Соотношение стабильных изотопов углерода в винограде и вине для подтверждения их аутентичности

УДК 663.252.4

Соотношение

стабильных изотопов углерода в винограде и вине

для подтверждения их аутентичности

Л. А. Оганесяну акад. РАСХН; А. Л. Панасюк, д-р техн. наук;

Е. И. Кузьмина, канд. техн. наук;

Л. Н. Харламова, А. А. Шилкин, аспирант

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой

промышленности РАСХН

А. М. Зякун, д-р биол. наук

Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН

Изотопный состав углерода в продуктах переработки сельхозсырья в последние годы используют как показатель их аутентичности. Вариации распространенностей стабильных изотопов углерода 12С и 13С обусловлены влиянием различных факторов, отражающих как особенности регионов выращивания виноградников, так и условия роста растений (водный режим, температура, количество солнечных дней и др.). Часть компонентов растения (корни, стебель) формируется в течение всего времени его роста, а часть — в сезонный период (листья, ягоды).

В литературе основное внимание уделяется изучению диапазона вариаций 613С-характеристик изотопного состава углерода продуктов переработки винограда, в частности вин. В то же время ранее практически не обращалось внимания на вариации изотопного состава углерода основных растительных тканей винограда (корни, стебель, листья), которые могут определять формирование изотопного состава углерода ягод и их основных компонентов. Надо полагать, что изотопные характеристики корневой системы и стебля как компонентов многолетнего роста растений могут нести крайне важную информацию о происхождении целевого продукта — натурального вина.

Цели работы — изучение особенностей распределения изотопных атомов углерода в отдельных частях виноградного растения, а также оценка степени изменения этих показателей при сбраживании виноградных сусла и мезги.

Сравнительно широкий диапазон вариаций распространенностей изо-

Ключевые слова: продукты переработки винограда; вино; стабильные изотопы углерода; аутентичность.

топов углерода обусловлен дискриминацией изотопа 13С относительно 12С, которая определяется различными путями ассимиляции и фиксации углерода растениями в процессе фотосинтеза.

Растения, у которых первый продукт фиксации диоксида углерода — фосфоглицериновая кислота, принято называть С3-растениями, а те, у которых синтезируется щавелевоуксусная кислота — С4-растениями.

Растения, произрастающие на суше, отнесенные к С3-типу фотоассимиляции диоксида углерода, имеют особые характеристики изотопного состава углерода их биомассы, которые определяются значительным фракционированием изотопов углерода по сравнению с атмосферным диоксидом углерода как основного источника углерода. Величина 513С, характеризующая изотопный состав углеводов этих растений, изменяется в диапазоне от -28 до -22 %0. К представителям этих растений относится виноград.

К растениям с С4-типом фотоассимиляции диоксида углерода относят кукурузу, сахарный тростник и сорго. Растения С4-типа характеризуются величиной 513С, равной около -11%.

В опытах использовали виноградные растения сортов Каберне и Алиготе, произрастающие на черноземо-видных почвах Краснодарского края.

Ткани корней, стеблей, листьев и виноградные ягоды (на период их технической зрелости) служили анализируемыми растительными объектами.

Растительные ткани (корни, стебель, листья, мезга и свежий сок из виноградных ягод) высушивали при комнатной температуре, измельчали и затем сжигали до диоксида углерода при температуре 560 °С в присутствии окиси меди в отдельных контейнерах из стекла марки Пирекс.

Содержание сахара в винограде сорта Алиготе составляло 202 г/л, в винограде сорта Каберне — 220 г/л. Вино сорта Алиготе было приготовлено путем брожения свежего виноградного сусла, вино сорта Каберне — брожением сусла на мезге. Диоксид углерода, выделяющийся в процессе брожения, собирали в отдельные ампулы и использовали для анализа изотопного состава ее углерода.

Виноградный этанол из полученного вина выделяли дистилляцией при температуре 78 °С. Нелетучий остаток высушивали и его аликвоту сжигали до диоксида углерода и анализировали.

В дополнение к этому часть сухого остатка разделяли на две фракции, в одной из которых находились продукты, содержащие карбоксильную группу (органические кислоты, аминокислоты), а в другой — продукты, не содержащие карбоксильную группу (глицерин, несбраживаемые сахара и другие водорастворимые вещества). Выделение веществ первой группы из смеси проводили после их превращения в водонераствори-мые соли бария, а вещества второй группы находились в надосадочной жидкости. Анализируемые фракции разделяли центрифугированием. Полученные таким образом препараты высушивали, подвергали высокотемпературному сжиганию и анализировали.

