Применение хроматографических методов для оценки качества и идентификации виноградных вин Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Применение

хроматографических методов

для оценки качества и идентификации виноградных вин

М.А. Положишникова, О.Н. Перелыгин, В.В. Семикин

Российская экономическая академия им. Г.В. Плеханова

Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) исследован состав фенолкарбоновых кислот и некоторых флавонолов в 220 образцах сухих красных виноградных вин, произведенных в разных винодельческих регионах. Вина были изготовлены из сортов винограда Каберне Совинь-он, Мерло, Пино Фран, Саперави, Тем-пранильо урожая 1988-2003 гг. Хро-матографические измерения проводили на хроматографе «МилиХром-5-3», используя хроматографические колон-

Виноградное вино имеет сложный химический состав, включающий около 600 различных соединений: одни из них переходят в вино из виноградной ягоды, другие - накапливаются в процессе брожения и выдержки [1]. Важную роль в формировании вкуса, цвета и типичности вина играют фенольные соединения: фенолкарбоновые кислоты, катехины, антоцианы, флавонолы, танин и др. Многие из них обусловливают биологическую ценность вин, так как обладают Р-витаминными, бактерицидными свойствами, антиоксидантной активностью. В формировании букета вина участвует комплекс летучих ароматических соединений. В сложной смеси летучих компонентов присутствуют спирты, в том числе высшие, многоатомные и ароматические, сложные эфиры, летучие кислоты, альдегиды, кетоны и другие соединения.

Установление влияния содержания отдельных компонентов химического состава вина на его качество и отдельные идентификационные признаки -важная научно-практическая задача [2]. Хроматографические методы -наиболее универсальны и эффективны при разделении смесей веществ с последующей идентификацией и количественным определением содержания отдельных компонентов [3].

Содержание некоторых фенольных соединений в сухих красных виноградных изготовленных в разных винодельческих регионах

ки «Нуклеосил С18» (5 мкм, 2х80 мм) и «Диасфер-110-С10СЫ» (5 мкм, 2х80 мм). Псевдоградиентное элюиро-вание проводили смесью ацетонитрил : вода : трифторуксусная кислота (ТФУ) в диапазоне концентраций ацетонитрила 9-35 %. Спектрофотометрическое детектирование осуществляли на пяти длинах волн (250, 254, 270, 290, 320 нм), что позволяло использовать спектральные отношения как дополнительную характеристику для идентификации фенольных соединений. Массовую концентрацию отдельных компонентов определяли методом абсолютной калибровки стандартных растворов.

На рис. 1 представлен типичный хро-матографический профиль фенолкар-боновых кислот и флавонолов сухого красного виноградного вина, полученный экспериментально.

Диапазоны варьирования концентрации некоторых фенолкарбоновых кислот и флавонолов в сухих красных виноградных винах, изготовленных в разных винодельческих регионах, приведены в табл. 1.

Таблица 1 винах,

Соединение Диапазон варьирования концентрации, мг/дм3

Молдова Грузия Франция Италия Испания Чили

Фенолкарбоновые

кислоты:

