Химия вина750ml.ru/lectures/other/chemistry_of_wine.pdf · 4. Сивушные масла...

Химия вина

Краткое введение в начала основ

Химия вина – Денис Руденко – http://daily-winegraph.livejournal.com

Определение срока сбора урожая,

влияние на химию ягоды на винограднике • дефольяж (удаление части листьев)

• зеленый сбор (удаление части гроздей)

• правильное формирование кроны

• борьба с грибковыми заболеваниями

Винодельня: предферментационные процессы • сульфатирование

• холодная мацерация (настаивание)

• осветление сусла

Винодельня: ферментация • выбор расы дрожжей

• техника работы с «шапкой»

• малолактическая ферментация

• выдержка на тонком дрожжевом осадке

• холодная стабилизация

Основные этапы виноградарства и виноделия


Выдержка вина в бутылках

• влияние размера бутылок

• влияние времени выдержки

• влияние температуры выдержки

Дефекты вина

• бактериолигические

• температурные

• пробковые

• оксидативные

Основные химические процессы в вине, дефекты вина


Часть 1 - Химия виноградной ягоды


Первичные или сортовые составляющие – набор ароматических, вкусовых и прочих веществ, получаемых вином непосредственно из винограда

Вторичные составляющие – вещества, формирующиеся в вине в процессе алкогольного брожения и других технологических процессов при его производстве.

Третичные компоненты или тона выдержки – вещества, формирующиеся в вине в долгосрочного хранения готового вина

Классификация химических веществ вина


Физиологическая: стадия созревания винограда, при которой семена готовы к произрастанию и репродукции (обычно при накоплении 170-180 граммов сахара на литр)

Техническая: стадия созревания винограда, в которой он наиболее пригоден для производства вина и прочих видов переработки (обычно от 180 до 240 граммов сахара на литр)

Полная: стадия созревания, при которой полностью прекращается поступление питательных веществ в ягоды

Зрелость винограда


Вода -75-80%

Углеводы - 15-25%

Органические кислоты - 0.6-0.8%

Минеральные вещества - 0.4-0.5%

Азотистые компоненты - 0.1-0.15%

Экстрактивные вещества виноградного сусла и вина состоят из 5 основных групп веществ: углеводы, органические кислоты, минеральные вещества, фенольные и азотистые компоненты.

Базовый химический состав виноградной ягоды


Фруктоза - 11%

Глюкоза - 10%

Пентозы - 0.1%

Полисахариды (в т.ч. пектины) - 0.1%

6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2

При комнатной температуре (25C) в 1 литре воды растворимо

до 1.1 кг глюкозы

Углеводы винограда представлены как моно- (фруктоза, глюкоза) , так и полисахаридами.

Углеводы (сахара)


В состав винограда входят тартаровая кислота, некоторое количество яблочной и лимонной. Другие виды кислот возникают во время винодельческого процесса.

Тартаровая (винная) - 50-75%

Яблочная - 25-50%

Лимонная - 1-2%

Галактуроновая - 0.4%

Другие - 0.6%

Состав кислот виноградной ягоды


Винная

Яблочная

В ходе созревания винограда содержание яблочной кислоты снижается значительно быстрее винной и в некоторых сортах винограда ее может вовсе не остаться.

Изменение состава кислот при созревании


Возраст завязи 10 30 50 70 90 110

В ходе созревания винограда происходит непрерывное увеличение содержания в соке сахара и снижение титруемой кислотности. Происходит изменение состава сахаров – 1.5 (глюкоза) :1 (фруктоза) в момент окрашивания до 1:1 при созревании.

Сахаристость Кислотность

Сводный график созревания винограда


Шкурка и внешняя зона

Семечки

Центральная зона

Внутренняя зона

Проводящая зона

Строение виноградной ягоды


В настоящее время известно более 350 соединений, обусловливающих ароматические свойства винограда . Выделяют следующие основные группы: • терпены и производные (терпинеолы, линалоол, гераниол, цитронеллол) • тиолы или меркаптаны (этилмеркаптан , метилмеркаптан) • пиразины (метоксипиразин и др.) • норизопреноиды (b-дамасценон, b-ионон и др.) • кислоты (винная, яблочная, муравьиная, уксусная, пропионовая и др.) • кетоны (диацетил, ацетоин и др.) • одноатомные спирты (метанол, этанол, n-пропанол)

Кожица: Терпены – линалоол,

гераниол, цитронеллол Тиолы

Пиразины Норизопреноиды

Мякоть: Кислоты – винная, яблочная Сахара – глюкоза, фруктоза

Ароматические вещества


Изомерия (от др.-греч. ἴσος — «равный», и μέρος — «доля, часть») — явление, заключающееся в существовании химических соединений (изомеров), одинаковых по составу и молекулярной массе, но различающихся по строению или расположению атомов в пространстве и, вследствие этого, по свойствам. Глюкоза является более предпочтительным сахаром для дрожжей, поэтому ферментируется более активно. Фруктоза почти в 2 раза слаще глюкозы.

