Органические кислоты вина и винограда

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА»

 

 

Кафедра «Специальная химическая технология»

Факультет пищевых производств

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ХИМИЯ ОТРАСЛИ»

НА ТЕМУ: «органические кислоты вина и винограда»

 

 

 

Выполнила ст.гр. ВД-41 Романова Н.О.

                                              Проверил к.х.н.: Гареев В.Ф.

 

 

 

 

Уфа 2013

Оглавление

Ведение 2

1.Органические кислоты винограда. 3

1.1 Винная кислота. 3

1.2  Яблочная кислота. 5

1.3 Другие органические кислоты. 6

2. Органические кислоты вина. 8

2.1 Молочная кислота 8

2.2 Янтарная кислота 10

2.3 Глюконовая кислота 11

2.4. Метиляблочная кислота 12

2.5. Лимонная кислота 12

2.6. Слизевая кислота 12

3. Образование органических кислот в винограде и вине. 13

4. Технологическое значение кислот. 16

Вывод 17

Список использованной литературы 17

Ведение

Вино  – это алкогольный напиток, получаемый путем полного или прерванного  спиртового брожения виноградного или  плодово-ягодного сока (сусла) с последующей  обработкой полученных виноматериалов. Поэтому вино представляет собой сложную физико-химическую систему, которая непрерывно меняется во времени. Вино само, стабилизируясь на каком то временном отрезке своего существования, может выделить определенные вещества, выпадающие в осадок и вновь приобрести состояние равновесия, но уже на новом энергетическом уровне очередного жизненного этапа. И так может происходить на протяжении всей жизни вина. Поэтому состав и свойства одного  и того же вина на разных этапах могут быть различны.

В виноградном вине обнаружено более 400 химических веществ, из них около 35 приходится на органические кислоты.. В данной курсовой работе будет рассмотрен один из химических классов винограда – органические кислоты. 

Органические  кислоты широко распространены в растительном мире и играют важную роль в обмене веществ растений. Они в значительных количествах содержатся в ягодах винограда и представлены главным образом винной и яблочной кислотами. Лимонной, янтарной, гликолевой, глиоксалевой, щавелевой и других кислот в винограде значительно меньше. Благодаря создаваемой ими кислотности в сусле подавляется развитие болезнетворных микроорганизмов и создаются благоприятные условия для деятельности винных дрожжей. Органические кислоты находятся в определенных соотношениях с сахарами и этим обусловливают приятное вкусовое ощущение.

Органические кислоты винограда играют большую роль в формировании качества вина. Их общее содержание является одним из показателей пригодности винограда для выработки из него того или иного типа вина. От уровня рН сока зависят характер ферментативных процессов при получении вина и бактерицидность последнего. Винные сорта винограда поэтому и отличаются от столовых своей повышенной кислотностью. Главная цель работы заключается в изучении основных органических кислот, которые присутствуют в вине.

1.Органические кислоты винограда.

В настоящее время в винограде  найдены почти все кислоты цикла Кребса. Они активно участвуют в обмене веществ виноградного растения и имеют большое значение в продуктах переработки винограда. К ним относятся десятки наименований алифатических и ароматических кислот, в том числе летучих и нелетучих соединений гомологического ряда C1—С15, с общей формулой R—СООН. Как и углеводы, органические кислоты неравномерно распределены в структурных элементах грозди и внутри ягоды.

В наибольшем количестве (до 95%) в ягодах содержатся винная и яблочная кислоты. Эти кислоты имеют и наибольшее технологическое значение.

1. Винная кислота.

 

Винная или виннокаменная кислота (acide tartarique, tartaric acid,) — C₄H₆C₆,  2,3-дигидроксибутандиовая кислота, иначе диоксиянтарная. Значительно распространена в растительном царстве, где она встречается свободной или в виде солей, напр. в картофеле, огурцах, исландском мхе, черном перце и т. д. Главным источником ее является виноградный сок, из которого она выделяется при брожении в виде труднорастворимой кислой калиевой соли — C₄H₅O₆K — так называемого винного камня (crème de tartre, cream of tartar, Weinstein, argol), который был известен древним грекам и римлянам.

Благодаря симметричному  и равновесному расположению кислотных  карбоксилов, ионов водорода и гидроксилов, кислота имеет 4 вида: D-винная (правовращающая) кислота, L-винная (левовращающая) винная кислота, мезовинная кислота и виноградная кислота (смесь равных количеств D-винной и L-винной кислот).