галловая 15,2-79,4 58,0-78,5 28,5-69,7 65,0-76,0 30,9-94,6 29,0-95,0

протокатеховая 1,6-4,4 3,2-8,3 3,2-7,6 2,6-6,0 2,8-9,0 2,6-11,3

р-гидроксибензойная 0,3-1,2 0,9-1,5 0,7-1,8 0,4-1,2 1,2-1,8 0,6-2,5

ванилиновая 1,1-4,8 2,4-5,4 1,4-5,1 1,4-2,7 1,6-3,2 1,0-6,4

сиреневая 1,0-4,4 4,3-7,8 2,0-6,8 2,5-3,8 2,6-4,3 2,3-11,2

кофейная 0,6-7,5 3,6-16,7 2,6-17,4 3,1-7,4 3,7-11,9 6,9-15,9

р-кумаровая 0,0-3,1 2,8-7,8 2,4-9,4 2,7-4,2 4,2-9,8 4,5-8,8

феруловая 0,0-1,2 1,1-2,3 0,6-1,4 0,8-1,2 0,9-1,8 0,8-1,3

салициловая 0,2-2,1 0,1-1,0 0,5-4,3 0,1-1,0 0,2-1,0 0,3-2,1

Кверцетин 0,1-10,8 4,1-21,8 2,7-27,2 2,3-14,3 0,5-13,5 6,0-42,9

Дигидрокверцетин 0,5-2,4 1,9-2,4 1,4-2,9 1,7-2,6 1,4-2,2 1,1-2,4

Ресвератрол 0,2-3,2 3,0-7,2 2,5-17,3 1,5-3,5 0,7-4,7 0,7-8,9

Анализ данных таблицы показывает, что наибольшая доля в суммарном количестве идентифицированных фенол-карбоновых кислот в сухих красных виноградных винах приходится на галловую кислоту - от 50 до 85 %. Интересными оказываются наблюдения за изменением содержания галловой кислоты в процессе выдержки вин. В образцах, где содержание галловой кислоты изначально было высоким, при увеличении срока выдержки происходит снижение ее концентрации. На рис. 2 показано, как изменяется хрома-тографический профиль при выдержке молдавского вина «Каберне Совинь-он» (АО КПВ «Крикова»).

Большое значение для характеристики уровня качества вин имеет содержание ванилиновой, сиреневой, кофейной и р-кумаровой кислот. Виног-

А, е.о.п. 0,60

0,50

0,40

0,30

0,20

0,10

0,00

W, нм

гпл-'юазя к-т.:

i 'А

s I

0,30 0,20

; \ M

11 я >«

IE

0,10

0

500 а

2000 0

500 6

2000 0

500 в

V, мкл

Рис. 2. Фрагменты хроматографических профилей сухого виноградного вина «Каберне Совиньон» (Молдова, АО КПВ «Крикова») со сроком выдержки: а - 1 год; б - 4 года; в - 15 лет

радные вина, получившие максимальные баллы по результатам дегустаций, отличались высоким содержанием этих компонентов.

В процессе шагового регрессионного анализа построена математическая модель, описывающая зависимость общего дегустационного балла от содержания р-кумаровой кислоты: 9,848

Y=

1 + (0,9 -е(

,(-0,55х-0,7) \

где У- дегустационный балл; х - концентрация р-кумаровой кислоты, мг/дм3.

3,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 Концентрация р-кумаровой кислоты, мг/дм3

Рис. 3. Зависимость величины общего дегустационного балла от содержания р-кумаровой кислоты: а) экспериментальные значения; б) расчетные значения

Экспериментальные и расчетные значения дегустационного балла приведены на рис. 3. Достоверность описываемого признака характеризуется коэффициентом множественной детерминации (г2), значение которого составляет 0,86.

Специфичным является накопление отдельных фенолкарбоновых кислот (ванилиновой, сиреневой, кофейной, р-кумаровой) и флавонолов в винах в зависимости от их региональной принадлежности. На рис. 4 представлены фрагменты типичных хроматографи-

ческих профилей сухих красных виноградных вин различных винодельческих регионов. Испанские вина отличает высокое содержание р-кумаровой кислоты; чилийские - одновременно высокое содержание сиреневой, кофейной и р-кумаровой кислот, а также кверцетина; для французских вин характерно самое высокое содержание ресвератрола. Кахетинские вина (Грузия) по содержанию кверцетина, ди-гидрокверцетина и ресвератрола занимают третье место после французских и чилийских вин. Вина Молдовы имеют самую низкую концентрацию анализируемых компонентов.

Таким образом, использование метода ВЭЖХ для исследования состава фенолкарбоновых кислот и флавоно-

1,20 -

1,00

0,80 ■

0,60

0,40

0,20

0,00 0,80

0,60

0,40

0,20

Испания

Чили

Франция

1500

? Италия

1500

CHplilTFWHHH К- 1

г

i ?

0

щЦ

ас ай s

i ill

51 lilS &

Грузия

500

V, мкл

!i !|

A

Ш1 &

1500

Молдова

t =

h * s 'с В

v и iSi В

г в»

Si

II I

о.

-- Р, Ы

III S

Rvl

W, нм

W, нм

яаШ в ¥32 р f в.

