Хімія і Життя - Вино очима хіміка

Vina bibunt homines, animalia cetera fontes.

Тільки люди п'ють вино, інші тварини - чисту воду (лат.)

Якщо першою хімічною реакцією, яку почав використовувати людина, було горіння, то другий такою реакцією стало бродіння. У Месопотамії способи отримання різних напоїв за допомогою бродіння були розроблені ще в першій половині третього тисячоліття до н. е. Бродити можуть найрізноманітніші продукти, що містять цукор: мед, патока, виноградний та інші фруктові соки. У давнину помітили, що найлегше піддається бродінню рідина, отримана шляхом вичавки соку з винограду, - виноградне сусло. Дріжджові грибки, що викликають спиртове бродіння, живуть і в дикій природі (див. «Хімію і життя, 2016, 12 ), В солодкі напої, приготовані людиною, потрапляють з повітря, тому етиловий спирт у вигляді розбавлених розчинів відомий людям з давніх часів. Хоча, звичайно, ще тоді людство перестало сподіватися на допомогу диких дріжджів в приготуванні пива і браги і навчилося використовувати закваски.

З тих пір люди винайшли безліч найрізноманітніших спиртсодержащих напоїв. У винному відділі великого магазину за кордоном в очах рясніє від безлічі пляшок, починаючи дешевими простими винами по два-три долари за пляшку і закінчуючи колекційними марочними, їх ціну та назвати страшно. А ще бувають аукціони, де за скажені гроші продають залиті сургучем пляшки, вік яких обчислюється століттями. Чим же все ці вина розрізняються?

Для поета вино - дар богів, а для хіміка - водний розчин етилового спирту, цукор і трохи домішок, вміст яких становить часом соті частки відсотка. Але саме ці домішки і надають винам особливо тонкий смак і аромат; в цьому відношенні дорогі вина можна зіставити з французькими парфумами, а дешеві - з «Потрійним» одеколоном. Хороше вино містить безліч найрізноманітніших сполук. У 24-му томі американської енциклопедії технічної хімії Кірка-відміряй, що вийшов в 1978 році, було зазначено, що вино містить більше 200 компонентів; Зараз їх відомо вдвічі більше. Серед них спирти і цукру, альдегіди і кетони, кислоти та їх ефіри, мінеральні солі, вітаміни, поліфеноли і терпени, ароматичні з'єднання і барвники. Причому всі ці речовини підібрані природою в певних співвідношеннях, і кожному провину властивий його неповторний склад, як кожному музичному інструменту - свій тембр і багатство обертонів. Американський хімік, фахівець-енолог (від грец. Οίνος - вино) професор Мейнард Ендрю Амерін з Каліфорнійського університету в Девісі назвав вино «хімічної симфонією».

Колись за допомогою Луї Пастера (1822-1895) вино внесло важливий внесок в фізику. На стінках бочок з вином з часом утворюється твердий наліт, який назвали винним каменем. Це кисла калієва сіль винної (виннокаменной) кислоти, один з продуктів бродіння виноградного соку. При нагріванні її водного розчину утворюється так звана виноградна кислота. Природна винна кислота має оптичну активність - обертає площину поляризованого світла вправо, а виноградна кислота оптично неактивна. Пастер, розглядаючи під мікроскопом кристали натрій-аммониевой солі виноградної кислоти, зауважив, що за формою кристали можна розділити на два типи. Він відділив кристали між цими двома типами і показав, що з них можна отримати два різних речовини - правовращающую винну кислоту і раніше невідому лівообертальну, тобто виноградна кислота виявилася їх сумішшю. Це було видатне відкриття: виявлення енантіомерів (від грец. Enantios - протилежний) оптично активних органічних сполук.

Фізика не залишилася в боргу - лауреат Нобелівської премії Віллард Ліббі (1908- 1980) розробив метод визначення віку вин (якщо їм не більше кількох десятків років). Виноград поглинає тритій з грунтових вод, а після зняття врожаю зміст тритію в виноградному соку починає знижуватися з відомою швидкістю: приблизно вдвічі через кожні 12 років. За залишкової активності і визначається вік.

В принципі все виноградні вина утворюються однаковим способом. У виноградному суслі 18- 5% цукрів, з яких 95% - це глюкоза і фруктоза, решта - сахароза, мальтоза, мелобіоза, рафіноза і т. Д. Є в суслі і інші речовини - десяток органічних кислот, два десятка амінокислот, антоціани і інші пігменти, таніни, ароматичні сполуки, вітаміни, ферменти, мінеральні солі. При бродінні сусла цукор перетворюється на етанол і вуглекислий газ, а в розчині з'являється маса нових компонентів, серед яких важливу роль відіграють пахучі сполуки - оцтовий альдегід, складні ефіри, лактони. Якщо вважати, що весь цей цукор в суслі представлений глюкозою і вона повністю зброджено, то фортеця вина при зазначеному змісті цукру складе 10-14,5%. Для отримання більш міцних десертних вин в них додають перегнаний з вина етиловий спирт. За допомогою додання спирту можна зупинити бродіння, коли в продукті залишилося ще багато цукру. Так отримують солодкі і напівсолодкі вина.

Коли концентрація етилового спирту підвищується приблизно до 12-13%, дріжджі гинуть і спиртове бродіння припиняється (хоча відомі штами дріжджів, які виживають і при трохи більшій вміст спирту). Для отримання більш концентрованих розчинів спирту необхідна перегонка вина. Такі спиртові розчини навчилися робити алхіміки в Італії в XII столітті (мабуть, це перша задокументована методика). Вони нагрівали вино до кипіння і конденсували випари, а зібраному конденсату дали латинську назву spiritus vini, тобто «дух вина». І зараз перегонкою отримують більш міцні спиртні напої - віскі, бренді, джину, рому, коньяку. Етиловий спирт застосовують для кріплення виноградного вина.

Довгий час не знали, що саме перетворює цукор в спирт. У 1802 році французький хімік Луї Жак Тенар (1777-1857) вперше звернув увагу на активну роль дріжджів при бродінні. Довго не припинявся суперечка про суть бродіння між видатним німецьким хіміком Юстусом Лібіх (1803-1873) і не менш видатним французьким вченим Луї Пастером. Лібіх вважав, що це чисто хімічний процес, тоді як Пастер стверджував, що бродіння можуть викликати тільки цілі (живі) клітини дріжджів. У 1897 році німецький біохімік Едуард Бюхнер (1860-1917) і його старший брат бактеріолог Ганс Бухнер (1850-1902) для отримання біохімічних препаратів ретельно розтерли дріжджі, а щоб витяжка довго не псувалася, додали до неї консервант - цукор. Яке ж було їх здивування, коли виявилося, що зруйновані дріжджові клітини зброджують цукор нітрохи не гірше, ніж живі дріжджі. Так вчені відкрили безклітинного бродіння і довели чисто хімічну природу цього процесу. Виявилося, що в дріжджах містяться особливі білкові речовини, які каталізують різноманітні хімічні процеси; їх назвали ферментами. За це відкриття Едуард Бюхнер в 1907 році, через п'ять років після смерті свого брата, був удостоєний Нобелівської премії з хімії.

Але навіть якщо до сусла не додавати ніяких дріжджів, вино все одно вийде. Шкірочка зростаючої виноградини покрита природною воскоподібне плівкою - приблизно такий же, як на яблуці. На цій плівці осідають частинки цвілі і диких дріжджів, заносяться на неї вітром або комахами. Дріжджових клітин на одній ягоді буває до 10 мільйонів, лише близько 1% з них належить до різних різновидів винних дріжджів, але в сприятливих умовах дріжджі швидко розмножуються. Тип дріжджів помітно позначається на якості вина, на старих виноградниках між виноградом і дріжджами протягом століть встановилася природна гармонія, тому не дивно, що саме в таких місцях отримують вина вищої якості.

Від чого ж залежить, чи вийде з віджатого виноградного соку - сусла простеньке сухе вино або вишуканий напій, що має всесвітню славу? Перш за все - від сорту винограду, місця його зростання і погодних умов. Щоб дріжджі добре себе почували, їм потрібні не тільки цукор і вода, але і багато інших містяться у виноградному соку речовини. У цьому легко переконатися, додавши дріжджі просто до солодкій воді - нічого, крім неприємно пахне слабкого спиртового розчину, не вийде.

Якість вина залежить від весняних заморозків, від вологості повітря, кількості сонячних днів влітку і навіть від того, на якому схилі - північному або південному зросла лоза. Тому при оцінці вин настільки велике значення надають році збору врожаю. Якщо восени, в найважливіше для визрівання винограду час, йтимуть дощі або просто буде похмуро, виноград залишиться кислим. Кислим буде і отримане з нього вино, при цьому концентрація кислот може досягати 13 г / л. В хорошому ж вини вона не повинна перевищувати 6 г / л. Для зниження кислотності в вино додають крейду, який нейтралізує частина кислот (осад кальцієвих солей фільтрують). Найсприятливіші для винограду умови добре поєднуються в районі Бордо у Франції, в Північній Іспанії, в Центральній і Північній Італії, Північній Каліфорнії. А от у Німеччині, Швейцарії, Австрії та навіть в Бургундії (Франція) в деякі роки виноград накопичує недостатньо цукру, і його доводиться потім додавати до сусла, що відбивається на якості вина.

Після збору виноград необхідно якомога швидше доставити на винний завод, щоб він не втратив вологу і не зіпсувався. Якщо потрібно виготовити біле вино, на бродіння направляють тільки віджатий сік. При виготовленні червоного вина в бродильні чани закладають всі, що виходить з давильних пристроїв: і сік, і м'якоть, і шкірку, і кісточки (які при віджиманні повинні залишатися неушкодженими). Вміщені в шкірці пігменти надають червоному вину його колір, а таніни кісточок і шкірки - терпкий аромат і терпкий смак. Бувають і рожеві вина. Їх дозрівання починається, як і у червоних вин, але приблизно через добу сік фільтрують, і він продовжує бродити вже сам по собі.

Як вже говорилося, сучасні винороби не покладаються на капризи природних дріжджів, що розмножилися на шкірці виноградин, їх замінюють спеціально вирощеними чистими культурами - так само, як при виготовленні молочнокислих продуктів на молокозаводах не використовують випадкові закваски. Щоб придушити життєдіяльність диких дріжджів, сусло спочатку обробляють сірчистим газом або сульфітами, а вже потім додають чисті культури. Сірчистий газ заодно освітлює вино і уповільнює небажані процеси окислення.

Ще одне нововведення - ретельний контроль температури в бродильном чані, яка не повинна перевищувати 29,5 ° С для червоних столових вин і 15,5 ° С - для білих. Повільне бродіння при низькій температурі підвищує вміст у вині складних ефірів та інших пахучих сполук, а також збільшує вихід спирту. Якщо до сухого вина додати цукор і піддати його повторному бродінню в замкнутому посудині (звідки виділяється вуглекислий газ не може зникнути), то вийде так зване ігристе вино. Тиск в пляшці шампанського досягає 4-5 атм; в колишні часи під час приготування шампанського сильний тиск розривало до чверті всіх пляшок. Потім тиск вуглекислого газу в пляшці навчилися точно розраховувати, і вже в 30-і роки ХХ століття вдалося знизити втрати до 1%.

