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葡萄酒膠體化學
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——選自《葡萄酒化學》李華、王華、袁春龍、王樹生著
科學出版社2005年版
葡萄酒是一種成分復雜的液體,其中一部分物質如丹寧、色素、蛋白質、多糖、樹膠、果膠質以及金屬復合物等以膠體形式存在,是高度分散的熱力學不穩(wěn)定體系。葡萄酒中的大分子主要來源于葡萄漿果、酵母、灰霉菌以及添加劑。
14.1 葡萄酒的膠體現(xiàn)象
14.1.1分散體系和膠體
一種或幾種物質分散在另一種物質之中,所形成的體系稱為分散體系。分散體系中被分散的物質稱為分散相,所處的介質稱為分散介質。按分散相顆粒的大小,大致可把分散體系區(qū)分為不同的類型,如表14-1所示。
由以上可知,膠體粒子半徑在范圍內,比單個分子要大得多,是許多分子或原子構成的集合體。在膠體分散體系中,凡分散介質為液體的稱為液溶膠,簡稱溶膠。溶膠是一種高度分散的多相體系,比表面很大,比表面能高,使膠體分散體系處于熱力學不穩(wěn)定狀態(tài),膠體粒子有自動聚結以降低比表面能并與分散介質分離的趨勢。膠體具有丁達爾現(xiàn)象、布朗運動以及電泳現(xiàn)象等特征。
14.1.2葡萄酒的膠體現(xiàn)象
葡萄酒是一種具有膠體特性的混合液。葡萄酒的膠體現(xiàn)象可通過下列實驗來驗證。將一外表看來澄清的葡萄酒置于黑底的視野中,利用強光從旁照射(直射的陽光、數(shù)百瓦的電燈泡),如果在光束的垂直方向觀察,就會在光透過葡萄酒的途徑上看到一個光柱:葡萄酒似乎變混濁了,這就是丁達爾現(xiàn)象(圖14-1)。此現(xiàn)象是膠體溶液的光學特性,如果光線照射到微粒上時,若微粒小于入射光波長,就會發(fā)生散射,分散粒子愈大,散射光愈強,溶液也就愈混濁(圖14-2)。如果添加少量的阿拉伯膠,就會增強這種現(xiàn)象。
葡萄酒是一種復雜的液體,其主要成分是水和酒精,另外還含有有機酸、金屬鹽類、丹寧、糖、蛋白質、色素和其他物質。從分散體系的角度,我們可以將葡萄酒看成是以酒精和水的混合體為分散介質的分散體系,其中一部分成分如無機離子、有機酸等以真溶液的形式存在,這種分散體系是均相的熱力學穩(wěn)定體系;另一部分成分如丹寧、色素、蛋白質、多糖、樹膠、果膠質以及金屬復合物等
,則以膠體的形式存在,是高度分散的熱力學不穩(wěn)定體系。這些膠體物質顆粒體積比一般分子大,用超顯微鏡可以看到,它們能通過濾紙,不能通過半透膜,其中有些粒子容易自動聚集合變大而聚結沉淀,因此構成了葡萄酒的不穩(wěn)定因素。如紅葡萄酒中的色素以膠體形式存在,在常溫下呈溶解態(tài),但當溫度降低時,就會出現(xiàn)沉淀,使葡萄酒混濁。雖然這些膠體物質的含量很低,但對葡萄酒的穩(wěn)定性有很大的影響。因而通過膠體現(xiàn)象去探討膠體形成的本質,以便采取相應的措施,在葡萄酒的生產實踐中是相當必要的。葡萄酒中主要大分子的來源和含量見表14-2。
