ВЛИЯНИЕ МЕТАБИСУЛЬФИТА КАЛИЯ И БИКАРБОНАТА КАЛИЯ НА ЦВЕТ, ФЕНОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ВИТАМИН С И АНТИОКСИДАНТНУЮ АКТИВНОСТЬ ЧЕРНИЧНОГО ВИНА
Основано на материале статьи Effect of potassium metabisulphite and potassium bicarbonate on color, phenolic compounds, vitamin C and antioxidant activity of blueberry wine, LWT - Food Science and Technology, 2022
Черника известна как "природный пакет здоровья" благодаря своим многочисленным питательным компонентам. Эти фрукты также являются источником полезных для здоровья соединений, таких как #POPOVER1#клетчатка#/POPOVER#, минералы, выделяя витамин С и #POPOVER2#фенольные соединения#/POPOVER# за их #POPOVER3#антиоксидантные свойства#/POPOVER#. Фенольные соединения включают #POPOVER4#флавоноиды#/POPOVER#, такие как #POPOVER5#антоцианы#/POPOVER#, производные #POPOVER6#кверцетина#/POPOVER# и производные #POPOVER7#флаван-3-ола#/POPOVER#. Черника также характеризуется высоким содержанием витамина С, но это не единственный витамин в ее составе, в ней содержатся витамины комплекса В, витамины А, Е и К, но в меньшей концентрации, чем витамин С.
Черника широко потребляется в свежем виде, однако в связи с ростом урожая этой культуры все чаще возникает потребность в #POPOVER8#диверсификации#/POPOVER# продуктов из нее. Поэтому все больше исследований проводится в поисках новых продуктов из черники, таких как производство джемов, соков или даже черничного вина.
В последние годы были проведены исследования
характеристик вин и даже ликеров, изготовленных из черники, некоторые из этих исследований сосредоточены на ароматической фракции этих вин, но цветовая фракция, в основном за счет ан-тоцианов, также важна для этого типа продукта. В процессе виноделия для любого вина важна стабилизация, поскольку цель этого этапа - сохранить его состав и органолептические характеристики стабильными в течение долгого времени до момента продажи и употребления.
В частности, добавление некоторых соединений, традиционно используемых в виноделии для стабилизации вин, может снизить содержание мономерных антоцианов и повысить содержание полимерных пигментов. Добавление таких соединений, как #POPOVER9#метабисульфит калия#/POPOVER# и #POPOVER10#бикарбонат калия#/POPOVER#, обычно используется в винах для стабилизации и улучшения их органолептических характеристик. Метабисульфит калия - это соль инородного происхождения, которая диссоциирует в кислой среде, такой как вино, с образованием диоксида серы. Он доступен в двух основных формах, включая свободные формы (неорганические формы, SO2 , SO2- , HSO-, и HSO) и связанные формы. Это соединение используется как антибактериальное, антилевадурное, антиоксидантное средство и контролирует ферментативные реакции коричневого цвета в красных винах. В этом смысле правильное использование этого соединения приводит к получению менее окисленных вин, с лучшим цветом и ароматом, а также с более низкой летучей кислотностью. С другой стороны, известно, что добавление метабисульфита калия изменяет цвет вин, поскольку он может реагировать с соединениями, присутствующими в среде, например, с мономерами антоцианов, вызывая хроматический сдвиг от красного к бесцветному или может вызывать реакции полимеризации этих соединений, создавая соединения, устойчивые к обесцвечиванию SO2 . Антоцианы являются соединениями, цвет которых меняется в зависимости от рН напитка или продукта и других факторов. Таким образом, цвет продуктов может быть подвержен изменениям в процессе обработки. Черника богата различными видами кислот, такими как органические кислоты, среди которых наиболее важными являются щавелевая, глюконовая, яблочная, лимонная и хиновая кислоты. Кроме того, в этих фруктах были обнаружены фенольные кислоты, в частности эфиры, гликозиды и амиды гидроксикоричных и гидроксибензойных кислот.
Для нейтрализации кислот в соках и винах в основном используются бикарбонат калия и карбонат кальция. Бикарбонат калия является корректором кислотности, и его функция заключается в повышении pH среды, поэтому его добавление изменяет цвет конечного продукта. С другой стороны, известно, что добавление метабисульфита калия, как антибактериального, антилевадурного, антиоксидантного и т.д. средства, вызывает изменение цвета вин, поскольку он способен реагировать с соединениями, присутствующими в среде, как, например, с мономерными антоцианами, вызывая хроматический сдвиг и становясь бесцветным, или может привести к прогрессированию #POPOVER11#реакций полимеризации#/POPOVER# этих соединений, давая начало соединениям, устойчивым к обесцвечиванию SO2 .
