Роль окислительных и восстановительных процессов — Созревание вин

Окислительно-восстановительные процессы

Эти процессы играют важную роль в виноделии и проявляются уже на первых этапах переработки винограда. Они имеют как положительное, так и отрицательное значение в зависимости от доз кислорода, глубины и направленности происходящих реак­ций.

Умеренное поступление в сусло кислорода воздуха (10—20 мг/л, не более) является нормальным для здорового виногра­да и обеспечивает получение чистых здоровых вин высокого ка­чества. При этом за счет окислительной конденсации выпадают легкоокисляемые фенольные вещества, что гарантирует стабиль­ность получаемых вин к дальнейшему окислению.

Избыточное (30—40 мг/л и более) поступление кислорода приводит к получению окисленных вин с обедненным сортовым ароматом, простым, «выветренным» вкусом. Особенно опасна с точки зрения окисления переработка винограда, пораженного се­рой гнилью. Окислительные процессы в мезге и сусле такого ви­нограда проходят во много раз быстрее и интенсивнее.

Вино из плесневелого винограда может приобретать вкус уваренности, а его цвет независимо от цвета ягод — буро-коричневую окраску. Это называется оксидазным поражением винограда и приводит к необратимому переокислению вина — оксидазному кассу.

ОВ-процессы вызываются содержащимися в ягодах виногра­да окислительными ферментами: полифенолоксидазой, пероксидазой, аскорбинатоксидазой и др.

Наиболее мощная окислительная система — полифенолоксидазная, действующая на монофенолы, о-дифенолы и полифенолы по окислительно-восстановительному принципу «полифенол — хинон», — была открыта акад. В. И. Палладиным.

Фенольные вещества под действием окислительных фермен­тов окисляются в хиноны.

Этот процесс обратим, если в сусле есть восстанавливающие вещества — редуктоны, например аскорбиновая кислота: о-Хинон + аскорбиновая кислота = о-дифенол + дегидроаскорбиновая кислота.

Когда все редуктоны дегидрируют, появляющиеся хиноны в присутствии воды образуют оксихиноны, которые, конденсируясь, дают темноокрашенные нерастворимые продукты. Эти продукты являются конечными, необратимыми в окислительных реакциях; они выпадают в осадок. Вовлечение в окислительно-восстановительные процессы редуктонов сусла, расходуемых на восстанов­ление хинонов, приводит к снижению его витаминной ценности.

Основной вред переокисление фенольных веществ наносит аромату и цвету будущего вина. Так, при активном окислении терпеновые спирты (линалоол, гераниол, цитронелол и др.), со­ставляющие основу эфирного масла ягод, окисляются до фурановых и пирановых оксидов.

Вино из такого сусла не имеет фруктового аромата. Переокисление приводит к необратимому разрушению антоцианов, некоторых аминокислот. В вине накап­ливаются продукты окисления — альдегиды, хиноны, флобафены, меланин, меланоидины и другие соединения.

Они допустимы только для специальных вин типа мадеры, токая, хереса, порт­вейна, технология которых предусматривает проведение интен­сивных окислительных процессов для придания типичности. Во всех остальных случаях переокисление сусла и вина недопу­стимо.

Исходя из того, что носителями окислительных ферментов являются твердые части винограда — мякоть и кожица, стара­ются не допустить их в бродящее сусло, удалить отстаиванием или центрифугированием. Для снижения интенсивности окисли­тельно-восстановительных процессов сусло сульфитируют рас­считанными дозами SO2.

Во избежание окисления в мировой практике отдают предпо­чтение быстрым методам переработки винограда, прессованию целых гроздей, созданию анаэробных условий виноделия.

Процессы, происходящие при образовании вина

Вино является пищевым продуктом, в оценке которого вкус имеет решающее значение. Из различных процессов, происходящих в вине и обусловливающих его вкусовые качества, основными являются: образование вина, формирование, созревание, старение.

Образование вина охватывает весь период брожения виноградного сусла, в результате которого при участии дрожжей происходит превращение сахара в спирт и углекислый газ, а также сопутствующие изменения в сусле.

