под действием специфических дегидрогеназ. В цикл трикарбоксильных кислот фактически входят и дикарбоксильные кислоты.

Рисунок 1 - Цикл Кребса [30]

На первом этапе проходит образование фосфоэнолпировиноградной кислоты из углеродов, которая затем превращается в щавелевоуксусную кислоту под действием фосфоэнолпируваткарбоксилазы в присутствии аденозинтрифосфата (АТФ).

На втором этапе происходит образование ацетил-КоА из пировиноградной кислоты.

Затем происходит конденсация ацетил-КоА со щавелевоуксусной кислотой в присутствии энзима конденсации результате чего образуется уксусная кислота.

Лимонная кислота под действием аконитазы превращается в цис-аконитовую кислоту, а цис-аконитовая – в изолимонную, которая в присутствии изоцитрикодегидрогеназы и НАДФ превращается в щавелевоянтарную, далее она декарбоксилируется в α-кетоглутаровую кислоту.

Достаточно сложным является переход α-кетоглутаровой кислоты в сукцинил-КоА, а затем в янтарную кислоту в присутствии гуанизиндифосфата и фосфора.

Янтарная кислота превращается под действием сукциндегидрогеназы в фумаровую, которая гидратируется в присутствии фумаразы в яблочную кислоту. На последнем этапе яблочная кислота дегидрируется под действием маликодегидрогеназы в щавелевоуксусную кислоту. Затем данный цикл замыкается. При каждом превращении отщепляются три молекулы и пять пар водородных атомов, которые получает цитохромоксидазная система для окисления в воду, при этом клетка получает энергию.

Кратко процесс окисления пировиноградной кислоты можно представить, как:

.

В результате окисления молекулы пировиноградной кислоты по циклу Кребса выделяется свободная энергия, которая равна 889,5 кДж/моль.

С помощью цикла Кребса осуществляется окисление не только продуктов распада углеводов, но и жиров, белков. Как видно из цикла ди - и трикарбоксильных кислот, продукты распада белков – аминокислоты входят в этот цикл. В результате прямого аминирования из кетокислот, пировиноградной, щавелевоуксусной, α-кетоглутаровой, образуются следующие аминокислоты: аланин, аспарагиновая, глютаминовая кислоты, гистидин, аргинин, тирозин, фениналанин.

Таким образом, при превращении отдельных органических кислот образуются различные продукты, т. е. углеводный и белковый обмен связываются в одно целое.

Установлено, что содержание кислот и сахаров в стеблях и листьях на протяжении срока вегетации неравномерно и колеблется в зависимости от возраста листьев. Чем моложе лист, тем больше его кислотность и меньше сахаристость. По мере старения листа кислотность уменьшается, а сахаристость увеличивается. Присутствуют две максимальные точки накопления кислот: в молодых листьях и в начале созревания ягод [17].

В ягодах количество винной кислоты бывает максимальным в июле и сильно снижается в октябре. Содержание винной кислоты в листьях и стеблях в период с июля по октябрь не претерпевает изменений. Содержание яблочной кислоты в ягодах практически такое же, как и винной, однако в листьях ее содержание меньше. Характер колебания количества яблочной кислоты такой, как и винной. Установлено, что лимонная кислота в ягодах, листьях и стеблях винограда находится в количестве от 0 до 0,5% и это содержание не претерпевает практически никаких колебаний [24].

Согласно многим данным, посвящённым изучению данных о содержании органических кислот в винограде на протяжении срока вегетации показано, что в августе и сентябре основные кислоты - это винная и яблочная. Наибольшее содержание яблочной кислоты в августе составляет в листьях и наименьшее в ягодах. Наибольшее значение по содержанию винной и лимонной кислот в виноградной лозе приходится на августе и сентябрь. В этот же промежуток времени в черенках листьев наблюдается образование винной кислоты. Количество фумаровой и глицериновой кислот больше в виноградном листе, чем в других частях растения.

Процесс дыхания во время созревания ягод очень интенсивен, содержание кислот в винограде в это время составляет от 3,0 до 5,0%. В начале созревания, когда дыхание ослабевает, сахар расходуется меньше, новообразование кислот замедляется, и частично кислоты снова могут восстанавливаться в сахара. В конце срока вегетации для винограда в целом характерен переход от интенсивного кислотообразования к сахаронакоплению.

В работе [31] отмечено, что исследованиями как качественного, так и количественного состава винограда в процессе вегетации занимались такие ученые, как , , .

На основе сводных данных [31] видно, что особенно резкое уменьшение содержания винной и яблочной кислот наблюдается в процессе созревания винограда, причём содержание яблочной снижается более интенсивно. По мнению авторов [31], при созревании винограда яблочная кислота более заметно, чем винная участвует в процессах дыхания. Немного уменьшается количество янтарной, щавелевой и пировиноградной кислот, количество же лимонной кислоты в процессе созревания все время увеличивается, хотя незначительно.

В винограде технической зрелости количество лимонной кислоты достигает максимального значения (0,41 г на 1 кг винограда), а содержание всех остальных кислот убывает: яблочной – до 4,15, винной – до 6,35, янтарной – до 0,115, щавелевой – до 0,115 г на 1 кг винограда [31].

В стадии физиологической зрелости винограда наблюдается дальнейшее уменьшение количества винной, яблочной, янтарной и щавелевой кислот. Содержание винной кислоты в ходе созревания винограда сорта Алиготе уменьшается с 13,3 до 4,05, яблочной - с 13,75 до 2,05 г на 1 кг винограда, содержание янтарной, щавелевой, пировиноградной кислоты уменьшается незначительно [31].

Соотношение винной и яблочной кислот меняется в процессе созревания винограда. У зелёного винограда это соотношение составляет приблизительно 1:1 и в ходе созревания винограда повышается. Данное соотношение в винограде технической зрелости не превышает 1,5:1, как видно из данных рисунка 2, построенного нами по данным [31].

Рисунок 2 – Изменение содержания органических кислот и накопления моносахаридов в процессе созревания винограда сорта Алиготе: 1 – содержание титруемых кислот; 2 – сумма винной и яблочной кислот; 3 – винная кислота;