CC BY
168Ученые «шнеки Таврического национального университета им. В. II Вернадского Серия «Вполга пя, химия». Том 19 рХ). 2006 . № 2. С R4-93.
УДК 663.253.2/.4.004.12
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ВИНОГРАДНЫХ ВИН
Жиляноеа Т.А., Аристова Н.И., Панова ЭЛ., Лутков И.П., Сластья Е.А., Беляев В.И.
Проблема качества и безопасности винодельческой продукции включает разработку, как соответствующих нормативов, так и методов контроля. Внедрение систем качества на винодельческом производстве на основе стандартов ISO серии 9000 "Управление качеством продукции", руководством ИСО/МЭК" требует современных подходов к контролю качества и бе зопасности.
Начальным этапом сертификации алкогольной продукции является ее идентификация, базирующаяся на органолептических и инструментальных методах анализа (Табл. 1) [1J.
Таблица I.
С"равшггельная характеристика методов идентификации
Группа методов Преимущества Недостатки
Органолептическпе Простота Субъективизм оценки
Доступность Отсутствие сопоставимых результатов
Быстрота Oraïc ателыпли характер
Hi гетру Met папы i ые Объективность Материальные и временные затраты
Повторяемость
Сопоставимость и проверяемость Haï бхо; щмость квал ифпцирован Ht) i о персонала и испытательной базы
Выражение результатов в ( )oi I ici финятых едпнш [ах измерений
Основными направлениями исследований в оценке качества и выявления фальсифицированных виноградных вин являются уточнение и дополнение системы физико-химических показателей, применяемой для идентификации, усовершенствование и разработка новых методов анализа этих показателей, удешевление стоимости анализа за счет его быстроты и автомати зации при сохранении требу емой высокой точности.
Указанные выше тенденции, с одной стороны, находят свое выражение в создании специализированных лабораторий, оснащенных оборудованием, созданным на основе современных достижений физической и химической науки: хромато-масс-спсктромстрами. газовыми и жидкостными хроматографами, спектрофотометрами И К. УФ и видимого диапазонов. ЯМР и гамма-спектрометрами, атомно-абсорбционными спектрофотометрами, приборами капельного электрофореза и флутриметрами. Это оборудование позволяет определять за короткий промежуток времени одновременно несколько десятков показателей или же проводить очень тонкий анализ, недоступный другим методам (например, определение подсахаривания вин с помощью ЯМР). При этом высокая стоимость оборудовашм окупается большим количеством образцов и определяемых показателей, а также ценностью полученных результатов.
С другой стороны, ведется разработка методов анализа с использованием ферментных наборов и биологических сенсоров [2. 3| как более быстрых, дешевых, эффективных и доступных для производства по сравнению со спектрофотометрическими и хроматографичсскими методами.
Обе стороны современного направления развития методов анализа нашли отражение в последней редакции "Сборника международных методов анализа и оценки вин и сусел". изданном Между народной организацией винограда и вина (МОВВ) в 1990 год» и переведенном на русский язык в 1993 г. [4]. В сборнике приводится около 50-ти методик анализа, широко внедренных в европейскую практику идентификации вин за период, прошедший после предыдущего издания. Это энзимашческие (ферментные) методы, высокоэффективная газожидкостная хроматография. атомно-абсорбционная спектрофотометр™. Они составляют соответственно 8. 18 и 22% от общего количества методик. С' учетом спектроскопии ЯМР инструментальные методы составляют половину методик, используемых для идентификации и контроля качества вин.
Отделом химии и биохимии вина в рамках выполнения тем плана НИР института и в ходе деятельности испытательного центра по контролю качества пищевой проду кции "Магарач". аккредитованного в системе УкрСЕПРО. начиная с 1993 года, ведутся работы по разработке инструментальных методов идентификации вин и сусел с использованием современного приборного парка и методологии комплексного подхода к исследованию состава вин. При этом около 40% анализов по идентификации выполнялось инструментальными методами - на ионном и ВЭЖХ-хроматографах. атомно-абсорбционном спектрофотометре, гамма-спектрометре, спектрофотометре УФ-Вид-диапа юна. что соответствует европейскому уровню.
