A borivás előnyei és hátrányai egy kromatográfus szemével Mihucz Viktor Gábor (ELTE TTK, Kémiai Intézet)
Alkímia Ma előadássorozat 2012/2013: Budapest, 2013. április 18.
A borkészítés rövid története • A bor története egyidős az emberiség történetével; • Az emberiség számára számos kultúrában a bor erjesztése és oxidációja jelentette az első kémiai reakcióval való találkozást; • Kr. e. 6000: a borkészítés megjelenik Mezopotámiában és a Kaukázusban; • Kr. e. 5000: elterjed a Földközi-tenger déli partján és Egyiptomban; • A római hódítás nagy szerepe a borkultúra terjedésében.
Makroklimatikus tényezők szerepe a szőlő termesztésében
tenyészidőben!
A szőlő alapvetően hőigényes növény! A júniusi-szeptemberi középhőmérsékletnek 1 °C-kal való emelkedése 20 g/L cukorral növeli meg a termés cukortartalmát! Csapadékigény: 300 – 800 mm/év.
Magyarország borvidékei
1 Soproni borvidék 2 Nagy-Somlói borvidék 3 Balatonmelléki borvidék 4 Balaton-felvidéki borvidék 5 Badacsonyi borvidék 6 Balatonfüred-Csopaki borvidék 7 Balatonboglári borvidék 8 Pannonhalmai borvidék 9 Móri borvidék 10 Etyek-Budai borvidék 11 Ászár-Neszmélyi borvidék 12 Tolnai borvidék 13 Szekszárdi borvidék 14 Pécsi borvidék (Mecsek-alja) 15 Villányi borvidék 16 Hajós-Bajai borvidék 17 Kunsági borvidék 18 Csongrádi borvidék 19 Mátrai borvidék 20 Egri borvidék 21 Bükki borvidék 22 Tokaj-Hegyaljai borvidék
A nagyüzemi borkészítés lépései Szüret
Áztatás és erjesztés
Darálás
Préselés
Derítés
Stabilizalás
Palackozás
Stabilizalás
Palackozás
Kocsány gépi eltávolítása! Szüret
Darálás
Áztatás
almasav
Préselés
Erjesztés Derítés
tejsav
Forrás: palatepress.com Vörösbor: fajélesztőkkel végrehajtott tejsavas (malolaktikus) fermentáció: almasav → tejsav (testes!)
Borvizsgálatok célja • Minőség-ellenőrzés: a nemzetközi piacot irányító törvényi szabályozás által előírt termékbiztonság; • Minőségfejlesztés: a bor gyártási folyamatának javítása.
Az Analitikai Kémia egyre növekvő szerepe a világ borgyártásában.
Törvenyileg szabályozott borvizsgáltok I. • • • • • • •
Alkoholtartalom meghatározása Illékony savak meghatározása SO2 és egyéb tartósítószerek Redukáló cukrok Nehézfémek Metanoltartalom OIV-szabványok Magyarországon: Bortörvény (2004/XVIII) Eredetiségvizsgálat
Törvenyileg szabályozott borvizsgáltok II. • Alkoholtartalom meghatározása: desztillációval 2Cr2O72- + 3C2H5OH + 16H+ → 4Cr3+ + 3CH3COOH + 11H2O Cr2O72- (feleslege) + 6Fe2+ + 14H+ → 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O
• Illékony savak meghatározása: pl. CH3COOH, sav-bázis titrálás, GC • SO2 és egyéb tartósítószerek (benzoesav, natamicin): Szabad SO2: SO2 + I2 + 2H2O → SO42- + 2I- + 4H+ I2 + 2S2O32- → 2I- + S4O62-
Kötött SO2: • Redukáló cukrok: Cu2+ + RCHO +H2O → Cu2O↓ + RCOOH + H+ Cu2+ (feleslege) + 4I- → CuI + 2I2…. • Toxikus fémek: As, Hg, Cd és Pb HG-AAS
AAS
• Metanoltartalom: GC-FID • Eredetiségvizsgálat: hígítás → „tablettás bor”; “ujjlenyomat-vizsgálatok”
Néhány szó a transz-rezveratrolról • Transz-rezveratrol (3,5,4’ – trihidroxi-stilbén) természetes polifenol, melyet növények állítanak elő - gombaölő szer. • Szőlőlevélben, szárban és -héjban, való képződése gombás fertőzések elleni ellenállóképesség növelésével hozható összefüggésbe. • Szintézisét indukálhatja abiotikus stressz: UVbesugárzás, nehézfémek (pl. Cu – bordói lé!), sérülések. • Az emberi szervezet számára fontos antioxidáns, melynek forrása szőlő és egyes bogyós növények.
