Аналитическая и экспертная оценка винодельческой продукции на присутствие сахаров и спиртов невиноградного происхождения

А. Колеснов, доктор технических наук,
И.Филатова, кандидат технических наук,
О. Малошицкая, кандидат химических наук,
М. Зенина, научный сотрудник,
И. Питрюк, сотрудник,
Московский государственный университет пищевых производств (МГУПП)

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ЭКСПЕРТНОЙ ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Часто применяемым исследовательским подходом в решении прикладной задачи выявления присутствия в винодельческой продукции спиртов и/или сахаров невиноградного происхождения является методология т. н. одноэлементного исследования (ОЭИ). В абсолютном большинстве случаев в данном подходе целевым показателем является состав стабильных изотопов углерода 13C и 12С, измеряемый в этиловом спирте (п. 2.1), и препарате углеводов (п. 2.2), которые получены согласно вышеприведенным требованиям из одного образца винодельческой продукции. Основными преимуществами методологии ОЭИ являются использование одного аналитического принципа – масс-спектрометрии отношений стабильных изотопов. ОЭИ отличают также относительно невысокие затраты по длительности и общей трудоемкости исследования. Оценка результатов исследования проводится путем сопоставления значений δ13CVPDB, полученных для этанола и углеводов, с интервалами изменения количественных значений данных веществ из винограда и натуральных (подлинных) продуктов его переработки.

Результаты собственных научно-исследовательских прикладных и поисковых работ МГУПП, а также результаты многочисленных исследовательских проектов и работ по созданию баз данных винодельческой продукции, проведенные в разное время в различных географических регионах мира и опубликованные в печатном и/или электронном формате, например [8-14], что делает доступным их использование, позволяют обосновать наиболее значимые интервалы, которые охватывают максимально возможный объем научно подтвержденных фундаментальных и прикладных сведений о составе стабильных изотопов углерода в углеводах (сахарах) винограда и полученном в результате их сбраживания этаноле следующие количественные интервалы (для показателя δ13CVPDB):

– для виноградных сахаров от -28,00 до -20,00‰;
– для виноградного этанола от -29,00 до -20,931‰.

Результаты научных исследований состава стабильных изотопов легких элементов, представленные на 38- м Конгрессе и Генеральной ассамблее Международной организации винограда и вина (OIV), которые проходили в г. Майнце (Германия) с 5 по 10 июля 2015 года, не только подтверждают вышеуказанные интервалы, но и расширяют современную базу знаний об изотопных вариациях изотопов углерода в виноградном сахаре и спирте.

В докладе исследовательского коллектива из Бразилии было показано, что изотопный состав углерода (по показателю δ13CVPDB) в этаноле вин имеет не только географические, но и сортовые особенности. В работе изучались различия в распределении изотопов углерода в этаноле вин, изготовленных в трех бразильских регионах (Sul, Meio-oeste, Planalto Serrano) из двух сортов винограда (Мерло, Каберне Совиньон). В ходе исследований установлено, что показатель δ13CVPDB достигает минимального значения в -30,47±0,60‰ в вине из региона Planalto Serrano, а вина, изготовленные из винограда сорта Мерло, показывают более высокие количественные уровни по показателю δ13CVPDB, чем вина, изготовленные из винограда сорта Каберне Совиньон [15]. В совокупности с результатами исследований, проведенных другими научными коллективами, бразильские ученые делают вывод о том, что различия в составе изотопов углерода 13С и 12С между сортами винограда могут быть связаны с процессами, протекающими при фотосинтезе, возрастом растений, состоянием корневой системы и водными ресурсами почвы, которые были в распоряжении растений в критические периоды их развития.

В другой работе, представленной на 38-м Конгрессе OIV в формате доклада о 25-летнем опыте исследования в Европейском союзе (ЕС) подлинности вин на основе методологии стабильных изотопов легких элементов в целях создания и поддержания банка данных о винах, изготавливаемых или поставляемых в ЕС, авторы делают вывод о том, что сведения о составе стабильных изотопов таких элементов, как углерод, кислород и водород, являются основой для эффективного решения задачи идентификации вин и другой винодельческой продукции. Распределение стабильных изотопов в молекулах компонентов вина, например, в углеводах, органических кислотах, глицерине, воде и этаноле происходит в ходе специфических биотических и абиотических процессов.

При этом результаты этих процессов характеризуют, в т. ч. год урожая или географическое происхождение винограда или вина. В докладе приведены данные о процессах биотического и абиотического фракционирования изотопов, методах исследования, принципах построения банка данных вин ЕС, примерах практического применения изотопной методологии для исследования этанола, углеводов, органических кислот, глицерина, воды. На конкретных примерах показаны различия в составе стабильных изотопов углерода, кислорода и водорода в компонентах вин, изготовленных в различных географических регионах мира. Так, например, максимальные значения показателя δ13CVPDB в этаноле вин из Индии и Турции достигают уровня в -23‰. При этом показа но, что на количественный уровень этого и других изотопных показателей (например, δ18ОVSMOW) влияет водный баланс виноградника, который в свою очередь напрямую зависит от климатических и почвенных условий, присутствующих в том или ином географическом регионе выращивания винограда.

Снижение доступности воды для развития растений, возник новение т. н. «водного дефицита», приводит к увеличению уровня δ13CVPDB (до -22‰ и выше [8]). Интенсивные атмосферные осадки, легкая доступность воды для развития растений, ирригационные мероприятия и поздний сбор урожая, а также сбор винограда после выдержки при пониженных температурах (например, «ледяное вино») в совокупности или по отдельности приводят к существенному уменьшению уровня показателя δ18ОVSMOW в воде вина, который может принимать значения даже менее -5‰ [16].

