CC BY
78
•т
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ТЕМА НОМЕРА
УДК 663.253
Определение подлинности виноградных вин
с помощью изотопной масс-спектрометрии
Л.А. Оганесянц, академик РАСХН, А.Л. Панасюк, д-р техн. наук, Е.И. Кузьмина, канд. техн. наук, А.А. Шилкин
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности А.М. Зякун, д-р биол. наук
Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина
Имеются данные, что условия выращивания винограда и роста растений в определенной мере влияют на соотношение стабильных изотопов углерода 12С и 13С [1]. Поэтому полагают, что их изотопные характеристики служат уникальными диагностическими показателями.
Однако до настоящего времени в литературе имеется недостаточно данных, подтверждающих вариации изотопного состава углерода (13С/ 12С) основных вегетативных органов виноградного растения (корни, лоза, листья), которые могут определять формирование изотопного состава углерода генеративных органов (ягоды). Изотопные характеристики
Ключевые слова: сорт винограда; почва; климат; изотопный состав; углерод; масс-спектрометрия; этанол.
Key words: grapes grade; soil; a climate; isotope structure; carbon; mass spectrometry; ethanol.
углерода корневой системы и лозы, как компонентов многолетнего роста растения, могут нести информацию о происхождении вина.
В последние годы были проведены исследования, касающиеся мигра-
Таблица 1
Характеристика изотопного состава углерода (513С,%о) тканей виноградных растений, выращенных в условиях Краснодарского края
Анализи- Изотопный состав углерода для двух сортов винограда
руемый образец Алиготе Каберне
2008 г. 2009 г. 2010 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г.
Почва -26,70 -26,85 -24,79 -24,40 -25,48 -24,30
Корень -25,87 -26 35 -27,67 -27 55 -28,22 -28 22 -27,04 76 83 -27,97 -28,26 -28,58 -28,58
Лист -26,72 -27,23 -25,42 -26,06 -29,29 -28,12
Ягода -28,21 -29,83 -28,66 -28,71 -29,91 -28,84
Примечание. Красное вино «Каберне» получали брожением мезги без отжатия
сусла.
Таблица 2
Характеристика изотопного состава углерода (513С,%о) тканей виноградных растений, выращенных в условиях Ростовской области
Анали- Изотопный состав углерода для четырех сортов винограда
зируемый образец Алиготе 2009 г. Каберне 2009 г. Сибирьковый 2009 г. Красностоп Золотовский 2009 г. Алиготе 2010 г. Каберне 2010 г. Сибирь-ковый 2010 г. Красностоп Золотов-ский 2010 г.
Почва -25,20 -25,46 -25,91 -25,70 -24,59 -25,21 -21,26 -25,53
Корень -28,05 -26,03 -28,06 -29,28 -26,69 -27,95 -28,85 -29,67
Лоза -29,87 -28,10 -27,87 -29,29 -28,03 -29,05 -28,36 -29,53
Лист -28,04 -27,86 -27,95 -29,67 -27,15 -29,60 -29,54 -30,90
Ягода -30,60 -28,30 -28,11 -29,35 -28,93 -29,20 -29,46 -29,88
ции изотопов углерода от почвы в ягоду с последующим их распределением в продуктах ферментации, прежде всего в винах [2-4]. Однако немаловажным фактором выступает дальнейшее накопление фактического материала в течение нескольких лет, по крайней мере, по двум винодельческим регионам.
В связи с этим целью работы было изучение влияния почвенно-клима-тических факторов и сортовых особенностей на распределение стабильных изотопных атомов углерода (13С/12С) в отдельных органах виноградного растения и оценка степени изменения этих показателей при сбраживании содержимого виноградных ягод в процессе производства вина.
В опытах использовали виноградные растения западноевропейских сортов Каберне и Алиготе, произрастающих на почвах Краснодарского края и Ростовской области, а также автохтонные сорта Сибирьковый и Красностоп Золотовский.
