06.11.2009

Biotechnologia

Grupa 2

Czwartek: 11:15-15:00

22.10.2009 i 29.10.2009

Sprawozdanie

Laboratorium Procesy Fermentacyjne

Ćwiczenia:

1. Analiza zagęszczonych soków owocowych i otrzymywanie nastawów na wina owocowe

2. Analiza młodego wina

3. Otrzymywanie i analiza brzeczki laboratoryjnej

1. Wstęp teoretyczny:

• Wino to napój alkoholowy uzyskiwany w wyniku fermentacji soku z winogron, która w tym przypadku jest nazywana procesem winifikacji. Proces ten jest bardzo skomplikowany i ulega modyfikacjom w zależności od producenta i rodzaju wina. Istnieją setki odmian, smaków i rodzajów wina. Jego smak oraz bukiet zapachowy zależy od rodzaju szczepów winogron, sposobu ich uprawy, klimatu i ziemi, na której się je uprawia oraz od sposobu winifikacji. Chociaż określenie wino przyjęło się w Polsce jako potoczna nazwa wielu w podobny sposób pozyskiwanych napojów alkoholowych na bazie owoców, to jednak na ogół dotyczy ono czystych produktów gronowych. Wina z innych owoców, określa się mianem win owocowych i mają one zwykle w samej nazwie wymienione owoce, z których zostały wytworzone np. "wino jabłkowe".

• Proces winifikacji:

1. Przygotowanie moszczu - z winogron wyciska się sok na prasach. W niektórych przypadkach (przy produkcji czerwonych i różowych win) przed wyciśnięciem soku poddaje się winogrona procesowi wstępnej winifikacji polegającemu na umieszczeniu winogron w wysokich kadziach, gdzie ulegają one samorzutnej wstępnej fermentacji - ten proces nazywa się maceracją.

2. Fermentacja - sam proces fermentacji moszczu przeprowadza się na setki różnych sposobów. Czasami pozwala się na fermentację samorzutną w temperaturze otoczenia, czasami bardzo dokładnie kontroluje się temperaturę i skład drożdży. W jednych krajach fermentacje przeprowadza się w drewnianych otwartych kadziach, w innych stosuje się zamknięte kadzie stalowe. Sama fermentacja trwa znacznie dłużej niż w przypadku fermentacji piwa, bo nawet do kilku tygodni. Fermentację doprowadza się do końca albo przerywa się w pewnym określonym momencie.

3. Filtrowanie i klarowanie - mieszaninę po fermentacji poddaje się zwykle filtracji. W przypadku win masowych, szczególnie białych, filtrację przeprowadza się kilkakrotnie, aby uzyskać maksymalnie klarowne i trwałe wina, ale bez głębszego smaku. W przypadku niektórych win dla koneserów nie stosuje się filtrowania w ogóle, tylko przeprowadza się ostrożne klarowanie wina przez powolny proces samorzutnego opadania osadu i zbieranie mniej więcej klarownej cieczy znad osadu. Innym sposobem klarowania jest przepuszczanie przez nastaw dwutlenku siarki, który powoduje śmierć wszystkich drobnoustrojów w winie i szybsze wypadanie z niego osadu.

4. Dojrzewanie i butelkowanie - ostatnim procesem przy produkcji wina jest jego dojrzewanie, czyli przechowywanie w odpowiednich warunkach. Pierwszy etap (od pół roku do 3 lat) przeprowadza się zwykle w dębowych lub metalowych beczkach. Następnie przelewa się wino do butelek, w których w odpowiednich warunkach wino może dojrzewać jeszcze latami. Nie wszystkie wina mają jednak potencjał dojrzewania - niektóre pije się niemal natychmiast po wyprodukowaniu .

5. Kupaż - mieszanie świeżo otrzymanych win z różnych rodzajów winogron w celu otrzymania produktu o pożądanych właściwościach. Standardowo miesza się wina pochodzące z różnych szczepów z tej samej winnicy zbieranych w podobnym czasie. Istnieją jednak wina autorskie kupażowane według nietypowych zasad, na przykład miesza się wino z tych samych szczepów ale z różnych winnic, albo nawet różnych regionów bądź wina z różnych lat lub wina starzone w różny sposób.