   

D-винная кислота                L-винная кислота

Мезовинная кислота

По химическим свойствам все 4 кислоты  одинаковы, но различаются по ряду физических свойств: температуре плавления, растворимости и др. Растворы D-винной и L-винной кислот вызывают соответственно правое и левое вращение плоскости поляризованного луча. Мезовинная и виноградная кислоты не обладают оптической активностью.

В винограде винная кислота представлена в основном D-винной и очень небольшим количеством виноградной кислоты. Винная кислота хорошо растворяется в воде и спирте, при высушивании образует довольно крупные кристаллы, обладающие сильными пьезо - и пироэлектрическими свойствами (приобретают электрический заряд при нагревании и сжатии). Особенно сильными пьезоэлектрическими свойствами характеризуется калий-натриевая соль винной кислоты (KNaС4Н4O6 ∙4H2O), называемая сегнетовой солью.

Винная кислота и ее соли широко используются в пищевой, кондитерской, текстильной, радиоэлектронной отраслях промышленности, а также в хлебопечении, медицине, аналитической химии. Единственным источником получения винной кислоты является виноград, отходы его переработки.

Из всех кислот винограда винная кислота является самой активной кислотой, так как при диссоциации  дает наибольшее количество ионов водорода.

Из солей D-винной кислоты (тартратов) наиболее известны битартрат калия, тартрат калия, тартрат кальция, тартрат калия-натрия.

Кислый виннокислый калий (битартрат калия KHC4H4O6).В вине почти половина винной кислоты находится в виде битартратакалия. В отличие от винной кислоты битартрат калия плохо растворим в воде и еще хуже — в спирте. Поэтому он оседает из сока и вина на стенках и на дне резервуаров, откуда его собирают для получения винной кислоты. Винный камень встречается внутри ягод перезревшего винограда, в соках с мякотью и фруктовых пастах на виноградной основе. В процессе хранения и выдержки вина происходит выпадение винного камня и снижение кислотности.

Средние двузамещенные соли винной кислоты называют тартратами, например тартрат калия К2С4Н4О6. Эта соль хорошо растворима в воде. Кальциевая соль винной кислоты — тартрат кальция СаС4Н4О6 — нерастворима в холодной воде и является основным сырьем для получения винной кислоты.

Виннокислый кальций (тартрат кальция CaC4H4O6∙4H2O) кристаллизуется с четырьмя молекулами воды. Растворимость в воде значительно ниже, чем у битартрата калия. Смесь тартрата кальция и битартрата калия с преобладанием в смеси последнего обычно называют винным камнем.

Виннокислый калий-натрий (сегнетова соль KNaС4Н4O6 ∙4H2O) кристаллизуется с четырьмя молекулами воды. Хорошо растворим в воде.

Соли винной кислоты реагируют  с гидроксидами металлов (Al, Fe, Сu), образуя растворимые комплексные соединения, например раствор фелинговой жидкости KNaC4Н2O6 XCu или КС4Н3О6 ∙AlОН. Комплексная соль виннокислого железа FeС4Н3О6 ∙ Н2О, будучи растворена в вине, катализирует окислительные процессы и способствует созреванию вина.

При медленном окислении винной кислоты  происходит образование диоксифумаровой кислоты, которая обладает восстанавливающими свойствами и способствует формированию вкуса зрелого выдержанного вина.

1.2 Яблочная кислота.

 

Яблочная кислота (acidum malicum)- C₄H₆C₅ - оксиянтарная кислота, гидроксибутандиовая кислота. Является двухосновной кислотой, но содержит только одну оксигруппу.

Яблочная кислота

Встречается в виде L- И D-оптических изомеров и рацемической (оптически неактивной) формы. Рацемат яблочной кислоты может быть получен путем химического синтеза. В природе, и в частности в винограде, распространена L-яблочная кислота.

Яблочная кислота образует кислые и средние соли — малаты, из которых труднорастворима средняя кальциевая соль СаС4Н4О5.

Яблочная кислота не имеет такого значения, как винная, однако наличие яблочной кислоты в винограде, соке и вине в большом количестве создает технологические трудности и приходится принимать меры к снижению ее содержания. Особенно много яблочной кислоты в незрелых ягодах: до 15 г на 1 кг винограда. Яблочная кислота активно участвует в дыхательных процессах, и к моменту достижения технической зрелости ее содержание снижается до 2—5 г на 1 кг винограда. Однако в более северных районах виноградарства и при холодной погоде осенью в южных районах виноград может быть излишне кислым из-за избытка яблочной кислоты. Столовые вина из такого винограда имеют привкус так называемой «зеленой кислотности». Под действием дрожжей и бактерий при благоприятных условиях происходит биологическое кислотопонижение, связанное с превращением яблочной кислоты в слабодиссоциированную молочную кислоту и другие продукты брожения. Иногда приходится применять химические методы нейтрализации избытка яблочной кислоты в виноградном сусле или вине.

