Химия отрасли

7.6. Определение объемной доли метилового спирта

Объемную долю метилового спирта в водке определяют визуаль-но с помощью типовых спиртовых растворов или фотоэлектроколориметрическим методом, основанным на измерении интенсивности окраски в результате взаимодействия динатриевой соли хромотроповой кислоты (1,8-диокси-нафталин-3,6-дисульфокислота) с формальдегидом, образующимся в результате окисления метилового спирта, содержащегося в испытуемой водке, перманганатом калия.

Реактивы: раствор перманганата калия с массовой долей 1 %: навеску перманганата калия массой 5,0 г растворяют в 150 см³ дистиллированной воды в мерной колбе на 500 см³. Объем доводят до метки и перемешивают. Полученный раствор выдерживают в темноте в течение 2 суток; раствор динатриевой соли хромотроповой кислоты с массовой долей 10 %: навеску динатриевой соли хромотроповой кислоты массой 25 г растворяют в 15 см³ дистиллированной воды в мерной колбе вместимостью 25 см³, объем доводят водой до метки и перемешивают; 20 %- ный раствор сульфита натрия; кон-центрированная серная кислота.

Оборудование: фотоэлектроколориметр КФК-3.

Проведение анализа. В пробирку с пришлифованной пробкой вносят по 2 см³ раствора перманганата калия и испытуемой водки. Содержимое пробирки пере-мешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 3 мин. Затем вносят 0,4 см³ 20%-ного раствора сульфита натрия для обесцвечивания реакционной смеси и 4 см³ кон-центрированной серной кислоты. Смесь тотчас же перемешивают и пробирку помещают в водяную баню с холодной водой. После ох-лаждения смеси до комнатной температуры (около 2 мин) в пробирку вносят по 0,1 см³ раствора динатриевой соли хромотропо-вой кислоты, содержимое перемешивают и пробирку помещают в кипящую водяную баню на 5 мин.

Далее пробирку охлаждают в бане до комнатной температуры и измеряют оптическую плотность раствора при светофильт-рах с длиной световой волны 540 нм в кюветах с толщиной поглоща-ющего свет слоя 10 мм. По полученной оптической плотности с использованием градуировочного графика определяют объемную долю метанола.

Построение градуировочного графика. Для построения графика используют стандартные типовые растворы с известным содержанием метилового спирта: 0,03; 0,05 и 0,13 % в 1 дм³ безводного спирта. Фотоэлектрометрический анализ этих растворов проводят аналогично выше описанному.

По полученным результатам строят градуировочный график, от-кладывая по оси абсцисс объемную долю метилового спирта (%), а по оси ординат -- оптическую плотность.

Результаты исследований по п.п. 7.1-7.6 необходимо свести в таблицу и используя таблицу Приложения 4 сделать аргументированное заключение о качестве исследуемого образца водки.

Контрольные вопросы:

1. По каким показателям оценивается качество водок?

2. Дайте характеристику методам определения основных физико-химических показателей качества водок.

Раздел 4. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ВИНА И ВИНОМАТЕРИАЛОВ

Технохимический контроль качества вина включает как органолептическую оценку его качества, так и определение нормируемых физико-химических показателей, к которым относят: концентрацию спирта, сахаров, титруемых кислот, летучих кислот, диоксида серы, тяжелых металлов, приведенный экстракт и т.д.

Технохимическому контролю подвергается вся винодельческая продукция на всех стадиях технологического процесса. Контроль состоит в определении компонентов, входящих в сусло и вино, и заключении об их влиянии на качество вина.

Лабораторная работа № 8

Определение массовой концентрации сахаров

в вине и виноматериалах

Определение сахара в вине относится к числу основных, так как содержание сахара характеризует тип вина и его вкусовые особенности. Обычно в вине и винограде определяют содержание инвертного сахара. Иногда необходимо определять глюкозу и фруктозу в отдельности, а также сахарозу.

Глюкозу, фруктозу и их смесь относят к группе восстанавливающих (редуцирующих) сахаров, обладающих восстанавливающим действием в медно-щелочном растворе.

Массовую концентрацию редуцирующих сахаров определяют прямым методом. Метод основан на восстановлении инвертным сахаром, содержащимся в анализируемом изделии, оксида меди (II) до оксида меди (I). Определенный объем раствора Фелинга установленной концентрации титруют раствором анализируемого изделия, в котором предварительно проведена инверсия сахара, до полного восстановления оксида меди (II) в оксид меди (I). Диапазон измерения концентраций сахара 0-60,0 г/100 см³.

Реакции, лежащие в основе этого определения, можно выразить схемой:

Оборудование: весы аналитические, секундомер, электроплитка, баня водяная, эксикатор, колбы мерные на 50, 100, 200, 250, 1000 см³, пипетки на 5, 10, 20, 25 см³, колбы конические, бюретки 25-50 см³ с делениями 0,1 см³, цилиндры.

Реактивы: медь (II) сернокислая 5-водная, калий-натрий виннокислый 4-водный, сахароза ч. д. а., кислота соляная, гидроокись натрия, фенолфталеин, метиленовая синь (индикатор), кальций хлористый обезвоженный чистый, сахар-рафинад, вода дистиллированная.

Приготовление раствора Фелинга I: взвешивают 69,39 г перекристаллизованной сернокислой меди, помещают в колбу вместимостью 1000 см³ , добавляют 500-700 см³ дистиллированной воды, перемешивают и фильтруют.

Приготовление раствора Фелинга (II): взвешивают 346 г виннокислого калия-натрия и переносят в колбу вместимостью 1000 см³ . Затем растворяют при слабом нагревании в 400-500 см³ дистиллированной воды.

Приготовление раствора гидроокиси натрия: взвешивают 103,2 г гидроокиси натрия, растворяют в 200 см³ дистиллированной во-ды. Полученный раствор переливают в колбу с виннокислым калием-натрием. Раствор в колбе вместимостью 1000 см³ доводят до метки дистиллированной водой и фильтруют.

Приготовление раствора метиленовой сини (индикатор) с массовой долей метиленовой сини 1 %: взвешивают 1,0 г метиленовой сини, переносят в мерную колбу вместимостью 100 см³ и растворяют в 50 см³ дистиллированной воды. Раствор доводят до метки дистилли-рованной водой.

