МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

(образован в 1953 году)

_________________________________________________________

Кафедра технологии бродильных производств и виноделия

Дистанционное

обучение

Винод.-8.22.2705.очн.плн

Винод.-8.22.2705.зчн.плн

Винод.-8.22.2705.зчн.скр

Винод.-8.22.2705.вчр.плн

Панасюк А.Л., Жирова В.В., Розправкова О.В., Лилье М.В., Богатырева Е.В.

Химия отрасли

Часть 2

Учебно-практическое пособие для студентов специальности 2705 – «Технология бродильных производств и виноделия»,

специализация – 27.05.02 – «Технология виноделия»

всех форм обучения

www.msta.ru

4518

Москва – 2004

УДК 663.2

© Панасюк а.Л., Жирова в.В., Розправкова о.В., Лилье м.В., Богатырева е.В. Химия отрасли. Учебно-практическое пособие. – м.,мгуту, 2004

В учебно-практическом пособии авторы в кратком и систематическом виде изложили содержание курса Химия отрасли. Особое внимание уделено рассмотрению химического состава винограда и вина, а также стадиям производства. После каждой темы даны вопросы и тесты, позволяющие контролировать степень усвоения материала.

Пособие предназначено для студентов специальности 2705 – «Технология бродильных производств и виноделия», специализации – 27.05.02 – «Технология виноделия» всех форм обучения.

Авторы: Панасюк А.Л., Жирова В.В., Розправкова О.В., Лилье М.В., Богатырева Е.В.

Рецензенты: Белоусова И.Д. - к.т.н. доцент, ООО"Олимп-Империал";

Шнайдер М.А. - к.х.н., профессор, ООО "Салют".

Редактор: Свешникова Н.И.

© Московский государственный университет технологий и управления, 2004

109004, Москва, Земляной вал, 73

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Витамины 4

1.1. Водорастворимые витамины 4

1.2. Жирорастворимые витамины 12

1.3. Технологическое значение витаминов 13

Вопросы для самоконтроля по теме: 13

Тесты по теме: 14

Глава 2. Ароматообразующие вещества винограда и вина 15

2.1. Эфирные масла 17

2.2. Другие ароматообразующие вещества 22

2.2.1. Спирты вина 26

2.2.2. Альдегиды вина 29

2.2.3. Эфиры 33

2.2.4. Липиды 35

Вопросы для самоконтроля по теме: 36

Тесты по теме: 36

Химические процессы, протекающие при производстве вина 37

Глава 3. Ферментация сырья 37

3.1. Дробление сырья (яблок, виноградной ягоды) 37

3.2. Мацерация 39

Вопросы для самоконтроля по теме: 40

Тесты по теме: 40

Глава 4. Образование вина 41

4.1. Механизм спиртового брожения 42

4.2. Механизм образования вторичных продуктов брожения 44

4.3. Механизм образования побочных продуктов брожения 47

Вопросы для самоконтроля по теме: 51

Тесты по теме: 52

Глава 5. Формирование вина 52

5.1. Яблочно-молочное брожение 52

5.2. Автолиз дрожжей 54

Вопросы для самоконтроля по теме: 55

Тесты по теме: 55

Глава 6. Созревание и старение вина 56

6.1. Окислительно-восстановительные процессы 56

6.2. Реакции этерификации 65

6.3. Сахароаминные реакции (карбониламинные, меланоидинообразования) 66

6.4. Реакции полимеризации и поликонденсации 67

6.5. Реакции гидролиза 70

6.6. Химические превращения компонентов вина при созревании и старении 70

Вопросы для самоконтроля по теме: 72

Тесты по теме: 72

Глава 7 - Отмирание вина 73

Вопросы для самоконтроля по теме: 73

Тесты по теме: 73

Тесты по дисциплине: 73

Ответы на тестовые задания: 74

Ответы на тестовые задания по дисциплине: 74

Таблица 1. Химические процессы, протекающие при производстве вина 75

Глава 1. Витамины

Витамины являются сравнительно низкомолекулярными соединениями различного состава. Они разделяются по признаку растворимости на две большие группы.

ВИТАМИНЫ

Водорастворимые Жирорастворимые

(растворимые в воде) (растворимые в жирах)

1.1. Водорастворимые витамины

Из числа водорастворимых витаминов в винограде содержатся витамины группы В (тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, пиридоксин, ниацин), витамин Р, витамин С (аскорбиновая кислота), витамин Н, витамин мио-инозит и другие.