3. Другие органические кислоты.

 

В виноградной ягоде в незначительных количествах содержатся и другие органические кислоты: лимонная, янтарная, гликолевая, щавелевая, диоксифумаровая, глюконовая, гликолевая..

Как и яблочная кислота, лимонная широко распространена в природе, особенно в цитрусовых плодах (до 7 г/дм3), в  соке малины, крыжовника, клюквы (до 3 г/дм3).

В виноградном соке лимонная кислота  встречается в небольших количествах  – до 0,7 г/дм3. Если получаемые вина недостаточно кислотные, широко используют добавление именно лимонной кислоты как наиболее подходящей для пищевых продуктов. Лимонная кислота хорошо растворяется в вине и не образует труднорастворимых или выпадающих в осадок солей. Кроме того, она легкодоступна, так как её получают с помощью плесневых грибов из сахара и отходов табака – махорки.

Янтарная кислота содержится в винограде от 0,07 до 0,2 г на 1 кг ягод, причем в незрелом винограде её больше. В процессе созревания винограда количество её уменьшается.

Янтарная кислота

Гликолевая кислота  содержится в винограде в виде кальциевых солей.

Гликолевая кислота

При окислении образует глиоксалевую, щавелевую и муравьиную кислоты

Щавелевая кислота  содержится в клеточной ткани винограда в виде кристаллов. В сусле её находят до 0,1 г/дм3.В  вине щавелевая кислота может образоваться из винной кислоты при глубоком ее окислении.В синтезе углеводов не участвует, накапливается в виде кристаллических форм с Na, Ca, K.

       Щавелевая кислота

Диоксифумаровая кислота впервые обнаружена в винограде в 1957 г известным биохимиком А. К. Родопуло. Продукты окисления диоксифумаровой кислоты (дикетоянтарная и мезоксалевая кислоты) тормозят окисление винной кислоты, вследствие чего этот процесс быстро затихает.

 Диоксифумаровая кислота

Диоксифумаровая кислота в винограде содержится в очень небольших количествах, но она играет очень важную роль в восстановительных процессах виноделия. Дегидрируясь, она отдает два атома водорода для восстановления веществ, обусловливающих букет вина, при этом вкус и букет вина улучшается.

2. Органические кислоты вина.

К нелетучим алифатическим оксикислотам относятся молочная и гликолевая (монокарбоновые) винная, яблочная и янтарная (дикарбоновые), а также лимонная – трикарбоновая кислота. К алифатическим кетокислотам относятся пировиноградная, 2-кетоглютаровая и дикетоянтарная кислоты. К нелетучим кислотам, имеющим ароматическое, кольцо, относятся четыре производных бензойной кислоты (галловая, бензойная, оксибензойная, протокатеховая) и три производных коричной кислоты: кофейная, коричная и оксикоричная.

Названные выше все нелетучие кислоты  представляют собой обычно твердые, хорошо растворимые вещества, не перегоняющиеся при кипячении. Летучие кислоты-жидкости, переходящие в отгон при дистилляции  вина. Насыщенных летучих кислот пять: уксусная, пропионовая, масляная, капроновая и изовалериановая. Ненасыщенных три: линолевая, олеиновая и линоленовая кислоты.

Органические кислоты активно  участвуют в процессах, происходящих при изготовлении вина. Как виноградном  сусле и вине они могут находится в свободном (ионном), так и в связанном и в полусвязанном состоянии.

Из  нелетучих кислот винная, яблочная и лимонная кислоты являются продуктом  брожения виноградного сусла или  вина. Винной кислоты в вине может  быть до 5,0 г/дм3. Содержание яблочной кислоты  в отдельные годы также может  достигать 5,0 г/дм3. Лимонной кислоты  может быть до 2 г/дм3. В значительно больших количествах лимонная кислота есть в плодово-ягодных винах, где отсутствует винная кислота. Лимонную кислоту добавляют в вино при недостаточной кислотности, особенно в плодово-ягодном виноделии, так же в шампанском производстве при изготовлении ликеров.