Результатом работы стала разработка следующих инструментальных методов анализа: метод определения оптических характеристик вин. атомно-абсорбционный метод определения тяжелых металлов и основных катионов (меди, цинка, железа, кадмия, свинца, калия, натрия, кальция и магния): гамма-спектрометрический метод определения удельной активности радионуклидов искусственного и естественного происхождения (цезия-137. калия-40. радия-226. тория-232): метод определения массовых концентраций органических кислот (молочной, янтарной, яблочной, винной, лимонной) с помощью жидкостной ионной хроматографии: метод определения содержания лимонной кислоты и
мальв идиндигликозида с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии и тонкослойной хроматографии: отдельные химические методы определения массовых концентраций молочной, яблочной, лимонной кислот и глицерина с предварительной обработкой образца на ионообменной колонке и последующей фото кол ориметричес ко й рсгис тра цие й.
В результате использования этих методов появилась реальная возможность создания и систематического пополнении базы данных по целому спектру показателей вин Украины, что существенно облегчает решение задачи контроля показателей безопасности и качества вин.
Задачей данной работы является представление инструмснтапьных и химических методов анализа виноградных вин. разработанных и применяемых в НИВиВ "Магарач" дтя контроля качества, безопасности и идентификации винопродукции.
Контроль показателей безопасности винодельческой продукции
Под понятием "безопасность пищевых продуктов" понимается отсутствие канцерогенного, токсического и мутагенного действия продуктов питания при употреблении их в пищу (МВТ 5061 -89). Безопасность пищевых продуктов гарантируется установлением определенных у ровней содержания в них загрязнителей химической и биологической природы.
В готовой винодельческой продукции установлены и соответствующими документами регламентируются предельно-допустимые уровни содержания токсичных Элементов — свинца, кадмия, мышьяка, ртути, железа, меди, цинка, консервирующих веществ — сорбиновой кислоты или сорбата натрия, свободной и обшей сернистой кислоты, а также радиону клидов.
В НИВиВ "Магарач" контроль содержания тяжелых металлов в вине осуществляется методом атомно-абсорбционной спектроскопии, согласно рекомендациям МОВВ. За период с 1999 г. по настоящее время в испытательном центре по контролю качества пищевой иродукции "Магарач", аккредитованном в системе сертификации УкрСЕПРО на техническую компетентность, на содержание тяжелых металлов выполнено свыше 1000 анализов. Измерения выполнены на спектрофотометре типа C l 15-М I с пламенным атомизатором.
Результаты определения содержания меди, железа и цинка в винах и виноматериалах представлены в табл. 2.
Результаты контроля свидетельствуют о том, что вина и виноматсриалы Южного Берега Крыма и Севастопольской зоны по содержанию токсичных элементов можно отнести к экологически чистым ироду ктам.
Определение содержания щелочных и щелочноземельных металлов
Кроме тяжелых металлов, в винах присутствуют катионы щелочных и щелочноземельных металлов, определяющих их органолептические характеристики -полноту и гармонию вкуса, а также кристаллическую стабильность.
Таблица 2.
Содержание тяжелых металлов к кипах и киноматериалах
Наименование образца Элемент Массовая концентрация, мг/дм3
Медь 1,5
£ а Мадера Альминская Цинк 1.3
К iX Железо 8.5
Р « С толовое красное Железо 5.9
i-s о Цинк 0,6
ь ш Ркацители Железо 5.0
Цинк 0.6
Херес столовый Медь 2.2
сз F Железо 10.0
PQ Каберне Железо 6.1
Портвейн белый Железо 7.4
Определение массовой концентрации катионов калия, натрия, кальция и магния также проводится на атомно-абсорбшюнном спектрофотометре С115-М1 с пламенным атомизатором. Калий и натрий измеряются в режиме эмиссии, магний и кальций - в режиме абсорбции излучения При определении кальция в качестве спектрального буфера используется хлористый стронций (Табл. 3).
Полученные результаты свидетельствуют о том. что содержание вышеуказанных катионов металлов не превышает установленных норм. Разработанная методика (РД ОО334830.009-98) аттестована в НИВиВ "Магарач" и внесена в реестр Госстандарта Украины.
