Определение железа 3 в белых винах

ВВЕДЕНИЕ 
 
 

         Вино - это напиток, созданный в результате полного или прерванного спиртового брожения сока свежесобранных винограда или плодово-ягодных культур, с последующей обработкой полученных виноматериалов. Белое вино готовится как из белых, так и из красных или розовых сортов винограда. Оно очень популярно и интересно. Качественное белое вино делают в сравнительно небольшом круге стран - Франция, Италия, Испания.

         Изготовление белых вин производится тем же способом, что и красных, но при этом обычно используют белые сорта винограда и сусло отделяют от кожицы плодов до начала брожения. Из ягод очень быстро и очень щадяще отжимается сок и сразу же удаляется мезга и примеси, что позволяет напитку осветлится [1].

        Белые вина богаты железом, которое ионизировано, и потому легко всасывается в стенки кишечника. Так что вино может быть заслуживающим внимания источником железа для человеческого организма. Также железо участвует во всех окислительно-восстановительных реакциях, имеющих особо важное значение для созревания вина. Но, в то же время, избыточное содержание железа в вине может вызвать так называемые дефекты вин, нежелательные изменения свойств вина, ухудшающие его качество. Именно поэтому актуальна проблема контроля за количеством железа, которое может содержаться в вине. Наиболее эффективным и сравнительно простым методом определения железа (III) является фотометрический метод анализа.

         Цель данной работы, состоит в том, чтобы оценить точность и чувствительность фотометрического метода определения железа (III) в белых винах. 
 
 

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНАЯ ЧАСТЬ 
 

1. Белые вина

         Белое вино — вино, изготавливаемое как из белых, так и из красных или розовых сортов винограда в условиях ферментации в отсутствие кожицы винограда. Именно отсутствие кожицы обуславливает светлый оттенок — сок мякоти ягод подавляющего большинства сортов винограда почти бесцветен. Для высококачественных белых вин используется только "самотек", для других же может применяться и "первый" и "второй пресс".

         Температуру брожения снижают до +13-20^oС. Длительное брожение при низкой температуре дает более тонкое, фруктовое вино.

         Разливают белое вино по бутылкам раньше, чем красное, обычно его не выдерживают в дубовых бочках более 1,5 лет.

         В процессе производства белых вин практически на каждой технологической стадии, начиная от обработки виноградного сусла до розлива готовой продукции в бутылки, многократно применяется процесс фильтрации. После прессования виноградной мезги и получения сусла его нужно осветлить, т.е. отделить механические взвеси. После брожения необходимо отфильтровать полученный виноматериал от дрожжевого осадка. Полученный виноматериал обрабатывают различными веществами, например, бентонитом, с целью его осветления и придания необходимых качеств. После этого процесса необходимо проводить фильтрацию. Вино охлаждают, чтобы придать ему стойкость к кристаллическим помутнениям. При этом происходит выпадение винного камня, который тоже надо отделить. В процессе приготовления купажей, во время перевозки или хранения в вине могут появляться различные помутнения. И каждый раз необходимо проводить фильтрацию. Перед розливом вина в тару делают контрольную фильтрацию. А если используется стерильный, холодный розлив, то необходимо фильтровать вино не только от механических примесей, но и от бактерий.

         С уверенностью можно отметить, что фильтрационные процессы являются основными при производстве белых вин [2]. 
 

2. Классификация белых вин

         Белые вина классифицируют по  различным признакам.

         По составу вина делят на  сортовые, вырабатываемые из одного  сорта винограда (допускается  до 15% винограда других сортов  того же ботанического вида), и  купажные, приготовляемые из смеси  сортов винограда.

         По качеству вина могут быть одинарными, выпускаемыми без выдержки через 3 месяца после переработки винограда, марочными, выдерживаемыми в бочках, бутах, эмалированных резервуарах не менее 1,5 года, и коллекционными – марочными винами, дополнительно выдержанными в бутылках не менее трех лет.

         По типам белые вина классифицируют  на столовые, крепленые, десертные, ароматизированные и вина насыщенные диоксидом углерода.

         Столовые вина, в свою очередь, делят на сухие, полусухие и полусладкие.

         Сухие вина готовят из белых сортов винограда путем полного сбраживания сусла, а также из красных и розовых сортов винограда, переработанных по белому способу. Цвет от светло-соломенного до темно-золотистого. Массовая концентрация этилового спирта 9-14%. Массовая концентрация сахара не более 0,3 г/100 мл.