14.2 膠體的分類和性質
14.2.1膠體的分類
對以液體為分散介質的體系,可按分散相和分散介質之間親和力大小,可將溶膠分為親水溶膠和疏水溶膠兩大類。
14.2.1.1親水溶膠(大分子溶液)
分散相和分散介質間有較強的親和力的溶膠稱為親液溶膠;若分散介質為水,則稱為親水溶膠。此類溶膠一般指高分子化合物溶液,如蛋白質、明膠、纖維素等。當將此類化合物置于介質中時,由于它們與分散介質之間的親合力較強,能自動溶解成溶膠,并且在這些物質的表面包圍著一層溶劑分子。這樣,當分散相從分散介質中分離出來時,沉淀物也含有溶劑,此類溶膠對電解質穩(wěn)定性影響較大,并且可逆,因此是熱力學上可逆、單相,穩(wěn)定的體系。如明膠分散在水中形成親液溶膠,將水分蒸發(fā)后,成為干燥明膠,再加入水,它又自動分散在介質中形成溶膠。因此可以說大分子溶液不是溶膠而是真溶液,只是其粒子體積達到膠體粒子的大小范圍,因此表現(xiàn)出膠體的性質,將它歸為膠體溶液。目前,我們所說的親水溶膠就是指高分子溶膠,不包括另一些與水有較強親和力的溶膠如硅膠等。因此,稱其為“大分子溶液”更能反映實際情況。
14.2.1.2疏水溶膠
分散相與分散介質沒有親合力或只有很弱親和力的溶膠,為疏液溶膠;若分散介質為水,則稱為疏水溶膠,如貴金屬(金、銀、鉑)和鐵、鋁、鉻等的氫氧化物溶膠。此類溶膠性質并不穩(wěn)定,其中的粒子是由數(shù)目很大的小分子、原子或粒子聚集而成,分散相與介質間存在著相界面,具有較大的表面積和表面能,因此在熱力學上是不穩(wěn)定體系。此類膠體遇到微量電解質就會聚集生成沉淀,沉淀物通常不包括分散介質,并且多數(shù)情況下是不可逆的,即沉淀物經過加熱或加入溶膠等方法處理,不能恢復原態(tài),因而是熱力學上不穩(wěn)定的多相體系。
14.2.2溶膠的動力學性質
溶膠是一種高度分散內的多相體系,具有很大的表面積和表面自由能,在熱力學上是不穩(wěn)定的。所以,一般的溶膠易受外界干擾(加熱及加入電解質等),長時間放置而發(fā)生聚沉。但是有一些溶膠,如制備得當,卻又很穩(wěn)定,其主要原因是由于膠體粒子的高度分散性而引起的動力學性質。
14.2.2.1Brown運動
在超顯微鏡下可以觀察到,溶膠中膠體粒子在介質中不斷作無規(guī)則的運動,此種運動就稱為Brown運動(見圖14-3)。
產生Brown運動的原因是分散介質對膠粒撞擊的結果(見圖14-4)。膠體粒子處在介質分子的包圍之中,而介質分子由于熱運動不斷地從各個方向同時撞擊膠粒;由于膠粒很小,它受到的撞擊不易抵消,再加上它自身的熱運動,而使它時而從這一方向上受到較大的沖量,時而從另一個方向上受到較大的沖量,這樣就使膠粒時刻以不同方向、不同速度作不規(guī)則的運動(圖14-4)。在超顯微鏡下,介質分子是看不見的,而膠粒的Brown運動卻是可見的。實驗表明:粒子越小,溫度越高,介質的黏度越小,則Brown運動越劇烈。
Brown運動是膠體物系動力穩(wěn)定的一個原因,由于Brown運動的存在,膠粒不可能停留在某一固定位置上,這樣使膠粒不因重力而聚沉。但另一方面,Brown運動又可能使膠?;ハ嘧矒舳奂w粒由小變大而沉淀。