Витамин В₁ (тиамин)

Тиамин является сложным соединением, содержащим пиримидиновое и тиазоловое кольца. Препараты этого витамина получают в виде солей с HСl или HВr :

CH₂ Cl

N N⁺ CH₃

N NH₂ CH₂-CH₂-OH

CH₃ HCl S

тиамин

При нагревании в нейтральной или щелочной среде быстро разрушается, также как при действии сернистого ангидрида.

Пирофосфорный эфир этого витамина служит коферментом пируватдекарбоксилазы и ферментов, катализирующих декарбоксилирование кетокислот, являющихся промежуточным продуктом превращения углеводов в живых тканях. В частности, при спиртовом брожении тиамин участвует в реакциях превращения пировиноградной кислоты в ацетальдегид и СО₂, конденсации ацетоина и образовании 2,3-бутандиола.

Ранние симптомы недостатка тиамина заключаются в нарушении нервной системы- недостаточная концентрация внимания, бытрая умственная и физическая утомляемость, плохом аппетите, а также падение веса. При этом повышается содержание пировиноградной кислоты в крови и моче. При дальнейшем развитии болезни наблюдаются болевые ощешения в ногах, заболевание периферической нервной системы (полиневрит), параличи, одышка. В странах Юго-восточной Азии полиневрит получил название болезни бери-бери.

Витамин В₂ (рибофлавин)

Имеет следующее строение:

CH₂-(CHOH)₃-CH₂OH

CH₃ N N

CO

CH₃ N CO NH

Рибофлавин

В природе рибофлавин синтезируется растениями (в основном в листьях) и многими микроорганизмами, в том числе дрожжами при брожении. Дрожжи особенно богаты этим витамином. Рибофлавин способен присоединять водород по месту двойных связей, превращаясь в бесцветное лейкосоединение, которое в соответствующих условиях отдает водород и снова превращается в рибофлавин. Это свойство обусловливает участие рибофлавина, входящего в флавиновые ферменты, в ОВ-прцессах. Флавиновые ферменты содержатся в простетической группе либо флавинмононуклеотид - ФМН (соединение рибофлавина с фосфорной кслотой), либо флавинадениндинуклеотид - ФАД (соединение флавинмононуклеотида с молекулой адениловой кислоты).

Восстановленные формы флавиновых ферментов могут передавать свой водород не только кислороду воздуха, но и полифенолоксидазной или цитохромной системам.

Недостаток в пище рибофлавина вызывает нарушение аппетита, падение веса, слабость, резь в глазах, болезненные ощущения в слизистых оболочках рта.

Витамин РР (ниацин, никотиновая кислота)

Является антипелларгическим витамином:

COOH CONH­₂­

N N

Никотиновая кислота Никотинамид

Свойствами витамина обладают два вещества - никотиновая кислота и ее амид. Нкотинамид в виде простетической группы входит в состав ферментных систем. Никотиновая кислота превращается в никотинамид в процессе обмена веществ в организме. Растворы никотиновой кислоты и ее амида выдерживают автоклавирование и нагревание до температуры кипения без потери витаминной активности.

Растения и многие микроорганизмы, а также некоторые расы винных дрожжей синтезируют этот витамин. Физиологическая роль витамина РР заключается в том, что он входит в состав коферментов ряда анаэробных дегидрогеназ. В виде коферментной формы - НАД (никотинамидадениндинуклеотид). Никотинамид играет чрезвычайно важную роль в процессе спиртового и молочнокислого брожения, а также в процессе дыхания и фотосинтеза. Присоединяя к себе одну молекулу фосфорной кислоты, НАД переходит в трифосфопиридиннуклеотид - НАДФ, который является также коферментом и других анаэробных дегидрогеназ.

Отсутствие или недостаток никотиновой кислоты в пище приводит к заболеванию, которое называется пеллагра. Характерными симптомами этой болезни являются поражение кожи, психические расстройства.

Витамин В₆ (пиридоксин)

Важнейшим соединением, обладающим свойствами данного витамина, является пиридоксин, который имеет следующее строение:

НО CH₂ОН

N

СН₃

Пиридоксин

Его биосинтез осуществляется растениями и многими микроорганизмами. Для винных дрожжей он является фактором роста. Если при спиртовом брожении в среде нет пиридоксина, то синтез глицерина и янтарной кислоты может приостановиться.

Производные пиридоксина - пиридоксаль, пиридоксамин и фосфопиридоксаль - имеют непосредственное отношение к метаболизму белковых веществ. Фосфопиридоксаль является коферментом декарбоксилаз АМК, а также участвует в переносе аминогруппы с АМК на кетокислоты, т.е в реакции переаминирования.