A francia paradoxon (1991) • A francia konyha zsíros – szívkoszorúér betegség miatti halálozás száma azonban kicsi egyéb fejlett országokhoz képest. • A franciák rendszeresen fogyasztanak vörösbort.
Nutraceuticals: etimológia és meghatározás • nutrition + pharmaceuticals. • Élelmiszer vagy élelmiszeripari termék, melynek fogyasztása egészségesnek vélt, betegségeket lehet velük megelőzni. • Élelmiszerből kivont és tisztított termék gyógyszer formájában árusítják. • Bizonyított, hogy van egészségre kifejtett jótékony hatása, idült betegségekre javallott.
Néhány példa bioaktív anyagra → β-karotin → likopin → szulforafán → fokhagymaolaj → ginsengkivonat → antocianinok → flavonoidok → transz-rezveratrol
Dúsított élelmiszerek vagy táplálékkiegészítők? Táplálékkiegészítők Funkcionális élelmiszerek: dúsított élelmiszerek • Visszaállítani a tápértéket, mely az előállítás során elveszett. • Tápanyagok hozzáadása : Mg2+, D-vitamin tejhez. Gyógyélelmiszerek: orvos felügyelete alatt (pl. aminosavak izületi gyulladásra). Farmaceuticals: farm + pharmaceuticals → biotechnológia
Exogén vs. endogén mód a transz-rezveratroltartalom növelésére • Exogén: transz-rezveratrol hozzádadása élelmiszerhez: pl. - Aspergillus niger β-Glucosidae transzrezveratrolt termel – hozzáadása borhoz nem változtatja a fizikai-kémiai tulajdonságokat (bouquet). • Endogén - borban: transz-piceid (stilbénglikozid hidrolízisével) - szőlőben
Endogén transz-rezveratrol-tartalom növelése szőlőben - Szüret után szőlőfürtök besugárzása UV C-fénnyel; - Rövid anoxi kezelés (pl. 24 h) nitrogéngázzal (1,1 mbar) töltött vákuumkamrákban (< 1 mbar); - Szakaszos és folyamatos O3-besugárzás (pl. 38 napig 0 ºC-on majd 6 napig 15 ºC-on).
szerény eredmények
Borok transz-rezveratrol-tartalmát befolyásoló tényezők • • • •
Szőlőfajta Tárolási idő Oxigén → mikro-oxigénezés Tárolóedény anyaga: rozsdamentes acél, tölgyfahordó, üveg.
Tölgyfahordók szerepe a borgyártásban • Faillat: Tölgyhordóban való érlelés (barrique) – a Franciaországban és Kanadában honos tölgy - vanília, vaj és fűszeres ízt kölcsönöz a bornak. Magyar, szlovén tölgy – semleges illat. • Porózus anyag: oxigén áteresztőképessége nem idéz elő oxidációt. - ellagitanninok szabadulnak fel →könnyebben oxidálódnak - fenol anyagtranszportja a fából, az oxigén-áteresztőképesség és a fa adszorpciós kapacitása az alábbi tényezőktől függ: földrajzi eredet, fa : bor érintkezési felület, borpince páratartalma, hőmérséklete, alkoholtartalom, borösszetétel, a hordó felhasználásának száma.
Kísérleti munka célja Borok transz-rezveratrol-tartalom változásának nyomon követése - tárolási idő - tároló anyaga (rozsdamentes acél, tölgyfa) - borászati technológia: kocsánnyal (hagyományos, házi) vs. kocsány nélkül (nagyüzemi) érlelt bor függvényében.
2007-es évjárat
Transz-rezveratrol és transz-piceid borokban ng/mL koncentrációban
Egri borminta trans-rezveratrol HPLC-UV kromatogramja Egy kis kromatográfia:
Forrás:en.wikibooks.org Forrás:agilent.com [mV]
Merlot borminta (2009-es évjárat)
80
60 Voltage
26.41
trans-resveratrol
40
trans-cinnamaldehyde 30.78
20
0 5
10
15
20 Time
25
30 [min.]