14.2.2.2擴散
溶膠和真溶液相比較,除了溶膠的粒子大于真溶液中的分子或離子,濃度又遠低于稀溶液外,并沒有其它本質不同。所以稀溶液的一些性質在溶膠中也有所表現(xiàn),因此溶膠也具有擴散和滲透壓。溶膠的擴散作用是通過Brown運動等方式實現(xiàn)的,即膠粒能自發(fā)地從高濃度處向低濃度處擴散。
14.2.2.3穩(wěn)定性和聚沉作用
溶膠在熱力學上是不穩(wěn)定的,然而經過凈化后的溶膠,卻能在相當長的時間內穩(wěn)定存在。使溶膠能相對穩(wěn)定存在的原因是:(1)膠粒的Brown運動使膠粒不致因重力而沉降;(2)由于膠團的雙電層結構存在,膠粒相互排斥,不易聚沉;(3)在膠團的雙電層中反粒子都是水化的,因此在膠粒的外面有一層水化膜,它阻止了膠粒相互碰撞而導致的膠粒結合變大。
膠粒的分散度降低,后發(fā)生沉降的現(xiàn)象稱為聚沉。使膠粒穩(wěn)定存在的原因是膠粒之間的排斥作用;而使膠粒聚沉的原因則是膠粒之間的吸引作用。聚沉是膠粒聚集變大發(fā)展的結果,當粒子大小超過膠體粒子范圍時,粒子的Brown運動不足以克服重力作用時,粒子就從介質中析出,聚沉的外觀表現(xiàn)是顏色的改變或發(fā)生混濁,后可析出沉淀。影響聚沉的主要因素有以下幾種:
?。?)電解質的凝聚作用
所有電解質如果達到某一足夠的濃度時都能使溶膠聚沉。電解質對溶膠的聚沉能力通常用聚沉值來表示。聚沉值是使一定量的某種溶膠,在規(guī)定的時間內明顯聚沉所需電解質的小濃度,聚沉值愈小,電解質使膠體溶液聚沉力愈強。電解質的聚沉作用大體有如下規(guī)律:
A.使溶膠發(fā)生沉積作用主要是與溶膠帶相反電荷的異電離子,異電離子價數(shù)愈高,聚沉能力愈大,即聚沉值愈小。
B.價數(shù)相同的離子其聚沉能力雖然很接近,但隨著離子大小的不同,聚沉能力也略有不同。例如對于帶負電的溶膠,一價金屬離子的聚沉能力可以排成下列順序:
CS+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+
對帶正電的溶膠,一價負離子的凝聚能力順序如下:
F–>Cl–>Br–>NO3–>I–>SCN–
C.與膠粒具有同號電荷的離子對聚沉能力也有影響,特別是有機的大離子,這可能與同電離子的吸附作用有關。通常同電離子價數(shù)愈高,電解質聚沉能力愈低。
D.混合電解質對溶膠的聚沉作用有三種情況:當單個電解質的聚沉能力相近時,其混合電解質的聚沉能力一般是具有加和性的;當單個電解質的聚沉能力相差較大時通常發(fā)生對抗作用,即混合電解質聚沉力比加和值弱;還有一些情況下,一種電解質的聚沉力因另一種電解質的存在而加強,稱協(xié)同作用。
?。?)溶膠的相互聚沉作用
電性相反的兩種溶膠混合時,可發(fā)生相互聚沉,只有在適當?shù)谋壤繒r才能全部聚沉,隨著兩者比例量的改變,可發(fā)生部分聚沉,它是電性相反的兩種溶膠電荷中和的結果。
?。?)溶膠的性質