Отсутствие или недостаток пиридоксина в пище приводит к нарушениям белкового обмена и синтеза жиров в животном организме.

Витамин В₃ (пантотеновая кислота)

CH₃

пантотеновая кислота

НО-СН₂-С-СНОН-СО-NH-(CH₂)₂-COOH

CH₃

Ее синтез осуществляется зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами, в том числе дрожжами при брожении.

Важнейшей биокаталитической функцией пантотеновой кислоты является участие ее в реакциях в составе кофермента А. В животных тканях и клетках бактерий большая часть пантотеновой кислоты содержится именно в виде кофетмента А, участвующего в реакции ацетилирования. Пантотеновая кислота является одним из важнейших факторов роста винных дрожжей. При спиртовом брожении отсутствие этого витамина усиливает глицеропировиноградное брожение.

Недостаток пантотеновой кислоты в пище вызывает у животных задержку роста, поражение кожи, нарушение деятельности нервной системы и желудочно-кишечного тракта.

Витамин Н (биотин)

С=O

HN NH

HC CH

H₂C CH-(CH₂)₄-COOH

S

Биотин

В больших количествах этот витамин содержится в бобовых. Биотин - составная часть биоса - вещества, оказывающего влияние на рост дрожжей и ряда других микроорганизмов. Входит в состав активных групп ферментов, катализирующих превращения некоторых АМК, а также карбоксилирование жирных кислот, т.е. присоединение диоксида углерода и удлинение углеродной цепочки жирной кислоты. При спиртовом брожении биотин снижает интенсивность глицеропировиноградного брожения и количество янтарной кислоты.

Недостаток биотина в диете приводит к поражениям кожи и ногтей, выпадению волос.

Витамин В₉ (фолиевая кислота)

В природе встречаются несколько биологически активных соединений, обладающих В₉-витаминной активностью: птероилтриглютаминовая, птероилгептаглютаминовая, птероиновая, фолиевая кислоты:

OH HC=O

N N CH₂ HN- -CONH-CH-COOH

H

H (CH₂)₂-COOH

N NH H

NН₂

В качестве кофермента фолиевая кислота занимает важное место в обмене одноуглеродных соединенй - остатков формальдегида, муравьиной кислоты, метильных и оксиметильных групп. Фолиевая кислота участвует в биосинтезе пуриновых оснований, некоторых пиримидиновых оснований, АМК (серина, гистидина, метионина). Под действием света витамин разрушается. Он является фактором роста ряда бактерий (в частности, молочнокислых).

Недостаток фолиевой кислоты у животных вызывает задержку роста, анемию, авитаминоз. Она оказывает благоприятной терапевтическое действие при лечении некоторых тяжелых форм анемии.

Витамин В₁₂ (цианокобаламин)

Витамин В₁₂ объединяет группу веществ, которые являются комплексными соединениями трехвалентного кобальта. Важнейшим представителем этой группы является цианокобаламин.

Витамин В₁₂ синтезируется некоторыми микроорганизмами. Он проявляет биологическую активность в количествах, примерно в 100 и 1000 раз меньших, чем другие витамины. Является катализатором реакций, связанных с кроветворением, катализирует реакции синтеза коферментов, n-аминобензойной и фолиевой кислот, а также гликозидов из углеводов и аминов. Считают, что витамин В₁₂ участвует в биосинтезе нуклеиновых кислот.

Цианокобаламин эффективен при лечении различных форм анемии, в том числе так называемой злокачественной анемии.

Мио- инозит (мезо-инозит)

Это шестиатомный циклический спирт, шроко распространен в растительных и животных продуктах.

H H

H OH

HO OH

OH H

HO H

H OH

Роль мио-инозита в процессах обмена веществ еще полностью не установлена. Было показано, что он входит в фермент -амилазу. Является фактором роста дрожжей, в том числе винных. Отсутствие витамина тормозит образование глицерина и янтарной кислоты при спиртовом брожении. Кальций-магниевая соль инозитфосфорной кислоты (соединение мио-инозита с шестью молекулами фосфорной кислоты) - фитин - используется в виноделии для удаления из вина железа.

При недостатке инозита происходит остановка роста (у мышей - выпадение шерсти).

Витамин Н (n-аминобензойная кислота)

Витамин является фактором роста многих микроорганизмов, входит в состав фолиевой кислоты.

COOH

NH₂

n-аминобензойная кислота

Данный витамин необходим для роста и обеспечения выживаемости молодых животных.

Витамин С (аскорбиновая кислота)

Важнейшим соединением, обладающим С-витаминной активностью, является аскорбиновая кислота, которая представляет собой лактон 2,3-дикетогулоновой кислоты. В растениях витамин С может находиться также в окисленной форме в виде дегидроаскорбиновой кислоты, которая обладает таким же биологическим действием.