Приготовление раствора гидроокиси натрия с массовой долей 20 %: 200 г гидроокиси натрия растворяют дистиллированной водой в мерной колбе на 1000 см³.

Приготовление раствора фенолфталеина с массовой долей 1% в растворе с концентрацией спирта 70%: 1,0 г фенолфталеина растворяют в 100 см³ ректификованного спирта с концентраци-ей 70 % по объему.

Подготовка к испытанию. Титр смеси растворов Фелинга I и II устанавливают следующим образом: сахарозу ч.д.а. или сахар рафинад, измельченный в пудру, выдерживают 2-3 дня в эксика-торе над хлористым кальцием. Навеску сахарозы или сахарной пудры 2-2,5 г тщательно смывают через воронку в мерную колбу вместимостью 250 см³ дистиллированной водой в объеме 50 см³. После растворения сахарозы в колбу добавляют 3 см³ соляной кислоты (плотность 1,19 г/см³), проводят инверсию сахарозы в течении 5 мин при температуре 67-70 °С. С инвертированным раствором проводят реакцию с Фелинговой жидкостью. Реак-цию проводят три раза и берут среднее значение результатов, по которому вычисляют титр (Т) Фелинговой жидкости по формуле:

Т = V · m₃/250

где V - объем раствора инвертного сахара, пошедший на титрование, см³;

m₃ - масса навески сахарозы или сахарной пудры в г;

250 - объем колбы в см³.

Ход анализа

Проведение инверсии. Испытуемое изделие разбавляют дистиллированной водой в соответствии с таблицей.

Разведение вина в зависимости от содержания в нем сахара

Массовая концентрация сахара, г/100 см3	Объем испытуемого изделия, см3	Вместимость колбы, см3
До 5	--	--
16-12	20	50
13-24	20	100
25-30	25	200
31-50	10	100
51-60	20	250

25 см³ разбавленного вина отмеривают пипеткой в мерную колбу вместимостью 100 см³. К раствору прибавляют 25 см³ дистиллированной воды, прилива-ют 3 см³ соляной кислоты и содержимое колбы при частом перемешивании нагревают на водяной бане в течение 5 мин при температуре 67-70 °С. После этого раствор быстро ох-лаждают и нейтрализуют раствором гидроокиси натрия с массовой долей 20 % в присутст-вии фенолфталеина. После проведения инверсии и нейтрализации содержимое колбы при температуре 20 °С доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают.

Проведение испытаний. В коническую колбу 150-200 см³ отмеривают по 10 см³ растворов Фелинга I и II и нагревают до кипения (отмерять пипетками с резиновыми грушами!). Затем из бюретки с пришлифованным краном осторожно и посте-пенно приливают инвертированный раствор до тех пор, пока синий цвет кипящей смеси не исчезнет почти полностью. После этого к смеси добавляют 2-5 капель раствора метиленовой сини с массовой долей 1 % и, не прекращая кипения, продолжают приливать ис-пытуемый раствор по каплям пока цвет кипящей смеси не прейдет в красный или оранже-вый.

Продолжительность кипения не должна превышать в течение всего титрования 3 минут, после чего отмечают количество израсходованного на титрование сахарного рас-твора, которое считают ориентировочным. Затем проводят повторное титрование, но к смеси растворов Фелинга I и II в колбу нагревания добавляют на 0,5-1,0 см³ испытуемого раствора меньше, чем пошло на первое титрование.

Смесь в колбе кипятят 2 мин и, не прекращая кипячение, добавляют 3-5 капель рас-твора метиленовой сини. Затем приливают из бюретки по 2-3 капли испытуемого раство-ра, давая смеси после каждого прибавления кипеть 2-3 сек до тех пор, пока синяя окраска в колбе не исчезнет и смесь не примет красную или оранжевую окраску. После этого от-мечают количество израсходованного на титрование раствора.

Массовую концентрацию сахара (С₃) в пересчете на сахарозу в г/100 см³ испытуемого раствора вычисляют по формуле:

С₃ = Т ·100·n/ V₁

где T - титр раствора Фелинга I и II;

п - коэффициент разведения;

V₁- общий объем испытуемого раствора, пошедший на титрование и добавленный в ре-акционную смесь, см³ .

Массовую концентрацию сахара (С'з) в пересчете на инвертный сахар в г/100 см³ ис-пытуемого раствора вычисляют по формуле:

С'з = Т ·100 · n ·1,05/ V₁

где 1,05 - коэффициент перевода сахарозы в инвертный сахар.

За окончательный результат испытания принимают среднее арифметическое резуль-татов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 2.5%.

Контрольные вопросы:

1. Какие углеводы относят к редуцирующим сахарам?

2. Дайте характеристику состава и свойств редуцирующих сахаров.

3. Методы качественного и количественного определения представителей редуцирующих сахаров.

4. На чем основан прямой метод определения массовой концентрации сахаров?

5. Будет ли положительной реакция с растворами Фелинга для крахмала, сахарозы и мальтозы?

Лабораторная работа № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОЙ ДОЛИ ЭТИЛОВОГО СПИРТА В ВИНЕ

(химический метод)

Этиловый спирт является основным продуктом виноделия. Это характер-ный для вина компонент, влияющий на его аромат и вкус. Этиловый спирт образуется в результате спиртового брожения виноградного сусла из сахаров. Из 1 г сахаров образуется 0,59-0,64% об. спирта. Для расчетов принят выход спирта 0,6%. Выход спирта зависит от исходного содержания сахаров в сусле, длительности брожения, расы дрожжей. В столовых винах этиловый спирт яв-ляется фактором микробиальной стабильности.

Содержание этилового спирта в вине несколько снижается при его выдерж-ке вследствие реакций окисления и этерификации, а также при технологичес-ких обработках. Для обеспечения требуемой крепости и формирования типа проводят спиртование этиловым спиртом крепленых и столовых (типа хереса) вин.