溶膠的濃度增大時,膠?;ハ嗯鲎驳拇螖?shù)增加。增加了聚沉成顆粒的機會,因而加速了溶膠的聚沉。
?。?)大分子的保護作用和敏化作用
加入大分子溶液對溶膠聚沉有顯著影響,如果大分子強烈地吸附在膠粒上覆蓋其全部表面,把疏水的顆粒表面變?yōu)橛H水表面,則將使膠粒與介質的親和力增大,同時也防止了膠粒之間或膠粒與電解質離子之間的直接接觸,因而增加了溶膠的穩(wěn)定性,稱為保護作用。但如果所加大分子物質過少,不足覆蓋膠粒表面將所有膠粒包圍,則反而會促使溶膠被電解質所聚沉,叫做敏化作用。
葡萄酒中所含的物質不僅來自原料本身,而且還與采取的釀造工藝有關,因此所含物質較多,同時具有親水和疏水兩種溶膠的性質。如來自葡萄本身或釀造過程中形成的高分子物質如蛋白、果膠、色素等,這些屬于親水溶膠;在釀造的過程中自然生成或偶然產生及處理葡萄酒時加入的多酚化合物、磷酸鐵、硫化銅、亞鐵氰化鐵、亞鐵氟化銅等屬于疏水溶膠。
在一定的條件下,膠體溶液能夠保持相對穩(wěn)定,但是當它的穩(wěn)定性因素遭到破壞時,體系隨之發(fā)生變化,有時這種變化正是我們需要的,例如葡萄酒的澄清處理就是使葡萄酒中的膠體物質沉降到容器底部然后除去得到澄清的酒。
14.2.3膠體的電學性質
14.2.3.1帶電性
將電極插入溶膠中,通以電流,可以觀察到膠粒發(fā)生遷移現(xiàn)象,有些溶膠的膠粒向陽極移動,有些向陰極移動,這說明膠粒是帶負電或正電的。在電場的作用下,分散相的質點在分散介質中作定向移動的現(xiàn)象稱為電泳。與電泳現(xiàn)象相反,可觀察到在外加電場下,分散介質會通過固定不動的多孔固體而移動,這種固相不動而液相在電場中發(fā)生的定向移動現(xiàn)象稱為電滲。通過研究電泳和電滲,可以確定膠粒所帶電荷的符號,進一步了解膠粒的結構及電解質對溶膠的穩(wěn)定性的影響。
膠粒表面帶電的主要原因有:
?。?) 吸附作用
膠粒分散系是一個高度分散的多相體系,比表面大,有較高的表面能,所以很容易吸附雜質。如果溶液中有少量電解質,則膠體粒子就會優(yōu)先吸附某種離子。
(2) 電離作用
當分散相與膠粒相接觸時,固體表面分子發(fā)生電離,有一種離子進入液相,因而使固體粒子帶電,例如蛋白質、炭黑表面的—COOH、—NH2、或SO3H基團在水中電離形成—NH3+、—COO—、或SO3—而使固相帶電。
膠粒的帶電性是膠粒能夠保持穩(wěn)定的一個重要因素,膠粒都帶有電荷,這種電荷使膠粒之間相互排斥。因此幾個膠粒就不能結合在一起,雖然膠粒之間有相互結合的趨勢,反過來也可以解釋它為什么不穩(wěn)定,當膠粒的電荷降低到臨界電荷時,就會產生凝聚現(xiàn)象。
14.2.3.2雙電層結構
溶膠粒子表面由于選擇性吸附某種離子或表面上釋放出離子,使固、液兩相帶有不同符號的電荷,在固相與液相界面上形成雙電層。葡萄酒中分散粒子的種類和大小非常復雜,是一個高度分散的多相體系。同時,葡萄酒為酸性體系,pH在2.8~3.6之間,體系的酸堿度直接影響到膠粒的帶電性,例如蛋白質分子在水中帶負電,在酒中帶正電,丹寧膠粒在低pH條件下則帶負電荷。根據帶電膠粒與體系中其它帶電粒子間的相互作用,膠粒在溶液中通常形成雙電層結構。葡萄酒中丹寧和蛋白質膠粒雙層結構見圖14-5、圖14-6。
