Archive for March, 2016

SOLI VINSKE KISLINE V MOŠTU IN VINU

Vinska kislina je pri pH vina ob prisotnosti K+ in Ca2+ kationov zasoljena v petih oblikah (Ribereau-Gayon, 2006):

  • Kalijev hidrogentartrat (KTH), ki je odlično topen v vodi, a relativno netopen v alkoholni raztopini. V vinu je njegova koncentracija pogosto višja od njegove topnosti. Vino je sposobno raztopiti večje količine KTH, če se temperatura zviša. V vinu so preproste soli disocirane na TH- in T2- ione.
  • Kalijev tartrat (K2T)
  • Kalcijev tartrat (TCa)
  • Kalijev kalcijev tartrat je dobro topen in stabilen v vinu pri pH nad 4,5
  • Kalcijev tartromalat je relativno netopen in kristalizira v obliki iglic. Stabilen je pri pH nad 4,5.

VPLIV ALKOHOLA NA TOPNOST KTH V VINU

Vsebnost kalija v vinu je pogosto višja od 780 mg/L, kar ustreza 3,76 g/L KTH (pri 20°C). V 10 % alkoholni raztopini se lahko raztopi le 2,9 g/l KTH (pri 20°C), v vodi se lahko raztopi 5,7 g/L KTH (pri 20°C). Če je koncentracija KTH v vinu večja od njegove topnosti, se izloča v obliki vinskega kamna (Ribereau-Gayon, 2006).

VPLIV PH VREDNOSTI NA TOPNOST KTH V VINU

Vinska kislina je poliprotična kislina, ki v raztopini disocira v dveh stopnjah, zato ima dve pKa vrednosti:

Disociacijske stopnje vinske kisline (Hafner Urbancic, 2008)

H2T <-> H+ + HT-

HT- <-> H+ + T2-

V kateri disocirani obliki se vinska kislina nahaja, je odvisno od pH vrednosti:

Odvisnost relativne koncentracije disociranih oblik vinske kisline v odvisnosti od pH (Hafner Urbančič, 2008)

Vrednost hidrogentartratnega iona v vinu je največja pri pH 3,7, kar pomeni, da je pri tem pH topnost KTH najmanjša in izločanje kristalov najučinkovitejše.

VPLIV TEMPERATURE NA TOPNOST KTH V VINU

Mošti in vina prevajajo električni tok, torej so elektroliti. Pri kristalizaciji KTH prehaja iz raztopljene v trdno obliko:

HT- + K+                                     ->                                  KTH

raztopljena, ionizirana oblika, ki prevaja el.tok                     trdna, kristalna oblika, ki ne prevaja el.toka

Spodnji graf ponazarja odvisnost električne prevodnosti vina od temperature. Pri višji temperaturi se v vinu lahko raztopi več KTH, kot pri nižji. Temperatura saturacije predstavlja najnižjo temperaturo, pri kateri je vino še sposobno raztopiti KTH. V vzorec vina so bile dodane različne količine eksogenega KTH, pri čemer sta se spremenili temperaturi saturacije in spontane kristalizacije. Opazimo, da se je stopnja prenasičenosti raztopine z večanjem odmerka KTH povečala, povišala se je temperatura saturacije, kakor tudi  temperatura spontane kristalizacije, kar pomeni, da do kristalizacije lahko pride pri višji temperaturi, vino je nestabilno pri višji temperaturi:

Odvisnost električne prevodnosti vina z različnimi vrednostmi raztopljenega KTH od temperature raztopine (Ribereau-Gayon, 2006)

PROCES NASTANKA KRISTALOV VINSKEGA KAMNA

Proces kristalizacije se odvija v treh stopnjah (Hafner, 2008):

  • nukleacija – nastanek kristalizacijskih jeder
  • rast kristalov
  • sekundarne spremembe, ki so posledica aglomeracije, staranja kristalov in rekristalizacije

Da lahko pride do pojava spontane nukleacije, mora biti vino v stanju prenasičenosti. Ločimo primarno nukleacijo, ki se prične s kalijevimi in hidrogentartratnimi ioni. Sekundarno nukleacijo sprožijo delci KTH, bodisi endogenega izvora (homogena nukleacija), ali eksogenega izvora (heterogena nukleacija).

Takoj po nastanku prvih nukleusov se prične rast kristalov, ki poteka v dveh stopnjah. V prvi gre za prehod, oziroma difuzijo delcev iz raztopine na površino nukleusov, pri čemer morajo delci preiti mirujočo plast tekočine ob površini nukleusa. Stopnja prehoda je linearno odvisna od difuzijskega koeficienta (D), površine kristala (A) in stopnje prenasičenja (C-Ci), kjer je C koncentracija raztopine in Ci koncentracija kristalov in obratno sorazmerna z debelino plasti tekočine ob površini (δ) (Hafner 2008):

-d(s)/dt = kd x ((D x A x (C-Ci))/δ)

Kristali z nukleusom večjim od 200 µm rastejo veliko počasneje kot kristali z manjšimi jedci. Zato je pomembno, da so pri dodajanju eksogenih nukleusov kalijevega hidrogen tartrata delci manjši od 40 µm, da je dosežena željena stopnja kristalizacije. Velika jedrca sčasoma prenehajo z rastjo in sprostijo hčerinska jedrca, ki nadaljujejo s procesom rasti kristalov. Dodana jedrca KTH morajo biti homogeno razporejena v raztopini, zato je potrebno zagotoviti primerno mešanje vina, da imamo maksimalen stik jedrc z endogenim KTH vina (Ribereau-Gayon, 2006).