Основная группа составных частей сусла претерпевает во время брожения химические превращения. Наряду с образованием спирта и углекислого газа — главных продуктов брожения, получаются побочные продукты — глицерин, янтарная и молочная кислоты, уксусный альдегид, уксусная кислота и др. При нормальном брожении и умеренной сахаристости сусла сахар превращается в спирт почти полностью, в вине остается только ничтожно малая его часть.

Азотистые вещества во время алкогольного брожения претерпевают изменения, в результате которых возникают новые вещества, переходящие в вино. Установлено, что находящиеся в вине высшие спирты (амиловый, пропиловый, изобутиловый) являются продуктами превращения соответствующих аминокислот сбраживаемого сусла. Количество высших спиртов в вине незначительно, но они играют определенную роль в образовании букетов вина и коньяка. Таким образом, в результате превращения углеводов и белков во время брожения под влиянием деятельности дрожжей образуется ряд веществ, влияющих на букет вина.

Другая группа веществ, содержащихся в сусле, переходит в вино, не претерпевая химических изменений. К ним относятся вода, соли калия, натрия, кальция, магния, железа и других металлов, образующих соли с различными кислотами (винной, яблочной, серной, фосфорной и др.). Некоторые из перечисленных веществ, например калиевые и кальциевые соли винной кислоты, соли железа, белковые и пектиновые вещества, частично выпадают из раствора вследствие изменения состава среды при брожении. Количество фосфорных и азотных соединений уменьшается за счет потребления их дрожжами. Дубильные вещества частично окисляются и с белками выпадают в осадок в виде танатов.

Статья по теме:   Сорт винограда Рубиновый Магарача

Все вещества, перешедшие в вино из сусла без изменения и образовавшиеся во время брожения, являются составными частями любого вина. Только при изготовлении столовых вин с законченным брожением изменения виноградного сусла при брожении проявляются полностью. В крепленых винах эти процессы совершаются в большей или меньшей мере в зависимости от степени выбраживания.

Формирование вина включает превращения физического, химического и биологического характера, которые начинаются вслед за окончанием брожения и заканчиваются к моменту первой переливки. К этому времени дрожжи оседают, а вино осветляется (обычно в течение нескольких недель). В период формирования вина протекают следующие процессы.

Яблочная кислота под влиянием молочнокислых бактерий распадается на молочную кислоту и углекислый газ. Образовавшийся при брожении и растворенный в вине углекислый газ выделяется. Интенсивность выделения СО, зависит от температуры вина и процесса распада яблочной кислоты. Дрожжи оседают, что сопровождается осветлением вина. Прозрачность и полнота выбраживания служат главными показателями момента переливки вина — отделения от дрожжей. Продукты протеолитического распада белковых веществ дрожжей — амиды, органические основания и аминокислоты — в стадии формирования усваиваются. Под воздействием спирта белки частично свертываются и оседают на дно. В это же время выпадает в осадок большая часть пектиновых веществ. Виннокислые соли выпадают в осадок, что благоприятно влияет на вкусовые качества вина.

Оптимальная температура в стадии формирования должна быть около 12 °С. В период формирования улетучивается углекислый газ. Одновременно с этим увеличивается влияние на вино кислорода воздуха, вызывающего окислительные процессы. Окислительные процессы и их воздействие на составные части вина относятся также и к следующей стадии — созреванию.

Созревание вина. По окончании брожения кислород воздуха оказывает действие на вино при всех технологических операциях. Процессы созревания и старения вина имеют окислительно-восстановительный характер. Вино на различных стадиях своего образования не в одинаковой степени нуждается в кислороде. На стадии формирования в начальный период созревания доступ кислорода необходим вину. Знание окислительно-восстановительных процессов, происходящих при выдержке вина, позволяет создать режим его созревания. Большую роль играет сернистый ангидрид, который регулирует окислительновосстановительные процессы и предотвращает появление окислен-ности, часто наблюдаемой в белых винах. В сульфитированном вине развивается свойственный ему аромат, оно приобретает тонкий и благородный вкус.

Положительная роль кислорода в стадии созревания вина сводится к следующему: он активизирует вторичное брожение в том случае, если вино не полностью выбродило; удаляет растворенный в вине углекислый газ; путем окисления переводит в осадок вещества, являющиеся причиной помутнения вина (белковые, пектин, частично дубильные вещества). Для различных вин в процессе созревания потребность в кислороде неодинакова. На современных заводах при выдержке вина в крупных резервуарах, пользуясь специальной аппаратурой, поддерживают концентрацию растворенного кислорода на любом заданном уровне.

Для получения высококачественных вин большое значение имеет правильная выдержка, регулирование процессов окисления путем проведения своевременных переливок (открытых и закрытых), а также продолжительность выдержки. Сроки созревания и оптимальной выдержки вин различны. Легкие белые вина, например Алиготе, Рислинг, Цинандали, Садиллы, сладкие и ликерные мускаты проявляют свои лучшие свойства после двух-трехлетней выдержки. Более длительная выдержка (три-четыре года) желательна для красных столовых вин (Каберне, Мукузани, Саперави), крепкие вина (портвейн, мадера, херес) выдерживаются как красные столовые. Советское шампанское должно выдерживаться не более года. Особенно длительного созревания требуют коньячные спирты и коньяки.

Старение вина — одна из самых длительных стадий его образования. Старение осуществляется без доступа воздуха — вино находится в бутылках. На этой стадии происходит развитие вкуса и букета, характерных для старых вин. Продолжительность выдержки различных вин зависит от состава вина, сорта, типа и назначения. Оптимальный срок выдержки белых легких столовых вин (в бутылках) 4—5 лет, вин с высоким содержанием экстракта и сахара — до 10— 12 лет. Красные вина сравнительно медленно стареют. Продолжительность выдержки коллекционных вин может быть до нескольких десятков лет. Вина в период старения в бутылках выделяют осадок (в виде чешуек и гранул красящих веществ), окраска красных вин становится менее интенсивной и постепенно переходит в коричнево-красный цвет, а затем в желтый; белые вина теряют зеленоватые оттенки и приобретают легкие чайные тона.

Полимеризация и осаждение красящих веществ проходят независимо от воздействия кислорода. Эти явления возникают вследствие соединения красящих веществ с очень малым количеством уксусного альдегида. Альдегид в свободном состоянии возникает в вине и в отсутствие кислорода вследствие распада его соединений с сернистым ангидридом.

Статья по теме:   Вертквичалис шави сорт винограда

Улучшение качества и развитие букета вин при старении зависят от образования в них химических соединений, обладающих приятным специфическим запахом. Важную роль при образовании аромата старых вин имеют сложные эфиры — результат медленного взаимодействия кислот и спиртов, например:

Развитие букета, несомненно, является результатом процессов восстановления, поскольку он образуется только при полном отсутствии кислорода вто время, когда окислительно-восстановительный потенциал достигает достаточно низкого уровня. При легкой аэрации букет быстро исчезает или резко изменяется. Поэтому старые бутылочные вина не следует декантировать перед их употреблением. Следовательно, букет образуют окисляемые вещества, приобретающие приятный аромат только в своей восстановленной форме. Некоторое значение имеют и продукты взаимодействия аминокислот и сахаров (меланоидины).

В создании букета участвуют эфиры вина. Они могут быть средние и кислые. Средние эфиры летучи, с ними и связывают букет вина; они образуются одноосновными кислотами, преимущественно уксусной и молочной. Кислые эфиры не летучи, от них зависит вкус вина, они образуются главным образом многоосновными кислотами — винной, лимонной, яблочной, янтарной. Эфиры могут получаться ферментным и химическим путем. Возможность ферментного образования эфиров обусловлена наличием в вине эстеразы дрожжей. Химический путь более продолжителен, так как в вине спирты и кислоты очень разбавлены и, кроме того, реакция обратима, т.е. в конце концов наступает равновесие с определенным для данной среды пределом. С возрастом вина увеличивается содержание в нем летучих эфиров. Количество кислот, вступающих в реакцию с алкоголем, в каждом случае может быть различным. Старые вина представляют собой равновесную систему. Предел этерификации для каждого вина, находящегося в равновесии, остается неизменным. Поэтому справедливо считают, что введение искусственных эфиров, образованных одноосновными кислотами для повышения букета, всегда должно давать отрицательный результат, так как в тех случаях, когда естественная этерификация в вине достигла предела, введенные эфиры неизбежно разлагаются на составляющие их кислоты и спирты, что ухудшает букет и вкусовые свойства вина. Если естественная этерификация не достигла предела и введенная доза искусственного эфира умеренна и в сумме с имеющимися эфирами вина не превышает этого предела или равна ему, букет может улучшиться только на время, так как затем произойдет неизбежная перегруппировка между кислотами и спиртами, участвующими в этерификации. В результате этого могут освободиться спирты и кислоты введенного эфира и изменить натуральный букет и вкус вина.

Общее количество эфиров зависит от состава и возраста вина; средние (летучие) эфиры образуются биологически при брожении и медленно химическим путем при старении. Кислые эфиры получаются главным образом химическим путем при старении.

Для каждого типа и сорта вина существуют определенные сроки выдержки. При выдержке вина до определенного срока и в необходимых условиях оно улучшает свои качества, затем наступает момент равновесия (оно не изменяется), в дальнейшем происходят постепенный распад и отмирание вина.

Отмирание вина — это период, когда происходит ухудшение его качества, исчезает букет, выпадают красящие вещества, появляются неприятные вкус и запах, вызываемые продуктами разложения. Все эти процессы возникают в винах, хорошо укупоренных в бутылки, изолированных от окисляющего действия кислорода воздуха, хранящихся в нормальных температурных и других условиях.

Окислительно-восстановительные процессы

Окислительно-восстановительные процессы (ОВП) играют важную роль в жизнедеятельности организма, поскольку именно в процессах окисления происходит выделение и запас энергии, а восстановительные процессы связаны с биосинтезом белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов в организме. Окислительно-восстановительные реакции – это реакции, идущие с переносом электронов и изменением степени окисления элементов.

ОВП состоят из двух одновременно протекающих и противоположно направленных процессов — окисления и восстановления. Окисление – это процесс отдачи электронов, в ходе которого происходит увеличение степени окисления элементов. Восстановление — это процесс присоединения электронов, в ходе которого происходит уменьшение степени окисления элементов. Окислитель – это вещество, атом которого принимает электроны, тем самым уменьшая степень окисления. Восстановитель – это вещество, атом которого отдает электроны, тем самым увеличивая степень окисления. ОВП подразделяются на три типа.

1. Межмолекулярные, в которых окислитель и восстановитель находятся в разных молекулах, например:

окислитель — Mn +7 , восстановитель — N +3 .

2. Внутримолекулярные, в которых окислитель и восстановитель находятся в одной молекуле, но являются разными элементами, например:

2KCl +5 O3 -2 = 2KCl -1 + 3O4 0

окислитель — Cl +5 , восстановитель — O -2 .

3. Диспропорционирования (самоокисления — самовосстановления), в которых окислителем является один и тот же элемент в одной и той же степени окисления, например:

Статья по теме:   Активная температура - виноград

3Cl2 0 + 6KOH = 5КСl -1 + KCl +5 O3 + 3H2O

окислитель — Cl 0 , восстановитель — Cl 0 .

В ходе окислительно-восстановительных процессов между частями системы происходит перераспределение зарядов. Возникающая разность зарядов между частями системы носит название потенциал. Существует несколько видов потенциалов, связанных с прохождением различных процессов.

Одним из них является электродный потенциал, который возникает в том случае, когда пластинку металла погружают в раствор его соли (например, пластинку цинка в раствор сульфата цинка). При этом возможно прохождение двух процессов, которые определяются активностью металла и концентраций его катиона в растворе (рис.1).

Ме Ме

+ _ + _ _

Ме n+ + _ + Ме n+ _ + _

+ _ + _ + _

рис. 1 Виды электродных процессов

Первый процесс происходит в том случае, когда активность металла высока, а концентрация его катиона невелика. В этом случае (см. рис. 1) ионы металла, находящиеся в узлах кристаллической решетки металла, вследствие гидратации будут переходить в раствор, заряжая его положительно; электроны, входящие в состав «электронного газа» (особенности металлической связи) остаются на куске металла, придавая ему отрицательный заряд.

В случае низкой активности металла и высокой концентрации его катиона процесс может идти в другом направлении (см. рис. 2). Катионы металла могут перейти на пластинку, достраивая кристаллическую решетку металла и придавая ей положительный заряд; анионы соли остаются в растворе, заряжая его отрицательно. В обоих процессах между пластинкой металла и раствором его соли возникает разность зарядов, называемая электродным потенциалом Е. Независимо от механизма возникновения электродного потенциала, он определяется окислительно-восстановительным процессом, а его величина — уравнением Нернста:

Me Me n+ + ne —

Zn Zn 2+ + 2e —

где: Е — потенциал системы,

Е 0 — стандартный потенциал системы, т.е. потенциал, определенный в стандартных условиях (Т=292 К, р=1 атм, [Red] = [Ох] = 1 моль/л)

Т — абсолютная температура,

n — число электронов, участвующих в процессе,

R = 8,31 Дж/моль * К,

F = 96500 Кл/моль

[Ме п+ ] — равновесная концентрация соли данного металла.

Подставляя постоянные при 25 0 С, получим:

По величине стандартного электродного потенциала все металлы выстраиваются в электрохимический ряд напряжений.

Одним из основных является окислительно-восстановительный потенциал. Его возникновение связано с обратимостью окислительно-восстановительных процессов. Одно и то же вещество в зависимости от условий может находиться либо в окисленной (Oх), либо восстановленной (Red) форме. Между этими двумя формами идут процессы взаимного перехода, сопровождающиеся изменением заряда системы. Процесс взаимного перехода идет до тех пор, пока между двумя формами не установится равновесие:

Red Ox + ne

Fe 2+ Fe 3+ + e

После установления равновесия в системе возникает избыточный заряд, называемый окислительно-восстановительным или редокс-потенциалом. Его величина определяется уравнением Нернста:

где: Е — потенциал системы,

Е 0 — стандартный потенциал системы, т.е. потенциал, определенный в стандартных условиях (Т=292 К, р=1 атм, [Red] = [Ох] = 1 моль/л)

[Red], [Ох] — равновесные концентрации восстановленной и окисленной форм.

Любой окислительно-восстановительный процесс можно представить как взаимодействие двух редокс-систем — системы окислителя и системы восстановителя. Направление ОВП будет определяться величинами редокспотенциалов систем.

При этом можно выделить следующие закономерности:

1. Одна и та же редокс-система может являться как окислителем, так и восстановителем — это зависит от соотношения величин потенциалов;

2. Системы с более отрицательным потенциалом будут восстанавливать системы с более положительным потенциалом;

3. После прохождения ОВП потенциалы редокс-систем выравниваются.

Возникновение разности зарядов между частями системы может быть и не связано с прохождением ОВП. Так, в ходе процесса диффузии между частями раствора, вследствие различной подвижности ионов, возникает разность зарядов, называемая диффузным потенциалом. Диффузный потенциал существует недолго и исчезает по окончании процесса диффузии.

Если два раствора разделить полупроницаемой мембраной, то на сторонах мембраны возникает разность зарядов, называемая мембранным потенциалом. Возникновение мембранного потенциала связано с тем, что вследствие различного размера ионов они могут проходить или не проходить через мембрану.

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 редокспотенциалами. Биопотенциалы играют важнейшую роль в направленном транспорте веществ, работе мембранных систем, процессах биосинтеза, выделение и запасание энергии. Выделение и запасание организмом энергии тесно связано с процессами окисления и восстановления.

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

Источники:

http://vinocenter.ru/okislitelno-vosstanovitelnye-processy.html
http://studref.com/430154/tovarovedenie/protsessy_proishodyaschie_obrazovanii_vina
http://studopedia.ru/4_93117_okislitelno-vosstanovitelnie-protsessi.html

Ссылка на основную публикацию

Adblock
detector