CC BY
102
НОВЫЙ АЛГОРИТМ ИДЕНТИФИКАЦИИ НАТУРАЛЬНЫХ ВИН ГРУЗИИ МЕТОДОМ СПЕКТРОСКОПИИ ЯМР
Г.А. Калабин1, Ю.П. Козлов1, Р.С. Рыков1,
Н.В. Кулагина2, Д.Ф. Кушнарев^, А.В. Рохин2
Экологический факультет, Российский университет дружбы народов, Подольское шоссе, 8/5. 113093, Москва, Россия 2Иркутский государственный университет, ул. Карла Маркса, 1, 664003, Иркутск, Россия
Обсуждается новый алгоритм идентификации подлинности грузинских вин на основе количественной спектроскопии ЯМР.
В конце 2002 года в Москве во ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности прошел VI Международный профессиональный конкурс «Лучшее шампанское, вино и коньяк года» — самое авторитетное в России соревнование такой направленности. В номинации «Виноградные вина» лучшими уже третий год подряд признаны грузинские вина фирмы «Talisman», которые завоевали рекордное за всю историю конкурсов количество высших наград (23), намного опередив занявших второе и третье места также грузинские фирмы «Тамада» и «Амирани» (15 и 14 золотых наград, соответственно) (Самойлова Н., 2002). Таким образом, вина Грузии, как и во времена СССР, уверенно сохраняют лидирующее положение на российском рынке. Эго не удивительно, т.к. уникальная кахетинская технология производства грузинских вин обеспечивает повышенное содержание в них флавоноидов, обеспечивающих антиоксидазные и лечебно-диетические свойства этой наиболее ценной алкогольной продукции в отношении широко распространенных заболеваний сердечно-сосудистой системы, инсульта, онкологических болезней (Нужный В.П., 2000).
Естественно, такая ценная пищевая продукция имеет высокий спрос и соответствующую рыночную стоимость, что привлекает фальсификаторов, пытающихся ее подделывать различными способами, как правило, достаточно примитивными. Это следует из официального письма Министра сельского хозяйства и продовольствия Грузии Кирвалидзе Д.Р. Министру сельского хозяйства РФ Гордееву А.В. от 08.12.01 №1-1/567, препровожденного Чрезвычайным и Полномочным Послом Грузии в России 3. Абашидзе от 13.12.2001 №1638. Письмо характеризует размах производства «грузинской» алкогольной продукции в России, способы фальсификации, пути следования отдельных видов продукции, наконец, фирмы-производители фальсификатов. Отмечается, что «такое положение дел не только дискредитирует торговые марки наших производителей, но и значительно уменьшает поступления в бюджеты наших стран, создает угрозу жизни и здоровью населения-потребителя».
Два вышерассмотренных аспекта — высокое качество и пищевая ценность грузинских вин, с одной стороны, и обусловленная этим обстоятельством широко распространенная их фальсификация, с другой, побудили авторов настоящей работы попытаться выяснить возможности развиваемых ими подходов количественной спектроскопии ЯМР на различных ядрах (Калабин
Г.А., и др., 2000; Сб. трудов..., 2001) для идентификации натуральных красных сухих вин Грузии из долины реки Алазани — обособленного географического региона, технология производства вин в котором существенно отличается от таковой в любых других частях Западной и Восточной Европы. Выбор типа вин обусловлен повышенной полезностью красных вин и более простым компонентным составом сухих вин, свободных от углеводных веществ.
Цель этой работы сугубо прикладная — найти особенности спектров ЯМР подлинных грузинских вин, отличающие их как от псевдогрузинских суррогатов, так и от качественных вин производства Краснодарского края и Молдавии. Последние два региона выбраны по причине того, что рыночная стоимость натуральных красных вин из них в 2—3 раза ниже, чем грузинских аналогов. Виноматериалы именно этих регионов, возможно, используются в первую очередь для производства фальсификатов.
Специфика вин Грузии может быть обусловлена, в первую очередь, географическими особенностями расположения региона, его почвой и технологией производства вин. Первый из факторов сказывается на естественном изотопном составе водорода, кислорода и углерода основных компонентов сухого вина — воды, этанола, кислот и глицерина, изучение которого возможно рядом методов, в том числе — методами количественной спектроскопии ЯМР. Почвенный фактор должен обуславливать микроэлементный состав, т.е. содержание в вине некоторых элементов, таких как фосфор, калий, натрий, магний, кальций, хлор, соотношение которых является характеристическим признаком как почв, так и используемых технологий производства вина (из сока, с мезгой и т.д.). Спектроскопия ЯМР отдельных изотопов перечисленных элементов также может быть полезна при идентификации. Наконец, технология производства вин наиболее проявляется в содержании минорных компонентов вина, в первую очередь, органических кислот. Оценка соотношения последних может осуществляться на основе спектров ЯМР [Н и 13С.
Проблеме идентификации вин посвящено большое число работ. Наиболее обстоятельными в методическом плане, касающемся алгоритма анализа, нам кажутся работы Сергиево-Посадского ЦСМ (Калабин Г.А., и др., 2000; Сб. трудов..., 2001). Хотя они не обсуждают наиболее интересующий нас вопрос специфичности изотопного и элементного состава грузинских вин, некоторые данные компонентного состава в них представлены.
