О роли редокспотенциала в виноделии – Теория окислительно-восстановительных процессов

Биологическое значение. Потенциалы, возникающие в живых организмах – диффузионные, мембранные, межфазовые, окислительно-восстановительные – являются по своей химической природе

Потенциалы, возникающие в живых организмах – диффузионные, мембранные, межфазовые, окислительно-восстановительные – являются по своей химической природе аналогами электродных потенциалов. В тканях организма, даже внутри одной клетки, имеются мембранные и межфазовые потенциалы, обусловленные морфологической и химической неоднородностью внутреннего содержания клеток. При работе сердца, сокращениях мышц и т.д. возникают так называемые токи действия, являющиеся результатом различной проницаемости клеточных мембран для различных ионов. Вследствие этого концентрация ионов по обеим сторонам мембраны неодинакова (возникает мембранный потенциала). В момент возбуждения (сокращения мышц и т.д.) избирательность проницаемости мембран утрачивается и сквозь них устремляется поток ионов – возникает электрический ток.

Существует теория возникновения биоэлектрических потенциалов. Согласно ей, в покое электролиты внутри клетки избирательно связываются белками, в результате возникает межфазовая разность потенциалов между протоплазмой и водным раствором электролита (потенциал покоя). При возбуждении или повреждении клетки фазовые свойства белков протоплазмы изменяются, распределение ионов становится другим и соответственно меняется потенциал (возникает потенциал действия или повреждения). Величина потенциала покоя для нервных волокон у амфибий составляет 70 мВ, для мышечных волокон сердца теплокровных животных – 95 мВ.

Окислительно-восстановительные ( red/ox – редокс) потенциалы имеют большое значение в физиологии растений и животных. К числу редокс-систем животных относят такие системы в крови и тканях как гем-гематин и цитохромы, в которых содержится двух- и трехвалентное железо; аскорбиновая кислота (витамин С), находящаяся в окисленной и восстановленной формах; система глютатиона, цистин-цистеин и др.

Важнейший процесс биологического окисления, а именно, перенос электронов и протонов с окисляемого субстрата на кислород, осуществляемый в тканях при помощи строго определенного ряда промежуточных ферментов-переносчиков, также представляет собой цепь окислительно-восстановительных процессов, каждое звено этой цепи соответствует той или иной редокс-системе, характеризующейся определенным редокс-потенциалом.

Окислительно-восстановительные реакции играют важную роль в процессах почвообразования, на что впервые указал В.Р. Вильямс. Нормальный рост и развитие растений возможны только при определенном окислительно-восстановительном состоянии почвы.

Большая величина редокс-потенциала почвы указывает на то, что в почвенном растворе содержатся в значительном количестве вещества, находящиеся в окисленной форме. В качестве окислителей в почвенном растворе выступает главным образом кислород и некоторые ионы, способные присоединять электроны – анион азотной кислоты NO₃ – трехвалентные катионы железа, марганца и др.

Малое значение редокс-потенциала почвы обусловлено наличием в ней значительных количеств восстановителей, к которым относятся, прежде всего, легко окисляющиеся органические вещества, а также двухвалентные катионы железа и марганца.

Преобладание в почве окислителей приводит к тому, что ионы Fe ++ и Mn ++ окисляются в трехвалентные ионы, которые выпадают из почвенного раствора в виде нерастворимых соединений. В результате этого нарушается нормальное питание растений, т.к. они не получают необходимого количества железа и марганца.

При избытке в почве восстановителей железо и марганец находятся в растворе в виде двухвалентных ионов в таких концентрация, при которых они оказывают вредное действие на растительные организмы.

Как показали многочисленные исследования, для нормального развития растений необходимо, чтобы редокс-потенциал почвы находился в пределах 0,2-0,7 В.

Вопросы для самоконтроля:

1.Возникновение скачка потенциала на границе раздела металл-раствор.

2.Уравнение электродного потенциала (Нернста).

3.Что такое электрод? Примеры.

4.Электроды первого и второго рода, их назначение.

5.Электроды сравнения. Примеры.

6.Окислительно-восстановительные электроды и цепи. Уравнение Нернста-Петерса.