         Полусухие вина готовят из  белых европейских сортов винограда,  переработанных по белому способу.  Цвет от светло-соломенного до  темно-золотистого. Массовая концентрация этилового спирта 9-14%. Массовая концентрация сахара не более 0,5-2,5 г/100 мл.

         Крепленые вина- это вина, полученные из белых, розовых и красных сортов винограда или их смеси путем неполного сбраживания сусла или мезги с последующим добавлением спирта. Допускается приготовление крепких вин купажированием сухих и крепленых виноматериалов с добавлением спирта и виноградного концентрированного сусла. Цвет от золотистого до янтарного. Массовая концентрация этилового спирта 17-20%. Массовая концентрация сахара не более 3-10 г/100 мл.

         Десертные вина делят на сладкие, полусладкие и ликерные.

         Полусладкие вина готовят из  белых, розовых или красных сортов винограда путем неполного сбраживания сусла и добавлением спирта. Цвет от светло светло-золотистого до темно-золотистого. Массовая концентрация этилового спирта 14-16%. Массовая концентрация сахара не более 5-12 г/100 мл.

         Сладкие вина приготовлены из  белых, розовых или красных  сортов винограда путем частичного  сбраживания сусла или мезги  с последующим добавлением спирта. Допускается приготовление вина купажированием виноматериалов. Цвет от светло-золотистого до темно-золотистого. Массовая концентрация этилового спирта 15-17%. Массовая концентрация сахара не более 14-20 г/100 мл.

         Ликерные вина готовят тем  же способом, что и вина десертные сладкие, но из винограда более высокой сахаристости. Допускается добавление концентрированного виноградного сока. Цвет от золотистого до янтарного. Массовая концентрация этилового спирта 12-16%. Массовая концентрация сахара не более 21-35 г/100 мл.

         Ароматизированные вина (вермуты) - это купажные вина, приготовленные  с добавлением этилового спирта, сахара и настоев частей различных  растений. Цвет от светло-золотистого  до темно-янтарного. Массовая  концентрация этилового спирта  16-18%. Массовая концентрация сахара не более 6-10 г/100 мл.

         Вина насыщенные диоксидом углерода (игристые) готовят из белых, мускатных, розовых или красных виноматериалов способом шампанизации в аппаратах-резервуарах или в бутылках. Цвет от светло-соломенного до золотистого. Массовая концентрация этилового спирта 9-13,5%. Массовая концентрация сахара не более 3-10 г/100 мл [3]. 
 

3. Химический  состав белых вин

         Виноградное белое вино имеет  сложный химический состав, в  нем обнаружено более 500 веществ различной химической природы.

         Количественно преобладающей частью вина является вода. В виноградном соке ее содержится 78-80% в зависимости от ампелографического сорта и степени зрелости винограда. В сухом вине воды больше, чем в исходном сусле, а в крепких и десертных меньше, чем в сухих.

         Органические кислоты винограда играют большую роль в формировании качества вина. Их общее содержание является одним из показателей пригодности винограда для выработки из него того или иного типа вина.

         Винная кислота образуется в  ягоде винограда в результате  неполного окисления сахаров. Она дает труднорастворимые соли с калием и кальцием, комплексные соединения с железом и медью. Её концентрация в вине понижается вследствие выпадения в осадок в виде битартрата калия и тартрата кальция, а также бактериального разложения. Она участвует в формировании кислого вкуса вина. Массовая концентрация в одном литре вина составляет 1-6 грамма.

         Яблочная кислота образуется  при неполном окислении сахаров. Частично сбраживается дрожжами. Она разлагается молочнокислыми бактериями  на молочную кислоту и СО₂. В больших концентрациях придает вину неприятный вкус «зеленой кислотности». Массовая концентрация в одном литре вина составляет 0-4 грамма.

         Лимонная кислота накапливается в небольших количествах в винограде при созревании. Образует комплексные соединения с железом, медью. Её содержание резко повышается при поражении ягоды гнилью. Частично разлагается молочно - кислыми бактериями. Массовая концентрация в одном литре вина составляет 0,1-0,5 грамма.

         Щавелевая кислота содержится  в винограде в небольших количествах.  В вине может образовываться  из винной кислоты при глубоком  её окислении. Образует калиевые  и кальциевые соли. Последняя трудно растворима и может быть причиной кристаллических помутнений. Массовая концентрация в одном литре вина составляет 0,07-0,09 грамма.