В качестве основного объекта анализа нами взято вино «Саперави» — распространенное традиционное красное сухое вино Грузии. На его примере проведена оценка целесообразности (с точки зрения трудоемкости получения количественных результатов) проведения регистрации отдельных видов спектров ЯМР.
Регистрация спектров ЯМР !Н обеспечивает за время около 10 минут получение серии спектров, обработка которых позволяет с нужной для идентификационных целей точностью рассчитать содержание в вине воды, этанола, глицерина и основных кислот — винной, яблочной, молочной, лимонной, янтарной и уксусной, а также выявить присутствие остаточных моно- и дисахаридов. Поскольку присутствие последних усложняет спектр, для анализа полусухих и полусладких вин требуется разработка специальных подходов. Типичный спектр ЯМР Ш вина «Саперави» (Talisman) дан на рис. 1. Спектр зарегистрирован в условиях двойного резонанса *Н - {13С} на частоте 500 МГц. Регистрация спектра в условиях монорезонанса позволяет использовать сателлиты 13С линий групп СН2 и СН3 этанола, как количественные маркеры для измерения содержания глицерина и кислот.
Регистрация спектров ЯМР 13С найдена, в общем случае, нецелесообразной, т.к. получение интенсивных сигналов от кислот в количественных условиях весьма трудоемко (несколько часов) даже с использованием релаксантов. По этой же причине найдена неэффективной регистрация спектров ЯМР 23Na, 25Mg, 39К и 43Са, но не 31Р. В последнем случае сигналы ЯМР 31Р вина «Саперави» с отношением сигнал-шум более 100 : 1 удалось получить за 20 минут. Однако информативность этого вида спектров для задач дифференциации вин различных регионов пока нам неизвестна. Выяснение этого вопроса требует значительных трудозатрат, наличия эталонов и т.д.
Для целей изотопного анализа водорода в Западной Европе уже более 10 лет используют методику SNIF NMR (Е.С. Regulation..., 1990), позволяющую оценивать содержание изотопа 2Н в группах СН2 и СН3 этанола вина. Через эти значения можно характеризовать на основе сравнения с накопленным массивом информации не только регион, но даже год производства вина, выявить его шаптализацию и т.д. Упомянутая методика весьма трудоемка (требует полного извлечения этанола из вин), недостаточно экспрессна и экономична (стоимость одного анализа 400 — 500 евро). Поэтому мы использовали нашу оригинальную методику, прошедшую метрологическую аттестацию Госстандарта РФ [9], которая позволяет измерять содержание изотопа 2Н в отдельных фрагментах молекул с погрешностью ±3% и менее.
Рис. 1. Спектр ЯМР *Н вина «Саперави»:
А — вода; Б — этанол; В — глицерин; Г — органические кислоты и другие минорные органические компоненты
Типичный спектр ЯМР 2Н вина «Саперави» представлен на рис. 2. Хотя в нем и видны сигналы СНг и СНз групп этанола, их интенсивность недостаточна для точного измерения их площадей за разумное время эксперимента (менее часа). Однако сигнал Н2О имеет, как и должно быть, много большую интенсивность, поскольку содержание воды в вине составляет более 90% мол. Относительную интенсивность этого сигнала можно измерять с погрешностью около 1% отн., за время 10 — 20 минут на спектрометрах с резонансной частотой для протонов 300 МГц и более с использованием ампул диаметром 10 мм, без стабилизации резонансного условия и облучения ядер 1Н. Повышение чувствительности аппаратуры, усовершенствование методики измерений и цифровая обработка спектров позволяют использовать информацию и по сигналам 2Н этанола вина, когда это необходимо.
V: нр
Рис. 2. Спектр ЯМР 2Н вина «Саперави»
Мы провели измерение содержания изотопа 2Н в воде вина серий сухих красных вин Грузии, Молдавии, ряда стран Западной Европы (Испания, Италия, Германия, Франция, Португалия) и Краснодарского края России (регион реки Кубань).
Их вариации относительно условно взятого за ноль значения представлены на рис. 3. Из него видно, что содержание изотопа 2Н в грузинских винах и винах Западной Европы близко, но выше такового в винах Молдавии и Краснодарского края. Это обусловлено широтно-климатическими причинами и является надежным критерием дифференциации вин Грузии от Молдавии и региона Кубани. Следует отметить, что в последних содержание изотопа 2Н в воде вина широко варьируется, что является признаком невысокого качества многих из них. Подобная нестабильность значений 2Н воды вин одного региона может быть обусловлена либо разными широтно-климатическими условиями, либо специфичностью используемых технологий, либо их примитивной фальсификацией, т.е. добавлением воды или смеси вода/этанол типичного для вин соотношения. Выявление таких видов фальсификации наиболее легко осуществить по нарушению соотношения сигналов воды, этанола, глицерина и
кислот в спектрах ЯМР Ш (рис. 1.). Это было обнаружено для некоторых образцов вин Кубани и Молдавии, но не Грузии и Западной Европы.