Исходя из вышесказанного, целью данного исследования было улучшить некоторые черничные вина путем добавления метабисульфита калия и бикарбоната калия после #POPOVER12#ферментации#/POPOVER# и оценить их влияние на биоактивные соединения, цвет и антиоксидантную активность.
Виноделие из черники
Чернику измельчали и смешивали с раствором сахара в соотношении 1:1 и 2:1 (вес/объем) для получения исходного сока 21◦ Brix с различными пропорциями плодов. Затем оба сока, включая твердые части.
Затем добавили #POPOVER13#дрожжевой инокулят#/POPOVER# в дозе, рекомендованной производителем (0,3 г/л). Смеси были разделены на колбы объемом 1 л с 500 мл сока и погружали в термостатированные водяные бани при температуре 21◦C. Каждый тип вина был получен в двух экземплярах. Четыре колбы (две с соотношением вес/объем 1:1 и две с соотношением 2:1) полностью бродило, а в остальных четырех (два из соотношения 1:1 и два из 2:1 по весу/объему) брожение останавливалось, когда содержание алкоголя достигало от 6 до 7% путем добавления винного спирта до 12%. Вина, которые были полностью ферментированы, назывались TF1 (общее ферментированное вино в соотношении 1:1 вес/объем) и TF2 (общее ферментированное вино в соотношении 2:1 вес/объем). В случае частично ферментированных вин, вина назывались PF1 (частично ферментированное вино 1:1 соотношение вес/объем) и PF2 (частично ферментированное вино 2:1 соотношение вес/объем).
После ферментации выжимки прессовались на вертикальном прессе, а остатки кожицы удалялись из вина. Полученные вина центрифугировали при 3000 об/мин. Через 24 ч вина подвергались постферментационной обработке с добавлением бикарбоната натрия (1 г/л) и метабисульфита калия (175 мг/л) для пищевого использования, поэтому эти вина были модифицированы и названы CW (исправленные вина). Перед анализом все вина фильтровали через нейлоновый фильтр с размером пор 0,45 мкм и анализировали в трех экземплярах.
Изменения в значениях рН
Обработка вин после брожения является общепринятой практикой во всем мире, что обеспечивает лучшие органолептические свойства и большую стабильность вин при розливе и продаже. Для улучшения органолептических характеристик и обеспечения стабильности выработанных вин, для коррекции рН добавляли бикарбонат калия, а в качестве консерванта в бутылки добавляли метабисульфит калия. В таблице 1 представлены значения рН вин после ферментативного процесса, а также рН, полученный после добавления бикарбоната калия (1 г/л) и после комбинации карбоната калия и метабисульфита калия (1 г/л бикарбоната калия+175 мг/л метабисульфита калия). Во всех случаях добавление этих добавок вызывало увеличение значений рН в конечных напитках в среднем примерно на 0,4-0,6 единиц, при этом значения рН вин были близки к значениям виноградного вина (3.1-4.0). Диапазон pH, полученный в различных винах, соответствует pH (2,8-3,7). Хотя некоторые из полученных вин находились в этом диапазоне pH, они имели высокую кислотность, нежелательную для потребителей, поэтому кислотность вин была изменена с помощью бикарбоната калия.
Значения рН вин после ферментации и после добавления бикарбоната калия, однако не было обнаружено существенных различий между значениями рН при добавлении метабисульфита калия, за исключением вина TF1.
Параметры цвета
Цвет продукта или напитка очень важен, так как он может повлиять на его последующую продажу и маркетинг. На рис. 1 показаны изменения интенсивности цвета, измеренные как сумма поглощений при 420 и 520 нм при добавлении метабисульфита калия и бикарбоната калия. Как видно из рис. 1, частично ферментированные вина (PF) показали самые высокие значения поглощения при 420 и 520 нм. Поглощение при 520 нм принимается за вклад красных тонов в напитках. Что касается значений этого #POPOVER14#коэффициента поглощения#/POPOVER#, то красный цвет пострадал от обработки после брожения, так как в CW наблюдалось снижение красного цвета цвета более чем на 50%.
Рисунок 1. Интенсивность цвета обработанных вин до и после постферментационной обработки. Значения в винах одного типа с разными буквами достоверно отличаются. p ≤ 0,05. (n = 3).
