Исследование осадков мадеры с применением методов электронной микроскопии
В. Е. Андреева; Н. М. Агеева, д-р техн. наук, профессор
Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства
Ключевые слова: мадера, экстракт древесины дуба, ускоренная мадеризация, сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)
Key words: Madera, oak extract, express maderizatsiya, scanning electron microscopy SEM
Специальные вина относятся к особой группе винодельческой продукции. При их производстве используют этиловый спирт, разрешено вносить высокоэкстрактивные материалы: экстракты древесины дуба, семян винограда, виноградных гребней. Внесение этих компонентов в виноматериалы, как правило, сопровождается образованием осадков. Полисахариды, фенольные и азотистые вещества, входящие в их состав, являются наиболее значимыми при возникновении помутнений. Они, соединяясь с анионами, ионами металлов (калия, кальция, меди, железа), образуют высокомолекулярные полимерные образования, коллоидные и кристаллические помутнения.
Для вин типа мадеры, имеющих оригинальный характерный вкус со специфическими эфирно-альдегидными тонами, оттенками ржаной корочки и каленого ореха, внесение вспомогательных экстрактивных материалов служит положительным моментом. При этом происходит интенсификация физико-химических процессов, обогащение вина сложными ароматическими продуктами. Однако добавление экстрактов зачастую сопровождается образованием помутнений, причиной которых могут быть компоненты самого экстракта или продукты их взаимодействия с химическими соединениями вина.
Мадера относится к высокоокисленным винам, и воздействие кислорода в технологии его получения — один из решающих факторов формирования специфических тонов во вкусе и аромате. Выдержка в дубовых бочках или в присутствии древесины дуба способствует обогащению вина ценными компонентами трансформации древесины дуба, позволяет развиться соответствующему вкусу и аромату. В режимах сильного окисления компонентов древесины дуба образуются конденсированные фенолы, кроме того, экстрагируются минеральные соединения древесины дуба и составляющие целлюлозы. При этом часть веществ — продуктов конденсации и полимеризации, выпадает в осадок.
В связи с этим цель работы — исследовать состав осадков мадеры и дубовых экстрактов, используемых при ее производстве, установить их влияние на типичность и стабильность вина.
В качестве объектов исследований использовали 10 образцов мадеры, приготовленных по классической и ускоренной технологии (с применением экстрактов древесины дуба, полученных по [1]). В отдельных экспериментах использовали коммерческие дубовые экстракты фирмы Laffort.
б
Рис. 1. Микрофотографии осадков, выделенных из экстракта древесины дуба, где 1 — полифенольные соединения; 2 — кристаллы K и Ca; 3 — полисахаридное образование; 4 — структура древесины
Для идентификации состава осадки тестировали на склонность к помутнениям коллоидной природы, предварительно отделив их путем центрифугирования при 3000 об/мин в течение 10 мин, затем промывали раствором спирта. Идентифицировали микроскопическую картину осадков в образцах реакцией с растворами НС1, H2SO4 и NaOH.
Для изучения структуры и состава осадков, выделенных на стадии экстрагирования древесины дуба и мадеризации виноматериала, представляют интерес методы сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), позволяющие идентифицировать как отдельные компоненты осадка, так и полимерные комплексы. Для проведения экспериментов использовали оборудование ЦКП «Нанотехнологии ЮРГТУ (НПИ)» — сканирующий электронный микроскоп Quanta 200.
По результатам исследований при добавлении раствора НС1 (1 %) к осадку, выделенному после экстрагирования, отмечено частичное его растворение с образованием аморфных частиц двух видов — светлых и темных. Темные частицы — агломераты, покрытые фенольными соединениями, светлые — вещества, не взаимодействующие с фенолами. Частичное растворение осадка свидетельствует о присутствии комплексных соединений. При добавлении щелочи осадок растворился частично, что свидетельствует о наличии конденсированных фенолов, дающих с реактивом Фолина —Чокальтеу сине-зеленое окрашивание. Содержание фенольных веществ в осадке достигало 6500-8100 мг/дм3.
В осадке, выделенном после классической мадеризации, при микроскопировании были выявлены точечные включения темно-коричневого цвета, представляющие собой окисленные формы фенольных соединений. Содержание фенольных веществ в мадеризованных виноматериалах составляло 1000-1500 мг/дм3 и снизилось к окончанию мадеризации до значений 220-400 мг/дм3. Это позволяет считать, что фенольные соединения составляют основную долю осадка.
На микрофотографиях осадков экстрактов древесины дуба (рис. 1, а), видны темные слоистые образования с включением частиц различного вида. Осадок состоит в основном из веществ полифенольной природы. В нем присутствуют микрочастицы древесины, ставшие центрами кристаллообразования, на которых формируются кристаллы калия, кальция и полисахариды.
На рис. 2 показаны осадки, выделенные из вина после мадеризации по классической и ускоренной технологии. Они представляют собой аморфную массу с включением кристаллов (рис. 2, а и 2, в) и органического вещества. При этом отмечается однородность состава осадка при классическом способе мадеризации (2, в): он представлен преимущественно полифенолами и биополимерами с участием полифенолов. В осадках мадеры, произведенной по ускоренной технологии (2, а) идентифицированы отдельные крупные аморфные частицы, образованные биополимерами также с участием полифенолоа.
Под действием излучения микроскопа в исследуемом осадке образовались черные точки — обуглившиеся частицы природного вещества (рис. 2, б). Кроме того, более четко проявились кристаллы кальциевых солей (рис. 2, а; 2, б; 2, г — белые точки). По мере увеличения продолжительности воздействия излучения микроскопа наблюдалось существенное изменение поверхности частиц (рис. 2, б и 2, г), что согласуется с данными [1] о лазерном воздействии: обугливается органическая составляющая осадка, более четко просматриваются кальциевые соли.
Рис. 2. Микрофотографии осадков, выделенных из мадеры, полученной по ускоренной (а, б) и классической технологии (в, г)
Рис. 3. Микрофотографии осадков, выделенных из мадеры (а) и сухого экстракта древесины дуба фирмы Laffort (б)
Микрофотографии отражают идентичность соединений, образующихся в процессе мадеризации по ускоренной (рис. 2, а, 2, б), классической (рис. 2, в; 2, г) технологии и при добавлении при мадеризации коммерческого экстракта фирмы Laffort (рис. 3, б). На всех снимках видна полифенольная структура осадков с включением кристаллов кальциевых солей, что также выявлено стандартными тестами для идентификации помутнений. Сравнивая структуру и состав осадков, полученных в результате мадеризации, можно судить о глубине протекания процесса и участии в нем различных компонентов вина и древесины дуба.
Согласно полученным результатам, идентификация осадков с применением методом электронной микроскопии дает широкое представление об их структуре и составе, что совпадает с данными, полученными путем тестирования с применением стандартных тестов.
Выводы.
Исследуя осадки на различных технологических стадиях можно рассмотреть глубину прохождения реакций окисления с образованием осадка. Выявление катионов металлов позволит подобрать методы обработки для предотвращения как кристаллических, так и коллоидной помутнений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андреева В.Е. Режимы активации дубовой клепки и накопление ароматических компонентов в экстрактах из нее/В.Е. Андреева, Н.М. Агеева// Научные труды «Высокоточные технологии производства, хранения и переработки винограда», Краснодар, 2010. Т. 2. 0.137-142.