Таблица 3»
Содержание катионов металлов к сухих киноматериалах урожаи 2Ш2 I'
Виноматериал Массовая концентрация, мг/дм3
калия натрия магния кальция сумма
Алиготе 535 20 85 112 752
Ркацители 625 32 84 112 853
Рислинг рейнский 540 18 68 67 693
Каберне Совиньон 815 29 111 72 1027
Контроль активности радионуклидов
Контроль в в и но п роду кции ведется в ИЦ «Магарач» методом гамма-спектрометрии. В 1993-19% г.г. было проведено исследование содержания естественных (калии-40. радий-226. торий-232) и искусственных (цезий-134. цезий-137) радионуклидов в почве.
структурных элементах виноградного растения п в винах Крыма [5]. Измерения проводились с помощью гамма-спектрометра на базе многоканального анализатора импульсов типа АМА-ОЗФ-4 и сцинтилляционного детектора БДЭГ-20Р1. Удельная активность (УА) радионуклидов определялась методом "окон" с помощью программного обеспечения АК1. Результаты измерения УА радионуклидов в почвах виноградников (данные по 20-ти образцам), и диапазоны изменения УА радионуклидов в лозе, листьях, структу рных элементах ягоды и в вине представлены в табл. 4.
Таблица 4.
Средняя удельная активность радионуклидов
Радионуклид Почва Бк/кг Лоза. Бк/кг Листья. Бк/кг Выжимка. Бк/кг Гребни. Бк/кг Семена. Бк/кг Сок. Бк/дм^ Вино. Бк/ дмл
1оК 477±140 48-56 98-105 240-1000 340-800 100-400 61-600 14-26
31 ±9 15-19 15-18 16-40 40-47 10-30 4-5 0.1-0.8
2Ч2ТЬ 42±12 9-15 4-11 4-25 15-39 4-30 2-8 0.1-0.9
13 Се 20+6 - - 2-9 5-14 1-18 1-2 0-0.09
Полученные значения удельной активности радионуклидов в почве и вине, представленные в таблицах, согласуются с данными немецких ученых 1991 года, свидетельствуя об одинаковой степени влияния аварии в Чернобыле на виноградники Крыма и Германии.
С радиоэкологической точки зрения, зафиксированные нами величины удельной активности и цезия-137 в почве, винограде и винах Крыма значительно ниже существующих допустимых уровней.
Определение основных органических кислот вина
С принятием законов по стандартизации и сертификации, адаптированных к европейским нормам и директивам, сделан важный шаг на пу ти сближения национальной системы стандартизации с европейской и международной. Сертификат качества становится фирменной визиткой для у частия в между народной торговле. Если страны признают результаты испытаний согласно двухсторонним договорам, то отпадает необходимость повторного тестирования продукции, проверяются только отсу тству ющие показатели, и на основе этого выдается национальный сертификат.
Для квалифицированного заполнения сертификата и бюллетеня анализа необходимо апробировать методы ЕЭС по Постановлению ЕЭС № 2676/90. в том числе и метод определения массовой концентрации лимонной кислоты.
Арбитражный метод основан на выделении лимонной кислоты с помощью анионообменной смолы путем фракционного элюирования. и далее — щадящем окислении ее в ацетон и отделении последнего дистилляцией. Ацетон в дистилляте
определяли иодометрически: отгоняемый вместе с ацетоном уксусный альдегид предварительно окисляли до уксусной кислоты.
В свете решения задач по гармонизации национальной системы стандартизации, сертификации и ее адаптации к международным стандартам испытательным центром (ИЦ) "Магарач" проведена апробация арбитражного метода МОВВ определения лимонной кислоты в образцах винопродукции. в ходе которой были усовершенствованы следующие приемы: подготовки колонки, подбора марки ионообменной смолы, перевода анионообменной смолы в ацетатную форму, стандартных добавок лимонной кислоты к исследуемому образцу. Показано, что вместо импортной ионообменной смолы ДАУЭКС" возможно использование отечественного аналога смолы.