Таблица 1. Значения рН вин после ферментативного процесса и после каждой постферментативной обработки. (n = 3; среднее ± стандартное отклонение и однородные группы между одним и тем же вином).
|
|
Ферментированные вина |
FW + 1 г/л KHCO3 |
FW + 1 г/л KHCO3 +175 мг/л K2S2O5 |
|
PF1 |
2,76 ±0,036 |
3,18±0,010 |
3,21±0,010 |
|
TF1 |
2,60±0,006 |
3,15±0,006 |
3,13±0,000 |
|
PF2 |
2,64±0,000 |
3,15±0,010 |
3,16±0,015 |
|
TF2 |
2,90±0,006 |
3,31±0,000 |
3,32±0,010 |
Бикарбонат калия изменяет рН среды, а значит, и цвет, который антоцианы придают напитку. С другой стороны, метабисульфит калия действует как отбеливающий агент на соединения антоцианов.
Поглощение при 420 нм принимается за вклад коричневатых оттенков. Это поглощение уменьшилось в меньшем проценте, чем поглощение при 520 нм, поэтому оно было менее подвержено влиянию, чем поглощение при 520 нм, когда использовалась обработка после брожения. В результате этого вина до предварительной обработки показали более высокую интенсивность цвета, чем исправленные вина (рис. 1), поскольку они показали более высокие значения поглощения при 520 и 420 нм, чем исправленные вина (CW). Это может быть следствием того, что метабисульфит калия не реагирует с соединениями, придающими коричневатый оттенок, или делает это не в такой большой пропорции, как с антоцианами. Более того, это может быть связано с тем, что добавление метабисульфита калия приводит к уменьшению количества мономеров антоцианов и образованию полимерных пигментов (рис. 2), которые придают вину оранжевые тона. На рис. 2 показаны цветовые показатели полимерных пигментов в выработанных винах до (FW) и после обработки (CW). С одной стороны, до постферментативной обработки цвет полимерных пигментов был выше в винах общего брожения, что логично, поскольку эти соединения образуются в процессе брожения и выдержки. С другой стороны, вклад в цвет полимерных пигментов был выше при постферментативной обработке. С другой стороны, вклад в окраску полимерных пигментов был выше при постферментации лечения, обнаружили достоверные различия (p ≤ 0,05) между значениями цветности полимерных пигментов FW и CW.
Рисунок 2. Цвет полимерных пигментов выработанных вин до (FW) и после постферментативной обработки (CW). Значения в одном типе вина с разными буквами значительно отличаются. p ≤ 0,05. (n = 3).
Однако увеличение этого параметра было более значительным в случае частично ферментированных вин, что кажется логичным, поскольку эти вина изначально имели более высокую концентрацию антоцианов. Известно, что добавление диоксида серы уменьшает содержание мономерных антоцианов и увеличивает содержание полимерных пигментов. Этим фактом можно подтвердить, что постферментационная обработка уменьшает красный цвет мономеров антоцианов и увеличивает цвет полимерных пигментов за счет образования других более полимеризованных соединений. Параллельно известно, что метабисульфит калия влияет на цвет вин, поскольку для получения цветового вклада полимерных пигментов был использован метод, в котором метабисульфит калия действует как осветлитель антоциановых мономеров. С помощью этого метода измеряется остаточный цвет полимерных пигментов, устойчивых к этому соединению.
Биоактивные соединения
Что касается витамина С, то известно, что черника содержит большое количество витамина С. Витамин С обеспечивает многочисленные преимущества для человеческого организма, поэтому его даже добавляют в некоторые напитки. Именно по этой причине полученные вина представляют собой дополнительную ценность, поскольку человек не способен синтезировать L-аскорбиновую кислоту или ее окисленную форму, но обе они представляют собой важный компонент в рационе человека. На рис. 3 показана общая концентрация витамина С, выраженная как сумма L-аскорбиновой кислоты и дегидроаскорбиновой кислоты.
Рисунок 3. Концентрация общего витамина С (мг/л) в готовых винах до и после постферментационной обработки. Значения в винах одного типа с разными буквами значительно отличаются. p ≤ 0,05. (n = 3).
Частично ферментированные вина показали обе формы витамина С (окисленная форма + восстановленная форма). Однако в винах полного брожения не присутствовала #POPOVER16#дегидроаскорбиновая кислота#/POPOVER#, но почти постоянно поддерживалось количество общего витамина С. Это может быть связано с тем, что во время ферментации создается восстановительная среда, которая может вызвать полное восстановление витамина С до его формы L-аскорбиновой кислоты.
