Определение природы диоксида углерода в игристых винах и напитках брожения

ТЕХНОЛОГИЯ^

УДК 663.2/ .3

Определение природы диоксида углерода в игристых винах и напитках брожения

Л. А. Оганесяну академик РАСХН, д-р техн. наук, профессор;

А. Л. Панасюк, д-р техн. наук, профессор; Е. И. Кузьмина, канд. техн. наук;

Л. Н. Харламова, канд. техн. наук; А. А. Шилкин

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности А. М. Зякун, д-р биол. наук, профессор

Институт биохимии и микробиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина

Ключевые слова: диоксид углерода; игристое вино;

изотопная масс-спектрометрия; эндогенное и экзогенное происхождение.

Keywords: sparkling wine; carbon dioxide;

endogenous and exogenous origin; isotopic mass spectrometry.

В последнее десятилетие в связи с повышением покупательской способности населения отмечено заметное возрастание спроса на игристые вина. Так, в 2005 г. на отечественных предприятиях было произведено 14,1 млн дал игристых вин, включая «Российское шампанское», в 2006 г. — 15,4 млн дал, в 2007 г. — 21,6 млн дал, в 2008 г. — 20,8 млн дал, в 2009 г. — 19,4 млн дал, в 2010 г. — 22,3 млн дал, в 2011 г. — 22,0 млн дал. Эти данные приведены без учета импорта игристых вин из-за рубежа, включая Францию, Испанию, Италию, Германию, Молдову, Украину.

Возрастающая популярность вин данной категории, а также их более высокая стоимость в сравнении с газированными винами служат причинами появления на рынке фальсификатов.

При этом наиболее распространенный способ подделки — подмена операции вторичного брожения тиражной смеси искусственным насыщением виноматериала диоксидом углерода путем использования для этой цели баллонного диоксида углерода. К сожалению, обычными инструментальными методами доказать применение в производстве игристых вин экзогенного диоксида углерода можно только по косвенным признакам, что не может быть принято к рассмотрению при решении юридических споров.

В последние годы для определения природы отдельных компонентов в пищевых продуктах, в частности продуктах виноделия, успешно используется метод изотопной масс-спектрометрии. В его основу положен принцип определения в исследуемом компоненте соотношения изотопов углерода 12С и 13С, которое зависит от вида применяемого сырья и, таким образом, указывает на его природу.

В диоксиде углерода, находящемся в атмосфере и усваиваемом растениями, содержание изотопов углерода 12С составляет 98,9 %, 13С — 1,1%. Однако различные сельскохозяйственные культуры усваивают их неодинаково.

Объяснение этому находится в особенностях фотосинтеза, который, по современным представлениям, состоит из нескольких этапов.

Существует два пути фотоассимиляции диоксида углерода:

с участием фермента рибулозо-ди фосфат-карбоксилазы-оксиге на-зы, который в оксигеназной реакции окисляет рибулозодифосфат под влиянием молекулярного кислорода до фосфогликолата и фос-фоглицериновой кислоты, содержащей три атома углерода;

с участием фермента фосфоенол-пи руват-карбоксилазы, который синтезирует из фосфоенолпиру-вата, диоксида углерода и воды щавелево-уксусную кислоту, содержащую четыре атома углерода.

Растения, у которых первым продуктом фиксации диоксида углерода служит фосфоглицериновая кислота, принято называть С3-рас-тениями, а те, у которых синтезируется щавелево-уксусная кислота, — С4-растениями.

Растения, отнесенные к С3-типу, имеют особые характеристики изотопного состава углерода их биомассы, которые определяются значительным фракционированием изотопов углерода по сравнению с атмосферной двуокисью как основного источника углерода. Величина 513С, характеризующая изотопный состав углерода углеводов этих растений, изменяется в диапазоне от -29 до -24%о. К представителям этих растений относится виноград, который имеет величину 513С от -26 до -28 %о, что отличает его от других растений.

К растениям с С4-типом фотоассимиляции СО2 относят кукурузу, сахарный тростник и сорго. Растения С4-типа характеризуются величиной 513С, лежащей в пределах от -10 до -14%.

Таким образом, выделив определенный компонент из напитка, можно определить происхождение сельскохозяйственного сырья, из которого он изготовлен.

Ранее нами были проведены исследования, касающиеся особенностей трансфера изотопов углерода по виноградному растению от почвы до виноградной грозди [1, 2].

В дальнейшем было показано, что в процессе производства вина при сбраживании сусла изотопы углерода перегруппировываются по различным продуктам брожения (этанол, диоксид углерода, компоненты экстракта), в результате диоксид углерода уносит с собой более тяжелый изотоп 13С, а образуемый этанол, содержащий его в меньших количествах, имеет величину 513С от -26,0 до -29,0 % [3, 4].

Эта величина и была использована при разработке метода определения природы спирта и сахаров в виноградных винах (Методика измерений отношения изотопов 13С / 12С спиртов и сахаров в виноградных суслах и винах методом изотопной масс-спектрометрии. Свидетельство об

20 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2012

ТЕХНОЛ°|-иЯ

аттестации № 01.00225 /54-10 от 28.09.2010 г.). Методика гармонизирована с соответствующими методами Европейского союза и Международной организации винограда и вина.

Основной принцип данного метода может быть использован для определения природы диоксида углерода в игристых винах, а также и в других напитках, содержащих диоксид углерода, полученную путем брожения.