Анализируемыми образцами тканей корней служили срезы скелетных корней и корневых волосков с глубины почвы около 10 см. Образцы почвы отбирали из ризосферы растений на глубине 10-15 см. Ткани лозы, листьев и виноградные ягоды на период их технической зрелости служили анализируемыми растительными объектами.
Вино Алиготе готовили путем брожения виноградного сусла, а сорта Каберне - брожением сусла на мезге. Брожение проводили в анаэробных условиях в закрытых сосудах, где метаболические газы и легколетучие продукты отводились через водный затвор, осуществляемый двумя барбатерами, заполненными дистиллированной водой. Между барбатерами располагали стеклянные ампулы-контейнеры для отбора проб диоксида углерода, очищенной от возможных летучих водорастворимых примесей (этанол, альдегиды, кислоты). Опыты проводили в трех параллельных по-вторностях для каждого сорта винограда.
Количественное определение рас-пространенностей стабильных изотопов углерода в исследуемых образцах проводили с помощью масс-спектрометра IRMS Delta V Advantage фирмы Thermo Fisher Scientific (Германия), специализированного для анализа распространен-ностей 13С/12С изотопов.
Изотопные характеристики этанола определяли в соответствии с «методикой измерений отношения изотопов 13С/12С спиртов и сахаров в ви-
MAINTENANCE OF FOOD SAFETY
ноградных суслах и винах методом изотопной масс-спектрометрии» (свидетельство об аттестации № 01.00225/54-10 от 28.09.2010 г.).
В табл. 1 приведены результаты сравнительного определения характеристик изотопного состава углерода отдельных вегетативных и генеративных органов виноградных сортов Алиготе и Каберне, произрастающих на почвах Краснодарского края, полученных в 2008, 2009 и 2010 гг.
Из данных таблицы следует, что интенсивная органическая фотопродукция генеративных органов сопровождается некоторым фракционированием изотопов углерода, т. е. при фотосинтезе в них включается атмосферный диоксид углерода, содержащий меньше 13С изотопа в сравнении с углеродом медленно растущих вегетативных органов, где возможен дополнительный приток диоксида углерода из почвы. В то же время величины д13С органических продуктов в тканях других вегетативных органов, демонстрировали значимые различия для каждого из растений: корни Алиготе содержали больше 13С изотопа, чем корни Каберне.
Известно, что при росте виноградных растений потоки питательных органических и минеральных веществ осуществляются через скелетные корни как в направлении надземной части растения, так и обратно в корневую систему. Выделение из растения в окружающую почвенную среду растительных экссудатов способствует образованию микоризы, обеспечивающей необходимые экологические условия роста растения. Очевидно, что выделения органических веществ в почву, где произрастали эти растения, по-разному могут оказывать влияние на формирование изотопного состава углерода почвенного органического вещества (ПОВ). Как видно из табл. 1, повышенному содержанию 13С изотопа в ПОВ соответствует пониженное его содержание в тканях растений. Объяснением этого явления может служить тот факт, что в процессе метаболизма виноградное растение освобождается от «тяжелого» изотопа 13С и через корневую систему выводит его в почву. Исключение составляет только сезон 2008 г. для винограда Алиготе.
При сравнении результатов измерений различных годов урожая заметно, что характеристики д13С отдельных частей виноградных растений меняются незначительно.
Исследовали также влияние места произрастания винограда на изотоп-
Таблица 3
Характеристика изотопного состава углерода (513С,%о) продуктов брожения сусла и мезги из ягод винограда сортов Алиготе и Каберне из разных винодельческих регионов
Изотопный состав углерода продуктов брожения сусла и сортов Алиготе и Каберне мезги из ягод винограда
руемый образец Краснодарский край Ростовская обл.