С другой стороны, на содержание витамина С в винах не повлияла обработка после ферментации, не было обнаружено существенных различий в содержании этого витамина после обработки вин.
Общее количество танинов
#POPOVER15#Танины#/POPOVER# - это высокомолекулярные соединения, содержащиеся в чернике. Определение концентрации этих соединений имеет важное значение, поскольку они участвуют в некоторых важных характеристиках вин, таких как терпкость или цвет. В этом исследовании концентрацию танинов определяли с помощью #POPOVER17#реакции Бейта–Смита#/POPOVER#, основанной на нагревании в кислой среде, приводящем к разрушению межфлавановых связей этих структур и образованию карбокатионов, которые частично превращаются в антоцианидины, если среда достаточно кислая.
Результаты показали, что танины также не были затронуты в большинстве вин после обработки после ферментации (рис. 4).
Рисунок 4. Общая концентрация танинов (мг/л) в готовых винах до (FW) и после постферментативной обработки (CW). Значения в винах одного типа с разными буквами значительно отличаются. p ≤ 0,05. (n = 3).
На этом рисунке видно, что при доверительном уровне 95,0% не было обнаружено значительных различий. Это может быть связано с тем, что в кислой среде, такой как вино, танины образуют карбокатион, который может реагировать с нуклеофильными участками в форме карбинола (реакция конденсации танина с антоцианом). Полученные соединения бесцветны, но при дегидратации молекулы они могут вносить вклад в красно-оранжевый цвет вина, образуя полимерные формы. Этой реакции конденсации благоприятствует восстановительная среда (такая, как среда ферментации), и эта реакция может объяснить снижение содержания танинов при увеличении времени ферментации. С другой стороны, отрицательные позиции танинов могут реагировать с катионными формами антоцианов, образуя бесцветное соединение флаван. Затем этот аддукт может быть окислен до красного состояния флавилия в присутствии кислорода, и между двумя формами устанавливается равновесие, причем форма флавилия SO2 является устойчивой. Этот факт может служить оправданием того, что добавление этой добавки не повлияло на танины.
Антиоксидантная активность
Антиоксидантная активность измерялась спектрофотометрическим методом DPPH. Анализ DPPH измеряет способность черничных антиоксидантов захватывать свободные радикалы через механизмы переноса электронов, таким образом, он измеряет гидрофильные антиоксиданты. Этот параметр связан с концентрацией фенольных соединений, таких как состав флавоноидов, содержанием витамина С и высокомолекулярных соединений, таких как танины. Фактически, была обнаружена линейная связь между антиоксидантной активностью и антоцианами, флавонолами, производными флаван-3-ола и витамином С.
Метабисульфит калия является антиоксидантом, но на значения, полученные в данном исследовании, это соединение не влияет, так как эта добавка не реагирует с радикалом DPPH.
Антиоксидантная активность полученных черничных вин показана на рис. 5.
Рисунок 5. Антиоксидантная активность выработанных вин до (FW) и после постферментативной обработки (CW). Значения в винах одного типа с разными буквами значительно отличаются. p ≤ 0,05. (n = 3).
Можно заметить, что вина, полученные путем частичной ферментации, показали более высокую антиоксидантную активность, чем вина, полученные путем полной ферментации. Этот факт может быть связан с потерей или возможным изменением химической структуры некоторых соединений при увеличении времени ферментации и в усилении цвета полимерных пигментов (рис. 2).
В заключение, данное исследование показало, что обработка после ферментации вызвала некоторые изменения в составе и характеристиках черничных вин. В случае со значениями pH можно заметить, что бикарбонат калия увеличивает эти значения от 0,4 до 0,6 единиц. Однако при добавлении метабисульфита калия существенных различий между значениями pH обнаружено не было. Более того, при добавлении этих соединений в различные вина наблюдалось изменение цвета. Они влияли на цвет, вызывая снижение поглощения при 420 и 520 нм, более выраженное в последнем, и увеличение вклада полимерных пигментов в цвет. На концентрацию антоцианов повлияла обработка после брожения, что привело к значительному снижению концентрации этих соединений. Однако в концентрации витамина С и общего количества танинов изменений не наблюдалось. Значения антиоксидантной активности не изменились в результате обработки вин после ферментации, что указывает на то, что добавление этих соединений не влияет на полезные свойства этого напитка.