         Помимо основных кислот в сусле и вине широко представлены другие кислоты, хотя и в меньших количествах (янтарная, глюкуроновая, галактуроновая, пировиноградная, виноградная, ос-кетоглутаровая, муравьиная, хинная), а иногда и в виде следов (гликолевая, щавелевая, ароматические кислоты).

         В составе веществ фенольной природы в винограде количественно преобладают катехины, являющиеся наиболее восстановленной группой флавоноидных соединений, легко окисляющихся и полимеризующихся.

         В зависимости от способа переработки в вино из грозди может переходить до 50% катехинов. Обычно в белых столовых винах их в 2—5 раз меньше, чем в красных. Наиболее богаты катехинами (до 500 мг/дм3) кахетинские вина.   

         Азотистые вещества содержатся в винограде и вине в виде неорганических и органических соединений.

         Аммонийный азот поступает в  сусло из винограда. Почти полностью усваивается дрожжами при брожении. Часть ионов аммония переходит в вино из дрожжей, где составляет обычно 5% общего азота. Высокое содержание азота аммония вызывает переокисленность вин. Массовая концентрация в одном литре вина составляет 0,002-0,1 грамма.

         Амидный азот. В винограде встречаются главным образом амиды глютаминовой и аспарагиновой кислот, играющие важную роль в аминокислотном обмене растений. Для вин определенное значение имеет ацетамид, вызывающий неприятный ацетамидный тон. Массовая концентрация в одном литре вина составляет 1-2% общего содержания аминного азота.

         Аминокислоты. В сусле идентифицировано  более 30 аминокислот. Их содержание  в начале брожения понижается  вследствие потребления дрожжами, а в конце повышается за счет их выделения из дрожжевых клеток в результате автолиза. При выдержки вин аминокислоты подвергаются окислительному дезаминированию. Участвуют в реакциях меланоидинообразования, влияя на формирование вкуса и букета вин. Массовая концентрация в одном литре вина (в пересчете на азот) составляет 0,040-0,3 грамма.

         Полипептиды. Полимеры, состоящие  из нескольких аминокислот, соединенных  пептидной связью. В вино поступают  из винограда и дрожжей. Полипептиды  участвуют в ОВ- процессах. Влияют на активность ферментов. Массовая концентрация в одном литре вина составляет около 30% общего содержания азота.

         Протеины (белки). Полимеры, состоящие  из аминокислот с общей молекулярной  массой >10 000. Содержатся в вине в виде макромолекул с положительным зарядом. При выдержке становятся нерастворимыми, вызывая белковые помутнения вин. Массовая концентрация в одном литре вина составляет 1-3% общего содержания азота.

         Содержание минеральных веществ  в винах сильно варьирует в зависимости от сорта винограда, состава почвы, климатических условий и др. Минеральные вещества присутствуют в вине в органической и неорганической форме. Их общее содержание колеблется в пределах 1-4 г/л.

         Массовая концентрация сульфат иона (SO₄^2-) в одном литре вина составляет 0,05-1 грамм. Концентрация может увеличиваться вследствие окисления SO₂, обработки гипсом.

         Массовая концентрация хлорид  иона (Cl^-) в одном литре вина составляет 0,02-0,2 грамма. Более высокое содержание наблюдается в сусле из винограда, выросшего в прибрежной зоне.

         Массовая концентрация фосфат  иона (PO₄^3-) в одном литре вина составляет 0,05-1 грамм. Содержание зависит от вида применяемого удобрения. Высокие концентрации фосфатов и железа в вине вызывают белый касс.

           Массовая концентрация ионов калия (К⁺) в одном литре вина составляет 0,18-1,7 грамма. В винах концентрация понижается вследствие осаждения битартрата калия.

         Массовая концентрация ионов натрия (Na⁺) в одном литре вина составляет 0,02-0,15 грамма. Концентрация  в винах повышается в случае обработки ионообменниками или веществами, содержащими натрий.

         Массовая концентрация ионов  кальция (Са²⁺) в одном литре вина составляет 0,08-0,16 грамм. Содержание увеличивается при обработке мелом (кислотопонижение). Ионы кальция способствуют осаждению коллоидов, вызывает кристаллические помутнения.

         Массовая концентрация ионов  магния (Mg²⁺) в одном литре вина составляет 0,005-0,01 грамма. Магний участвует в осаждении коллоидов, при брожении частично выпадает в осадок.