Объемная доля - это количество этилового спирта (см³), содержащегося в 100 см³ вина. Эта величина измеряется при температуре 20 °С и обозначается в процентах. Объемная доля спирта в винах различных типов варьирует от 9 до 20 % об.

Принцип метода. Метод основан на окислении спирта дихроматом калия в присутствии азотной кислоты до уксусной кислоты. Избыток дихромата калия оттитровывают после добавления йодида калия раствором тиосульфата натрия

Оборудование: установка для атмосферной перегонки; мерная коническая колба на 300 см³ с широким горлом (приемник); круглодонная колба на 100 см³; мерный цилиндр объемом 25 см³; бюретка объемом 50 см³ с ценой деления 0,1 см³.

Реактивы. Раствор хромата калия: 67,445 г К₂СrO₄ растворяют в воде и доводят объем до 1 дм³; азотная кислота концентрированная; раствор йодида калия: 300 г KI растворяют в воде, добавляют 100 см³ 0,1 М раствора NaOH, доводят объем до 1 дм³; раствор тиосульфата натрия: 86,194 г Na₂S₂O₃ 5H₂O растворяют в воде, добавляют 100 см³ 0,1 М раствора NaOH и доводят до 1 дм³; раствор крахмала: 10 г растворенного в небольшом количестве воды крахмала вводят порциями в 500 см³ воды и кипятят, пока раствор не станет прозрачным, после охлаждения добавляют 500 см³ воды, в которой предварительно растворили 20 г KI и 10 см³ 0,I M раствора NaOH.

Ход анализа. Собирают установку для атмосферной перегонки. В коническую кол-бу-приемник помещают 10 см³ ра-створа хромата калия и 25 см³ концен-трированной HNO₃ (в кислой среде хромат калия количественно переходит в дихромат). В перегонную колбу наливают 12 см³ воды, 1 см³ исследуемого вина и бросают 1-2 кусочка пемзы или пористого стекла для равномерного кипения. При содержании спирта в пробе больше 14 % об. вместо 1 см³ вина берут 0,5 см³. Для определения небольших количеств спирта (меньше 1,2 % об.) вместо 1 см³ берут 10 см³ исследуемой жидкости и добавляют вместо 12 только 3 см³ воды.

При введении исследуемой жидкости в перегонную колбу пипетка должна быть погружена в воду. Конец аллонжа погружают в приемную жидкость. Жидкость в перегонной колбе должна через 30 сек. закипеть, а еще через 30 сек. должны появиться капли дистиллята. Через 3-4 мин вынимают аллонж из дистиллята, промывают его водой и дистиллят разбавляют водой (приблизительно 300 см³). К дистилляту добавляют 10 см³ раствора KI и титруют раствором тиосульфата натрия до изменения окраски от коричневой до желтоватой. Добавляют 10 см³ крахмала и титруют до появления светло-голубой окраски.

Расчет. Объемную долю спирта (С, % об.) определяют по уравнению

С= 15,21 - 0,507 V,

где 15,21 -максимально определяемое количество спирта, соответствующее 0 см³ раствора Na₂S₂O₃, % об.;

0,507 - изменение концентрации спирта, соответствующее 1 см³ раствора Na₂S₂O₃ % об.;

V - количество раствора Na₂S₂O₃ ?5H₂O, пошедшее на титрование, см³.

Если для анализа вместо 1 см³ образца брали 0,5 см³, то результаты опре-деления умножают на 2. Соответственно, если объем пробы увеличивали в 10 раз или меньше, результат делят на кратность увеличения. Рекомендуется рабо-тать в области концентраций спирта от 0 до 14% об., когда на титрование рас-ходуется от 30 до 2,4 см³ Na₂S₂O₃.

Контрольные вопросы:

1. Методы определения объемной доли этанола в спиртных напитках;

2. Спиртовое брожение виноградного сусла. Факторы, влияющие на выход спирта;

3. На чем основано определение объемной доли спирта в вине химическим методом?

4. Причины снижения содержания спирта при выдержке вина.

Лабораторная работа № 10

Определение массовой концентрации летучих кислот в вине

Летучие кислоты являются показателем качества вина, обусловленным со-держанием в нем алифатических одноосновных кислот с числом углеродных атомов от 1 до 9. Основным представителем летучих кислот вина является ук-сусная, составляющая 90 % от их общего содержания. Она образуется как вто-ричный продукт спиртового брожения сусла. Содержание летучих кислот ли-митируется, так как они придают винам неприятный вкус и запах, и в высоких концентрациях свидетельствуют о микробиальных заболеваниях. Вина с повы-шенным содержанием летучих кислот могут быть исправлены путем сбражи-вания на мезге и обработки осадочными дрожжами.

Концентрация летучих кислот не должна превышать в белых винах 1,2 г/дм³, в красных - 1,5 г/дм³.

Принцип метода заключается в отгонке летучих кислот паром и определе-нии их содержания в дистилляте титрованием гидроксидом натрия в присутствии фенолф-талеина.

Оборудование. Установка для дистилляции паром, состоящая из парообра-зователя, перегонной колбы, холодильника и приемника. Можно ис-пользовать аппараты разных конструкций, удовлетворяющие следующим тре-бованиям: из пара или воды, поступающих в перегонную колбу, должна быть удалена углекислота в такой степени, чтобы при добавлении к 250 см³ конден-сата 0,1 см³ 0,1 М раствора NaOH в присутствии 2 капель 1% раствора фенол-фталеина появлялась розовая окраска, не исчезающая в течение 10 с; при пере-гонке водного раствора уксусной кислоты в дистиллят должно переходить ее не менее 99,5%. При перегонке 1 М раствора молочной кислоты в дистилляте не должно обнаруживаться более 0,5% этой кислоты.

Реактивы. Гидроксид натрия или калия 0,1 М раствор; фенолфталеин, 1% в 60-80% этиловом спирте; йод 0,005 М (0,01 н) раствор; крахмал, 1% раствор; тетраборат натрия (бура), насыщенный раствор; кислота винная; кислота соляная; баритовая или известковая вода.