О=С О=С

НО-С С=О

О -2Н О

НО-С С=О

НС Н-С

СНОН СНОН

СН₂ОН СН₂ОН

Аскорбиновая Дегидроаскорбиновая

кислота кислота

Растворы аскорбиновой кислоты обладают сильным редуцирующим действием. Она используется в виноделии совместно с сернитсым ангидридом для предотвращения окисления вин. В присутствии следов металлов (Cu, Fe, Ag), а также в щелочной среде аскорбиновая кислота быстро окисляется до продуктов, не обладающих биологической активностью. Ряд ферментов также окисляет аскорбиновую кислоту в присутствии молекулярного кислорода.

Роль аскорбиновой кислоты определяется ее участием в ОВ-процессах, протекающих в живой клетке, и связана с возможностью легкого перехода ее в дегидроаскорбиновую кислоту при потере двух атомов водорода и обратного восстановления.

Недостаток ее в организме приводит к возникновению цинги.

Холин

Является производным гидроксида аммония NH₄ОH:

[CH₂(OH)-CH₂-N(CH₃)₃]OH

Регулирует жировой обмен в животном организме. Входит в состав лецитинов.

Витамин Р (цитрин)

ОН

НО ₈ О ₁ В ОН

_{7 2}

А С

_{6 3}

_{5 4}

ОН

ОН

Н₂С-О--

=О

НО-СН

О

Р-витаминной активностью обладает ряд растительных веществ, близких по своей химической природе и относящихся к группе фенольных веществ - флавоноидам. Лейкоантоцианы могут также образовывать с аскорбиновой кослотой комплекс, который в организме ведет себя как витамин С₂, способствующий проникновению аскорбиновой кислоты в клеткУ.

Р-витаминная активность полифенолов зависит от содержания в них гидроксильных групп. Наиболее активны соединения, обладающие пирогалловыми гидроксильными группами, затем - пирокатехины и далее - монофенолы. Красные сорта винограда наиболее богаты веществами с Р-витаминной активностью.

Р-комплекс ряда веществ способствует укреплению стенок капиллярных сосудов в организме.

* * * * *

Многие водорастворимые витамины находятся как в свободном, так и в связанном (например, в форме коферментов) состоянии. Содержание витаминов в винограде зависит от сорта, места его произрастания, почвы, климатических условий, агротехнических приемов. Так, красные сорта винограда, как правило, более богаты витаминами, чем белые. Сок столовых сортов богат мезо-инозитом по сравнению с техническими сортами. В винограде сортов более позднего созревания накапливается больше тиамина и рибофлавина и меньше ниацина.

При созревани винограда содержание большинства витаминов увеличивается (ниацина, мезо-инозита, n-аминобензойной кислоты, витаминов В₆, В₃, С, Р). Содержание в винограде тиамина и рибофлавина сначала увеличивается, а затем снижается. Содержание биотина при созревании уменьшается.

При получении сусла часть витаминов теряется (не извлекается из кожицы и семян или сорбируется ими). Для некоторых витаминов (например, рибофлавина) эти потери достигают 50%. Вместе с тем сравнение оптимально минимальных доз витаминов группы В для дрожжей показывает, что виноградное сусло может полностью удовлетворить в них потребность дрожжей в процессе брожения.

Содержание витаминов в сусле существенно изменяется при брожении. Винные дрожжи могут как потреблять, так и синтезировать некоторые витамины. Направление этих процессов зависит от состава среды, расы дрожжей, фазы их развития. Как правило, витаминов в винах всегда меньше, чем в сусле. Содержание их может колебаться значительно в зависимости от типа вин. Так, красные вина обычно более богаты витаминами, чем белые, поскольку в процессе изготовления наблюдается экстракция витаминов из кожицы и семян. Вместе с тем длительный контакт с мезгой может привести к снижению содержания некоторых витаминов (например, тиамина, мезо-инозита) вследствие сорбции на твердых частях ягод.

Крепкие десертные вина богаче витаминами, чем сброженные “насухо”, однако настаивание их после брожения на дрожжах приводит к обогащению вин витаминами, переходящими из дрожжей при их автолизе. В результате содержание некоторых витаминов - биотина, ниацина, пиридоксина - может превосходить первоначальное их количество в виноградном сусле.