14.3 葡萄酒中的鐵沉淀
當葡萄酒中的鐵超過一定量(通常為8mg/L以上)時,在與空氣接觸的情況下,葡萄酒就會發(fā)生輕微的渾濁現(xiàn)象(鐵破敗)。葡萄酒中的鐵沉淀是由于形成了兩種不溶性物質:磷酸鐵膠體和鐵與多酚、色素等形成的不溶性復合物。在由鐵引起的沉淀中,都需要3價鐵(Fe3+、正鐵)的存在,而2價鐵(Fe2+、亞鐵)則不會在葡萄酒中形成不溶性成分。
白葡萄酒中的鐵破敗主要是磷酸鐵膠體引起(白色破?。?,而在紅葡萄酒中,除磷酸鐵外,還有鐵與多酚、色素等形成的不溶性復合物(藍色破?。S捎趤嗚F是可溶的,所以,在還原條件下,即將葡萄酒置于無氧條件或光線直射下,鐵沉淀就能重新溶解。
以磷酸鐵沉淀為例,雖然我們還不了解其具體的結構,但是可以認為它的形成需要有正鐵離子和磷酸根離子的存在,而且它們的離子濃度積,應大于磷酸鐵的溶度積:
因此,要形成磷酸鐵沉淀,不僅需要氧化態(tài)的鐵,而且還需要溶液中游離的正鐵離子濃度要超過溶度積。
14.3.1 鐵在葡萄酒中的狀態(tài)
葡萄酒中的鐵包括亞鐵(Fe2+)與正鐵(Fe3+)兩種形式,以離子態(tài)和絡合物兩種狀態(tài)存在。將白葡萄酒維持在厭氧狀態(tài),經過若干時間,如果在葡萄酒中加入硫氰化鉀,葡萄酒的顏色也不會變紅;但如果將葡萄酒與空氣接觸,其中溶解足夠的氧后,其顏色就會變紅,這就是葡萄酒典型的硫氰化鐵反應:
如果在變紅的葡萄酒中加入鹽酸,由于可將絡合物中正鐵離子釋放出來,則葡萄酒的顏色會進一步變深。上述實驗說明,即使在通氣處理的葡萄酒中,F(xiàn)e3+存在狀態(tài),大多數(shù)與葡萄酒中的有機酸形成可溶性復雜的絡合物,只有少量的才以游離的Fe3+存在。
利用硫氰化鐵反應,可以確定葡萄酒中鐵的狀態(tài)。實際上,如果在葡萄酒中加入適量的雙氧水并用無機酸進行酸化(將所有的鐵氧化為3價鐵),用硫氰化鐵反應可估計葡萄酒的總鐵,如果只進行酸化,則可估計葡萄酒的3價鐵,兩者的差值,就是2價鐵。不加雙氧水,也不酸化,就可估計游離3價鐵離子。
在溶液中,如果同時存在鐵的氧化態(tài)(Fe3+)與還原態(tài)(Fe2+),則兩者之間有以下平衡:
而且[Fe3+]/[ Fe2+]決定于溶液的氧化還原電勢。正常葡萄酒的氧化還原電勢一般為0.10~0.15V,而通氣后的葡萄酒的氧化還原電勢,很少會達到0.5V。在同時含有Fe2+和Fe3+的溶液中,當E=0.75V時,其[Fe3+]/[ Fe2+]=1,即0.75V是Fe3+/ Fe2+氧化還原體系的標準電勢。如果我們用[FeⅢ]和[FeⅡ]來分別表示通氣后葡萄酒中的Fe3+和Fe2+的濃度,則當E=0.5伏時,溶液中[Fe3+]/[Fe2+]要比通氣后葡萄酒中的[FeⅢ]/[FeⅡ]小得多。 在葡萄酒中該比值常常接近于1,在0.2~5.0之間變化。因此,在葡萄酒中,大多數(shù)3價鐵以絡合狀態(tài)存在,只有一少部分才以游離狀態(tài)存在,而且只有游離態(tài)的3價鐵,才與葡萄酒的氧化還原電勢相符。正是這一很少部分與氧化還原電勢相關的3價鐵,才引起鐵的沉淀。隨著游離態(tài)的3價鐵的沉淀,絡合物會釋放出游離態(tài)的3價鐵,直至達到終的平衡;在這一平衡中,沉淀物的離子濃度積不再高于其溶度積。