7.Гальванические элементы (цепи). Концентрационные цепи. Примеры.

8.Диффузионный потенциал и меры его устранения.

Экспериментальная часть:

Работу проводят на ионометре (потенциометре). Перед началом работы при­бор включают в сеть и дают ему прогреться в течение 5 минут. Работают при нажа­тых клавишах “±” и “mV” на левом клавишном переключателе.

Прибор имеет две шкалы, которые переключаются клавишами правого ряда. Нижняя шкала включается клавишей “-1 – 19”. Она имеет деления от -1 до 19; эта шкала грубая и служит для выбора одного из более узких диапазонов измерения (“-1 – 4”, “4 – 9”, “9 – 14”, “14 – 19”). Точное измерение проводят по верхней шкале, предварительно нажав кнопку выбранного диапазона. Например, выбран диапазон “-1 – 4”, следовательно, первое большое деление на верхней шкале соответствует “-1”, а затем идут соответственно 0; 1; 2; 3; 4. Если выбран диапазон измерений “9 – 14”, нажимаем соответствующую кнопку диапазона, при этом первое деление соответствует “9”, а последующие 10, 11, 12, 13, 14.

Шкала прибора от­калибрована в милливоль­тах (mV), следовательно, чтобы снятое с прибора показание выразить в вольтах, необходимо

где pX – показание прибора.

77.243.189.108 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Микробиология и биохимия вина

Окислительно-восстановительные процессы в виноделии

Навигация по сайту

Роль окислительно-восстановительного потенциала в виноделии

Измеряя величину ОВ-потенциала, можно контролировать окислительно-восстановительные процессы, протекающие в вине.

П. В. Кочерга считает, что вещества, обусловливающие букет и вкус вина, образуются и сохраняются при низком ОВ-потенциале, при котором происходит созревание вин различных типов.

Изменяя ОВ-потенциал вина путем добавления к нему ионов тяжелых металлов, он наблюдал изменение типа вина, появление оттенков портвейна, мадеры, хереса. Эти исследования показали, что качество вина зависит от технологии его изготовления.

Шандерль также связывает типы вин с величиной ОВ-потенциала. Он считает, что оптимальный уровень потенциала, зависящий от типа вина, позволяет определить характер процессов, протекающих при его созревании. Он приводит следующие данные:

Величина ОВ-потенциала молодых вин выше, чем выдержанных. Шандерль и др. считают, что вина с более низким ОВ-потенциалом обладают более высоким качеством. Изучая связь между величиной ОВ-потенциала и органолептическими свойствами вина, он пришел к выводу, что низкий ОВ-потенциал влияет не только на стабильность вина, но и на его вкус и букет.

Величина ОВ-потенциала имеет особое значение при изготовлении столовых и шампанских вин. Сухие столовые и шампанские виноматериалы не нуждаются в кислороде воздуха, поэтому их следует хранить в анаэробных условиях, а технологические операции проводить в отсутствие кислорода, чтобы сохранить сортовой вкус винограда.

Наоборот, для созревания мадеры, хереса и других окисленных вин требуется большое количество кислорода, так как они имеют более высокий ОВ-потенциал.

Очевидно, что регулируя величину ОВ-потенциала при технологических операциях, можно получать вина с необходимыми органолептическими свойствами.

1. Микрофлора винограда, плодов, сусла и вина

2. Влияние факторов среды на жизнедеятельность дрожжей

3. Чистые культуры дрожжей

4. Методы ингибирования микроорганизмов

5. Процессы, связанные с развитием микроорганизмов в вине

6. Микроорганизмы в производстве некоторых специальных вин

7. Биохимические превращения при созревании винограда

8. Окислительно-восстановительные процессы в виноделии

9. Биохимические процессы при переработке винограда и ферментации мезги

10. Биохимия брожения

11. Биохимические процессы при обработке и выдержке вин

12. Особенности биохимических процессов технологии некоторых специальных вин

О роли редокспотенциала в виноделии – Теория окислительно-восстановительных процессов

Процессы обмена веществ, дыхания, гниения, брожения, фотосинтеза являются окислительно-восстановительными процессами (ОВП). В живых организмах, вследствие наличия многочисленных мембран, направленного транспорта веществ и прохождения различных ОВП между его частями, возникает разность зарядов, называемая биопотенциалами. По своей природе биопотенциалы могут быть диффузными, мембранными и редокс-потенциалами. Мембранный потенциал имеет ионную природу, а редокс-потенциал – электронную природу. Биопотенциалы играют важнейшую роль в направленном транспорте веществ, работе мембранных систем, процессах биосинтеза, выделения и запасания энергии. Выделение и запасание организмом энергии тесно связано с процессами окисления и восстановления. Биопотенциалы являются качественной и количественной характеристикой направления, глубины и интенсивности протекания биохимических процессов. Поэтому регистрация биопотенциалов органов и тканей широко применяется в клинической практике при изучении их деятельности, в частности, при диагностике сердечно-сосудистых заболеваний снимают электрокардиограмму, при измерении биопотенциалов мышц снимают электромиограмму. Регистрация потенциалов мозга – энцефалография – позволяет судить о патологических нарушениях нервной системы. Источником энергии жизнедеятельности клеток служит мембранный потенциал, равный 80 мВ, обусловленный возникновением ионной асимметрии, т.е. неодинаковым распределением по обе стороны мембраны катионов и анионов.

Важными процессами в организмах являются реакции ферментативного окисления веществ-субстратов: углеводов, жиров, аминокислот. В результате этих процессов организмы получают большое количество энергии. Приблизительно 90 % всей потребности взрослого мужчины в энергии покрывается за счет энергии, вырабатываемой в тканях при окислении углеводов и жиров. Остальную часть энергии

10 % дает окислительное расщепление аминокислот.

Все биохимические ОВП, скорость и глубина которых контролируется организмом, протекают под действием ферментов – оксидоредуктаз, которые делятся на кофакторы и коферменты и могут быть и окислителями и восстановителями [1]. Системы с более низким окислительно-восстановительным потенциалом отдают электроны, с высоким – их принимают. Электроны переносятся по дыхательной цепи ферментов постепенно с нарастанием редокс-потенциала. В качестве переносчиков электронов в дыхательную цепь митохондрий входят различные белки, содержащие разнообразные функциональные группы, которые предназначены для переноса электронов. По мере продвижения по цепи от одного интермедиата к другому электроны теряют свободную энергию. На каждую пару электронов, переданных по дыхательной цепи кислороду, синтезируется три молекулы АТФ. Свободная энергия, высвобождающаяся при переносе двух электронов на кислород, составляет 220 кДж/моль.

В течение жизни человек подвергается воздействию различных вредных внешних факторов – плохая экология, неправильное и зачастую некачественное питание, употребление некачественной питьевой воды, стрессовые ситуации, курение, злоупотребление алкоголем, употребление лекарственных препаратов, болезни и многое другое. Все эти факторы способствуют разрушению окислительно-восстановительной системы регуляции организма, в результате чего процессы окисления начинают преобладать над процессами восстановления, защитные силы организма и функции жизненно важных органов человека начинают ослабевать и уже не в состоянии самостоятельно противостоять различного рода заболеваниям. Замедлить преобладание окислительных процессов над восстановительными процессами возможно с помощью антиокислителей (антиоксидантов). Нормализовать баланс окислительно-восстановительной системы регуляции (с тем, чтобы укрепить защитные силы организма и функции жизненно важных органов человека и позволить организму самостоятельно противостоять различного рода заболеваниям) возможно с помощью антиоксидантов. Чем сильнее антиоксидант, тем более ощутим его противоокислительный эффект. Многочисленные исследования показали, что аскорбиновая кислота является эффективным антиоксидантом, выступая в качестве донора электронов в таких процессах, как гидроксилирование коллагена, биосинтез карнитина и норадреналина, метаболизм тирозина и аминирование гормонов.

Источники:

http://studopedia.ru/7_13282_biologicheskoe-znachenie.html
http://vinobio.narod.ru/8-3.html
http://eduherald.ru/ru/article/view?id=15113