Ход анализа. Из анализируемого вина удаляют углекислоту путем перемешивания в течение 2-3 мин в колбе, подключенной к водоструйному насосу. Парообразователь заполняют на 3/4 объема прозрачной баритовой или известковой водой. В перегонную колбу отмеряют пипеткой 10 см³ вина, добавляют около 0,25 г винной кислоты, закрывают колбу переходником, в который вмонтирована отводная трубка, соединяющая перегонную колбу с холодильником, включают нагревательный прибор и ведут перегонку до тех пор, пока в приемной колбе не соберется 100 см³ отгона. По окончании перегонки к дистилляту добавляют несколько капель фенолфталеина и титруют 0,1 М раствором щелочи.

Расчет. 1 см³ 0,1 М раствора щелочи нейтрализует 0,006 г уксусной кислоты. Концентрация летучих кислот (С, г/дм³) определяется по формуле:

где V - количество щелочи, пошедшее на титрование, см³.

Для вин с содержанием сернистой кислоты выше 50 мг/дм³ в результат определения вносят поправку на перешедшую в дистиллят сернистую кислоту, свободную и связанную. Для этого по окончании ацидиметрического титрования производят йодометрическое определение содержания SO₂ в дистилляте. Оттитро-ванный раствор подкисляют каплей концентрированной соляной кислоты, при-бавляют 5 см³ 1% раствора крахмала и около 0,3 г йодида калия (на кончике шпателя) и титруют 0,005 М раствором йода до появления синей окраски (сво-бодная сернистая кислота).

Для разрушения альдегидсернистого соединения в оттитрованный раствор прибавляют 20 см³ насыщенного раствора буры Na₂B₄O₇. Если в течение 5 мин синяя окраска исчезает, то вносят 2-3 капли НС1 и вновь титруют 0,005 М ра-створом йода до ее повторного появления (связанная сернистая кислота).

Полный расчет содержания летучих кислот (С, г/дм³) в винах с учетом сер-нистой кислоты (в пересчете на уксусную кислоту) проводят по формуле:

где 0,006 - количество уксусной кислоты, соответствующее 1 см³ 0,1 М раствора NaOH, г;

V - количество 0,1 М раствора NaOH, израсходованное на титрование дистиллята, см³;

V_l - количество 0,005 М раствора йода, израсходованное на титрование свободной сернистой кислоты, см³;

V₂ - количество 0,005 М раствора йода, израсходованное на титрование связанной сернистой кислоты, см³;

0,1 - коэффициент перевода 0,005 М раствора йода в 0,05 М раствор;

1000 - коэффициент пересчета на 1 дм³;

10 - количество вина, взятое для анализа, см³.

Контрольные вопросы:

1. Состав летучих кислот вина. Перечислите источники их образования;

2. Нормируемое содержание летучих кислот в белых и красных винах;

3. На чем основан метод определения содержания летучих кислот в вине?

4. В каких случаях и почему необходимо делать поправку на содержание сернистой кислоты?

Лабораторная работа № 11

Весовой метод определения содержания винной кислоты

в вине и виноматериалах

Винная кислота является двухосновной органической кислотой с двумя асимметрическими атомами углерода в молекуле, ее формула НООС-СН(ОН)-СН(ОН)-СООН. Винная кислота - кристаллы, хорошо растворимые в воде и спирте, плохо растворимые в эфире.

Известны 4 изомера винной кислоты; D-винная (виннокаменная) кислота, L-винная, D- и L-винные кислоты (виноградная) и оптически недеятельная мезовинная кислота.

Наибольшее значение имеет D-винная кислота, в основном содержащаяся в виноградной лозе. Это единственный источник получения винной кислоты в промышленном масштабе. В виноградных ягодах D-винная кислота накапливается в результате неполного окисления сахаров и составляет 0,2-1,0%.

Винная кислота и ее соли (кислый виннокислый калий, виннокислый кальций, виннокислый калий и др.) являются главными компонентами сусла и вина. Содержание винной кислоты в сусле 2,0-7 г/дм³, в вине - 2-5 г/дм³. В процессе приготовления и хранения вина ее содержание уменьшается вследствие выпадения в осадок в виде кислого виннокислого калия.

В сочетании с сахаром винная кислота и ее кислая калийная соль создают определенную вкусовую гармонию вина. Винная кислота и ее соли препятствуют развитию микроорганизмов. В то же время винная кислота и ее соли являются питательным субстратом для развития различных микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности ее разлагают. Винная кислота образует комплексную железовинную соль, являющуюся катализатором окислительных процессов, необходимых при созревании вин. Содержание винной кислоты определялось до последнего времени колориметрическим методом, основанным на реакции винной кислоты с метаванадиевокислым аммонием.

В современной практике винная кислота определяется весовым методом при осаждении ее в виде рацемата кальция. Это определение может быть дополнено сравнительным объемным определением. Условия осаждения: рН, общий объем взятой пробы, концентрация ионов осадителя таковы, что осаждение рацемата кальция будет полным, тогда как D(-) тартрат кальция остается в растворе.

Если в вино была добавлена метавинная кислота, которая делает осаждение рацемата кальция неполным, необходимо подвергать ее предварительному гидролизу.

Метавинная кислота - смесь продуктов превращения D-винной кислоты при нагревании ее до температуры 170^оС при пониженном давлении, среди которых преобладают моно- и диэфиры D-винной кислоты. Представляет собой твердый стекловидный продукт от бледно-желтого до темно-желтого цвета. В измельченном состоянии это белый или желтый кристаллический порошок. Очень гигроскопична, хорошо растворима в воде и этаноле. Используется для стабилизации вина от кристаллических помутнений, вызываемых калиевыми и кальциевыми солями винной кислоты.

Реактивы:

- раствор ацетата кальция, содержащий 10 г/дм³ Са: углекислый кальций СаСО₃ (25 г), уксусная кислота (40 см³) (р₂₀ = 1,05 г/ см³) и вода (до 1 дм³);

- рацемат кальция (СаС₄Н₄О₆ ^. 4 Н₂О): в цилиндрический стакан на 400 см³ вводят 20 см³ раствора L(+) винной кислоты (5 г/л), 20 см³ раствора D (-) виннокислого аммония (6,126 г/ дм³) и 6 см³ раствора ацетата кальция, содержащего 10 г/ дм³ Са. Оставляют для осаждения на 2 часа. Собирают осадок на стеклянном фильтре N 4, промывают в три приема приблизительно 30 см³ дистиллированной воды. Высушивают в шкафу при 70 °С до постоянного веса. Получают приблизительно 240 мг кристаллического рацемата кальция. Хранят в закрытой стеклянной емкости.