         Массовая концентрация ионов  железа (Fe²⁺, Fe³⁺) в одном литре вина составляет 0,002-0,02 грамма. Содержание в вине резко возрастает при соприкосновении с металлическими частями оборудования. Соотношение Fe²⁺/ Fe³⁺ зависит от степени аэрации вина. Fe³⁺ образует нерастворимые соединения с красящими веществами, фосфатами, дубильными веществами, вызывая помутнения вин (черный и белый касс).

         Массовая концентрация ионов  алюминия (Аl³⁺) в одном литре вина составляет 0,001-0,002 грамма. Поступает из почвы. Концентрация в вине повышается в случае его хранения в цистернах из алюминия. В количестве более 6 мг/л может вызвать помутнение, обесцвечивание вина, порчу букета и вкуса.

         Массовая концентрация ионов марганца (Mn²⁺) в одном литре вина составляет 0,005-0,01 грамма. Повышенные количества встречаются в винах из гибридных сортов винограда.

         Массовая концентрация ионов  мышьяка (Аs³⁺) в одном литре вина составляет 0,01-0,02 мг. В вина попадает из винограда, обработанного инсектицидами. 1 мг/л вызывает признаки отравления.

         Массовая концентрация ионов  свинца (Pb²⁺) в одном литре вина составляет до 0,5 мг. Повышенное содержание наблюдается в винах, приготовленных из винограда, выращенного вблизи автострад. Переходит в вино также из резиновых винопроводов, укупорочных материалов. Концентрация более 1 мг/л опасна для здоровья.

         Витамины и витаминоподобные вещества.

         Все витамины, присутствующие в вине, поступают в него из винограда. В процессе ферментации значительная часть их аккумулируется дрожжами. Поэтому молодое вино существенно обеднено витаминами. По мере выдержки вина и аутолиза дрожжевых клеток витамины постепенно освобождаются и снова поступают в вино. В процессе ферментации почти полностью исчезают аскорбиновая кислота и тиамин. Часть витаминов теряется при обработке и хранении вина.

         Спирты.

         Этанол – характерный для вина  компонент, влияющий на его  аромат и вкус. Образуется из сахаров при спиртовом брожении. Химически устойчив. Уксусные бактерии окисляют его до уксусной кислоты, а пленчатые дрожжи – до СО₂ и воды. Обладает антисептическим действием, в достаточных количествах обеспечивает биологическую стабильность вина, препятствуя развитию патогенной микрофлоры. При выдержке концентрация спирта понижается вследствие потерь при технологических операциях, окисления и этерификации. Содержание этанола в белых винах обычно колеблется от 50 до 140 г/л.

         Метанол образуется в процессе виноделия вследствие гидролиза метоксильных групп пектиновых веществ. Обладает характерным запахом. В больших дозах токсичен. Химически и биологически устойчив. Содержание метанола в белых винах обычно колеблется от 20 до 100 мг/л.

        Алифатические одноатомные спирты - пропиловый, бутиловый, изобутиловый, амиловый, изоамиловый, гексиловый и др. - являются продуктами метаболизма дрожжей. На 20 -40% алифатические одноатомные спирты в винах представлены изоамиловым и изобутиловым спиртами. Содержание их составляет в белых винах 150-400 мг/л. В небольших количествах они формируют аромат вин, а в больших - ухудшают их органолептические свойства.

         Уксусная кислота образуется в винах при спиртовом брожении из сахаров, а также из винной кислоты и глицерина под действием молочнокислых бактерий и из спирта под действием уксусных бактерий. Массовая концентрация в одном литре раствора составляет 0,5-1,0 грамм.

         Углеводы.

         Благодаря действию дрожжей в сусле спиртовое брожение превращает большую часть сахаров в виноградном соке в спирт.

         В белом вине содержание остаточных сахаров (глюкозы и фруктозы) до 20 г/л. Мы знаем, что соединение сахар-спирт очень нежелательно, поскольку способствует появлению гипергликемии - повышенному содержанию сахара в крови.

         Кроме углеводов вино содержит и другие сахара, такие, как полиспирты (сахар-спирт): например, глицерол или сорбитол.

         Газы.

         К растворенным в винах газам относятся двуокись углерода и двуокись серы. Двуокись углерода образуется в значительном количестве. Большая часть ее рассеивается в воздухе, а меньшая - растворяется в вине, образуя угольную кислоту (до 5 г/л в игристых винах). Двуокись серы поступает в вина из винограда и используется в качестве пищевой добавки, оказывающей антимикробное и антоксидантное действие. Ее содержание в белых винах  -  225 мг/л[3]. 
 