Обработка вин адсорбентами, а ткаже ионитами значительно влияет на содержание витаминов. Так, бентониты снижают почти в 2 раза содержание рибофлавина, пиридоксина, ниацина, биотина. При катионировании вин удаляется до 60% пиридоксина, до 20% никотинамида, почти 50% никотиновой кислоты. При выдержке вина содержание в нем витаминов уменьшается. По имеющимся данным, одним из наиболее устойчивых витаминов является ниацин: в старых винах его часто находят в таких же количествах, как и в молодых.

1.2. Жирорастворимые витамины

К жирорастворимым витаминам относятся витамины групп А, D, E и К. В винограде и вина найдены каротиноиды, являющиеся провитаминами витамина А. Известны -, -, -каротины.

Каротины

Легко образуют пероксиды, в которых молекула кислорода присоединяется по месту двойной связи и затем может легко окислять различные вещества. Они играют важную роль в процессах фотосинтеза, дыхания и роста растений.

В винограде обнаружены в последнее время 17 каротиноидов. Отмечают, что по содержанию -каротина виноград превосходит многие плоды.

Недостаток производных каротина в организме приводит к нарушению роста, понижению стойкости к заболеваниям, ослаблению зрения (куриная слепота).

Витамин Е (токоферол)

Представлен четырьмя изомерами - -, -, - и -токоферолами. Высокая активность присуща -токоферолу. Важным свойством токоферолов является способность предохранять растительные масла от окисления (антиоксидантные свойства). -токоферол в вине не обнаружен.

Недостаток этого витамина в животном организме приводит к нарушению половой функции и нервно-мышечным расстройствам у приплода.

1.3. Технологическое значение витаминов

Витамины активно участвуют в ферментативных процессах, проходящих на разных этапах приготовления вин. В связи с этим они играют важную роль в формировании органолептических качеств молодого вина, входя в состав ферментов, катализирующих процессы обмена углеводов, азотистых веществ, жирных кислот, ОВ-процессы. Шесть витаминов группы В являются основными факторами роста дрожжей: инозит (витамин В₈), биотин (витамин В₇), пантотеновая кислота (витамин В₃), тиамин (витамин В₁), пиридоксин (витамин В₆), никотиновая кислота (витамин РР). Наличие в сусле этих витаминов определяет нормальный ход брожения.

Важное технологическое значение имеет аскорбиновая кислота (витамин С) как средство предупреждения окисления вина. Она нашла применение в шампанском производстве.

Витамины группы В в качестве коферментов участвуют в биосинтезе и превращении АМК (витамины В₆ и В₁₂), жирных кислот (пантотеновая кислота), пуриновых и пиримидиновых оснований (фолиевая кислота).

Рассматривая количественные содержания витаминов в винограде и винах, можно отметить, что в винограде только витамины С, Р инозит могут обеспечить потребность человека в витаминах. В винах лишь вещества, обладающие Р-витаминным действием представляют интерес для питания человека. При этом наибольшая Р-витаминная активность наблюдается у катехинов (особенно галлокатехина) и лейкоантоцианов, богатых гидроксильными группами. Менее активны флавонолы и антоцианы.

Наибольшей Р-витаминная активностью характеризуются молодые красные вина, содержащие весь комплекс биологическм активных полифенолов (~1 г/л). При выдержке вина происходит интенсивное окисление полифенолов, особенно катехинов, содержание гидроксильных групп в них снижается и соответственно уменьшается Р-витаминная активность. В белых винах Р-витаминной активностью обладают лейкоантоцианы и флавонолы.

Вопросы для самоконтроля по теме:

1. На какие группы делятся витамины?

2. Какие витамины относятся к водорастворимым?

3. Какие витамины являются основными факторами роста дрожжей?

4. Какой активностью характеризуются молодые красные вина?

5. Каким действием обладает аскорбиновая кислота?

6. Какие витамины относятся к жирорастворимым?

7. Технологическое значение витаминов?

Тесты по теме:

1. Витамины бывают:

А) Только жирорастворимые; Б) Жирорастворимые и водорастворимые; В) Только водорастворимые; Г) Нерастворимые.

2. Средством предупреждения окисления вина, является:

А) Витамин Р; Б) Витамин В; В) Витамин А; Г) Витамин С.

3. Молодые красные вина характеризуются:

А) С-витаминной активностью; Б) В-витаминной активностью; В) Р-витаминной активностью; Г) А-витаминной активностью.

4. Основными факторами роста дрожжей, являются:

А) Витамины группы В; Б) Витамины группы С; В) Витамины группы А; Г) Витамины группы Е.

5. К жирорастворимым витаминам относятся:

А) В, С, Р; Б) А, Р, В; В) А, Д, Е, К; Г) А, Д, Е, В.