- раствор для осаждения (рН=4,75) : растворяют 150 мг D(-)виннокислого аммония в 900 см³ воды, добавляют 8,8 см³ раствора ацетата кальция, 5 мг рацемата кальция и доводят объем до 1 дм³. Взбалтывают в течение 12 ч. и затем отфильтровывают.

Примечание. Жидкость для осаждения может быть приготовлена также с помощью D(-) винной кислоты: кислота D(-) винная (122 мг), раствор гидроокиси аммония (р₂₀ = 0,97 г/ см³), (25 г/100 см³) - 0,3 см³.

растворяют D(-) винную кислоту, добавляют гидроокись аммония, доводят объем приблизительно до 900 см³. Вводят 8,8 см³ раствора ацетата кальция, перемешивают, доводя рН до 4,75 добавлением уксусной кислоты, 5 мг рацемата кальция и доводят объем до 1 дм³. Взбалтывают в течение 12 ч и фильтруют.

Оборудование: стеклянный стакан на 600 см³, сушильный шкаф, стеклянный фильтр N 4, коническая колба на 50 см³.

Ход анализа.

В винах без метавинной кислоты. В цилиндрический стакан вместимостью 600 см³ вносят 500 см³ раствора для осаждения и 10 см³ вина. Перемешивают, очищают стенки стакана концом стеклянной палочки. Оставляют на 12 ч для осаждения (на ночь). Фильтруют через предварительно взвешенный стеклянный фильтр № 4, собирая осадок. Ополаскивают фильтратом стакан, где проводили осаждение, и извлекают последние частички осадка.

Высушивают в шкафу при 70 °С до постоянного веса, взвешивают; обозначают вес рацемата кальция СаС₄Н₄О₆ , кристаллизованного с четырьмя молекулами воды, - р.

В винах с метавинной кислотой. Для вина с добавленной метавинной кислотой или при подозрении на ее добавление проводят гидролиз этой кислоты. В коническую колбу вместимостью 50 см³ помещают 10 см³ вина и 0,4 см³ чистой уксусной кислоты. Закрывают колбу пробкой с отводной трубкой и кипятят в течение 30 мин. После охлаждения переливают жидкость из конической колбы в цилиндрический стакан, ополаскивают колбу два раза водой по 5 см³ и продолжают определение по прописи, описанной выше. Расчет содержания метавинной кислоты производят так же, как и винной.

Одна молекула рацемата кальция соответствует половине молекулы L(+)- винной кислоты вина.

Количество винной кислоты на литр вина, выраженное в миллиграмм-эквивалентах, в граммах на литр и в граммах на литр кислого виннокислого калия, составляет соответственно 384,5 р, 28,84 р и 36,15 р с точностью до одного десятичного знака.

Контрольные вопросы:

1. Дайте характеристику строения и свойств изомеров винной кислоты.

2. Роль винной кислоты и ее солей в виноделии.

3. На чем основан весовой метод определения содержания винной кислоты?

4. Почему для осаждения винной кислоты необходимо предварительно гидролизовать метавинную кислоту?

Лабораторная работа № 12

Определение содержания основных органических кислот вина

Концентрация и соотношение органических кислот является важной характеристикой,  несущей значительную информацию о процессах, проходящих в вине.  В нем содержатся шесть основных органических кислот, играющих важную роль в формировании кислого вкуса вина.  Винная, яблочная и лимонная  кислоты переходят из винограда и обладают чисто кислым вкусом. Янтарная,  молочная и уксусная кислоты образуются в результате спиртового или яблочно-молочного брожения.

12.1. Выделение органических кислот из вина с помощью

анионообменных смол

Оборудование. Колонка стеклянная, снабженная краном.

Реактивы: анионообменная смола вофатит 100-200 меш или АВ-17-8; 4-5% раствор (NH₄)₂CO₃ или NH₄HCO₃; нитрат серебра, 0,1 М раствор; уксусная кислота, раствор 1 : 4: на 1 часть ледяной уксусной кислоты добавляют 4 части воды; уксусная кислота, 0,5, 6 и 30 % растворы; сульфат натрия, 0,5 М раствор: 71 г безводного Na₂SO₄ или 161 г Na₂SO₄ ·10 Н₂О растворяют в мерной колбе объемом 1 дм³ и доводят водой до метки.

Подготовка колонки с ионообменной смолой. Органические кислоты выде-ляют из вина с помощью анионообменной смолы вофатит 100-200 меш или АВ-17-8 в уксуснокислой форме. Препарат анионита в С1--форме промывают 4-5% раствором (NH₄)₂CO₃ или NH₄HCO₃, потом водой до исчезновения реак-ции на хлорид-ионы (добавление к 1 см³ промывной воды 1-2 капель 0,1М AgNO₃ не должно вызывать помутнения). Анионит промывают 2-3 раза водой, потом теплым (40-50°С) раствором уксусной кислоты 1:4 до исчезновения вспенивания. Для перевода анионита в уксуснокислую форму к 100 г смолы приливают 200 см³ 30 %-ной уксусной кислоты и оставляют в контакте не менее суток при периодическом перемешивании. Смолу хранят в растворе 6% уксусной кислоты.

Ионообменные стеклянные колонки (высотой 15 см, диаметром 0,8-1,0см) заполняют анионитом (высота слоя 5-6 см). Для предупреждения возможного вытекания суспензии смолы или ее взмучивания на дно колонки помещают ват-ный тампон и таким же тампоном прикрывают слой смолы сверху.

Следят за тем, чтобы смола в колонке все время находилась под слоем жидкости.