Таким образом, результаты апробации метода МОВВ определения массовой концентрации лимонной кислоты ИЦ "Магарач" с учетом усовершенствованных приемов и дополнений позволяют повысить контроль качества выпускаемой продукции в соответствии с международными требованиями на пути сближения национальной системы стандартизации и сертификации с международной.
Нами также разработан модифицированный фотоколориметр ичес кий метод определения лимонной кислоты в сусле и вине с предварительным выделением суммы кислот на ионообменной смоле и последующим колоримстрированисм [6]. Оптимальные условия проведения этого метода анализа устанавливали, исходя из выбора ионообменной смолы, элюента. оптимальной скорости элюирования. длины волны, расстояния между рабочими гранями кюветы и времени образования стабильного аддукта. В его основу положена фотометрическая реакция лимонной кислоты с диазотированной сульфаниловой кислотой в присутствии сильного окислителя -тетраацетата свинца, вследствие которой образуется аддукт желтого цвета. Для выделения лимонной кислоты из объекта исследования и ее определения в элюате в качестве ионообменника использовали сильноосновной анионит. В качестве элюэнта использовали сульфат натрия. Относительная погрешность предлагаемого метода определения лимонной кислоты в сусле и вине составила 0.66-2.3%. На основании проведенных исследований разработана Методика вы пол не ним измерений (МВИ) массовой концентрации лимонной кислоты в сусле и вине фотоколоримстричсским методом, который является достаточно точным и не требует дорогостоящего налаженного оборудования.
Для ускорения процесса получения информации о составе органических кислот нами разработана методика определения в сусле и вине одновременно пяти органических кислот: молочной, янтарной, яблочной, винной и лимонной.
Измерения могут выполняться как с использованием ионной хроматографии, так и с применением высокоэффективной жидкостной хроматографии 17|. В первом случае используется ионный хроматограф типа "Цвет 3006" и хроматографнчсская колонка "Элсиан-Г. Процесс пробоподготовки сводится к дегазации образца и разбавлении его дистиллированной водой. Расчет массовых концентраций п|юводится методом абсолютной калибровки с использованием стандартных растворов определяемых кислот
{Рис. 1). Методика прошла метрологическую аттестацию в ИВиВ "Магарач" (РД00334830.029-2002).
Более быстрое определение массовой концентрации лимонной кислоты проводится методом ВЭЖХ на высокоэффективном жидкостном хроматографе "Миллихром-4". Этот метод также метрологически аттестован (РД 00334830.31-2002) [8].
Рис. 1. Хроматограмма смеси стандартных растворов органических кислот вина: 0 — отрицательный пик дистиллированной воды элюента: пики: I — молочной кислоты: II — янтарной кислоты: III - яблочной кислоты: IV - лимонной кислоты+с не темный пик: V -винной кислоты.
Определение массовой кон цен ¡рации глицерина
Определение массовой концентрации глицерина является важным элементом в контроле качества вин различных типов. Для этой цели применяют ряд методов химического анализа, газовой и жидкостной хроматографии. Метод газовой хроматограф™ отличается быстротой и отсутствием пробоподготовки образца, но он неприменим дня высокосахаристых сред таких как сусло на ранних стадиях ферментации. Предпочтительным в этом случае является колориметрический метод, основанный на окислении глицерина в формальдегид.
Недостатком метода является увеличение времени анализа за счет удлинения процедуры пробоподготовки образца.
Для определения массовой концентрации глицерина в ИЦ "Магарач апробирован, модифицирован и применяется колориметрический метод МОВВ. подробно изложенный в работе [9]. Метод основан на окислении глицерина йодной кислотой в формальдегид после пропускания предварительно разбавленного образца вина через анионообменную смолу дня фиксации Сахаров, маннита и сорбита. Формальдегид взаимодействует с флороглющшом с образованием окрашенного соединения с максимумом поглощения придите волны 480 им. Оптическая плотность образца измеряется на фотоэлектроколориметрс.
Так как глицерин накапливается в ходе ферментации виноградного сусла в количестве
до 6-12 г/дм^ и выше, его уровень позволяет судить о качестве вина. Очень низкое содержание глицерина в готовой винопродукции может свидетельствовать о се фальсификации.