例如,在葡萄酒中,鐵可與酒石酸結合為可溶性絡合物酒石酸鐵鉀[K(FeC4O5H2)],其中的鐵比鉀更牢固的結合在分子中,這種絡合物在溶液中可以發(fā)生兩種不同的電離:
首先,絡合物電離為鉀離子和絡離子。
其次,絡離子還可以進一步電離為C4O5H24-和Fe3+
*種電離是常見的,也很重要;第二種電離的情況雖很少,但對于鐵的沉淀卻非常重要。在這種絡合物中,鐵一方面與酒石酸分子中的—CHOH結合,另一方面也與其中的—COOH結合。絡合物在水溶液中可以分裂為幾個部分,由于電離程度不同,可以使金屬發(fā)生不同程度的“掩蔽”,這種金屬的掩蔽現(xiàn)象具有特異性,能形成絡合物或穩(wěn)定絡合物和不絡合物或不穩(wěn)定絡合物,在兩個類型中還有許多中間類型。
如果我們用C代表絡離子,則有以下平衡:
因此有:
常數(shù)K越大,絡合物就越不,相反,的絡合物的常數(shù)K為零。例如,亞鐵的絡合物亞鐵氰離子[Fe(CN)6]4-,就是的絡合物:在溶液中,該絡合物不會電離出任何Fe2+。
隨著pH值的升高,正鐵絡合物的穩(wěn)定性也升高,相反,其穩(wěn)定性則下降。亞鐵也能在葡萄酒中生成絡合物,但比正鐵的絡合物易于電離,因此更不穩(wěn)定。
14.3.2鐵在通氣葡萄酒中的反應
由上述分析可知,鐵在葡萄酒的中的反應,包括一系列的化學、物理化學和膠體反應(圖14-7)。
Ribereau-Gayon等(1992)研究了白色破敗與葡萄酒pH的關系。它們將一種pH=3.1、鐵含量34mg/L的白葡萄酒,在無氧條件下貯藏,使之不含氧及三價鐵。然后將該葡萄酒分裝在一系列不同的容器中,并用硫酸或氫氧化鉀將它們的pH值分別調整到2.5~4.2中的一個值,在空氣中充分搖動盛酒容器1分鐘,以使葡萄酒飽和氧氣,在12℃的條件下,敞口靜置8天。
在此期間,葡萄酒都變得渾濁,渾濁的程度以pH3.3尤甚,且愈遠離pH3.3渾濁愈輕。測定所有樣品中鐵(FeⅢ)的總量,然后用明膠下膠使葡萄酒澄清,再測定澄清葡萄酒中鐵(FeⅢ)的含量(即生成絡合物的鐵的含量),由前者減去后者,就可以得出存在于磷酸鐵膠體中的鐵的含量,也即引起酒渾濁的鐵的數(shù)量(圖14-8)。
結果表明,鐵的總量(FeⅢ)和結合在絡合物中鐵(FeⅢ)的含量隨pH值的升高而增加,但從pH3.3開始,絡合鐵的升高速度更快,直到后與總鐵相等。因此,不難理解,沉淀鐵量開始也隨pH的升高而升高,直到pH3.3達到其大值,然后隨pH的升高而下降,這是因為隨著絡合鐵量的增加,降低了葡萄酒中能與磷酸結合的游離態(tài)3價鐵的含量。
對于可能出現(xiàn)鐵破敗的葡萄酒,進行合理的亞鐵氰化鉀處理,就可防止鐵破?。ɡ钊A,2000)。
14.4 葡萄酒中的銅沉淀