■ Л Ли

0

1500

2000

1500

1500

2000

Рис. 4. Фрагменты типичных хроматографических профилей красных натуральных виноградных вин различных регионов виноделия

0

12 В 24 15 14 17 18 ш

Рис. 5. Хроматографический профиль экстракта виноградного вина «Пино Фран» (Россия, ММВЗ, 2001)

лов сухих красных виноградных вин позволило:

• определить характерные диапазоны варьирования концентрации отдельных соединений в зависимости от региона производства вина;

• установить взаимосвязь между уровнем качества вин и содержанием ванилиновой, сиреневой, кофейной и р-кумаровой кислот;

• показать, что содержание в винах ресвератрола, кверцетина и некоторых ароматических кислот может быть использовано в качестве критерия идентификации региональной принадлежности вин, так как накопление этих веществ существенно зависит от климатических и агротехнических условий возделывания винограда.

Методом высокоэффективной газожидкостной хроматографии проведено разделение экстрактов летучих компонентов сухих красных виноградных вин. Измерения проводили на газовом хроматографе 5360 серии Мега фирмы Каг1о-ЕгЬа (Италия), детектор - пламенно-ионизационный, колонка !ппоуах I = 30 м, d = 0,25 мм, толщина пленки неподвижной жидкой фазы - 0,25 мкм. Разделение осуществляли в режиме линейного программирования температуры от 50 до 250 °С со скоростью 5 °С. Идентификация компонентов осуществлялась методом газовой хроматографии - масс-спектрометрии на аналогичной колонке и с таким же режимом программирования температуры. При идентификации использовали библиотеку масс-спектров.

На рис. 5 приведен типичный хроматографический профиль жидкость/ жидкостного экстракта летучих компонентов красного сухого натурального виноградного вина. Перечень идентифицированных компонентов представлен в табл. 2. Идентифицированные летучие компоненты по химическому строению молекул относятся к нескольким классам органических соединений: спиртам, в том числе многоатомным и ароматическим, сложным эфирам, летучим кислотам, альдегидам и кетонам, летучим фенольным соединениям.

В высококипящей фракции обнаружены бензиловый и 2-фенилэтиловый спирты. Фенилэтиловый спирт - продукт брожения аминокислот, обладает очень приятным запахом и считается одним из основных компонентов «букета брожения». Содержание фенил-этилового спирта в виноградных винах Франции, Болгарии и Чили в среднем на 20 % превышает его концентрацию в винах России и Молдовы.

Сопоставление данных по содержанию отдельных компонентов аромата сухих красных виноградных вин с результатами балльной дегустационной оценки позволило установить следующие зависимости. Присутствие масляной и изомасляной кислот в небольших количествах благоприятно сказывается на органолептических свойствах вина. Масляная кислота отсутствует во всех винах ММВЗ (г. Москва) и во многих образцах молдавских вин, имеющих невысокий общий дегустационный балл.

Содержание этиллактата в виноградных винах, произведенных во Франции и Чили, в среднем в 2-3 раза больше, чем в виноградных винах, произведенных в России и Молдове, причем с увеличением срока выдержки его содержание увеличивается (рис. 6). Содержание этиллактата хорошо коррелирует также с результатами ор-ганолептической оценки (Р2=0,75).

Существенная разница отмечена в содержании моно- и диэтилсукцинатов

Таблица 2

Характеристика идентифицированных компонентов аромата виноградных вин

Номер на хромато-грамме (рис.5) Наименование компонента Время удерживания, мин Класс органических соединений

1 Этилформиат 2,49 Сложные эфиры

2 Этилацетат 2,95 Сложные эфиры

3 Метанол 3,1 Спирты

4 Этанол 3,65 Спирты

- Бензол 4,05 Ароматические углеводороды

6 Этилпропионат 4,13 Сложные эфиры

7 Этилизобутират 4,21 Сложные эфиры

8 Метилпропилкетон 4,26 Кетоны

9 Метилизобутилкетон 5,12 Кетоны

10 12 СНС13 1 П Э Ы П 5,2 5 72 Ароматические углеводороды

12 13 Ш |-| Iропанол Этилбутират 5,7 2 5,98 £ АА Спирты Сложные эфиры Кетоны

14 Этил проп ил кето н Этилизовалериат 6,44 6,63 Сложные эфиры

15 Бутилацетат 6,88 Сложные эфиры

16 Изобутанол (изоамиловый) 7,34 Спирты

17 Изоамилацетат 8,25 Сложные эфиры

18 20 1-Бутанол 3 - П ммртм п -У- грк^ммпм 9,15 10 29 Спирты КрТПМк!