• Podział win:

Wina produkowane są z soku z winogron, który uszlachetnia się poprzez proces fermentacji i dzieli się na:

• wina białe

• wina czerwone

• wina różowe

• dodatkowo mogą być słodkie, półsłodkie, półwytrawne i wytrawne, w zależności od zawartości cukru w końcowym produkcie

• zawierają najczęściej od 8% do 14% alkoholu

• niektóre mocne wina z Kalifornii, słonecznych regionów Francji, jak też Węgier, osiągają nawet do 16% zawartości alkoholu

• wina musujące - rozróżnić należy trzy określenia win musujących:

• szampan - uzyskiwane metodą szampańską i pochodzące z rejonu Szampania

• wino szampańskie - uzyskiwane metodą szampańską, ale nie wyprodukowane w Szampanii

• wino musujące - zwykłe wino nasycone sztucznie dwutlenkiem węgla

• wina wzmacniane - poprzez dodatek mocniejszego alkoholu, zazwyczaj w celu wstrzymania procesu fermentacji, np. madera, malaga, marsala, porto, sherry.

2. Analiza zagęszczonych soków owocowych i otrzymywanie nastawów na wina owocowe:

1. Przebieg ćwiczeń:

Grupa podzielona została na 3 podgrupy i każda z nich otrzymała inny sok owocowy do przygotowania nastawu na wino. Były to:

• Dla wina jabłkowego - zaw. alkoholu 12,5% obj., ekstrakt 9,5˚Bx, procentowy udział cukrów w ekstrakcie - 75%

• Dla wina aroniowego - zaw. alkoholu 13,5% obj., ekstrakt 13,0˚Bx, procentowy udział cukrów w ekstrakcie - 50-60%

• Dla wina porzeczkowego - zaw. alkoholu 11,5% obj., ekstrakt 10,0˚Bx, procentowy udział cukrów w ekstrakcie - 50-60%

Dla wszystkich w/w win udział moszczu wynosi 60%, a objętość nastawu to 1 litr.

Pierwszym naszym zadaniem było oznaczenie ekstraktu ogólnego poszczególnych ekstraktów owocowych. W tym celu odważyliśmy w zlewkach po 10g koncentratów (jabłkowego, porzeczkowego, aroniowego), przenieśliśmy ilościowo do kolb miarowych na 100ml i uzupełniliśmy do kreski wodą destylowaną, wymieszaliśmy i za pomocą cukromierza wyznaczyliśmy ekstrakty dla kolejnych roztworów koncentratów.

Następnie, po dokonaniu odpowiednich obliczeń uwzględniających powyższe dane i po dodaniu wyznaczonych ilości cukru i wody (różnych dla różnych win)oraz drożdży w ustalonej ilości 0,4g, zamknęliśmy butle na nastawy korkami z waty i rurkami fermentacyjnymi. Tak przygotowane butle zważyliśmy, określając tym samym masę początkowa nastawów i przez następny tydzień codziennie ważyliśmy próby fermentacyjne.

2. Przykładowe obliczenia dla wina jabłkowego:

• Teoretycznie ze 100g cukru prostego - glukozy otrzymuje się 51,11g g etanolu:

• Gęstość etanolu
  , stąd:

• Wydajność praktyczna fermentacji jest niższa od teoretycznej i wynosi przeciętnie ok. 87%. Dla tak przyjętej wydajności ze 100g cukru prostego otrzymujemy:

• Jeśli na wytworzenie 55,99
  etanolu potrzeba 100g cukru prostego, to na
  potrzeba 1,786 g.

• Na 1 % obj. w
  wina potrzeba 17,86 g cukru prostego, w przeliczeniu na sacharozę daje to:

• Przyjęto dla potrzeb obliczeń praktyczną wydajność fermentacji na poziomie 87%. Przy takim założeniu na wytworzenie 1% obj. etanolu w
  wina potrzeba 17 g sacharozy.

• Ilość ekstraktu w używanym moszczu jabłkowym wynosił
  .

• Ilość cukru wprowadzana wraz z moszczem:

Gdzie pierwsza wielkość to ekstrakt, druga to procentowy udział cukrów w ekstrakcie,a trzecia to stała wynikająca z przeliczenia cukrów prostych na sacharozę.