在含有游離二氧化硫的白葡萄酒中,尤其在裝瓶的情況下,常常發(fā)生渾濁現(xiàn)象,并漸漸形成一種棕紅色的沉淀(銅破敗),如果將這種酒暴露于空氣中,或者在空氣中攪拌使其飽和氧氣,這種渾濁或沉淀在幾小時或幾天內便消失了。溫度的升高和日光能促進和加速這種沉淀的產生。這種渾濁或沉淀的產生,主要是因為酒中含有一定數(shù)量的銅所致。如果白葡萄酒含0.5mg/L的銅便可以引起渾濁或沉淀。有時裝瓶的白葡萄酒保存了仍是澄清的,但經搖動就會變混濁,這也是一種由銅引起的破敗病,原因是由于銅的膠體凝絮產生了渾濁與沉淀。
葡萄酒中的銅主要來源于釀造器皿及葡萄果實表面的殺菌劑(如波爾多液),后者帶來的銅大致為0.5mg/L左右,在發(fā)酵過程中,大部分被還原為硫化銅而沉淀,故新葡萄酒中銅含量約為0.2~0.3mg/L。
銅破敗病是由于葡萄酒中所含有的銅被還原為亞銅所致。因此,葡萄酒產生破敗病必須具有兩個條件:一定量的銅及一定的二氧化硫存在,變化過程可用系列反應式表示:
RH代表還原物質,通過還原,將銅變?yōu)閬嗐~;
亞銅將SO2還原為H2S;
生成了硫化銅,它可以形成膠體溶液。
CuS在電解質和蛋白質的作用下,由于膠體的絮凝便產生渾濁和沉淀。如果將葡萄酒通以空氣,便可以使渾濁消失。這是因為氧化作用使不溶解的硫化銅變?yōu)槿芙獾牧蛩徙~:
將該反應所生成的沉淀進行分析,發(fā)現(xiàn)它與硫化銅相似:都溶解于煮沸的硝酸中,但不溶解于煮沸的稀硫酸中。在電解質的影響下,通常為黑色的硫化銅在稀溶液中會生成棕色沉淀,類似于鐵引起的破敗病。
銅破敗病的產生,除了葡萄酒中含有硫和銅外,氨基酸和蛋白質也是一個很重要的條件。由于半胱氨酸和胱氨酸會形成一種氧化還原體系:
在日光影響下亞硫酸將胱氨酸還原為半胱氨酸,然后半胱氨酸與銅生成不溶解的絡合物。
以上結論可以用下列實驗證明:如葡萄酒中含有幾毫克的銅,加入胱氨酸,尤其是半胱氨酸,就會很快引起破敗病,沉淀成絮狀。沉淀物溶解于堿性溶液中,與鹽酸共熱時,產生硫化氫反應。可見,含氮物質,尤其是半胱氨酸是產生銅破敗病*的物質之一。
在葡萄酒中,銅破敗產生的以上兩種機理,可同時存在。
用于防止鐵破敗的亞鐵氰化鉀處理,也可同時防止銅破敗。
14.5 葡萄酒的蛋白沉淀
在蛋白含量高的葡萄酒中,由蛋白引起的混濁、沉淀,稱為蛋白破敗。蛋白破敗主要出現(xiàn)在多酚類物質含量低的白葡萄酒中。
葡萄酒中的蛋白對高溫和低溫都同樣敏感。在30℃放置較長時間,蛋白就可出現(xiàn)聚沉,而在70℃左右,只需20分鐘,蛋白就發(fā)生不可逆的聚沉,而被從葡萄酒中除去。
當溫度降低到0℃左右時,葡萄酒也可能出現(xiàn)渾濁,而但溫度回升到室溫時,渾濁就會消失。因此,蛋白對低溫的反應是可逆的。
如果將葡萄酒的溫度在2分鐘內升高到75℃,然后迅速降低溫度,并在低溫下保持5~7天,可以穩(wěn)定葡萄酒,而且其效果比膨潤土處理的要好,盡管膨潤土處理可除去更多的在酒精中可沉淀的含氮化合物。但是澎潤土處理可避免對葡萄酒的高溫處理。