ю>
Рис. 3. Относительное содержание изотопа 2Н (ppm) в воде красных сухих вин
различных регионов
Наиболее важный результат настоящей работы — на основе 6 образцов установлен диапазон типичных значений содержания изотопа 2Н в воде качественных вин Грузии. Он весьма отличается от такового для вин Молдовы и Кубани, как регионов, вина которых, в основном, существенно дешевле, т.е. могут быть основным сырьем для фальсификации вин Грузии. Разбавление вин Грузии водой или водно-этанольным композитом также уменьшает содержание изотопа 2Н в воде вина. Оно может быть обнаружено методом ЯМР 2Н на уровне от 10% и выше.
Для выработки более строгих критериев дифференциации грузинских вин от псевдогрузинских необходимо более расширенное их изучение с использованием, наряду с коммерческими, подлинных образцов от производителей. Алгоритм анализа (рис. 4.) должен обязательно включать регистрацию количественных спектров ЯМР *Н, 2Н и 31Р при условии затрат времени на один образец не более часа.
- Соотношение вода/этанол/глицерин/кислоты
- Идентификация некоторых минорных компонентов
- Выявление региона произрастания винограда
- Выявление добавления в вино воды
- Содержание различных фосфорорганических соединений
- Идентификация отдельных компонентов
- Соотношение этанол/глицерин
Характеристика компонентного состава через структуру водных кластеров
Соотношение вода/этанол
ро
Рис. 4. Экспресс-алгоритм анализа подлинности вин
Регистрацию спектров ЯМР 13С и 170 можно использовать в отдельных случаях для подтверждения выводов, сделанных на основе ЯМР *Н, 2Н. Хотя видится перспективным использовать ЯМР 170 для оценки структурной упорядоченности водной матрицы вина, как идентификационного критерия. Никакие иные алгоритмы анализа не могут быть конкурентны с представленным подходом по надежности и экспрессности. Создание комплексной методологии, включающей ЯМР, на основе работ (Петров А.П., и др., 2001; Пивоваров Ю.В., и др., 2001) целесообразно как для натуральных вин, так и фруктовых соков
Регистрацию спектров ЯМР 13С и 170 можно использовать в отдельных случаях для подтверждения выводов, сделанных на основе ЯМР 1Н, 2Н. Хотя видится перспективным использовать ЯМР 170 для оценки структурной упорядоченности водной матрицы вина, как идентификационного критерия. Никакие иные алгоритмы анализа не могут быть конкурентны с представленным подходом по надежности и экспрессности. Создание комплексной методологии, включающей ЯМР, на основе работ (Петров А.П., и др., 2001; Пивоваров Ю.В., и др., 2001) целесообразно как для натуральных вин, так и фруктовых соков.
ЛИТЕРАТУРА
Самойлова Н Лучшее вино года TALISMAN. Комсомольская правда, 7 декабря 2002 г. Нужный В.П. Вино в жизни и жизнь в вине. — М.: Московский психолого-социальный институт; Воронеж; Издательство НПО «МОДЭК», 2000. - 352 с. Калабин Г.А, Каницкая JI.B., Кушнарев ДФ. Количественная спектроскопия ЯМР природного органического сырья и продуктов его переработки. - М.: Химия, 2000,— 408 с. Сб. трудов «Проблемы идентификации алкогольсодержащей продукции. - М.: Госстандарт РФ, 2001. - 199 с.
Пивоваров Ю.В., Потапова Е.В., Пресняков А.А.. Зенин В.А., Леликов Ю.А. Значение приведенного экстракта при оценке качества вин // Партнеры и конкуренты. — 2001. - № 4. - С. 27 - 31.
Петров А.П., Помазанов В.В., Пресняков А.А., Пивоваров Ю.В., Зенин В.А. Проблемы органолептической и инструментальной оценки качества и подлинности алкогольной продукции//Партнеры и конкуренты.-2001.- № 7.- С.36-40.
Пивоваров Ю.В., Пресняков А.А., Зенин В.А. и др. Разработка комбинированной процедуры идентификации алкогольной продукции // Партнеры и конкуренты. — 2001. - № 9. - С. 26 - 34.
Е.С. Regulation № 2676/90. Official Journal of the European Communities, (1990) № L272, vol. 33, p. 64.
Методика выполнения измерений содержания дейтерия в воде, водноорганических и органических растворах методом спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Свид. об аттестации № 105 - 05 -99. Per. код МВИ по Федеральному реестру Госстандарта России ФР.1.31.1999.00073.
THE NEW ALGORITHM OF IDENTIFICATION OF GEORGIAN WINES BY NMR SPECTROSCOPY
G.A. Kalabin1, Yu.P. Kozlov1, R.S. Rykov1, N.V. Kulagina2,
D.F. Kushnarev2, A.V. Rochin2
1Ecological Faculty, Peoples ’ Friendship Russian University,
Podolskoye shosse, 8/5, 113093, Moscow, Russia 2Irkutsk State University, Karl Marks Street, 1, 664003, Irkutsk, Russia
The NMR spectroscopy possibilities for identification the vines of Georgian are discussed.