• Zużycie moszczu na litr nastawu wynosi 60%, co oznacza, że na 1 litr nastawu należy wziąć 600 ml moszczu, więc wraz z moszczem wprowadzamy następującą ilość sacharozy:
  
  

Na wytworzenie 1% obj. etanolu potrzeba 17g sacharozy, więc na wytworzenie 12,5 % obj. potrzeba:

• Brakująca ilość cukru wynosi:

• 1 kg cukru rozpuszczonego w wodzie zwiększa objętość o 0,6 dm³, stąd:

• Ilość dodanej wody:

• Bilans nastawów:

składnik	Nastaw na wino
		jabłkowe	porczeczkowe	aroniowe
Moszcz [cm^3]	600	600	600
Cukier [g,cm^3]	175,105
Drożdże [g]	0,4	0,4	0,4
Woda [cm^3]	295
Objętość całkowita [cm^3]	1000	1000	1000
Masa początkowa [g]	1875	1777	1862

3. Bilans ubytku masy podczas prowadzenia fermentacji:

Termin ważenia	Nastaw na wino
		jabłkowe	porzeczkowe	aroniowe
22.10.2009	1875 g	1777 g	1862 g
23.10.2009	1870 g	1763 g	1856 g
26.10.2009	1842 g	1720 g	1820 g
27.10.2009	1829 g	1705 g	1805v
28.10.2009	1821 g	1696 g	1795 g
29.10.2009	1814 g	1689 g	1785 g
Ubytek masy	61 g	88 g	77 g

• Zakładamy, że 1 g ulotnionego CO₂ odpowiada wyprodukowaniu 0,13% obj. etanolu. Stąd w nastawie na wino jabłkowe powstało:







W nastawie jabłkowym powstało więc teoretycznie 7,93 % obj. etanolu, a w porzeczkowym i aroniowym odpowiednio 11,44% obj. i 10,01$ obj. etanolu.

• Wykresy zależności spadku masy nastawu od czasu fermentacji:










4. Wnioski:

3. Analiza młodego wina:

Po wyjęciu win z cieplarki pobraliśmy po 100ml z każdego wina i przefiltrowaliśmy próby przez ziemię okrzemkową. Pobraliśmy niewielką ilość filtratu i zmiareczkowaliśmy 0,1N NaOH w celu określenia kwasowości. Następnie zobojętniliśmy całość filtratu 1N NaOH, przelaliśmy do kolby i przeprowadziliśmy destylację w celu określenia stężenia procentowego alkoholu w winie. Po uzyskaniu ok. 70ml destylatu zakończyliśmy destylację. Odbieralnik uzupełniliśmy wodą destylowaną do 100ml i zbadaliśmy zawartość etanolu w próbie. Pozostałość po destylacji również uzupełniliśmy wodą destylowaną do 100ml i zbadaliśmy zawartość cukrów, które nie zostały przefermentowane.

Tabela 1. Wyniki analizy młodych win.

	wino
		jabłkowe	porzeczkowe	aroniowe
Zawartość etanolu [% obj.]	7,4
Ekstrakt [°Bx]	12

• Wnioski:

4. Otrzymanie brzeczki laboratoryjnej:

Przygotowanie brzeczki laboratoryjnej zaczęliśmy od zważenia pustego naczynka zacierowego. Odważyliśmy w naczynku 50g zmielonego słodu i dodaliśmy 200ml wody destylowanej. Następnie wstawiliśmy naczynko zacierowe do łaźni wodnej aparatu zacierowego o temperaturze 45⁰C. Utrzymywaliśmy tą temperaturę przez 30 minut, po czym w ciągu 25minut podnieśliśmy ją do 70⁰C. Następnie dodaliśmy 100ml wody destylowanej i utrzymywaliśmy 70⁰C przez 1 godzinę. W tym czasie, co 5minut, pobieraliśmy niewielkie próby w celu określenia czasu scukrzania. Po zakończeniu procesu scukrzania zacier ochłodziliśmy do temperatury pokojowej. Mieszadło spłukaliśmy niewielką ilością wody destylowanej do kubka zacierowego. Po wytarciu zewnętrznej ścianki kubka, zawartość uzupełniliśmy wodą destylowaną do 450g. Całość przefiltrowaliśmy przez watę do suchego naczynia. Przesącz, czyli brzeczkę laboratoryjną zbadaliśmy przy użyciu refraktometru.

Wyniki oznaczenia refraktometrem:

Woda -n_D²⁰=1,3341

Brzeczka n_D²⁰=1,3394

Wnioski i obliczenia jakieś (?)

---