V prvih urah po dodatku eksogenih kristalizacijskih jedrc v vino je stopnja kristalizacije odvisna le od površine kristalov (A), medtem ko je stopnja prenasičenja (C-Ci) tako visoka, da jo lahko smatramo kot konstantno. Po začetnem kontaktu jedrca zrastejo, stopnja prenasičenja (C-Ci) zniža, ker zaradi visoke stopnje kristalizacije prihaja do konzumacije velikih količin endogenega KTH. Koncentracija raztopine C se približuje koncentraciji kristalov Ci, vino se približuje stanju teoretične topnosti KTH (S). Proti koncu procesa kristalizacije le ta poteka bolj pod vplivom termodinamike kot kinetike (Ribereau-Gayon, 2006).

Da bi bila stabilizacija vina na vinski kamen uspešna, moramo torej upoštevati:

  • začetno stanje prenasičenja v vinu
  • velikost delcev v dodanem eksogenem KTH
  • potreben dodatek KTH
  • učinek mešanja in ohranjanja kristalov v suspenziji
  • temperaturo tretiranja
  • čas kontakta eksogenega KTH z vinom

Poleg koncentracije soli in ostalih komponent, ki so vključene v kristalizacijsko ravnovesje in prisotnosti kristalizacijskih jeder, rast kristalov omejujejo tudi inhibitorji, oziroma zaščitni koloidi. Mednje štejemo proteine, kondenzirane tanine, pektine, gumoze, naravne polisaharide, kompleksne polimere, na primer glikoproteine in manoproteine po izvoru iz kvasovk. Inhibitorni učinek zaščitnih koloidov na rast kristalov je večji v rdečih vinih, ki so bolj bogata s fenoli.

Vino je navadno vselej v stanju prenasičene raztopine in kot tako nestabilno. Taka situacija je lahko bolj ali manj trajna, odvisno od reorganizacije koloidov med zorenjem. Temperatura, pri kateri vino shranjujemo, je odločilna pri tem, ali bo do kristalizacije prišlo, ali ne. Spontana kristalizacija pod naravnimi pogoji je nezanesljiva in nepredvidljiva, zato v proizvodnih procesih uporabljamo sistem hladne stabilizacije vina.

PRINCIP UPORABE ELEKTRIČNE PREVODNOSTI PRI DOLOČANJU STABILNOSTI TARTRATOV

Kot smo že povedali, vina in mošti prevajajo električni tok. To dejstvo izkoriščamo pri določanju stabilnosti vina na vinski kamen. Električna prevodnost je definirana kot razdalja (l) med dvema platinastima elektrodama s presekom v obliki črke S. Upornost prevodnika je definirana kot (Ribereau-Gayon, 2006).:

R = ϕ x (l/S); (l/S) – konstanta celice (k), ki je lastna vsaki celici. Ta se z obrabo celice spreminja, zato je potrebna redna kontrola celice z določanjem prevodnosti raztopine, ki je podobna vinu. V praksi se uporablja 0,02 M raztopina KCl.

ϕ je upornost, kateri je prevodnost obratno sorazmerna:

γ = 1/ϕ [Sm]

TESTI ZA DOLOČANJE TARTRATNE STABILNOSTI V VINIH

TEST S HLADILNIKOM

Cca. 100 ml vzorca odvzamemo pred, ali po hladni stabilizaciji in shranimo v hladilniku 4 do 6 dni pri 0°C ter nato pregledamo, ali se v vzorcu pojavijo kristali, ali ne. Pri vinih, ki so namenjena sekundarni fermentaciji, v vzorcu dvignemo alkoholno stopnjo za 1 do 1,5 vol.%. To nam omogoči vpogled v stabilnost vina na vinski kamen po končani sekundarni fermentaciji.

Prednost metode je njena enostavnost, praktičnost in dejstvo, da za izvedbo poskusa ne potrebujemo nobene opreme. A vendar gre za kvalitativno metodo, ki ne poda natančne stopnje stabilnost vina, poleg tega je test dolgotrajen in kot tak neprimeren za hitre stabilizacije, ki zahtevajo natančno spremljanje v realnem času. Poleg tega test ni zanesljiv in je težko ponovljiv, saj je osnovan na principu spontane, neinducirane kristalizacije, ki je počasen in nezanesljiv proces (Ribereau-Gayon, 2006).

TEST Z MINIKONTAKTOM

Vzorcu vina dodamo 4 g/L KTH, ga shranimo pri 0°C in zagotovimo konstantno mešanje. Po dveh urah vzorec prefiltriramo in izločen vinski kamen stehtamo. Težo primerjamo z 4 g/L dodanega eksogenega KTH. Vinski kamen lahko tudi raztopimo v vodi in izmerimo kisline. Test je osnovan na homogeni inducirani nukleaciji. Težava je, da ne upošteva velikosti dodanih kristalizacijskih jeder vinskega kamna, definira stabilnost pri 0°C, po 24. urah se izloči le 60 do 70 % endogenega KTH in ne upošteva sprememb koloidnega stanja vin pri zorenju. V več let starih rdečih vinih namreč pogosto najdemo kristale vinskega kamna v obliki obarvane usedline. Ko fenoli kondenzirajo, postanejo njihove molekule zelo velike in se pričnejo izločati iz raztopine. S tem ne morejo več opravljati svoje vloge zaščitnih koloidov, pride do izločanja vinskega kamna (Ribereau-Gayon, 2006).