Понятие изомеров


Гераниол – роза Линалоол – (1) лаванда, ландыш (2) кориандр, цедра апельсина Цитронелол – цитрусовые Мирцен – смолисто-лимонный, лемонграсс Метоксипиразины – зеленый перец, овощные тона, картофель, трава Тиолы – грейпфрут, персик, спаржа, жареный и гнилой лук, тухлое яйцо Дамасценон – экзотические цветы и фрукты Цис- и транс-фарнезол – сладкие цветы, легкий мед, липовый цвет Метилантранилат – «изабелльный» аромат, земляника

Первичные (виноградные) ароматы вина


Терпены

Терпены –класс веществ, содержащихся в винограде, и отвечающий за цветочные, фруктовые и пряные тона, обладают очень высокой интенсивностью, низким порогом обнаружения. Мало стойки, быстро дегидратируются в присутствии спиртов и кислот до альдегидов.


OH

OH

Гераниол Линалоол

Пиразины

Пиразины – основной класс веществ, содержащихся в винограде, и отвечающий за травянистые и овощные тона в вине, часто характеризуемые как «зеленые». Уровень значительно зависит от условий освещенности грозди – ягоды с высоким уровнем инсоляции имеют минимальное содержание.


R = −CH2−CH(CH3)2 паприка

−СH2−CH3 картофель −CH3 арахис N

N R

OCH3

Соединения серы

Сульфиды

• H2S (сероводород): тухлые яйца

• CH3-S-CH3 (диметилсульфид): кабачок, консервированая кукуруза

• CH3-S-S-CH3 (диметилдисульфид): морские оттенки, ракушки, водоросли

Тиолы

• CH3-SH (метантиол): резина, каучук

• CH3-CH2-SH (этантиол): лук, резина, камфара, скунс

Тиоспирты

• HS-CH2-CH2-OH (меркаптанэтанл): скотный двор, навоз

• CH3-S-(CH2)4-OH (тиометилбутанол): чеснок, черемша

• CH3-S-(CH2)3-OH (метионол): сырой картофель, соя


Различные сорта винограда и их ароматика

Овощные тона (тиольные, пиразиновые)

Фр

укто

вые

то

на

(те

рп

ен

овы

е)

• Мускаты

• Шенин Блан

• Коломбар

• Шардоне

• Рислинг

• Траминер

• Совиньон Блан


Фенолы


Фенолы – это общий класс ароматических веществ, содержащих одну или более гидроксильных групп.

• В химии за словом «ароматические» скрывается группа веществ, в состав которых входит циклический ненасыщенный фрагмент из атомов углерода (а также иногда азота, серы и т.д.), отличающийся повышенной устойчивостью.

• Фрагмент –OH называется гидроксильной группой

Фенолы - одни из самых сложных органических веществ, присутствующих в винограде. Они отвечают за полноту и оттенок окраски виноградного вина, за терпкие и горькие составляющие его вкуса. В числе наиболее важных следует упомянуть танины (в частности лигнин), антоцианы (мальвидин, дельфинидин, пеонидин) и меланины.

Развитие виноградной ягоды


Влияние виноградарских практик

Влияние «зеленого сбора» на ароматические характеристики винограда в зависимости от сроков проведения операции. Содержание летучих терпенов в mg/l.

Зеленый сбор


Метоксипиразины, отвечающие за «зеленые» ароматы в вине легко обнаруживаются человеком – порог чувствительности на уровне 10ppm

Уровень пиразинов в вине практически не зависит от винодельческих техник и возраста вина, поэтому должен определяться работами на винограднике

Уровень метоксипиразинов особенно высок в нижних (базальных) листьях лозы, откуда они частично выносятся в ягоды.