IV
А. мСи
о
т. мин
Обнаружение в вине продуктов переработки гибридных сортов винограда
Директивами Европейского С оюза (ЕС № 1493/1999. Статья 19 и ЕС № 883/2001. Статья 21) введено ограничение на импорт в страны ЕС красных виноградных вин. произведенных из винограда, полученного межвидовым скрещиванием. Специфическим маркером межвидовых гибридов является пигмент темно-окрашенного винограда - мальвидин-3.5-днгликозид (МДЕ).
Для обнаружения МДЕ в красных и розовых винах нами применен метод ВЭЖХ на хроматографе «Милнхром-4» с колонкой №гс1ео8Ц С18 размером 100.0 х 2.0 мм Детектирование ведется на длине волны 520 нм. Содержание мальв идин-3.5-д и гл и ко шда в образце определяется по площади его пика. Для градуировки использовали растворы МДЕ. выделенного нами из кожицы Г/7/л стегеа и очищенного с использованием препаративной жидкостной хроматографии.
Предварительный отбор образцов для ВЭЖХ-анализа осуществляется с помощью разработанного нами простого и быстрого полуколичественного метода определения состава пигментов с использованием тонкослойной хроматографии на силикагеле (пластины 811иГо1 иУ256 ичи ЗогЬШ). Подобранная хроматографическая система позволяет эф(|)ективно разделять основные группы антоциановых пигментов: дигликозиды (Ш=0.25±0.05): моногликозиды (Ш=0.45±0.05) и 6"-ацилированные моногликозиды (КГ=0.60±0.05). На рис. 2 и 3 представлены ТСХ и ВЭЖХ хромато граммы образцов, принадлежащим к различным ботаническим видам (Каберне - Совиньон (Г/г/л У/т/ега): Виллар Нуар (Г/г/л ЬаЬгизса) и межвидовым гибридам (Молдова (УШх У/т/ега X УШ$ ЬаЬтьса)).
А В
# •
• Ф ^ I •
мдг
Рис. 2. Результат ТС X анализа экстрактов свежсй кожицы винограда: А — Каберне Совиньон: В - Молдова: С - Виллар Ну ар
Рис. 3, ВЭЖХ хромате граммы экстрактов свежей кожицы винограда: А — Каберне С'овиньон: В - Молдова.
На основании полученных данных можно сделать вывод, что разработанные методы позволяют не только установить присутствие специфического маркера — мальвидиндигликозида. но и определить его количественное содержания, что актуально для производителей вин. экспортируемых в страны ЕС.
Конт|Юль разбавлении внна кодом
Быстро оценить количество добавленной воды в вине можно путем измерения его комплексной диэлектрической проницаемости на сверхвысоких частотах, так как ориентационная поляризация образца в этом диапазоне электромагнитных волн обусловлена только молекулами свободной, не связанной с растворенными веществами, воды. Метод детектирует добавку в вино уже 1% воды, не требует предварительной пробоподготовки. объем анализируемой пробы не превышает 0.5 см\ а сам процесс измерения занимает несколько секу нд и результат легко выводится на компьютер [1()|.
Диэлектрические параметры виноградных вин могут быть использованы для идентификации образцов, полученных разбавлением водой либо брожением виноградной выжимки.