根據Koch和Bretthaurer的研究結果(Usseglio-Tomasset,1995),用紅葡萄酒工藝釀造的葡萄酒中,不含可溶性蛋白。同樣,用浸漬工藝釀造的白葡萄酒,由于不含蛋白,所以不會出現(xiàn)蛋白破敗。這一結論正好證明多酚物質參與了蛋白的不溶性作用。進一步的研究證明,浸漬發(fā)酵的葡萄酒中,并不是沒有蛋白,在分離時,其蛋白含量可達20~40mg/L,其中1/3的分子量大于200000。在葡萄汁和葡萄酒中,由于蛋白、多糖和丹寧膠體的參與,而形成分子量高的大分子復合物。
葡萄酒中蛋白不溶性的機理可能與高溫對葡萄汁中的純蛋白的變性機理不同。用高溫處理將純蛋白從葡萄汁中除去,并不能預測其用丹寧和其它膠體沉淀時的表現(xiàn)。
在葡萄酒中,除來源于葡萄的蛋白外,還有源于酵母菌的蛋白,而且這部分蛋白或多或少地與其它膠體相結合。對它們在葡萄酒中的變化,還了解得不多。
14.6 紅葡萄酒的色素沉淀
Ribereau-Gayon和Peynaud早發(fā)現(xiàn),將澄清的紅葡萄酒在0℃左右放置足夠長的時間,就會出現(xiàn)渾濁,在升溫以后,它又會變澄清。將紅葡萄酒冷處理后,通過離心,分離出沉淀物。這種沉淀物可溶于熱水或酒精,呈深紅色。如果在一裝有紅葡萄酒的容器中,放入一個裝滿蒸餾水的、容積不超過葡萄酒體積10%的塞璐玢袋子,然后將容器密封,經過足夠長的時間,葡萄酒中所有除膠體以外的成分就會通過塞璐玢進入到袋子中,因此,在塞璐玢袋子中,除沒有膠體成分外,其它成分都與袋子外的葡萄酒中的成分一樣。但是,在袋子中的葡萄酒,不僅顏色較淺,而且在冷處理后,也不會出現(xiàn)渾濁或沉淀。而如果將袋子中的葡萄酒(即滲析葡萄酒)放置足夠長的時間后,再進行冷處理,它又會渾濁。Ribereau-Gayon和Peynaud的這一經典實驗證明,葡萄酒色素的一部分以膠體存在,在色素膠體沉淀后,一些色素分子又會慢慢地聚合,而形成新的色素膠體。
14.7 葡萄酒的氧化沉淀
霉變葡萄漿果中的酪氨酸酶和漆酶,特別是漆酶,都可強烈地氧化葡萄酒色素和丹寧,并將它們轉化為不溶性膠體,從而引起葡萄酒的渾濁沉淀,這就是葡萄酒的氧化破敗。通過熱處理或二氧化硫處理破壞氧化酶、防止葡萄酒與空氣接觸等,都可防止氧化破敗。
14.8 小結
葡萄酒是一種成分復雜的液體,其中一部分物質如丹寧、色素、蛋白質、多糖、樹膠、果膠質以及金屬復合物等以膠體形式存在,是高度分散的熱力學不穩(wěn)定體系。葡萄酒中的大分子主要來源于葡萄漿果、酵母、灰霉菌以及添加劑。
膠體具有丁達爾現(xiàn)象、Brown運動、擴散等物理特性,膠粒具有帶電性,并且具有雙電層結構,研究葡萄酒中膠體的穩(wěn)定性必須從多個方面考慮各種因素的綜合效用。就葡萄酒的穩(wěn)定性而言,大多數(shù)混濁現(xiàn)象是由于膠體聚凝引起的,葡萄酒的下膠就是利用膠體的相互作用以澄清葡萄酒,實踐中常用蛋白類、土類以及聚合物類物質作為下膠劑。充分理解、掌握葡萄酒膠體性質對于葡萄酒的澄清處理,保持酒的穩(wěn)定性具有重要的理論意義,并能有效地指導生產實踐。
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