Удаление части листьев

Метоксипиразины активно синтезируются растениями в процессе вегетативного роста кроны, который осуществляется растением только при достаточном количестве воды

Нахождение лозы в фазе «близко к гидрострессу» в период с начала окрашивания ягод существенно ускоряет распад метоксипиразинов в ягодах и более низкий из финальный уровень

Гидростресс лоз

Развитие грибка Botrytis cinerea, равно как и других грибковых заболеваниях на ягодах приводит к существенному изменению всего химического состава ягоды

Весовое содержание сахаров уменьшается на 40-50%, увеличение относительной сахаристости происходит за счет еще большей потери воды (дегидратации)

Происходит разрушение винной и яблочной кислот, формирование глюконовой кислоты и глицерина

Полностью разрушаются все ароматические соединения терпеновой группы

Формируется значительной содержание высоко активного окислительного фермента – лакказы Резко снижается содержание азотистых веществ, необходимых дрожжам для развития в процессе ферментации

Борьба с грибковыми заболеваниями

Винодельческий процесс


Соединения серы добавляются в вино в течение винодельческого процесса несколько раз.

1. На этапе дробления ягод – для предотвращения энзиматического окисления

2. На этапе холодной мацерации – для предотвращения начала спонтанной алкогольной ферментации на «диких» дрожжах

3. На этапе завершения малолактической ферментации – для ее прерывания

4. Перед бутилированием вина – для придания ему окончательной биологической стабильности

Разрешенный уровень – до 350ppm

В большинстве коммерческих вин - 10-40ppm

Уровень в 6-8ppm является естественным, производимым дрожжами

Сульфатирование сусла

Для увеличения содержания ароматических веществ терпеновой и тиольной природы применяется холодная мацерация. Влияние выдержки сусла терпеновых сортов в контакте с кожицей при низких температурах (на примере сорта Muscat Ottonel, Венгрия) - содержание летучих терпенов в mg/l.

Холодная мацерация (настаивание)

Осветление сусла проводят с целью удаления из него за-грязняющих примесей, мелких частиц виноградной ягоды. Вместе с твердыми мутящими частицами отделяются сорбированные на них ферменты, что способствует уменьшению окисления сусла. Кроме того исследования показывают, что они же сорбируют и часть метоксипиразинов, уменьшая интенсивность «зеленых» ароматов в вине.

Осветление сусла

C6H12O6 →2CO2 + 2C2H5OH

Процесс брожения идет с выделением значительного количества тепла. Повышение температуры среды ведет к существенному росту биомассы дрожжей и началу расщепления ароматических углеводов.

Для сохранения первоначальной сортовой ароматики температура при ферментации не должна превышать:

30 °C – для красных вин

16 °C – для белых вин

Глюкоза является предпочтительным сахаром для ферментации, поэтому соотношение глюкоза:фруктоза при ферментации сильно меняется.

Фруктоза примерно в 1.73 раза слаще сахара, в то время как глюкоза менее сладкая – 0.74

Алкогольная ферментация - превращение сахара в спирт


Наиболее распространенные виды дрожжей

Dekkera

Kloeckera

Brettanomyces

Pichia

Saccharmomyces


В процессе алкогольного брожения дрожжи синтезируют ряд новых веществ, отсутствовавших в сусле и видоизменяют часть имевшихся. Создаются: 1. Этиловый спирт, в процессе разложения углеводов, с

выделением CO2

2. Метиловый спирт, в процессе гидролиза пектинов 3. Высшие спирты (пропиловый, изопропиловый) из

аминокислот винограда 4. Сивушные масла (бутиловый и амиловый спирты) 5. Глицерин 6. Янтарная, молочная, уксусная, муравьиная и др. кислоты

Полному расщеплению и преобразованию подвергаются углеводы (сахара). Частичному изменению подвергаются: 1. Терпены (гераниол, линалоол) в процессе их этерификации 2. Органические кислоты с образованием ацеталей

Ферментация с точки зрения химии


Влияние расы дрожжей на результат ферментации


Кислоты

Наименее

кислые

Наиболее

кислые

Лимонная Фолиевая Винная Молочная

Яблочная Янтарная

Различают титруемую, летучую и активную (водородный показатель) кислотность. Титруемая кислотность — сумма содержащихся в сусле и вине кислот и их кислых солей, которые оттитровываются раствором щелочи до приведения рН к 7,0. (нейтраль). Выражается в граммах (требуемой щелочи) на литр. Летучая кислотность — показатель, характеризующий количество кислот, перешедших в отгон с водяным паром и оттитрованных раствором щелочи. Более чем на 90% - уксусная кислота. Активная кислотность — показатель, характеризующий концентрацию водородных ионов. Выражается показателем pH.