ВЫВОДЫ
В результате проведенных научных исследований в ИЦ "Магарач" разработаны и аттестованы МУ МВИ массовой концентрации яблочной кислоты в суслах и В1иах (РД 0033480011). массовой концентрации молочной кислоты в суслах и винах (РД 00334830.013). МВИ массовой концентрации лимонной кислоты в суслах. винах, безалкогольных напитках методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (рд 00334830.031). массовой концентрации органических кислот (винной, яблочной молочной, янтарной, лимонной) в суслах. виноматериалах и винах методом жидкостной ионной хроматографии (РД 00334830.029). Также апробированы современные методы контроля качества вин. определяемые постановлением ЕЭС1 № 2676/ 90 и изложенные в сборнике [4], методики выявления фальсификации вин. Разработанные и аттестованные МВИ применяются при проведении испытаний в аккредитованном в системе сертификации УКРСЕПРО испытательном центре по контролю качества пищевой проду кции "Магарач". часть из них внесены в Реестр Госстандарта Украины (Доповнсння № 1 до Пере.гпку атестованих методдк втирювать вмкту забруднювач1в та ¡нших речовин х^ичного. бюлопчного чи ¡ншого по ходже ння в харчових продуктах та продовольчж сировиш"). включены в новый сборник "Методов тсхнохимического контроля в виноделии" под ред. д.т.н.. проф. В.Г.Гержиковой. а также в проект инстру кции по тех но химическому контролю технологических процессов производства виноградных вин. шампанских (игристых) и коньячных виноматсриалов. разработанный в ИВиВ
«Магарач». Испытательный центр по контролю качества пищевой продукции "Магарач" соответствует ДСТУ №> 3412 и аккредитован НААУ на техническу ю компетентность в системе сертификации УкрСЕПРО. Это позволяет проводить анализ показателей качества и безопасности вин и сусел на высоком методическом и техническом уровне, совершенствовать существующую систему контроля качества выпускаемой проду кции, что является особенно акту альным в связи с разработкой и внедрением на предприятиях Системы у правления качеством, отвечающей требованиям международных стандартов серии ISO 90(К).
Список литературы
1 Гержикова В.Г.. Аникина Н.С.. Жилякова i .A. и др. Разработка современных инструментальных методов идентификации виноградных вин Вестник «Крымское качество». Научно-технический сборник 2005
№1 (4) С 95-103.
2 Pavlishko N.M.. Ryabinina O.V.. Zhilyakova Т.А.. Sakarov I.Yu.. Gerzhikova V.G.. Gonchar M.V. Oxidase-Peroxidase Method of Ethanol Assay in Fermented Musís and Wine Products Applied Biochemistry and Microbiology. -2005.-№6(41). - P. 604-609.
3 ! 11 кото rut JIB.. Сластья E.A.. Жилякова ТА.. Содцаткш О.П.. Шуманп В.. Дчядевич С. Амперометричний бюсенсор для аналпу етанолу у biiiií та у виноградному cyc.ii гпд час його ферментацц Укр.бкшм.журн 2005. -№ 1 (77).'- С. 96-L03.
4 Сборник международных методов анализа и оценки вин и сусел Под ред. H.A. Mexy-j.ua. M - «Пищевая п|юмьппленность». 1993. 320 с.
5. Макаров A.C.. Колосовский Ж.А.. Жилякова Т.А.. Щербаков С.А.. Лнтипов В.П. Содержание естественных и искусственных радионуклидов в ночке, винограде и вине Крыма Магарач Виноградарство и виноделие. 2000. M 2. - С. 26-28.
6. Аристова H.H.. Жилякова Т.А.. Беляев В.II. Модифицированный метод определения лимонной кислоты в суслах и винах Труды научного центра виноградарства и виноделия ПВнВ «Магарач». - 20Ш 'Г. 3 -С. 85-87.
7. Аристова H.H.. Лутков П.П., Жилякова Т.А. Определение органических кислот в сусле и вине Хранение н переработка сельхочсырья. 1999. №9. С. 65-67.
8 Аристова H П.. Счастья Е.А.. Жилякова Т.А.. Панова 'Э.П.. Кацева Г Н. Контроль содержания лимонной кислоты в суслах винах и безалкогольных напитках методом высокоэффективной жидкое шой хроматографии Ученые чаииски Таврического национального университета им В II Вернадского. Биология, химия. 2002. Т 15(54). № 1 С. 115-117
9. Жилякова I .A.. Гержикова ВТ.. Семенчук A.B.. Черноусова 11.11. Исследование динамики накопления глицерина в ходе брожения виноградного сусла Магарач. Виноградарство и виноделие 2003. 3. -С. 18-21.
10. Жилякова Т.А.. Ткачев II.Ф.. Горобченко O.A.. Пиколов О.Т.. I ¿наш C.B. Диэлектрические характеристики белых столовых и крепких вин по данным СВЧ-диэлектрометрии Виноделие и виноградарство. —2005. №1. —С. 30-32.
Поступала g редакцию 01.03.2006 г.