21 К11У1С 1 ('и 1 1 С Пип Мета-ксилол 10,96 1ХС 1 игю1 Ароматические углеводороды

22 Изоамиловый спирт (изопентанол) 11,44 Спирты

- 2-Гексанон 12,03 Кетоны

25 Этилгексанонат (этилкаприонат) 12,84 Сложные эфиры

26 27 Кумол (изопропилбензол) -< _ ¡V /1 лтм п г~1 1 1 ~г~> 1 |лп 14,08 15 37 Аромат. фенольное соединение 1 П 1 Л 1ЛТ1_ 1

27 28 29 3-Мс1 ил - 1-пен 1анол Этиллактат 1 - Го 1<тэип п 15,3/ 15,99 16 21 Спирты Сложные эфиры С пмг^ти!

32 1-| ексанол Уксусная кислота 19,44 Спирты Летучие кислоты

- Фурфурол 21,58 Аромат. фенольные соединения

33 34 2,3-Бута ндиол Изомасляная кислота 21,95 22,65 Многоатомные спирты Летучие кислоты

36 1,3-Бута ндиол Мэгпаиэа /млплтэ 23,09 24 44 Многоатомные спирты П0Т\/иМ0 1/'М/~ПГ\Т1~ 1

38 М1асляная кислота 2-Метилгексановая кислота 25,35 1С, Летучие кислоты Летучие кислоты

39 40 Диэтилсукцинат Метионол 25,5 26,57 Сложные эфиры Спирты

42 Гексановая кислота (капроновая) 28,69 Летучие кислоты

43 44 Ацетамид Соиэ\А ПАР и 1М ГПМПТ 29,25 29 71 Азотистое соединение Д этмио/"!/'!/!© /"ПМГ^Ти!

47 Бензиловый спир| Фенилэтиловый спирт 29,7 1 30,46 Ароматические спирты Ароматические спирты

51 Октановая кислота (каприловая) 32,59 Летучие кислоты

53 Нонановая кислота (пеларгоновая) 33,95 Летучие кислоты

54 4-Этилфенол 34,06 Аромат. фенольные соединения

59 Моноэтилсукцинат 36,62 Сложные эфиры

(сложных эфиров янтарной кислоты) в виноградных винах различных регионов виноделия. Их концентрация во французских и чилийских виноградных винах в 1,5-10 раз выше, чем в молдавских и российских винах. Концентрация диэтилсукцината повышается при увеличении срока выдержки.

Выявлена взаимосвязь между содер-

жанием диэтилсукцината и результатами органолептической оценки. Математическая модель, описывающая зависимость общего дегустационного балла от содержания диэтилсукцината, имеет следующий вид: у = 9,8223 (1 + 0,7 ■е(_0'25х2)) ,

где Y- дегустационный балл; х - концентрация диэтилсукцината, мг/дм3.

Экспериментальные и расчетные значения дегустационного балла приведены на рис. 7. Достоверность описываемого признака характеризуется коэффициентом множественной детерминации (r2), значение которого составляет 0,83.

Результаты исследования вин методами ВЭЖХ и ВЭГЖХ позволили установить, что состав фенольных

450" 3 400 ■5,350 5. 300 =§■ 250

н200

I 150

Л

¡2 100 50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 Срок выдержки, лет

Рис. 6. Зависимость содержания этиллактата от срока выдержки виноградного вина «Каберне Совиньон» (Франция, Бордо)

^ 10,0 I 9,5 'I 9,0

X '

о 8,5

s

| 8,0

ЁГ 7,5 ф

4 7,0 |б,5 О 6,0

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 Концентрация диэтилсукцината, мг/дм3 Рис. 7. Зависимость величины общего дегустационного балла от содержания диэтилсукцината: а) экспериментальные точки; б) расчетные точки

соединений и летучих компонентов вин весьма специфичен и зависит прежде всего от региональных особенностей возделывания винограда и особенностей технологии производства. Анализ содержания отдельных компонентов может быть использован для проведения идентификации регионального происхождения вин, их срока выдержки, а также объективно характеризовать уровень качества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нилов В.И., Скурихин И.М. Химия виноделия. - М.: Пищевая промышленность, 1967.

2. Шатиришвили И.Ш. Хроматография вина. - М.: Пищевая промышленность, 1986.

3. Савчук С.А., Власов В.Н. Идентификация винодельческой продукции методами высокоэффективной хроматографии и спектрометрии//Виноград и вино России. 2000. № 5. С. 5-9.