Исследования, проведенные в последнее время, показали, что для диоксида углерода, полученного путем брожения сахаров растений С3-типа, величина 513С лежит в интервале от -26 до -17%о, а для растений С4-типа — от -10 до -7 %.

В исследованиях изотопных характеристик 75 образцов игристых вин установлено, что игристые вина Бразилии были получены с использованием тростникового сахара, а большинство игристых вин Испании, Италии и Германии — свекловичного [5].

Диоксид углерода, применяемая для газирования, т. е. искусственного насыщения напитков, имеет отношение 13С / 12С ниже -29 и выше -7% в зависимости от источника происхождения [6].

В частности, баллонная диоксид углерода в основном является отходом, полученным при работе теплоэлектростанций, работающих на метане, и, как правило, имеет показатель 513С между -55 и -34%.

Анализ углекислого газа в игристых винах проводили следующим образом.

Диоксид углерода извлекали из бутылки с помощью приспособления для отбора пробы: иглы, присоединенной к системе с двумя клапанами, соединенными последовательно. Далее проба поступала в емкость для отбора. При помощи шприца Гамильтона отбирали 2 мкл исследуемого газа из емкости для отбора и закалывали вручную через приспособление для ввода проб в реактор элементного анализатора.

Количественное определение распространенностей стабильных изотопов углерода в исследуемых образцах проводили с помощью масс-спектрометра ШМБ с систе-

мой газохроматографического разделения Delta V Advantage фирмы Thermo Fisher Scientific (Германия), специализированного для прецизионного анализа отношений природных распространенностей 13С /12С изотопов. Изотопный состав углерода 813С определяли методом масс-спектрометрии стабильных изотопов, основанным на одновременном точном измерении масс 44; 45; 46, характерных для всех изотопных комбинаций элементов в газообразном диоксиде углерода. Для разделения газовоздушной смеси использовали капиллярную колонку TR-FFAP 50 м, 0,32 мм, 0,52 мкм.

Значения 813С, выраженные по отношению к международному углеродному стандарту V-PDB, рассчитывали согласно уравнению

S13Cnpo6a/V-PDB (%о) _

= g + g13Q +

проба/эт эт/V-PDB

+ (513С б/ • 513С 6/VPDB) / 1000,

проба/эт проба/V-PDB ' '

где 513С — изотопное откло-

эт/V-PDB

нение, предварительно определенное для рабочего эталона относительно стандарта V-PDB.

Значения 513С, выраженные по отношению к рабочему эталону, рассчитываются согласно уравнению

§13С б , =

проба/эт

= 1000 (Я - Я ) / Я ;

проба эт эт

где Я , и Я — соответственно

проба эт

изотопные отношения 13С / 12С пробы и рабочего эталона.

На основании проведенной работы разработана и аттестована Методика измерений отношения изотопов 13С / 12С диоксида углерода в игристых винах методом изотопной масс-спектромет-рии (свидетельство об аттестации № 01.00225 /205-10-11 от 28.02.201 1 г.).

Данная методика, как и предыдущая, внесена в Федеральный информационный фонд по обеспечению единства измерений, что позволяет использовать их, в том числе, при разрешении арбитражных споров.

С применением данной методики было проанализировано 24

образца игристых вин, предварительно забракованных по несоответствию органолептических характеристик.

Из исследованных образцов только восемь имели показатели 513С, характерные для диоксида углерода, полученной путем брожения сахаров из растительного сырья, и составляли они от -18,65 до -28,38%.

Остальные 16 образцов оказались фальсификатами, так как соотношение 13С / 12С диоксида углерода, содержащегося в них, составляло от -36,21 до -49,08%, что указывает на их искусственное насыщение диоксидом углерода, полученным сжиганием углеводородов.

Предлагаемый метод может быть использован не только для определения подлинности игристых вин, но и для выявления диоксида углерода экзогенного происхождения в различных напитках брожения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Изучение распределения 13С /12С изотопов в виноградных растениях Краснодарского края /Л. А. Оганесянц [и др.] // Хранение и переработка сельхозсы-рья. — 2010. — № 1. — С. 29-31.

2. Влияние почвенно-климатических факторов и сортовых особенностей винограда на соотношение 13С / 12С изотопов/ Л. А. Оганесянц [и др.] // Виноделие и виноградарство. — 2010. — № 5. — С. 30-31.

3. Соотношение стабильных изотопов углерода в винограде и в вине для подтверждения их аутентичности/Л. А. Оганесянц [и др.] // Пиво и напитки. — 2010. — № 2. — С. 20-21.

4. Определение подлинности вин с помощью изотопной масс-спектромет-рии /Л. А. Оганесянц [и др.] // «Виноделие и виноградарство». — 2011. — № 9. — С. 30-31.

5. Martinelli, L. A. Stable carbon isotope composition of the wine and CO2 bubles of sparkling wines: detecting С4 sugar addition/L. A. Martinelli, M. Z. Moteira, J. P. Ometto // J. Agric. Food Chem. — 2003. — V. 51. — P. 2625-2631.

6. Boner, M. Examination of the 13С / 12С isotopes in sparkling and semi-sparkling wine with the aid of simple on-line sampling /M. Boner, H. Forstel // Office international de la Vigne et du Vin. Paris. F. V. — 2001. — P. 1152.

2 • 2012

ПИВО и НАПИТКИ 21