Tárolási idő hatása transz-rezveratrol tartalmára rozsdamentes acéltartályokban [mV]
Trans-resveratrol concentration as a function of storage time 300
250
200
trans-resveratrol concentration (µg/mL)
7 6
trans-resveratrol V olta ge
Blauburger Blaufranker Merlot Chardonnay
150
100
50
0
5
-50
4 3 2
Stabilizáció kb. 5 hónap alatt
1 0 0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Time (months)
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
IS
További tárolás hatása tölgyfahordókban transz-rezveratrol koncentráció (μg/mL) ± szórás. Érlelés
Vörösbor
Tartály anyaga Idő
Blauburger
Blaufranker
Fehérbor Merlot
Chardonnay
(hónap) Rozsdamentes 5
2,32 ± 0,19
2,26 ± 0,18
3,56 ± 0,14
0,08 ± 0,014
2,28 ± 0,27
1,30 ± 0,15
3,13 ± 0,25
0,07 ± 0,016
acél Tölgyfahordó
12
Zemplén-hegységi tölgyfahordók. Egyszer volt használva. Előtte hidegvízzel kimosva. Kéntabletta égetése. Tölgyfaforgács égetése.
Transz-rezveratrol koncentráció kocsánnyal és kocsány nélkül érlelt borban transz-rezveratrol koncentráció (μg/mL) ± szórás Minta
Blaufranker
Cabernet Franc
kocsány nélkül
3,36 ± 0,13
0,44 ± 0,12
kocsánnyal érlelt
4,46 ± 0,10
1,3 ×
1,24 ± 0,07
2,8 ×
Etil-karbamát borban és szeszesitalokban
Etil-karbamát • Etil-karbamát (EC) vagy uretán ng/L – mg/L koncentrációban található meg számos, erjesztéssel készített élelmiszerben vagy italban. • A WHO a 2A rákkeltő vegyületek osztályába sorolta az EC-t ↔ potenciálisan rákkeltő az emberi szervezetre nézve. • Max. megengedett EC-bevitel 0,3 mg/kg. • Becsült napi bevitel releváns élelmiszerekkel (kenyér, tejtermés és szójaszósz): 15 ng/kg • Alkoholos italok EC koncentrációja: 0,01 – 12 mg/L, így a becsült napi bevitel elérheti a 80 ng/kg . • Egészségügyi határértekek (µg/L): Ország
Bor
Likőrbor
Égetett szesz
Szaké
Gyümölcslikőr
Kanada
30
100
150
200
400
Cseh Köztársaság
30
100
150
200
400
Franciaország
-
-
150
-
1000
Németország
-
-
-
-
800
USA
15
60
-
-
-
Svájc
-
-
-
-
1000
Az EC lebomlása az emberi szervezetben • Az EC mind a gyomorban, mind a bőrön szinte teljesen és azonnal felszívódik. • Az EC metabolizmusa 3 féleképpen történhet: - hidrolízis észteráz enzimmel májban; termékek: EtOH + NH3 + CO2. - OH-csoport bevitele N atomra: citokróm P450 által. UTÁNA azonban: észteráz enzimmel: NH2-OH keletkezik → NO + O2 → oxidálja a DNS-t! - OH-csoport bevitele C atomra és oldallánc oxidáció. • Rágcsálókban az EC - 5%-a ürül ki a szervezetből változatlan formában; - 90%-a hidrolízissel; - 0,1%-a N-hidroxi-karbamát formában; - 0,5%-a vinil-karbamát formában. VESZÉLYES!!! Epoxigyűrű keletkezik, mely a DNS-hez kovalensen kötődik.
Etil-karbamát képződése élelmiszerekben I. Karbamid + etanol: NH2-CO-NH2 + C2H5OH → C2H5O-CO-NH2 + NH3 reakciósebesség azonban csekély szobahőmérsékleten. A reakciósebesség nő sütéssel, forralással és pirítással. Karbamidforrás: - erjesztéssel készült élelmiszerek: joghurt, sajt, kenyér, alkoholos italok - nyersen: tej (néhány száz mg/L) élesztő szőlő erjesztésekor: arginin → karbamid → bort 24 ºC alatt kell tárolni.
II. Etil-karbamát képződése karbamid bomlásával • 60 – 100 ºC-os alkoholos oldatokban a karbamid izocianát- és cianátionokra bomlik. vagy: • Hő hatására, a karbamid ciánsavvá bomlik: • Izocianátion savas közegben alkohollal EC-ot eredményez:
III. Szintézis cianidionokon keresztül • Több mint 2000 növényfaj képez cianoglükozidokat → szénhidrát + HCN. • Lassú reakció: • Réz(II)-katalizátorral:
Szinergizmus: Cu(II) + UV-fény!