4. Методы  определения железа (III) в белых винах

         Для определения железа (III) в белых винах можно использовать метод атомно-эмиссионной спектроскопии. Основанный на термическом возбуждении свободных атомов или одноатомных ионов и регистрации оптического спектра испускания возбужденных атомов. При этом интенсивность излучения прямо пропорциональна числу возбужденных частиц.

         Гравиметрический метод определения железа (III). Основан на количественном осаждении железа (III) в виде гидроксида. При прокаливании гидроксид теряет воду и превращается в безводную окись Fe₂O₃ .

         Колориметрический метод определения железа (III) с железистосинеродистым калием. Метод основан на образовании комплексного соединения синего цвета берлинской лазури при взаимодействии ионов трехвалентного железа с железистосинеродистым калием в кислой среде [4].

         И метод фотометрического определения железа(III). Определение основано на взаимодействии Fe³⁺  с роданидом калия с образованием комплексного соединения кроваво- красного цвета:

                                 Fe³⁺ + nSCN^- =Fe(SCN)_n^3-n .                                                  (1)

Глава 2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 
 

         2.1 Приборы, реактивы

         Приборы: мерные колбы вместительностью 100, 250 и 1000мл, бюретка вместительностью 50мл, градуированные пипетки вместительностью 2, 10 и 20 мл, капилляр, аналитические весы (ВЛ-200г), спектрофотометр (spekol 1300).

         Реактивы: роданид калия 5 % раствор, железоаммонийные квасцы (8,4*10^-4 моль*экв/л), пероксид водорода 30% раствор, азотная кислота 33% раствор, серная кислота (ХЧ), белое вино (ГК «Троя»). 
 

         2.2 Методика

         Для построения градуировочного  графика в 4 мерные колбы последовательно  вводят градуировочной пипеткой 5, 10, 15 и 20 мл стандартного раствора  железоаммонийных квасцов, в каждую  колбу добавляют по 2 мл азотной  кислоты, 6 капель раствора пероксида водорода, из бюретки вводят 40 мл раствора роданида калия или аммония, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают. Получают серию окрашенных в красный цвет растворов, содержащих в 100 мл соответственно 0,1; 0,2; 0,3 и 0,4 мг Fe³⁺ .

         Для учета примеси Fe³⁺ в применяемых реактивах в мерную колбу вместительностью 100 мл помещают 2 мл азотной кислоты, 6 капель раствора пероксида водорода, 40 мл раствора роданида калия и дистиллированную воду до метки (контрольный раствор).

         Через 30 минут измеряют  оптическую плотность растворов  на спектрофотометре при длине волны 490 нм.

         В мерную колбу вместительностью 100 мл помещают 20 мл анализируемого  белого вина, 2мл азотной кислоты, 6 капель раствора пероксида водорода, 40 мл раствора роданида калия, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают. Через 30 мин измеряют оптическую плотность окрашенного раствора, по градуировочному графику находят содержание Fe³⁺, мг/20 мл вина.

         Содержание Fe³⁺ в анализируемом вине (Q, мг/дм³) рассчитывают по формуле

                                       Q = q * 1000/20,                                                              (2)

где q – найденное по градуировочному графику содержание Fe³⁺, мг в 20 мл анализируемого вина [2]. 
 

         2.3 Измерения и расчеты

         Измерили оптические плотности стандартных растворов содержащих Fe³⁺ (Таблица 1). 

Таблица – 1.Данные для построения градуировочного графика.

         По полученным данным был построен градуировочный график (рисунок 1).

                                    у=3,4263*х + 0,0063, R²=0,9997, r=0,9998              

          Рисунок 1. Градуировочный график

         Для учета примеси Fe³⁺ в применяемых реактивах измерили оптическую плотность раствора содержащего все компоненты, кроме железа (III) (контрольный раствор).

         А_контр1=0,003,                                                                                                 (3)

         А_контр2=0,004,                                                                                                 (4)

         А_контр3=0,005,                                                                                                 (5)

                                     А_сред=(0,003+0,004+0,005)/3=0,004.                                (6)

         Рассчитаем придел обнаружения  железа (III) в белых винах фотометрическим методом:

                                     С _мин=3* S_хол/ S,                                                                 (7)

                                    S_хол=√(∑(А_сред-А_i²)/( n-1))=√1,1*10^-2/2=7,4*10^-2,                  (8)

                                     С _мин=3*7,4*10^-2/3,4263=0,06 мг/100мл.                         (9)

         По уравнению прямой градуировочного графика определили, что чувствительность фотометрического определения железа (III) в белых винах равна коэффициенту а, S=а= 3.