Ход работы. Заполненную колонку 3-4 раза промывают 0,5 % раствором уксусной кислоты порциями по 10 см³, пропускают через нее 10 см³ исследуемой пробы (сусло или вино) со скоростью 1 см³/мин и снова промывают 10 см³ 0,5 % раствора уксусной кислоты и 7 раз по 10 см³ дистиллированной воды (скорость вытекания жидкости 2 см³/мин). Адсорбированные кислоты элюируют 0,5 М раствором Na₂SO₄. Элюат собирают в мерную колбу объемом 50 см³ до метки, тщательно перемешивают и используют для определения массовой концентрации кислот: винной (п.12.2 ), молочной (п.12.3) и яблочной (п.12.4).

12.2. Колориметрический метод определения массовой концентрации

винной кислоты

Оборудование: Спектрофотометр.

Реактивы: Метаванадат аммония 2%-ный раствор: 10 г NH₄VO₃ растворя-ют в 150 см³ 1 М NaOH в мерной колбе объемом 500 см³, добавляют 200 см³ 27% раствора ацетата натрия и доводят водой до метки; 1 М (2 н) и 0,05 М (0,1 н) растворы серной кислоты; 0,05 М раствор йодной кислоты (НIO₄-2Н₂О); 10% раствор глицерина; стандартный раствор винной кислоты (0,5 мг/см³): 250 мг винной кислоты растворяют в мерной колбе объемом 500 см³.

Ход анализа. По 10 см³ элюата, полученного в работе п. 12.1, помещают в 2 колбы объемом 50 см³. В колбу I добавляют 1 см³ 1 М раствора H₂SO₄, 2,5 см³ 0,05 М раствора H₂SO₄ и 0,5 см³ раствора глицерина. В колбу II (контрольный раствор) помещают 1 см³ 1 М раствора H₂SO₄, 2,5 см³ йодной кислоты, дают постоять 15 мин до полного разрушения винной кислоты, добавляют 0,5 см³ 10 %-ного раствора глицерина для удаления избытка периодата и оставляют на 2 мин. Добавляют сначала в колбу II, а потом в колбу I по 2,5 см³ раствора метаванадата аммония и измеряют ровно через 90 с оптическую плотность раствора в колбе I против контрольного раствора при длине волны 490 нм в кювете толщиной 5 мм.

Концентрацию винной кислоты определяют по калибровочному графику с учетом разбавления при обработке анионитом (разбавление в данных условиях определения равно 5).

Построение калибровочного графика. 10, 20, 30, 40 и 50 см³ стандартного раствора винной кислоты пропускают через ионообменные колонки, собирая по 50 см³ элюата. Растворы содержат винной кислоты соответственно 0,1, 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 г/дм³. Отбирают 2 раза по 10 см³ каждого из элюатов и анализируют, как указано выше. Строят график зависимости оптической плотности от концентрации винной кислоты.

Контрольные вопросы:

1. Дайте характеристику строения и свойств изомеров винной кислоты.

2. Роль винной кислоты и ее солей в виноделии.

3. На чем основан калориметрический метод определения содержания винной кислоты?

12.3. Определение массовой концентрации молочной кислоты

Молочная кислота НООС-СНОН-СН₃ относится к одноосновным алифатическим оксикислотам винограда и вина. Основное количество молочной кислоты образуется в процессе яблочно-молочного брожения, которое позволяет смягчить резкий вкус «зеленой» кислотности молодых вин. Малокислотные столовые вина с остаточным сахаром, а также крепкие и десертные вина иногда подвергаются молочнокислому брожению, которое сопровождается повышением содержания молочной и летучих кислот. Заболевание вина сопровождается появлением «квашенных» тонов и вкуса молочной сыворотки, иногда «мышиного» привкуса. Концентрация молочной кислоты в белых винах может достигать 2,5 г/дм³, в красных - 4,5 г/дм³.

Принцип метода. Метод основан на окислении молочной кислоты сульфатом церия (IV) в ацетальдегид, который, реагируя с пиперидином и нитропруссидом натрия, дает окрашенный продукт, определяемый колориметрически.

Оборудование. Фотоэлектроколориметр, пробирки с притертой пробкой объемом 25 см³; водяная баня с термостатом на 65°С.

Реактивы. Сульфат церия Ce(SO₄)₂ 4H₂O, 0,1 М раствор в серной кислоте: 40,431 г Ce(SO₄)₂ · 4H₂O растворяют в 350 см³ 1 М (2 н) H₂SO₄ в мерной колбе объемом 1 дм³ и доводят до метки; пиперидин: 200 см³ пиперидина разбавляют водой до 1 дм³ (готовят за 3-4 дня до применения); нитропруссид натрия, 0,4% раствор: 1 г реактива растворяют в воде в мерной колбе объемом 250 см³ (гото-вят перед применением); молочная кислота, 1 М раствор.

Ход анализа. К 5 см³ элюата, полученного в работе 12.1, наливают в пробирку объемом 25 см³, добавляют 5 см³ раствора сульфата церия, закрывают и оставляют на 90 мин при комнатной температуре. Затем добавляют 5 см³ раствора пиперидина, размешивают, фильтруют через складчатый фильтр. К 5 см³ фильтрата добав-ляют 5 см³ раствора нитропруссида натрия. Размешивают и переносят сразу в кювету толщиной 1 см для колориметрирования. Интенсивность окраски опре-деляют при длине волны 570 нм в кювете толщиной 0,5 см против воды. Мак-симальная окраска достигается через 60-90 с. За это время делают 2-3 замера оптической плотности. Из значения максимальной плотности окраски вычита-ют значение оптической плотности контрольного опыта (вместо 5 см³ элюата берут 5 см³ раствора сульфата натрия, анализируют в тех же условиях, что и элюат).

Содержание молочной кислоты (в г/дм³) определяют по калибровочному графику с учетом разбавления пробы при обработке (разбавление равно 5).

Построение калибровочного графика. В мерную колбу объемом 100 см³ наливают 1 см³ 1 М раствора молочной кислоты и доводят 7,1% раствором сульфата натрия до метки (рабочий раствор). В мерные колбы объемом 50 см³ помещают по 2,5; 5,0; 7,5; 10,0; 12,5 и 15 см³ рабочего раствора и доводят ра-створом сульфата натрия до метки. Концентрация молочной кислоты в раство-рах составляет 0,045; 0,090; 0,135; 0,180; 0,225; 0,270 г/дм³. Из каждой колбы отбирают по 5 см³ и анализируют, как описано ранее. Строят график зависимо-сти оптических плотностей от концентраций.