Таким образом, интервалы, используемые для интерпретации результатов исследования состава стабильных изотопов углерода и, соответственно, для экспертной оценки вина, сформированы на основе сведений об изотопном составе виноградных сахаров и этанола, которые учитывают влияние географических, сортовых, климатических и техногенных факторов. Как следует из представленных интервалов и обосновывающих их научных данных, количественные значения показателя δ13CVPDB для сахаров всегда выше уровня данного показателя в этаноле, полученном из этих сахаров.

Подобное различие между сахарами и этиловым спиртом обосновывается особенностями распределения стабильных изотопов углерода между продуктами, возникающими в ходе сбраживания углеводов, среди которых диоксид углерода характеризуется повышенным уровнем изотопа углерода 13С, в то время как в этиловом спирте отмечается дефицит данного изотопа (2):

С учетом фундаментальных научных знаний о природе брожения и изотопного распределения углерода между продуктами этого процесса является неверным тезис о количественной эквивалентности значений показателя δ13CVPDB сахара и полученного из него этилового спирта. Использование данного тезиса при экспертной оценке результатов исследования, например, спирта приводит к ошибочным выводам о природе сахара (и наоборот).

Вместе с тем, несмотря на указанные выше отдельные преимущества методологии ОЭИ, она обладает существенным недостатком, который ограничивает ее доказательную базу. На основе результатов ОЭИ возможно подтверждение присутствия в винодельческой продукции, которая была произведена недопустимым способом, только тех компонентов невиноградного происхождения, в том числе спиртов и/или сахаров, которые получены из растений С4 -группы или спирта, полученного путем химического синтеза (например, из этилена). Так, например, в первом случае при присутствии в продукте сахаров и/или спирта значения показателя δ13CVPDB будут превышать максимальную границу, а во втором – принимать значения менее нижней границы вышеуказанного интервала. Согласно результатам научных исследований, растения, ассимилирующие атмосферный диоксид углерода по С4 -пути фотосинтеза (цикл Хетча и Слэка) с образованием в качестве первичных продуктов фиксации и восстановления четырехуглеродных соединений (например, щавелевоуксусной, яблочной и аспарагиновой кислот), характеризуются уровнем показателя δ13CVPDB, который лежит в интервале от -13,20 до -10,20‰. К растениям С4 -группы принадлежат такие культуры как кукуруза, просо, сорго, сахарный тростник и др. Продукты переработки указанного растительного сырья, например, сахар, будут обладать аналогичным составом стабильных изотопов углерода 13C и12С. Значения показателя δ13CVPDB для синтетического этилового спирта лежат в интервале от -37,00 до -33,80‰.

На основе методологии ОЭИ при исследовании состава стабильных изотопов углерода не представляется возможным выявление присутствия в винодельческой продукции, изготовленной недопустимым способом, компонентов невиноградного происхождения, полученных из растений С3 -группы. Данная группа растений ассимилирует атмосферный диоксид углерода по С3 -пути фотосинтеза (цикл Кальвина) с образованием в качестве первичных продуктов фиксации и восстановления трехуглеродных соединений (например, 3- фосфоглицериновой кислоты и 3-фосфоглицеринового альдегида). К растениям С3 -группы наряду с виноградом принадлежат, например, сахарная свекла, картофель, пшеница, ячмень, яблоки и др. Таким образом, исследование только состава стабильных изотопов углерода (показатель δ13CVPDB) по методологии ОЭИ в винодельческой продукции, изготовленной недопустимым способом, не позволит выявить присутствие ней спирта, например, полученного из сахарной свеклы, пшеницы, картофеля и других культурных растений в виду полного совпадения значений показателя δ13CVPDB с интервалом изменения количественного уровня, характерного для данной величины в винограде. Кроме того, данная методология не позволяет выявить более сложную фальсификацию, которая реализуется применением недобросовестными изготовителями т. н. «интеллигентных смесей сахаров», т. е. смешанных в определенном соотношении сахаров из сахарной свеклы и сахарного тростника или из других растений С4 -группы.

В этой связи использование только методологии ОЭИ (напр., исследование δ13CVPDB) для решения прикладной задачи выявления в винодельческой продукции спиртов и/или сахаров невиноградного происхождения не является полностью обоснованным в виду наличия очевидных ограничений в доказательном уровне получаемых результатов. Определенные улучшения доказательного уровня методологии ОЭИ возможны через дополнение анализа показателя δ13CVPDB в этиловом спирте исследованием этого параметра в сахарах, выделенных из того же образца винодельческой продукции, или проведение дополнительного неизотопного анализа биохимического состава продукции (например, D- глюкозы, D-фруктозы, глицерина и др.) и построение на основе полученных результатов характеристических зависимостей между исследованными параметрами.

Все вышеперечисленные недостатки ОЭИ отсутствуют в методологии мультиэлементного исследования (МЭИ), в основе которой используется принцип изучения состава стабильных изотопов не менее трех элементов. Для решения прикладной задачи выявления спиртов и/или сахаров невиноградного происхождения (всех типов как из С3 -, так и С4 -растений, а также этилового спирта из целлюлозосодержащих отходов, сульфитных щелоков и этилена) проводят исследование состава стабильных изотопов углерода (13С/12С), кислорода (18О/16О) и водорода (2 Н/1Н). При этом исследование 13С/12С и 2 Н/1 Н проводят в этиловом спирте, полученном из образца винодельческой продукции, 13С/12С – в препарате сахаров, а 18О/16О – в воде того же образца винодельческой продукции. 

Больше информации в печатаной версии журнала.