Винодельческий процесс, в ходе которого яблочная кислота, которая имеет очень выраженный резкий вкус, превращается в менее жгучую молочную кислоту, и придает вину нежный маслянистый оттенок вкуса. Инициируется путем добавления специфических бактерий. Малолактическая ферментация производится по окончании первичной ферментации и особенно часто используется при производстве красных вин и вин из сорта Шардоне.

При проведении малолактической ферментации кислотность вина снижается не только субъективно, но и объективно изменяется показатель PH. Поэтому для вин с недостаточной кислотностью проведение МЛФ не рекомендуется или должно быть компенсировано добавлением соответствующего количества винной кислоты.

Малолактическая ферментация


Ацетальдегид – яблоки, свежесть зависит от концентрации Кумариновые кислоты – травянистые ноты, сено Диацетил – сливочное масло, сметана Бутиролактон - масло A- и B-иононы – фиалка Энантовый эфир – винный запах Этилацетат – уксус, клей для пластика, удалитель лака для ногтей Амилацетат – банановая жвачка Диметилсульфид – капуста, спаржа, консервированная кукуруза

Набор вторичных ароматов в вине сильно зависит от исходного сорта винограда и расы дрожжей использованной для ферментации. Вторичные ароматы частично замещают собой первичные ароматы и вместе с ними в процессе хранения готового вина заменяются третичными ароматами – ароматами выдержки.

Вторичные (ферментационные) ароматы вина


Холодная стабилизация - охлаждение вина до низких (около 0 градусов) температур, приводящее к выпадению виннокислых солей, что делает вино стойким против дальнейшего осаждения солей винной кислоты и нарушения равновесия его состава, которое может произойти под влиянием понижения температуры помещения. Вызывая коагуляцию белковых и пектиновых веществ и выделяя их в осадок, холод производит своего рода оклейку вин. Коагулированный пектин и белки увлекают за собой взвешенные в вине мельчайшие частицы различных веществ и самые разнообразные бактерии, споры плесеней и другие микроорганизмы, всегда находящиеся в вине.

Холодная стабилизация

Хранение вина

В процессе выдержки в вине продолжают идти химические реакции. Накапливаются продукты окисления — альдегиды, хиноны, флобафены, меланин, меланоидины и другие соединения.

Красящие вещества разрушаются, вино меняет цвет: красное – в сторону охряно-кирпичного, белое – через насыщенно золотистый в янтарный.

Кислоты в выдержанном вине частично переходят в связанную форму (сложные эфиры), что проявляется в характерной «мягкой» кислотности старых вин.

К числу оттенков аромата, которые приобретаются различными винами с выдержкой относятся тона кожи, замши, табака, сигарного ящика, карамели, засахарившегося варенья, паслена, томатной ботвы, бальзамические ноты. В десертных винах проявляются плотные медовые оттенки, тона сухофруктов. В некоторых сортах, склонных к образованию триметил-дигидро-нафталина – тона нефти, керосина, вазелина.

Третичные ноты – букет вина


Эфиры и эфиризация вина

Эфиры образуются при реакции спиртов и кислот.

Реакция называется “этерификацией”

Большинство эфиров имеет фруктовую ароматику и содержится в большом количестве продуктов..


Окислительные реакции в вине

При контакте с кислородом:

Изменяется цвет вина – белые вина темнеют, красные приобретают кирпичные тона

Фруктовые ароматы ослабевают

Возникают оттенки:

– Сушеного или прелого яблока (ацетальдегид)

– Лесного или грецкого ореха

– Уксусные тона (уксусная кислота)

– Древесная труха

– Жидкости для удаления лака (этилацетат)


2012 2007

Окислительные реакции в вине

этиловый спирт

перекись водорода

ацетальдегид вода

Общая схема химических окислительных реакций в вине

Дефекты вина

Осадок, как таковой, дефектом или болезнью вина не является – в процессе хранения вина растворимость некоторых веществ, в основном производных винной кислоты, значительно падает и эти вещества выпадают в бутылке в виде малорастворимого кристаллического осадка.

В то же время в молодых винах наличие осадка может свидетельствовать о неправильном хранении вина: для вин моложе 3-5 лет это почти всегда означает, что бутылка была сильно охлаждена (до температур около 0 градусов), что инициировало выпадение солей в осадок.