Величины 513С органических продуктов из стеблей и листьев для двух изученных виноградных сортов Алиготе и Каберне, характеризующие соотношение стабильных изотопов углерода, имели близкие значения -26,06 % до -26,83 % (табл. 1). Изотопные характеристики углерода мезги и сока, полученных из виноградных ягод, свидетельствовали о пониженном содержании в них 13С-изотопа по сравнению со стеблями и листьями. Величины 513С органических продуктов

2 • 2010

20

Таблица 1

Сорт Изотопный состав углерода, б13С, %%

винограда Почва Корень Стебель Лист Мезга Сусло

Алиготе Каберне -26,7 24,4 -25,87 -27,04 -26,35 -26,83 -26,72 -26,06 -28,21 -28,71 -28,60 *

* Красное вино «Каберне» получали брожением мезги без отжатия сусла.

Таблица 2

Вино Изотопный состав углерода, б13С, %

Сусло/мезга Вино Дрожжевой осадок (гуща) Диоксид углерода

Алиготе Каберне -28,60 -27,22 -28,71 -28,10 -29,16 -20,31 -29,97 -20,83

Таблица 3

Изотопный состав углерода, б13С, %

Вино Вино Этанол Остаток после отгона Органические кислоты (осаждаемые солью бария) Другие компоненты

Алиготе -27,22 -26,83 -27,43 -26,31 -28,16

Каберне -28,10 -27,57 -28,20 -26,83 -28,79

-21

ю -23

з:

ор

е -24

^

И -25

о

ЕЕ -26

О

то

-27

Контроль Образец Образец Образец №1 №2 №3

Характеристики изотопного состава углерода

из корней демонстрировали значимое различие для каждого из растений: корни Алиготе содержат больше 13С-изотопа, чем корни Каберне. Обратная картина отмечена в органических продуктах почв, где произрастали эти растения, что отражает наличие в почвах экссудатов виноградных растений. При этом в почву через корни Алиготе поступали преимущественно вещества, содержащие меньше 13С изотопа, чем в случае Каберне. В результате этого в тканях корней Алиготе было относительно повышенное содержание 13С-изотопа по сравнению с корнями Каберне.

Полученные данные подтверждают ранее опубликованные сведения, на основании которых можно утверждать, что характерная величина 513С для виноградной ягоды находится в определенных пределах, что может быть использовано для установления подлинности продуктов, полученных из винограда.

При сбраживании виноградного сусла и виноградной мезги отмечено фракционирование 12С- и 13С-изотопов углерода углеводов, участвующих в брожении, между этанолом и метаболическим диоксидом углерода: величина 513С-этанола свидетельствует об обеднении его 13С-изотопом относительно углеводов, а величина 513С метаболического диоксида углерода, наоборот, об обогащении этим изотопом (табл. 2).

Для изучения распределения изотопов углерода по основным компонентам вина из последнего отгоняли этанол, а из нелетучих веществ вы-

деляли органические кислоты путем их осаждения хлористым барием (табл. 3).

Как видно из табл. 3, изотопный состав углерода распределен по отдельным компонентам вина достаточно равномерно. Отсюда можно сделать вывод, что выявленная корреляционная зависимость между изотопными показателями этанола и нелетучими веществами в вине свидетельствует об их генетической связи, что, в свою очередь, может стать подтверждением их натуральности.

В целях подтверждения возможности использования данного метода для определения в натуральных винах спирта невиноградного происхождения был поставлен следующий опыт. В вино Алиготе вносили зерновой спирт, повысивший со-

держание этанола в продукте с 12 до 14 об. %, а также свекловичный и тростниковый сахара в количестве 35 г/дм3, которые затем сбраживали для повышения содержания спирта на 2 об. %. Полученные образцы анализировали, результаты представлены на рисунке.

Как видно из рисунка, внесение продуктов невиноградного происхождения отражается на изотопной характеристике исследуемых объектов. Это особенно заметно при внесении тростникового сахара, что подтверждает отнесение данного растения к С4-типу.

Полученные результаты могут быть использованы для разработки методик определения в натуральных винах спиртов и сахаров невиноградного происхождения. <£?

Вниманию специалистов винодельческих предприятий

В ГУ Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной,безалкогольной и винодельческой промышленности (ГУ ВНИИ ПБиВП) разработана и утверждена Инструкция по микробиологическому контролю винодельческого производства ИК 9170-1128-00334600-07 с датой введения 09.02.07 взамен ранее действовавшей ИК 10-04-05-40-89.

Приобрести инструкцию можно по адресу: 119021, Москва, ул. Россолимо, 7. ГУ «ВНИИ ПБиВП» Тел./факс (495) 247-00-21, тел. (495) 247-01-10.

2 • 2010

21