Алиготе 2008 г. Каберне 2008 г. Алиготе 2009 г. Каберне 2009 г. Алиготе 2010 г. Каберне 2010 г. Алиготе 2009 г. Каберне 2009 г. Алиготе 2010 г. Каберне 2010 г.
Диоксид углерода -20,31 -20,83 -20,36 -20,92 -20,54 -20,23 -21,04 -21,13 -20,74 -20,86
Винный этанол -26,83 -27,57 -26,88 -27,45 -28,69 -26,56 -26,24 -27,75 -26,53 -27,52
Нелетучие компонен- -27,43 -28,79 27,98 -28,86 -28,55 -27,37 -28,50 -28,91 -27,19 -28,09
ты вина
ныи состав углерода виноградного растения. С этоИ целью сравнивали характеристики, полученные для винограда сортов Алиготе и Каберне урожая 2009 и 2010 гг., собранного в двух регионах России - Краснодарском крае и РостовскоИ области (табл. 1 и 2).
При сравнительном анализе изотопного состава углерода, содержащегося в корнях и прикорневой почве РостовскоИ области, выявлена та же зависимость, что и для Краснодарского края, а именно: содержание «тяжелого» углерода заметно больше в почве, в сравнении с корневой системой, за счет избавления от него растения с помощью экссудатов.
Что касается влияния особенностей сортового состава на изотопные характеристики, по результатам исследований не было выявлено определенных тенденций.
В табл. 3 приведены характеристики изотопного состава углерода основных продуктов брожения виноградного сусла сорта Алиготе и мезги винограда сорта Каберне из разных винодельческих регионов.
Величины д13С метаболического диоксида углерода, полученного при брожении виноградного сахара, свидетельствуют о существенном обогащении его 13С изотопом относительно используемого субстрата и согласуются с ранее обнаруженными характеристиками изотопного состава углерода, наблюдаемыми при росте дрожжей Candida lipolytica на глюкозе.
Проводили мониторинг годовых сумм активных температур и годовых сумм осадков в 2008-2010 гг. с целью выявления возможного влияния данных факторов на изотопный состав виноградного растения (табл. 4). Колебания годовых сумм активных температур и годовых сумм осадков не оказывают значительного влияния на изотопные характеристики вегетативных и генеративных частей виноградного растения, ПОВ, а также продуктов брожения винограда.
Таблица 4
Годовая сумма активных температур и годовая сумма осадков в двух винодельческих регионах
Анализируемый год Ростовская обл. Краснодарский край
Годовая сумма активных температур, °С Годовая сумма осадков, мм Годовая сумма активных температур, °С Годовая сумма осадков, мм
2008 3560 446 4027 361
2009 3887 424 3800 380
2010 3860 586 3880 543
Относительное постоянство изотопных характеристик углерода винного этанола позволяет использовать их числовые значения для подтверждения виноградного происхождения спирта, содержащегося в натуральных винах.
Установление места происхождения продукта должно сопровождаться определением изотопных характеристик других химических элементов, содержащихся в вине, включая кислород и водород.
ЛИТЕРАТУРА
1. Gaudillere, J-P. Carbon isotope composition of sugars in grapewine an integrated indicator of vineyard water status / J-P. Gaudillere, С. Van Leeuwen, N. Ollat // J. Experimental Botan. - 2002. - Vol. 53. - № 369. -Р. 757-763.
2. Изучение распределения 13С/12С изотопов в виноградных растениях Краснодарского края / Л.А. Огане-сянц [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2010. - № 1. -С. 29-31.
3. Соотношение стабильных изотопов углерода в винограде и вине для подтверждения их аутентичности/ Л.А. Оганесянц [и др.] // Пиво и напитки. - 2010. - № 2. - С. 20-21.
4. Влияние почвенно-климатичес-ких факторов и сортовых особенностей винограда на соотношение 13С/ 12С изотопов / Л.А. Оганесянц [и др.] // Виноделие и виноградарство. -2010. - № 5. - С. 30-32.