TEST Z MERJENJEM ELEKTRIČNE PREVODNOSTI (PADEC KONDUKTANCE)

Vzorcu vina dodamo 10 g/L KTH in merimo padec električne prevodnosti pri temperaturi 0°C. Če po 5 do 10 minutah padec električne prevodnosti ni večji od 5 % začetne prevodnosti pred dodatkom KTH, se vino smatra za stabilno. Če je padec večji od 5 %, je vino nestabilno. Pomembna pri poskusu je velikost delcev eksogenega KTH, prav tako je pomemben tudi čas meritve. Pri rdečih vinih, ki vsebujejo več fenolov, je potrebno čas testa podaljšati v primerjavi z belimi in rose vini (Ribereau-Gayon, 2006).

Test z merjenjem električne prevodnosti opravljamo tudi v podjetju Enomarket Kojsko d.o.o. Test se je izkazal za povsem primernega za preverjanje stabilnosti vin pred, med in po hladni stabilizaciji, kakor tudi pri določanju potrebnih odmerkov zaščitnih koloidov. Več o tem še v nadaljevanju.

Aparat ‘Check Stab’ v podjetju Enomarket Kojsko d.o.o.:

Primer grafa padca električne prevodnosti, podan v µS na časovno enoto. Vzorec je ohlajen na 0°C, nato se nekaj trenutkov po začetku meritve doda eksogeni KTH in beleži padec konduktance v nekaj sekundnih korakih. Stopnjo stabilnosti se določi na podlagi padca le te po končanem testu:

Graf padca konduktance v vzorcu vina (Enomarket d.o.o., 2016)

WÜRDIGOV TEST IN KONCEPT TEMPERATURE SATURACIJE V VINU

Večjo količino KTH kot lahko raztopimo v vinu pri nizki temperaturi, manj je vino nasičeno s to soljo, bolj je stabilno v smislu izločanja vinskega kamna. Temperatura saturacije je najnižja temperatura, pri kateri je vino še sposobno raztopiti KTH. Prednost metode je neodvisnost od velikosti dodanih delcev tartrata, saj je osnovana na topnosti soli in ne na kristalizaciji na katero pomembno vplivajo zaščitni koloidi. Test poteka v dveh korakih, v prvem koraku je vino ohlajeno na 0°C, nato se ga segreje na 20°C v korakih po 0,5°C. Pri vsaki spremembi temperature se beleži električna prevodnost vina. Sprememba konduktance brez dodanih kristalov KTH se odrazi v bolj ali manj ravni črti. V drugem koraku vino ohladimo na 0°C, nato dodamo 4 g/L KTH. Vzorec ponovno segrejemo na 20°C v korakih po 0,5°C. Vino mešamo in merimo konduktanco ob vsaki spremembi temperature. Ko se prične dodani KTH v vinu raztapljati, se električna prevodnost vina z dodanim KTH prične povečevati hitreje kot pri vzorcu brez dodatka KTH. Točka, kjer se grafa ločita, nam poda temperaturo saturacije vina:

Rezultat meritve temperature saturacije z aparatom Check Stab (Enomarket d.o.o., 2016)

Zaradi nizke začetne temperature pri dodatku KTH v vzorec, pride do inducirane kristalizacije, posledično je vino sposobno raztopiti več KTH zaradi delne desaturacije. Temperatura saturacije se zniža. Aparat v ta namen opravi test z minikontaktom pri 0°C in zabeleži padec električne prevodnosti zaradi inducirane kristalizacije ter to upošteva v končnem rezultatu dejanske temperature saturacije.

POVEZAVA MED TEMPERATURO SATURACIJE IN TEMPERATURO KRISTALIZACIJE

Temperatura saturacije nam podaja temperaturo, pri kateri je vino sposobno raztapljati KTH.

Temperatura kristalizacije je temperatura, pod katero obstaja nevarnost izločanja vinskega kamna.

Vrnimo se k grafu odvisnosti električne prevodnosti od temperature (Ribereau-Gayon, 2006):

Odvisnost temperature kristalizacije od temperature saturacije (Ribereau-Gayon, 2006)

Dve eksperimentalno pridobljeni krivulji A in B predstavljata meje med stanji KTH v vinu. Krivulja A je krivulja topnosti in predstavlja mejo med stanjem prenasičenosti in stanjem, v katerem je KTH v raztopini popolnoma raztopljen. Krivulja B predstavlja mejo med stanjem prenasičenosti in stanjem, pri katerem se KTH izloča iz vina v obliki kristalov. Polju, ki ga objemata krivulji A in B rečemo polje prenasičenosti in ga opišemo s temperaturama saturacije in kristalizacije (Ribereau-Gayon, 2006):

Tsat(i) – Tcs(i), i = količina dodanega KTH

Za primer lahko izračunamo temperaturo širine polja prenasičenosti, pri dodatku 1,1 g/L KTH:

i = 1,1 g/L: Tsat(1,1) – Tcs(1,1) = 25,2°C – 4,5°C = 20,7°C ≈ 21°C

Ker je širina polja prenasičenosti pri dodatku 1,1 g/L KTH približno enaka kot brez dodatka KTH, lahko to temperaturo uporabimo za izračun temperature kristalizacije v vinu brez dodanega KTH:

i = 0 g/L: Tsat(0) – Tcs(0) = 21°C

Tcs(0) = Tsat(0) – 21°C = 16°C – 21°C = -5°C

Rezultat nam pove, da v vinu brez dodanega KTH pride do spontane kristalizacije pri temperaturi -5°C.