Примечание. Вина, содержащие более 250 мг/дм³ диоксида серы, могут содер-жать некоторое количество альдегидсернистой кислоты, которая определяется так же, как молочная кислота. В этом случае в результат определения необходимо внести по-правку. Для этого 15 см³ элюата смешивают в пробирке с притертой пробкой с 5 см³ ацетата натрия массовой концентрации 27 г/100 см³ и 2 см³ раствора H₂SO₄ (77,5 мл H₂SO₄ доводят до 100 см³ водой). Затем добавляют 5 см³ раствора нитропруссида на-трия (2 г/100 см³) и 5 см³ 10% раствора пиперидина. После смешивания измеряют оптическую плотность при соблюдении условий, описанных для измерения молочной кислоты. По этой величине на калибровочном графике находят концентрацию В (г/дм³) молочной кислоты совместно с альдегидсернистой кислотой. Если L' - содержа-ние молочной кислоты в вине без корректировки, то реальное содержание молочной кислоты (L, г/дм³) составит

L = L' - 0,4 В.

Контрольные вопросы:

1. Источники образования молочной кислоты в винах;

2. Роль молочной кислоты в виноделии;

3. На чем основан метод определения содержания молочной кислоты?

12.4. Определение массовой концентрации яблочной кислоты

Яблочная кислота относится к многоосновным оксикислотам, содержит асим-метрический углеродный атом. В процессе созревания винограда количество ее уменьшается и в период физиологической зрелости ягод составляет 2-5 г/кг. В процессе спиртового брожения концентрация яблочной кислоты снижается вслед-ствие ее потребления дрожжами. Молочнокислые бактерии сбраживают яблоч-ную кислоту в молочную, при этом происходит снижение содержания титруемых кислот и повышение рН, формирование мягкого гармоничного вкуса вин. Концен-трация яблочной кислоты в винах не превышает 5 г/дм³.

Значительное количество  яблочной кислоты содержат незрелые ягоды: до 15 г на 1кг винограда. Яблочная кислота участвует в дыхательных процессах  и к моменту достижения технической зрелости ее содержание снижается до 2-5 г на 1кг. В северных районах виноградарства, а также 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 слабо диссоциированную молочную кислоту.  Применяют также химические  методы нейтрализации  избыточного  количества  яблочной кислоты в виноградном сусле или вине.

Принцип метода. Метод основан на реакции взаимодействия яблочной кислоты с хромотроповой и серной кислотами, вследствие чего образуется комплекс желто-зеленого цвета, интенсивность окраски которого определяется колориметрически.

Оборудование. Фотоэлектроколориметр, пробирки с притертой пробкой объемом 25 см³.

Реактивы. Серная кислота концентрации 96% мас. и 86% мас; динатриевая соль хромотроповой кислоты (хромотроповая кислота - это 1,8-ди-оксинафталин-3,6-дисульфокислота), 5% водный раствор (готовят непосредственно перед определением, хранят в темной склянке); стандартный раствор DL- или L- яблочной кислоты (1 мг/см³): 500 мг яблочной кислоты растворяют в мерной колбе объемом 500 см³; сульфат натрия, 7,1%-ный раствор.

Техника определения. 1 см³ элюата, полученного в работе 12.1, помещают в пробирку с притертой пробкой, добавляют 1 см³ раствора соли хромотроповой кислоты и 10 см³ 96% H₂SO₄, размешивают и погружают в кипящую водяную баню на 20 мин. Быстро охлаждают до 20°С и точно через 90 мин определяют оптическую плотность раствора. Все операции с момента прибавления динатриевой соли хромотроповой кислоты следует проводить в затемненном месте. Колориметрируют при длине волны 420 нм в кювете толщиной 10 мм.

Раствор сравнения готовят так же, заменяя 1 см³ элюата на такое же количество 7,1%-ного раствора Na₂SO₄ и 96% серную кислоту - на 86%.

Концентрацию яблочной кислоты определяют по калибровочному графику. Полученный результат умножают на разбавление (в данных условиях разбав-ление равно 5).

Построение калибровочного графика. Через 6 ионообменных колонок, заполненных анионитом, пропускают 5, 10, 15, 20, 25 и 30 см³ стандартного раствора яблочной кислоты и выполняют все операции по промывке и элюированию. По 1 см³ элюатов отбирают в пробирки и анализируют, как указано ранее. Строят график зависимости оптической плотности от концентрации яблочной кислоты. Концентрация элюатов соответствует концентрации яблочной кислоты 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 г/дм³ .

Контрольные вопросы:

1. Источники образования яблочной кислоты в винах;

2. Роль яблочной кислоты в виноделии;

3. На чем основан метод определения содержания яблочной кислоты?

12.5. Определение массовой концентрации лимонной кислоты

Лимонная кислота НООС-СН₂-С(СООН)(ОН)-СН₂-СООН относится к группе многоосновных оксикислот. Содержится в небольших количествах (0,2-0,5 г/кг) в ягодах винограда, а также образуется как вторичный продукт при спиртовом брожении. Содержание в винах составляет до 0,3 г/дм³. В виноделии разрешено использовать лимонную кислоту для исправления низкокислотных виноматериалов: увеличения содержания титруемых кислот и обеспечения требуемых кондиций, а также обеспечения стабильности к микробиальным помутнениям. Для этой цели лимонная кислота вводится в вино в количестве, не превышающем 2 г/дм³.

Введение лимонной кислоты в вина, в которых идет процесс яблочно-мо-лочного брожения, нецелесообразно, так как бактерии ее ассимилируют.

Лимонная кислота применяется также для предотвращения железного кас-са, поскольку образует стойкий растворимый комплекс с ионами трехвалент-ного железа.