Одного разу з вуглекислим газом трапився казус. У 1827 році в Лондоні, під Темзою, прокладали перший тунель. Закінчення робіт відзначили заходом, на якому були присутні 50 «дуже важливих персон» і акціонерів будівельної компанії і 120 робітників. За традицією випили шампанського. Але, піднявшись вгору, люди відчули себе погано: при зниженні зовнішнього тиску вуглекислий газ почав звільнятися з рідини прямо в шлунку. На щастя, перепад тиску був не дуже великим, так що все закінчилося благополучно. До речі, щоб з вибитою пробкою з пляшки не вихлюпнулася половина шампанського, його слід попередньо охолодити і не піддавати різким поштовхам: струшування створює у вині центри нуклеации,
які сприяють швидкому утворенню міріад газових бульбашок з усіма вилітають наслідками.

Для якості вина виключно важливі умови, в яких відбувається його «дозрівання». Це дуже складний хімічний процес, при цьому молоде вино втрачає дріжджовий присмак і набуває складний букет. Окислення пігментів і танінів киснем повітря робить червоне вино більш темним, а біле набуває бурштиновий відтінок. Тому дуже важливо також якість дубових бочок, в яких дозріває вино: від нього залежить ступінь проникності повітря. Мистецтво винороба полягає в тому, щоб розлити вино з бочки в пляшки вчасно - не надто рано і не пізно. Зазвичай для дозрівання хорошого вина потрібно близько двох років. Дешеві вина витримують у цементних або сталевих резервуарах.

Життя вина не припиняється і після того, як воно потрапить в пляшку: з роками воно зріє і старіє. Однак далеко не завжди найстаріші вина - найкращі. Червоне марочне вино може почати втрачати свої якості через десять років зберігання, а біле - вже через п'ять. Кріплені вина витримують більш тривалі терміни.

У виноробстві існують вельми екзотичні технологічні прийоми. Наприклад, при виробництві іспанського хересу завантажується в прес виноград пересипають місцевої землею, що містить 80-85% гіпсу, - близько 2 кг на тонну ягід. Вино витримують в нещільно закритих бочках, при цьому на його поверхні з'являється товста, в півсантиметра, дріжджова плівка. Саме завдяки їй херес набуває властиві тільки йому специфічний смак і запах. А при виготовленні мадери вино витримують в спеціальних опалювальних приміщеннях, температура в яких сягає 70 ° С, причому в кришках бочок є отвори. Вино вищої якості вимагає декількох років нагріву. Тривале нагрівання в дубових бочках призводить до окислення виділяються з тари дубильних речовин, а також спирту, цукру і барвників. Що Виходить суміш безлічі речовин і визначає якість цього вина.

При спиртовому бродінні завжди в більшій або меншій кількості утворюється безліч інших побічних продуктів, в числі яких - вищі спирти. Їх, а також деякі інші сполуки, називають сивушними маслами; вони мають неприємний запах і смак і отруйні. Завдання винороба - обмежити освіту вищих спиртів в допустимих межах.

Якщо сухе вино вчасно не випити, то при тривалому зберіганні (особливо у відкритій пляшці) воно скисне. Це відбувається тому, що в повітрі завжди присутні зародки особливої ​​бактерії (її називають також оцтовим грибком), яка, потрапляючи в спиртову рідину, починає в ній розмножуватися, переробляючи при цьому спирт в оцтову кислоту. Оцтовокисле бродіння цукру використовують для отримання столового оцту.

Якість вина визначають фахівці-дегустатори, які оцінюють в балах аромат, смак, консистенцію, прозорість та інші показники. За поширеною 10-бальною шкалою найвищу оцінку отримують вина, бездоганні у всіх відносинах, тоді як балом 6 оцінюються вина посередні, але допустимі до вживання. Таким чином, величезна різноманітність вин «втискується» в межах 4-бального відрізка шкали. Існують і значно більш інформативні методики. Наприклад, за 100-бальною шкалою дегустатор окремо оцінює прозорість, колір, смак, букет та інші показники вина. Але в будь-якому випадку оцінка експерта багато в чому суб'єктивна: різні люди по-різному відчувають один і той же запах або смак. Відомі досліди, коли добровольці давали вищу оцінку провину, про який їм сказали, що воно дорожче іншого.