Za izračun temperature kristalizacije, brez upoštevanja zaščitnih koloidov je Maujean predlagal sledečo enačbo:

Tcs = Tsat – 15°C

Enačba velja za vina z 11 vol.% alkohola. Za bela vina z alkoholno stopnjo 12,5 vol.% in za vina namenjena sekundarni fermentaciji, kjer se alkoholna stopnja zviša za 1,5 vol.% velja enačba:

Tcs = Tsat – 12°C

Če želimo zagotoviti stabilnost pri -4°C, temperatura saturacije ne sme preseči 8°C. To je hkrati tudi temperatura, pri kateri opravimo hladno stabilizacijo osnovnih vin za penine.

Pri rose vinih za penine smo zaradi vpliva zaščitnih koloidov na stabilnost lahko manj zahtevni in uporabimo enačbo:

Tcs = Tsat – 15°C

Poenostavljeno pravilo za stabilnost na vinski kamen pravi, da je stabilnost dosežena, če je:

Pri belih vinih:  Tsat < 12,5°C

Pri rdečih vinih:  Tsat < (10,81 + 0,297xIPT)°C; IPT = skupno število polifenolov

Čeprav ima koncept temperature saturacije svoje prednosti, v praksi najpogosteje opravljamo test s padcem električne prevodnosti, saj je hiter in več kot dovolj zanesljiv za uporabo pri spremljanju stabilizacije vin s hlajenjem. Poleg tega, kot je razvidno iz razlage zgoraj, izračuni stabilnosti na podlagi temperature saturacije, v večjem delu temeljijo na eksperimentalnih vrednostih in iz njih izpeljanih enačbah. Te niso univerzalne za vsa vina v vseh pogojih, posledično je vprašljiva tudi zanesljivost takih izračunov.

LITERATURA IN VIRI SLIK

  • HAFNER URBANČIČ H. 2008. Vpliv beljakovinskih čistilnih sredstev na tartratno stabilnost vina. Diplomsko delo, Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo, 67 str.
  • RIBEREAU-GAYON P., GLORIES Y., MAUJEAN A., DUBOURDIEU D. 2006. HANDBOOK OF ENOLOGY, Volume 2: The Chemistry of Wine Stabilization and Treatments, Second edition, John Wiley&Sons, Ltd, 441 str.

Organske kisline prispevajo k sestavi, stabilnosti in organoleptičnim lastnostim vin. Povečujejo mikrobiološko ter fizikalno kemično stabilnost vin. Glavne organske kisline v grozdju in moštu so L(+)-vinska kislina, L(-)-jabolčna kislina in citronska kislina, v sledovih pa se pojavljajo še D-glukonska kislina, 2-keto D-glukonska kislina, galakturonska kislina, kumarna in kofeinska kislina ter kutarna kislina. V alkoholni fermentaciji moštov prihaja do sprememb kislinske sestave kot posledica delovanja kvasovk in nekaterih vrst bakterij. Nastajajo piruvična kislina, L(+)-mlečna in D(-)-mlečna kislina, sukcinska kislina, ocetna kislina, oksalocetna kislina ter fumarna kislina (Ribereau-Gayon, 2006).

Vinsko kislino najdemo le v grozdju, prevladuje v nezrelem grozdju. Ob koncu vegetativne dobe je jagode vsebujejo do 15 g/l. V moštu je njena vsebnost odvisna od sorte in predvsem pridelovalnega območja. V severnih vinorodnih deželah njena vsebnost dosega 6 g/l, v južnih pa le 2 do 3 g/l, saj pri temperaturah nad 30°C prihaja do njene razgradnje. Pri nižjih temperaturah se v večji meri razgrajuje jabolčna kislina. Vinska kislina je relativno močna kislina, vinu daje pH med 3 in 3,5 (Ribereau-Gayon, 2006). Razmerje med vinsko in jabolčno kislino v moštu ni stalno in je odvisno od vremenskih dejavnikov, predvsem temperature in količine padavin v času dozorevanja. Z dotokom kalijevih ionov iz tal, prvotno prosta vinska kislina prehaja v obliko soli, primarnega, kislega kalijevega hidrogentartrata, sekundarnega, nevtralnega kalijevega tartrata ter primarnega in sekundarnega kalcijevega tartrata. Najpogostejša oblika soli je primarni kalijev tartrat. Je slabo topen v vodi, še slabše v alkoholu, zato se iz vina izloča v obliki vinskega kamna, delno že tekom fermentacije, ko narašča alkoholna stopnja, kasneje pa tudi v vinu. Soli vinske kisline pogosto tvorijo prenasičene raztopine, zato se vinski kamen lahko izloča v steklenicah, če vina pred stekleničenjem niso bila stabilizirana na vinski kamen (Šikovec, 1993).

Jabolčna kislina se pojavlja v vseh živih organizmih, v največjih količinah v zelenih jabolkih. Zeleno grozdje vsebuje do 25 g/l jabolčne kisline (Ribereau-Gayon, 2006). Razpada pri temperaturi med 28 in 30°C, ko se oksidira v procesih dihanja do CO2 in vode. Pri temperaturah nad 30°C v večji meri razpada vinska kislina (Topt.=37°C) Ker so temperature v naših predelovalnih območjih v času dozorevanja redko višje od 30°C, je razumljivo, da se jabolčna kislina razgrajuje v večji meri kot vinska kislina. (Šikovec, 1993). Mošti severnih pridelovalnih območij je pogosto vsebujejo 4 do 6,5 g/l, mošti z juga pa le 1 do 2 g/l. Soli jabolčne kisline so v vinu dobro topne in za razliko od vinske kisline ne povzročajo težav (Ribereau-Gayon, 2006).

Citronska kislina je v naravi zelo pogosta. Je pomembna biokemična molekula, saj sodeluje v Krebsovem ciklu. Njena vsebnost v vinu znaša med 0,5 in 1 g/l.

V fermentaciji nastajajo še nekatere druge organske kisline, kot je naprimer piruvična kislina, ki pa jo v vinu najdemo le v nizkih koncentracijah. Z redukcijo s hidridnim ionom, ali s koencimom NADH iz L, ali D-laktat dehidrogenaze tvori dva stereoizomera mlečne kisline, in sicer L-mlečno kislino, ki je bakterijskega izvora in D-mlečno kislino, ki nastaja v metabolizmu kvasovk. Encimatska dekarboksilacija piruvične kisline ob delovanju tiamin pirofosfata, ali vitamina B1 tvori etanal, ki je nato reduciran v etanol med alkoholno fermentacijo. Če pride do encimatske, mikrobiološke, ali kemične oksidacije etanola, nastaja ocetna kislina (Ribereau-Gayon, 2006).

Sukcinske kisline v vinu najdemo do 1 g/l. Je prisotna v vseh živih organizmih, vključena je v metabolizem lipidov ter v Krebsov cikel. Po okusu je grenka, oziroma slana, povzroča zasoljen okus vina (Ribereau-Gayon, 2006).

VRSTE KISLOSTI

Uravnoteženost, oziroma harmoničnost okusa vina določa razmerje med alkoholi in sladkorji, ki dajejo vinu sladkobo, organskimi in anorganskimi kislinami, ki dajejo vinu kisel okus ter fenoli, ki prispevajo h grenkobi (Ribereau-Gayon, 2006).

SKUPNE KISLINE

Ko govorimo o kislosti vina, ločimo več različnih pojmov, ki le to opisujejo. Pojem ‘skupne kisline’ zajema vse proste kislinske funkcije v vinu. Skupnim kislinam pogosto rečemo tudi titracijske kisline, saj jih izmerimo s titracijo z uporabo raztopine natrijevega hidroksida znane molarnosti. Za končno točko titracije uporabimo pH meter in je odvisna od uporabljenega indikatorja. Ob uporabi indikatorja bromtimol modro titriramo do pH 7,00, pri fenolftaleinu pa do pH 9,00. Skupne kisline zajemajo anorganske kisline, organske kisline ter aminokisline, katerih prispevek k skupni kislini ni znan. Prispevek posamezne vrste kisline k skupni kislosti je odvisen od stopnje disociacije ter stopnje, do katere so se kisline kombinirale v soli. Vinska kislina je v vinu večinoma prisotna v obliki kalijeve soli, ki še prispeva k skupnim kislinam (Ribereau-Gayon, 2006). Stopnjo disociacije opišemo z uporabo disociacijske konstante kisline (Ka), ki je definirana na podlagi koncentracij posameznih kemijskih zvrsti v molih na liter (Boyer, 2005):

Ka = [A-][H+]/[HA]

pKa = – log10 Ka

Višji kot je pKa, manj je kislina v vodi disocirana, šibkejša je. Močne kisline so v vodi popolnoma disocirane.

Predvidevanje skupne kislosti vina na podlagi kislosti mošta je težko iz več razlogov. Del kislin konzumirajo kvasovke in bakterije (mlečnokislinska fermentacija), ki tvorijo nove kisline, naprimer sukcinsko in mlečno kislino. Soli kislin med fermentacijo postajajo manj topne, zaradi zviševanja alkoholne stopnje. Vinska kislina v obliki primarnega kalijevega hidrogentartrata (KTH) se izloča v obliki kristalov vinskega kamna. Ob tem se zmanjšajo skupne kisline, saj ima KTH še vedno prosto eno karboksilno skupino. Pri kalkulaciji skupnih kislin je potrebno narediti tudi popravke zaradi vsebnosti žveplovega dioksida, saj ima žveplasta kislina pKa = 1,77 ter CO2. Ogljikova kislina ima pKa 6,6. Neupoštevanje ogljikove kisline vodi v napako pri meritvi predvsem pri penečih vinih in mladih vinih. V tem primeru je potrebno iz vzorca pred meritvijo skupnih in hlapnih kislin odstraniti pline (Ribereau-Gayon, 2006).

Hlapne kisline so neposredno vezane na kvaliteto vin. Skupne kisline razdelimo na hlapne kisline (kisline ki hlapijo pri destilaciji) ter fiksirane kisline, ki pri destilaciji ne hlapijo. Ko destiliramo vzorec, mu dodamo 0,5 g/20 ml vinske kisline. S tem znižamo pH vzorca, saj izpodrinemo v soli vezane hlapne kisline. Glavna hlapna kislina je ocetna kislina, ki nastaja v fermentaciji v metabolizmu kvasovk, ali v mlečnokislinski fermentaciji pod vplivom mlečnokislinskih bakterij z razgradnjo citronske kisline. Zelo visoke koncentracije ocetne kisline nastanejo tudi z razpadom sladkorja, vinske kisline in glicerola pod vplivom anaerobnih mlečnokislinskih bakterij. Tretji mehanizem nastanka pripada ocetnokislinskim bakterijam, ki oksidirajo etanol v ocetno kislino (Ribereau-Gayon, 2006).

pH in pKa VREDNOST – AKTIVNA oz. DEJANSKA KISLOST VINA TER KONSTANTA DISOCIACIJE

Po definiciji je pH negativni logaritem koncentracije oksonijevih ionov v električno prevodni raztopini. pH je parameter, ki je osnovan na stopnji disociacije različnih kislin v raztopini. Kisline imajo tendenco, da v vodi izgubijo proton, oziroma razpadejo na oksonijev (H3O+) ion in konjugirano bazo:

HA + H2O <-> A- + H3O+

Koncentracija oksonijevih ionov (H3O+) definira kislost kisline (HA). Močne kisline v vodi popolnoma disocirajo, šibke pa le delno in so v raztopini prisotne tako v obliki konjugirane baze, kot tudi kisline. Povedano drugače, močnejša kislina, ki je v vodi popolnoma disocirana, tvori več oksonijevih ionov, pH je nižji. Šibkejša kislina, ki je le delno disocirana, tvori manj oksonijevih ionov, pH je višji. Jakost kisline je torej merilo za njeno težnjo, da odda proton. Določimo jo iz konstante disociacije (Boyer, 2005):

Ka = [A-][H3O+]/[HA]

Ker vrednosti disociacijskih konstant zapisane v eksponentni obliki niso uporabne za vsakdanjo uporabo (HCl ima Ka = 1,75×10^-5), jih definiramo še drugače (Boyer, 2005):

pKa = – log Ka

pKa je kvantitativno merilo za jakost kisline. Običajne vrednosti pKa v biokemiji se gibljejo med 2 in 13. Disociacijske konstante (pKa) močnih kislin so blizu 1, recimo klorovodikova kislina ima neizmerljivo velik pKa (Boyer, 2005), žveplova kislina približno 1, fosforna kislina 1,96, vinska kislina 3,01, citronska 3,09, jabolčna 3,46, mlečna pa 3,81 (Ribereau-Gayon, 2006). Torej višja vrednost pomeni šibkejšo kislino, kar je ravno obratno od Ka, kjer višja vrednost pomeni močnejšo kislino. Ker imajo nekatere kisline možnost oddati več kot le en proton (poliprotične kisline), taka je denimo fosforna kislina, ki lahko odda 3 protone, imajo navedenih tudi več vrednosti pKa za vsak proton, ki ga oddajo (Boyer, 2005).

pH vina je v večini primerov med 2,8 in 4,0. Ker je večina encimov aktivna pri nevtralnem pH, je le ta znotraj celic višji kot v mediju, ki jih obdaja. Nizek pH poveča mikrobiološko in fizikalno kemično stabilnost vin. Vpliva na stabilnost soli vinske kisline (tartratov) ter na pojav železovih lomov, na primer Fe3+ v vinu tvori komplekse s citronsko kislino. Pri višjih pH-jih ti kompleksi postanejo nestabilni, nastanejo netopne soli, železovi fosfati, ali železov hidroksid (Fe(OH)3) (Ribereau-Gayon, 2006).

Vino je mešanica šibkih kislin, ki se kombinirajo in tvorijo soli v večji, ali manjši meri, glede na njihovo disociacijsko konstanto (pKa). Vsebnost soli v vinu je odvisna od več dejavnikov, kot so geografsko poreklo, sorta, vzgojna oblika, tip preše in uporabljene vinarske prakse. Glede na sestavo so mošti in vina pufri, kar pomeni, da sprememba njihove kemijske sestave le omejeno vpliva na spremembo pH vrednosti. Kot primer lahko navedemo relativno majhne spremembe pH-ja med alkoholno in mlečnokislinsko fermentacijo (Ribereau-Gayon, 2006).

pH raztopine s šibko monoprotično kislino in njeno močno bazično soljo opisuje Henderson Hasselbach-ova enačba (Ribereau-Gayon, 2006):

pH = pKa + log ([nastala sol]/[preostala kislina] = pKa + log ([A-]/[AH])

PUFRNA KAPACITETA MOŠTOV IN VIN

Kislinsko bazična pufrna kapaciteta vin je v veliki meri odgovorna za njihovo fizikalno kemično in mikrobiološko stabilnost ter za uravnoteženost okusa (Ribereau-Gayon, 2006). Pufrno kapaciteto definiramo kot množino H3O+, ali OH- ionov, ki jih moramo dodati enemu litru vzorca, da se njegov pH spremeni za eno enoto. Pove nam, kako se pH vina, ali mošta ob dodatku kisline, ali baze spremeni in jo ocenimo na podlagi vsebnosti posameznih kislin in disociacijskih konstant teh kislin, oziroma parov konjugirana kislina-konjugirana baza.

Učinkovito pufrsko območje (pH) = pKa +-1 (Boyer, 2005)

Za vinsko kislino torej velja, da je pufrski sistem učinkovit v območju pH od 2,01 do 4,01, za mlečno kislino od 2,81 do 4,81, itd. V tem razponu pH vrednosti je razmerje med kislino in njeno konjugirano bazo približno enako. Molekule delujejo tako, da nevtralizirajo dodano kislino, ali bazo, pH vrednost se le malo spremeni.

Kot praktični primer iz sveta vina podajmo trajanje vtisa svežine v ustih, ki je neposredno povezana z zasoljevanjem kislin s strani alkalnih proteinov v človeški slini. Vina z nizko pufrno kapaciteto delujejo prazno, a to hkrati ne pomeni, da imajo tudi nizko kislino. Pufrna kapaciteta se razlikuje glede na sestavo in tipe kislin, ki so v vinu prisotni (Ribereau-Gayon, 2006).

Skupna kislina in kislinska sestava moštov je odvisna od številnih dejavnikov. Na eni strani vplivajo nanjo abiotski dejavniki, kot so geografska lega, lastnosti tal, klima, vlažnost in prepustnost tal, padavinski vzorci ter temperatura, ki pomembno vpliva na razgradnjo in posledično sestavo kislin med dozorevanjem. Na drugi strani veliko vlogo pri kislinski sestavi igra človek s svojimi posegi v vinograde, s pravilnim izborom časa trgatve ter pazljivostjo pri predelavi. V proizvodnji osnov za peneča vina je pomembno ločevanje posameznih frakcij pri prešanju, saj celični sok iz osrednjega dela jagode vsebuje največ sladkorjev in vinske kisline, medtem ko je ob jagodni kožici in pečkah koncentracija teh snovi nižja (Ribereau-Gayon, 2006).

Vina, ki vsebujejo le vinsko kislino in njeno primarno kalijevo sol, lahko delujejo neharmonično. Prav tako so neharmonična vina z visoko vsebnostjo jabolčne kisline. Nasprotno je pufrna kapaciteta vina, ki vsebuje vinsko in mlečno kislino, na dolgi rok večja od vina, ki vsebuje le vinsko kislino, kjer pufrna kapaciteta sčasoma pade zaradi izločanja soli (Ribereau-Gayon, 2006).

Spremembe kislinsko bazičnih lastnosti vina zahtevajo poznavanje tako skupnih kislin, pH vrednosti in pufrne kapacitete. Slednjo izmerimo s pH metrom ob hkratnem dodajanju baze in beleženjem 4, ali 5 točk v nevtralizacijski krivulji. Enačba za pufrno kapaciteto (ß) je izpeljana iz Henderson Hasselbachove enačbe (Ribereau-Gayon, 2006):

ß = ∆B/∆pH, kjer je:

ß – pufrna kapaciteta

∆B – količina dodane močne baze

∆pH – sprememba pH vrednosti zaradi dodatka močne baze

Pri determinaciji titracijske krivulje uporabimo raztopino NaOH v razredčenem alkoholu, da ne spremenimo vsebnosti alkohola v vzorcu in posledično dielektrične konstante ter s tem stopnje disociacije kislin (Ribereau-Gayon, 2006).

SPREMEMBE PUFRNE KAPACITETE

Pufrna kapaciteta vsake posamezne kisline v alkoholni raztopini je manjša kot v vodi. Nasprotno imajo raztopine s kombinacijo dveh, ali treh kislin v alkoholu večjo pufrno kapaciteto kot v vodi. Ta fenomen je posebej izrazit ob prisotnosti citronske kisline. Kisline vplivajo druga na drugo in na alkohol ter tako kompenzirajo znižanje pufrne kapacitete vsake posamezne kisline v raztopini alkohola. V praksi zato pogosto v proizvodnji penečih vin dodajamo v ekspedicijski liker citronsko kislino. S tem povečamo trajnost vina, upočasnimo staranje in ohranimo svežino (Ribereau-Gayon, 2006).

Na pufrno kapaciteto poleg organskih snovi vplivajo še druge snovi, na primer aminokisline. V penečih vinih so vselej prisotne v koncentracijah nad 1 g/L, ali celo nad 2 g/L. Preko aminoskupine formirajo soli s karboksilnimi kislinami, preko karboksilne skupine pa se vežejo z nedisociranimi karboksilnimi skupinami organskih kislin. Imajo torej dvojno pufrno funkcijo. Hidrofobne aminokisline, kot je alanin, imajo manjši vpliv na pufrno kapaciteto, Medtem ko aminokisline z alkoholno skupino (serin, treonin) pomembno prispevajo k dvigu pufrne kapacitete vina. Tudi število alkoholnih skupin organskih kislin prispeva k povečanju pufrne kapacitete. Vinska kislina (dve OH skupini) v kombinaciji s serinom v večji meri prispeva k dvigu pufrne kapacitete kot kombinacija iste aminokisline z jabolčno kislino (le ena OH skupina). Nastajanje vodikovih vezi med organskimi kislinami iz aminokislinami torej pomembno prispeva k bolj stabilnim interakcijam med molekulami (Ribereau-Gayon, 2006).

POMEN PUFRNE KAPACITETE PRI DOKISOVANJU IN RAZKISOVANJU VIN

Dokisanje z vinsko kislino je v Evropski uniji dovoljeno v sledečih odmerkih:

  • 1,5 g/l za mošt
  • 2,5 g/l za vino

Ko vinu dodajamo kislino, moramo vedno upoštevati tudi pH vrednost. Žal enostavna povezava med skupno in aktualno (dejansko) kislostjo vina ne obstaja. Povečanje dejanske kislosti, torej znižanje pH vrednosti se zgodi tudi pri stabilizaciji vina na vinski kamen, znižanju skupnih kislin navkljub. Enako se zgodi pri dokisovanju z vinsko kislino, zaradi kristalizacije kalijevega hidrogentartrata. Največja težava pri dokisovanju z vinsko kislino je, da ne moremo predvideti padca pH vrednosti. Da bi vino lahko primerno dokisali, bi morali poznati prvotne koncentracije vinske kisline in kalijevega hidrogen tartrata, sposobnega kristalizacije. Prav tako bi morali poznati pufrno kapaciteto vina (Ribereau-Gayon, 2006).

Kot primer navedimo hipotetično vino iz severnega pridelovalnega območja, ki vsebuje 6 g/L jabolčne kisline. Po biološkem razkisu tako vino lahko deluje prazno, zato je potrebno dokisanje z vinsko kislino. Pri tem moramo paziti, da ne znižamo pH pod 2,9, kar nam sicer zreducira praznost, a hkrati povzroči prekomeren občutek suhosti, ali celo da vinu zelen karakter. Bela vina iz rdečega grozdja pri nizkem pH-ju lahko dobijo rdečkast odtenek (Ribereau-Gayon, 2006).

Učinek dokisanja z vinsko kislino je majhen. 100 g/hl vinske kisline poviša skupne kisline le za 0,5 g/L. Učinek je še manjši, če so prisotne velike količine kalijevega hidrogentartrata. Določene prednosti prinaša dokisovanje z mlečno kislino, ki ima višji pKa = 3,81 v primerjavi z vinsko kislino (3,01), zato poviša skupne kisline, a ima hkrati manjši vpliv na povišanje pH-ja. Poleg tega je mikrobiološko in fizikalno kemijsko stabilna (Ribereau-Gayon, 2006).

RAZKISOVANJE VIN

Aditivi, ki jih v EU lahko uporabljamo za razkisovanje vin so (Ribereau-Gayon, 2006):

  • Kalijev bikarbonat (KHCO3)
  • Kalcijev karbonat (CaCO3)

Z vinsko kislino tvorita netopne soli, ustrezna količina kisline se odstrani v obliki ogljikove kisline (H2CO3), ki nato razpade na CO2 in vodo.

Učinek posamezne snovi je sledeč (Ribereau-Gayon, 2006):

  • 1 g/L KHCO3 zniža skupno kislino za 0,75 g/L izraženo kot vinska kislina
  • 1 g/L CaCO3 zniža skupno kislino za 1,5 g/L izraženo kot vinska kislina

Pri tem niso upoštevani stranski učiniki, ki jih ima na pH in skupne kisline izločanje netopnega kalijevega hidrogentartrata in predvsem kalcijevega tartrata. Paradoksalno, po odstranitvi netopnih soli, razkisanje s CaCO3, ali KHCO3 zreducira razmerje [soli]/[kisline] in s tem poveča dejansko kislost (Ribereau-Gayon, 2006).

Kapaciteta za znižanje kisline pri CaCO3 znaša le 85 % kapacitete KHCO3, zato moramo uporabiti višjo količino CaCO3 glede na teoretične vrednosti. Kalcijev karbonat ima hitrejši vpliv na pH, saj je kristalizacija kalcijevega tartrata hitrejša v primerjavi s kalijevim hidrogentartratom, ki je v vinu bolj topna sol. Razkisovanje z obema snovema povzroča manjšo alkalnost pepela. Ker pa ti dve soli lahko reagirata le z vinsko kislino, lahko posledično pride do neravnovesja v kislinski sestavi, še posebej če biološki razkis ni bil opravljen (kalijeve in kalcijeve soli jabolčne kisline so bolj topne). Kemično znižanje jabolčne kisline je možno z uporabo kalcijevega tartromalata (sredstvo DESACID) pri pH vrednosti nad 4,5, ki izkorišča lastnost jabolčne kisline, da pri tem pH-ju nadomesti vinsko kislino v njeni kalcijevi soli. Nastane dvojna sol, kalcijev tartromalat (Ribereau-Gayon, 2006).

LITERATURA

  • BOYER R. [prevajalci ABRAM V. et al.] 2005. TEMELJI BIOKEMIJE. Študentska založba, Ljubljana, 634 str.
  • RIBEREAU-GAYON P., GLORIES Y., MAUJEAN A., DUBOURDIEU D. 2006. HANDBOOK OF ENOLOGY, Volume 2: The Chemistry of Wine Stabilization and Treatments, Second edition, John Wiley&Sons, Ltd, 441 str.
  • ŠIKOVEC S. 1993. VINARSTVO: Od grozdja do vina, Kmečki glas, Ljubljana, 284 str.
Kontakt
Calotropis theme by itx

Videos, Slideshows and Podcasts by Cincopa Wordpress Plugin