IV. EC-képződés adalékanyagokból • Dietil-karbonát: antimikrobiális, környezetbarát oldószer vagy reagens. • Ammóniával EC-ot eredményez:
V. EC-képződés gázfázisban • Az EC forráspontja 184 ºC. • A likőrök EC-tartalmának 80%-a a lepárlás során vagy a lepárlást követő 48 órában keletkezik. • HCN és HCNO (illetve HOCN) jelen lehetnek vagy keletkeznek a lepárlás során. Forráspontjuk 30 ºC, így EC heterogén fázisú reakcióban is keletkezhet réz(nikkel)felületen már 27 ºC-on:
EC-meghatározás • Elválasztástechnika + detektálás. • Ehhez gyakran xanthidrolt alkalmaznak →érzékeny detektálás fluoreszcenciás detektorral. Származékképzés:
Gerjesztés: 238 nm Detektálás: 300 nm
www.boomer.org
EC-tartalom (μg/L) kis (K)- és nagyüzemi (I) méretben gyártott borokban Magyarországon
Vörösborok: 1 & 22 – Egri Bikavér; 13 – Pinot Gris; 16 – Zákányi Zweigelt; 17 – Dankó – Bócsa ; 21 – Kékrankos; 23 – Zákányi Kékfrankos; 24 – Villányi kékfrankos; 27 – Hajósi Cabernet Sauvignon; 28 – Zákányi Othello; 29 –Szekszárdi Kékfrankos; 30 – Dél-Dunántúl Kékfrankos; 31 – Kékoportó; 32 – Balatonboglári Pinot Noir. Fehérborok: 2- Tokaji Furmint; 3 – Zempléni Furmint; 4 – Sárga muskotályos ; 5 – Egri Chardonnay; 6 – Édes Szamorodni; 7 – Fehérrizling; 8– Badacsonytördemici Budai Zöld; 9 – 5-puttonyos Tokaji Aszú; 10 – Házi; 11 – Hárslevelű Furmint cuvée; 12 – Mátraaljai Muscat ; 14 – Soltvadkerti Kövidinka; 15 – Zánkai Riesling; 18 – Móri Ezerjó; 19 – Pannonhalmi Fehérrizling; 20 – Badacsonytördemici Rizling; 25 – Muskotályos cuvée; 26 – Etyeki Rizling; 33 – házibor.
EC-meghatározás szeszesitalokból • EUR-Lex (2010). Commission recommendation of 2 March 2010 on the prevention and reduction of ethyl carbamate contamination in stone fruit spirits and stone fruit marc spirits and on the monitoring of ethyl carbamate levels in these beverages. Official Journal of the European Union, 53(L52), 53−57 • Rendelkezés: az EU-tagállamoknak rendszeresen mérniük kell a szeszesitalok EC-tartalmát és jelenteniük a mért értékeket. • EEC No 1576/89: pálinka = Magyarországon és Ausztriában kétszeresen lepárolt gyümölcslikörök.
EC-tartalom (μg/L) kis (K)- és nagyüzemi (I) méretben gyártott pálinkában Magyarországon Alapanyag
Som
Birs
jelleg
K
N
K
K
N
K
K
N
K
K
<2
860
721
<2
137
210
<2
113
525
1390
Ribizli
Hecserli
Berkenye
Cseresznye
jelleg
Eper
Őszibarack
Alma
Szeder
Körte
Szilva
Kajszi
Meggy
N
K
K
N
K
N
K (bio)
K
K
K
310
475
<2
422
2609
105
30
<2
<2,8
106
Következtetések • Nem kellene teljesen mellőzni a hagyományos borkészítési technikákat; • Továbbra is fontos szerepe kell, hogy jusson a minőségbiztosításnak és minőségellenőrzésnek bor és szeszesitalok előállításánál.
Köszönetnyilvánítás Záray Gyula (ELTE) Rácz László (EKTF, Eger) Rácz József, Szabó István (Korona Borház, Eger). Pál Róbert (TODAY SCIENCE Kft. és a Young Lin Instruments Co. hivatalos képviselője). Klencsár Balázs (ELTE) Ajtony Zsolt (Nyugatmagyaroszági Egyetem) Szoboszlai Norbert (ELTE) Bencs László (KKKI) Zsolt Ajtony, Norbert Szoboszlai, László Bencs, Erna Viszket, Victor G. Mihucz: Determination of ethyl carbamate in wine by high performance liquid Chromatography, Food Chemistry (közlésre elfogadva) Balázs Klencsár, Norbert Szoboszlai, László Rácz, Gyula Záray, Victor G. Mihucz: Trans–resveratrol content of wine as a function of oenological practices and winemaking, Scientia Agricola (bírálat alatt)
Köszönöm a megtisztelő figyelmüket!