пам'ятник Овідія
в Констанці

Восени дев'ятого року імператор Август розпорядився вислати одного - з найталановитіших римських поетів Публія Овідія Назона в дику країну гетів і сарматів, на береги Чорного моря (зараз на цьому місці румунське місто Констанца). Для римлянина це було важким покаранням, Овідій скаржився, що «вина взимку тут тверднуть, і люди не п'ють їх, а їдять шматочками». Оскільки кріплених вин тоді не робили, цей факт дозволяє визначити, наскільки студену зиму доводилося терпіти поетові. Досвід з сухим каберне показав, що при -6,5 ° С спочатку утворюється густа «каша», яка при подальшому зниженні температури до -9,5 ° С поступово твердне. У сучасній Констанці температура в січні дійсно опускається до -10 ° С, так що клімат на чорноморському узбережжі Румунії з тих пір мало змінився.

Що ми писали про вино

Міжнародний колектив проекту «VineRobot» під керівництвом інженерів з Політехнічного інституту Валенсії вирішив створити електронного помічника виноградаря. Він буде їздити між лозами і безконтактно визначати стиглість ягід. За перший рік роботи вдалося придумати деякі датчики і зібрати мобільну платформу, здатну самостійно переміщатися по вузьких рядах, розташованих на схилах, долаючи зарості бур'янів. На 2015 рік був запланований монтаж камер і датчиків.

«Хімія і життя», 2015 року, № 2

Французькі Вчені и співробітник нашого журналу досліджувалі віділення розчіненого в шампанських и піві газу в процесі наливу. Робота виконана із застосуванням сучасних методик (французькими вченими) і шляхом візуального спостереження поведінки пива (нашим колегою) і має практичну цінність - встановлено, як саме треба наливати, щоб газу збереглося менше або більше.

«Хімія і життя», 2011, № 12

Аромати вин - найважливіший їх при знак - пов'язані з певними - хімічними речовинами і їх сумішами, і в багатьох випадках ці речовини вже встановлені. Опис запаху - окрема проблема, яку для Азії доводиться вирішувати не так, як для Європи. Багато європейських ароматичні дескриптори (терміни, за допомогою яких дегустатори характеризують вино) незрозумілі китайським споживачам. З іншого боку, захоплення вином в Азії почалося досить давно, і азіатський світ став створювати свій винний мову. В європейських підручниках для початківців любителів вина написано: каберне совіньон - це чорна смородина і зелений перець, сира, або шираз - чорний перець і інші спеції. В Азії каберне совіньон описують ароматами китайських фініків, слив і чайного листя, сира - запахами солоної свинини, пасти з червоної квасолі і чаю з жасмином.

«Хімія і життя», 2014 року, № 3

У 2010 році з Балтійського моря з глу біни 50 метрів добули 168 пляшок - шампанського старше 170 років. Кілька пляшок всі ці роки пролежали горизонтально, при температурі 2-4 ° C, в темряві, при низькій солоності (менше 10 г / кг NaCl), тобто практично в ідеальних для зберігання умовах. Чи треба пояснювати, як французькі і німецькі вчені кинулися його вивчати? І вивчили, і багато цікавого дізналися - наприклад, що в це шампанське додавали виноградний сироп, щоб зробити його солодший. Вино непогано збереглося, оцтової кислоти в ньому не було, смак і запах виявилися не ідеальними, але цілком прийнятними.

«Хімія і життя», 2015 року, № 7

Як встановили німецькі вчені, смак вина пов'язаний з кольором освітлення. Експеримент вони провели в дегустаційному залі Аллендорфской винокурні. У приміщенні включався розсіяне світло того чи іншого відтінку, келихи ж поставили чорні і непрозорі, щоб колір провина не було видно. Виявилося, що найменш приємно пити вино (а подавали учасникам досвіду один і той же рислінг) при зеленому і білому світі. З іншого боку, червоний і синій світло роблять напій особливо смачним.

«Хімія і життя», 2010, № 1