Решение о подаче бутылки принимается по результатам дегустации сомелье. Если бутылка допускается к подаче – вино необходимо декантировать.

Болезни и дефекты вина - осадок

Виноградная кожица в числе прочих ароматических соединений содержит ряд соединений (тиолы/меркаптаны) с химических состав которых входит сера. При определенных условиях (высокая температура, высокая скорость брожения, существенный недостаток азотистых веществ, сорт винограда склонный к данному явлению) в процессе выдержки вина в бочке или бутылке, в сосуде может возникать неприятный запах, схожий с запахом горелых спичек, несвежих яиц и т.д.

Данная проблема называется редукцией вина. В некоторых случаях вино можно «спасти» посредством длительной аэрации в декантере. Дополнительно можно поместить в декантер медный или покрытый медью предмет – медь быстро связывает и осаждает свободные соединения серы, устраняя причину неприятного запаха.

Болезни и дефекты вина - редукция


Brettanomyces (бреттаномицес) - дрожжи широко распространеные в природе. При брожении они образуют в вине различные эфиры.

В определенном количестве способны усложнять и улучшать букет вина, но зачастую бреттаномицесы вырабатывают ароматические компоненты, которые однозначно свидетельствуют об их присутствии: 4-этилфенол (4-ЕР), 4-этилгваякол (4-ЕG), а также изовалериановую кислота, среди других менее заметных компонентов.

“Уникальный” – самое подходящее определение для описания этих ароматов. В лучшем случае можно назвать их “пряный” и “запах кожи”. При бóльших концентрациях - это «запах скотного двора» и «лошадиный пот», в тяжелых случаях «мокрая собака» или даже “нечистоты”.

Важнейшим навыком для сомелье является умение отличать этот дефект от «пробковой болезни», поскольку это проблема не отдельной бутылки, а всей партии вина и заменять бутылку на другую такую же бессмысленно. Клиенту нужно предлагать другое вино.

Болезни и дефекты вина - бреттаномисес

Дубовая пробка, используемая для укупорки вина, является натуральным природным материалом – корой пробкового дуба. В процессе ее роста на дереве в ее складках могут жить и размножаться различные микроорганизмы. В процессе их жизнедеятельности может образовываться вещество трихлоранизол, обладающее неприятным запахом и легко обнаруживаемое.

Данная проблема носит название «пробковой болезни». По статистике от 3 до 5% всего вина, укупоренного натуральной пробкой, становится жертвой этой болезни. Вино приобретает запах мокрого картона, пота, затхлой воды, скотного двора, скисшего молока. Проблема может быть частично ослаблена фильтрованием через воронку с гранулами полиэтилена. На практике – под замену бутылки.

Болезни и дефекты вина- пробковая болезнь (корк)


Одним из самых опасных для вина веществ является кислород воздуха. Вступая в контакт с вином кислород вызывает окисление спиртов и эфиров, приводя к накоплению в бутылке большого количества ацетальдегида – вещества, запах которого в малой концентрации напоминает красное яблоко, а с повышением количества становится неприятным, более походя на прелое и даже подгнившее яблоко.

Окисление является естественным процессом в вине, и является основным фактором «умирания» вина с возрастом. Проблема не устранима.

Болезни и дефекты вина - окисление


Плесневый вкус вина может получиться если взяты для виноделия гнилые и заплесневевшие фрукты, либо если бочки и посуда были покрыты плесенью и плохо очищены от нее перед наполнением их суслом. Проблема не исправима.

Молочное скисание вина состоит в том, что в вине поселяются молочнокислые бактерии, которые превращают сахар в молочную кислоту. Благодаря этому вместо вина получается кислый напиток, хуже кваса. Эта болезнь совершенно неизлечима, и подвергаются ей малокислотные плодовые вина, содержащие сахар.

Уксусное скисание вина совершенно неизлечимая болезнь, выражающаяся в том, что поселившиеся в вине особые бактерии начинают размножаться и уничтожать спирт, превращая его в уксусную кислоту. При этом вино теряет свою крепость, становясь острокислым на вкус, и на поверхности вина образуется белая пленка, как при цветении вина.

Болезни и дефекты вина - другие


Химия вина750ml.ru/lectures/other/chemistry_of_wine.pdf · 4. Сивушные масла...

Documents