Принцип метода. Лимонную кислоту фиксируют вместе с другими орга-ническими кислотами вина на анионообменной смоле. Затем проводят фрак-ционное элюирование, которое позволяет отделить ее от лимонно-яблочной кислоты. Лимонная кислота с помощью щадящего окисления переводится в ацетон, который отделяют дистилляцией. Уксусный альдегид, отгоняемый вме-сте с ацетоном, окисляется до уксусной кислоты, после чего ацетон определяют иодометрическим методом.

Оборудование: анионообменная колонка, установка для атмосферной перегонки.

Реактивы: Смола Дауэкс 1Ч2 (50-100 меш.); уксусная кислота, растворы 4 М и 2,5 М; гидроксид натрия, раствор 2 М; серная кислота (р₂₀=1,84 г/см³), разбавленная 1:5 и 1:3 по объему; буферный раствор рН 3,2-3,4: 150 г дигидро-фосфата калия КН₂РО₄, 5 см³ фосфорной кислоты (р₂₀= 1,70 г/см³) доводят во-дой до 1 дм³; сульфат марганца, раствор массовой концентрации 50 г/дм³; пемза; перманганат калия, растворы 0,01 М и 0,4 М; сульфат железа (II) FeSO₄•7H₂O, раствор массовой концентрации 40г/100 см³; гидроксид натрия, 5 М раствор; йод, 0,01 М раствор; тиосульфат натрия Na₂S₂O₃, 0,02 М раствор; раствор крах-мала.

Подготовка анионообменной колонки: в бюретку объемом 25 см³ с краном помещают тампон из стекловаты и наливают 20 см³ смолы Дауэкс 1Ч2. Вначале подверга-ют смолу двум полным циклам регенерации с попеременным пропусканием растворов 1 М соляной кислоты и гидроксида натрия. Ополаскивают 50 см³ воды (пропускание раствора гидроксида натрия вызывает уплотнение с после-дующим набуханием при промывании водой, что мешает стеканию). Как толь-ко первые миллилитры воды начинают проходить через колонку, рекомендуется взбалтывать смолу, чтобы поднять ее со дна бюретки. Переводят смолу в аце-татную форму, пропуская 250 см³ 4 М раствора уксусной кислоты; промывают 100 см³ воды.

Анализируемый образец пропускают через колонку в соответствии с описа-нием, приведенным далее. После элюирования кислот промывают смолу 50 см³ дистиллированной воды и производят снова насыщение смолы 4 М раствором уксусной кислоты. Ополаскивают 100 см³ дистиллированной воды.

Ход анализа:

Отделение лимонной и лимонно-яблочной кислот. Пропускают 25 см³ вина через анионообменную колонку Дауэкс 1Ч2 в ацетатной форме со скоростью 1,5 см³ в мин. Ополаски-вают колонку 20 см³ дистиллированной воды в три приема. Элюируют кислоты 200 см³ 2,5 М раствора уксусной кислоты, пропуская элюат с той же скоростью. В этой фракции элюата со-держатся кислоты: янтарная, молочная, галактуроновая, лимонно-яблочная и почти вся яблочная. Затем производят элюирование ли-монной и винной кислот, пропуская через ко-лонку 100 см³ 2 М раствора гидроксида натрия, собирают элюат в колбу прибора.

Окисление. В двухгорловую круглодонную колбу на 500 см³, содержащую второй элюат, добавляют серную кислоту, разбавлен-ную 1:5 для доведения рН до 3,2-3,8. Затем добавляют 25 см³ буферного раствора, 1 см³ раствора сульфата марганца и несколько зерен пемзы. Доводят до кипения и отгоняют 50 см³, которые отбрасывают. Помещают 0,01 М раствор перманганата калия в ворон-ку с краном и вводят его со скоростью 1 капля в секунду в кипящий элюат. Дистиллят собирают в склянку объемом 500 см³ с притертой пробкой, содер-жащую несколько см³ воды. Продолжают окисление до окрашивания жидкости в коричневый цвет, указывающий на избыток перманганата.

Отделение ацетона. Если объем дистиллята меньше 90 см³, его доводят до этого объема дистиллированной водой, добавляют 4,5 см³ разбавленной 1:3 серной кислоты и 5 см³ 0,4 М раствора перманганата калия. Если объем собранного дистиллята значительно превышает 90 см³, доводят его до 180 см³ и удваивают дозы добавляемых реактивов. В этих условиях (в среднем 0,25 М серной кислоты и 0,02 М перманганата калия) уксусный альдегид окисляется в уксусную кислоту, тогда как ацетон остается без изменения.

Сосуд закупоривают и выдерживают в течение 45 мин при комнатной темпе-ратуре. По окончании этого времени избыток перманганата калия разрушают добавлением раствора сульфата железа (II). Дистиллируют и собирают прибли-зительно 50 см³ дистиллята в сосуд со шлифом, содержащий 5 см³ 5 М раствора гидроксида натрия.

Определение ацетона. Добавляют к содержимому колбы 25 см³ 0,01 М ра-створа йода, выдерживают 20 мин. Этого количества достаточно при содержа-нии лимонной кислоты не более 0,5-0,6 г/см³; для более высоких концентра-ций указанный объем раствора йода недостаточен, и раствор не приобретает желтую окраску, характерную для избытка йода. В этом случае удваивают или утраивают количество добавляемого йода до получения чистой желтой окрас-ки. Однако в исключительных случаях, когда содержание в вине лимонной кис-лоты превышает 1,5 г/ дм³, предпочтительно начать анализ снова с 10 см³ вина. Затем добавляют 8 см³ разбавленной 1: 5 серной кислоты и титруют из-быток йода 0,02 М раствором тиосульфата натрия в присутствии крахмала. Количество (см³) раствора тиосульфата натрия, израсходованного на титрова-ние, обозначают V.

В аналогичных условиях проводят контрольный опыт, заменив 50 см³ дис-тиллята 50 см³ дистиллированной воды. Обозначают количество раствора тио-сульфата натрия (см³) V`.

Расчет. 1 см³ 0,01 М раствора йода соответствует 0,64 мг лимонной кисло-ты. В данных условиях количество лимонной кислоты (С, мг/дм³) определяет-ся выражением:

С = 25,6 (V` - V).

Концентрацию лимонной кислоты округляют до целого значения.

Контрольные вопросы: