Ugrás a tartalomhoz

Borászati kémia

Kállay Miklós

Mezőgazda Kiadó

Nitrogéntartalmú anyagok

Nitrogéntartalmú anyagok

A nitrogéntartalmú anyagok csoportosítását, összetételét a must tárgyalásánál részletesen ismertettük. A borban kevesebb a nitrogéntartalmú anyag, mint a mustban, mert az erjedés alatt az élesztők felhasználják a nitrogénvegyületek egy részét. A borok összes nitrogéntartalma igen széles határok között változik: 50–1800 mg/l. Ez átszámítva kb. 0,3–11,3 g/l nitrogénvegyületnek felel meg, tehát a bor extraktartalmának 20–30%-át is kiteheti.

A bor nitrogéntartalma függ a fajtától, a művelési módtól és az évjárat időjárási tényezőitől. Egyes évjáratok borai különösen gazdagok nitrogénben. A jó évjáratok borai rendszerint gazdagabbak nitrogénben is; úgy látszik, a jó minőség kialakulására kedvező időjárási feltételek kedveznek a növény nitrogénvegyület-szintézisének is.

A szőlő feldolgozási módja is befolyásolja a bor nitrogéntartalmának kialakulását: törkölyös erjesztés, áztatás, a szilárd részekkel való hosszabb érintkezés növeli a nitrogéntartalmat. A borok nitrogéntartalma az ászkolás alatt lassan csökken a fehérjék kicsapódása, a derítések nitrogéncsökkentő hatása miatt.

A bor nitrogénvegyületeit a következő csoportokba oszthatjuk:

  • ammóniumkation (NH4+),

  • amidok,

  • aminosavak,

  • biogén aminok,

  • polipeptidek,

  • peptonok,

  • fehérjék (proteinek).

Ammóniumkation

NH4+. A szőlőből ered, mennyisége rendszerint nagyon lecsökken az erjedés alatt, mert az élesztők tápanyagként felhasználják. Mennyisége a borokban erősen változó, néhány mg-tól 150 mg-ig literenként. Rendszerint az összes nitrogéntartalom 3–6%-át teszi ki. Vörösborok a megfigyelések szerint több ammónium-nitrogént tartalmaznak.

Amidok

A jellegzetes amidcsoport: R-CO-NH2. Ilyen amidvegyületek a borban az aszparagin és a glutamin. Az amid-nitrogén az összes nitrogéntartalomnak 1–2%-a, néhány mg/l. Borászati jelentősége gyakorlatilag nincs.

Aminosavak

Az aminosavakban levő nitrogén a borok összes nitrogéntartalmának 10–40%-át teszi ki. A fehérborok amino-nitrogénje 10–25%-a, a vörösboroké 20–40%-a az összes nitrogénnek. Három, kis mennyiségben jelenlevő aminosav: a glikokoll, a lizin és a cisztin gyakorlatilag nem változik az erjedés alatt, a többiek mennyisége erősen, sokszor 75–90%-kal is csökken. A prolint anaerob körülmények között az élesztő nem hasznosítja.

A borokban 19 szabad aminosavat mutattak ki: alanin, arginin, aszparaginsav, cisztin, γ-aminovajsav, glutaminsav, glikokoll, hisztidin, izoleucin, leucin, lizin, metionin, ornitin, fenil-alanin, prolin, szerin, treonin, tirozin, valin.

Az aminosavak (különösen az alanin) jelenléte szükséges a baktériumos savcsökkentési folyamatok lejátszódásához.

Vizes oldatban az aminosavak molekuláját a következő általános képlettel ábrázoljuk: R-CH(NH2)-COOH. Az aminosavak és a kondenzációjukból származó polipeptidek, peptonok és fehérjék amfoter sajátosságúak, azaz savas és bázikus tulajdonságokkal is rendelkeznek.

A tömeghatás törvénye értelmében savas oldatban – mint amilyen a bor – a H+-ionok nagy koncentrációja meggátolja az amino-savmolekula H+-ionjainak disszocióját. Viszont az igen kicsi OH--ion-koncentráció lehetővé teszi az aminosav OH--ionjainak disszocióját, felszabadulását.

Következésképpen az aminosavak és fehérjék pozitív elektromos töltéssel rendelkeznek. Megfordítva: magasabb pH-jú közegekben az aminosavak negatív töltésűek és bázisokkal sókat adnak. Az izoelektromos pont az a pH-érték, amelynéla molekula elektromosan semleges, mivel a H+-ionok és OH--ionok egyformán disszociálnak.

Az aminosavak nem számítódnak bele a szabad savtartalomba, bázikus gyökeikkel kissé emelik a közeg pH-értékét, a borokban pufferanyagokként szerepelnek.

Biogén aminok

A biogén amin megnevezés sokrétű, jellegben és kémiai szerkezetükben eltérő, alifás, aromás és heterociklusos tagokat egyaránt tartalmazó vegyületcsoportot takar. Jellemzőjük, hogy kis móltömegű lebomlási termékek, amelyek kisebb-nagyobb mértékben bázikusak, mikroorganizmusok, növényi és állati szervezetek anyagcsere-folyamatai során keletkeznek.

A biogén aminok a fehérjékkel, azok építőköveivel, az aminosavakkal állnak szoros kapcsolatban. Egyes magasabb rendű növényekben mint alkaloid-prekurzorok jelentkeznek egyes biogén aminok. Régebbi irodalmi adatok, de egyes újabbak is, hullaméregként, rothadási termékként említik e vegyületeket. Az elnevezés több szempontból pontatlan, mivel az általában kevésbé mérgező anyagok keletkezésének csak az egyik lehetséges módja a rothadás. A szervezet számára létfontosságú anyagok tartoznak ebbe a vegyületcsoportba, amelyek a szervezet védekező- és alkalmazkodómechanizmusában, a keringési és idegrendszerben (tiamin, adrenalin stb.) játszanak szerepet.

a) Biogén aminok képződése

A biogén aminok vizsgálata a fehérjék lebomlása során lejátszódó folyamatok felderítésével indult, ma azonban már nagyon sok területen folyik a kutatás. A táplálkozásfiziológiát a tiramin, hisztamin, triptamin, szerotonin típusú vazoaktív vegyületeknek a normál és kóros anyagcserében betöltött szerepe foglalkoztatja elsősorban. A különböző típusú elmebajok biokémiai alapjainak vizsgálata a gyógyászatban, az orvosi biokémiában is az aminokra, képződésükre, metabolizmusukra irányította a figyelmet.

A biogén aminok képződésének lehetséges formái:

  • nitrogénmentes anyagcseretermékek (aldehidek, ketosavak, ketonok) aminálása,

  • nitrogéntartalmú anyagok metilezése,

  • nagy molekulatömegű vegyületek nitrogéntartalmú részének hidrolízise,

  • aminosavak enzimes dekarboxilezése.

A fenti képződési lehetőségek közül az aminosavak dekarboxilezése a legelterjedtebb, leglényegesebb.

A 62. ábrán néhány biogén amin képződését mutatjuk be.

62. ábra - Néhány biogén amin képződésének lehetséges útjai

kepek/62-abra.png


Az aminosav-dekarboxileződés révén képződött aminok a következő forrásokból kerülhetnek a magasabb rendű állati és emberi szervezetbe:

normál metabolizmus termékeiként a szövetekben termelődnek a fehérje-anyagcsere során,

a bélflóra dekarboxilázai hatására képződhetnek: a májban, bélben képződő oxidázok révén lebontódhatnak, így fiziológiai aktivitásuk csökken vagy felszívódnak, ekkor megjelenhetnek a vizeletben, illetve mérgezéseket okozhatnak,

gyógyszerrel vagy táplálékkal kerülnek a szervezetbe.

A higiénés feltételek betartásának ellenőrzéséhez egyes technológiai folyamatoknál jó eszköznek látszanak az aminok, mivel képződésük gyakran a mikroorganizmusok szaporodása, illetve a dekarboxilázaktivitás kifejtése számára kedvező, tehát higiénikus szempontból elmarasztalható körülményekre utal.

A biogén aminok tehát az állati és növényi szervezetek, mikroorganizmusok anyagcsere-folyamatai során, az aminosavak dekarboxileződésével, enzimek hatására jönnek létre leggyakrabban.

A biogén aminok tehát kis molekulatömegű alifás, aliciklusos vagy heterociklusos szerves bázisok. Az aminosavakból a baktériumok és állati szövetek specifikus aminosav-dekarboxiláz enzimjeinek hatására aminok keletkeznek.

A legismertebb dekarboxiláz enzimek a hisztidin, a tirozin-, fenilalanin-, ornitin-, glutaminsav-, lizindekarboxilázok.

A reakcióban kofatorként vesz részt a piridoxál-foszfát, amely segítségével egy Schiff-bázis intermedieren keresztül jön létre az aminvegyület. A keletkezés reakciósémáját a 63. ábra szemlélteti.

63. ábra - A hisztamin képződése hisztidinből

kepek/63-abra.png


Az aminképzés savas közegben megy végbe; már enyhén lúgos közegben is oxisavak keletkeznek.

Desztillálhatóságuk alapján a biogén aminok két csoportba oszthatók: vízgőzzel az illékony aminok, a nem illékonyak a desztillációs maradékból extrakcióval nyerhetők ki. Az illékonyak közé tartoznak a primer, szekunder és tercier alifás aminok, valamint az aromások közül a benzil-amin és a fenil-etil-amin. A nem illékony aminok közé sorolható a kadaverin, a putreszcin, a tiramin, a triptamin és a hisztamin.

b) A biogén aminok tulajdonságai

A borban található néhány fontos biogén amin tulajdonságait, biológiai hatásait az alábbiakban ismertetjük.

A leggyakrabban előforduló biogén aminok kémiailag a következők (64. ábra).

64. ábra - A borokban leggyakrabban előforduló biogén aminok

kepek/64-abra.png


A triptaminról szólva megállapítható, hogy főleg származékai révén lehet jelentős élettani szerepe. Származékai közül legjelentősebb a szerotonin, amelyet a vérnyomás szabályozásban közreműködő egyik hormonként először az emberi vérből különítettek el.

A szerotonin az élőlények világában igen elterjedt: előfordul a vérlemezkékben, a nyálmirigyekben, az emésztőcsatorna szöveteiben, halak izomszöveteiben, darazsak, skorpiók, egyes varangyok mérgében, sőt még növényekben (pl. banánban) is kimutatták. Nemcsak az emlősök vérnyomás-szabályozásában van szerepe, más biológiai funkciója is van, valószínű, hogy az agyműködés folyamatába is bekapcsolódik. Napjainkban a depressziós megbetegedések egyik lehetséges gyógyszere (65. ábra).

65. ábra - A szerotonin és képződése

kepek/65-abra.png


A hisztamin a hisztidin nevű aminosavból a hisztidin-dekarboxiláz enzim hatására keletkezik, a szervezet valamennyi szövetében, a testnedvekben megtalálható. A szervezetbe a táplálékkal jut be vagy ott szintetizálódik. A hisztamin a sejtekben kötött állapotban van, különösen sok hisztamint tartalmaznak az ún. hízósejtek. A szervezetet ért behatásokra hisztamin és rajta kívül még más, több tekintetben hasonló hatású mediátor anyagok szabadulnak fel, és jellegzetes, esetleg súlyos tünetekkel kísért reakciót okoznak. A hisztamin felszabadulását kiváltó okok főleg külső eredetűek és igen változatosak: ilyenek a szervezetbe bekerült anyagok, az ún. allergének, amelyek ellenanyag-reagintermelést váltanak ki, s a kettő reakciójakor szabadul fel a hisztamin (allergiás, anafilexiás reakció).

A borok biogénamin-koncentrációja az egyéb fermentált élelmiszerekhez (sajtok stb.) képest elenyészően alacsony. Hogy mégis a kutatások körébe esnek, az magyarázza, hogy lebontódásuk a szervezetben az ún. monoamino-oxidáz enzim hatására történik meg, amely enzimgyógyszerek, illetve alkohol hatására részben vagy teljesen gátlódik, így a borral bevitt csekély amin felhalmozódik és az arra érzékenyeknél allergiás tüneteket okozhat. Magyar borok átlagos biogénamin-koncentrációját a 16. táblázat mutatja.

16. táblázat - Magyar borok biogén amin összetétele (Kállay, 1996)

Bigén amin

Fehérbor

(mg/dm3)

Vörösbor

(mg/dm3)

Kadaverin

NQ - 0,3

NQ - 0,9

Etil-amin

NQ - 0,4

NQ - 0,8

Hisztamin

0,17 - 1,25

0,59 - 2,2

Metil-amin

0,21 - 1,30

0,3 - 0,87

b-fenil-etil-amin

NQ

NQ - 0,78

Putreszcin

0,31 - 1,78

0,45 - 5,49

Szerotonin

NQ - 0,75

NQ - 1,07

Tiramin

0,1 - 1,10

0,3 - 0,95

Triptamin

ND

ND


ahol:

NQ: kimutatási határérték alatt

ND: az adott módszerrel nem detektálható

Összefoglalva, a vegyületcsoporttal kapcsolatban az alábbi megállapításokat tehetjük:

  • A magyar borokban a hisztamin, a triamin, a triptamin, a kadaverin, a fenil-etil-amin, a putreszcin és ritkábban a szerotonin fordul elő.

  • A borvidékek, szőlőfajták, évjáratok között nincs szignifikáns különbség.

  • SÁRDY és KÁLLAY (2004, 2005, 2008) vizsgálatai szerint bioborokban nem mérhetők az előzőektől szignifikánsan eltérő koncentrácók.

  • A seprőn tartás (sur lies, batonnaige) szintén nem változtatja meg lényegesen a biogén aminok koncentrációját illetve összetételét.

  • A vörösborokban általában magasabb a hisztamin, illetve a tiramin koncentrációja, ez azonban egyéb – pl. biológiai almasavbomlás stb. – következménye.

  • A magyar borok hisztaminkoncentrációja 0,170–2,500 mg/dm3 szélső értékek között mozog. Ezek alacsonyabbak a megállapított határértékeknél.

  • A biológiai almasavbomlás (MLF - malolaktikus fermentáció) és az aminképződés összefüggését vizsgálva megállapítható, hogy az MLF mindig együtt jár a biogén aminok (így a hisztamin és a tiramin) koncentrációjának emelkedésével. Ez vörösborokban gyakoribb és nagyobb mértékű, mivel ezekben gyakoribb a biológiai savbomlás lejátszódása is (66. ábra).

66. ábra - Az L-tejsav és a hisztaminkoncentráció-növekedés összefüggése

kepek/66-abra.png


  • A különböző bentonitok és aktívszenek hatását elemezve megállapítható, hogy a bentonitok 80 g/hl-es adagolás mellett átlagosan 60%-os, 120 g/hl-es adagolás mellett pedig átlagosan 80%-os hisztamincsökkenést eredményeznek, míg a tiraminra nézve hatástalanok (67. ábra).

67. ábra - Különböző bentonitok hatása a hisztamin- és a triaminkoncentrációra

kepek/67-abra.png


Az aktívszenek 5–10 g/hl-es dózisban átlagosan 90%-os hisztamin- és tiraminkoncentráció-csökkenést okoznak, az ennél nagyobb adagolás után az említett vegyületek nem mérhetők (68. ábra).

68. ábra - Különböző aktívszenek hatása a hisztamin- és a triaminkoncentrációra

kepek/68-abra.png


Polipeptidek

Kisebb-nagyobb mértékben polimerizált, kondenzált aminosavakból állnak. Jellemző rájuk a peptidkötés: -CO-NH-. Molekulasúlyuk még nem nagy. A viszonylag nagyobb molekulasúlyú polipeptidek foszfor-wolframsavval kicsaphatók.

Peptonok

Nagyobb számú aminosav polimerizációjából származnak, molekulasúlyuk néhány ezer. Foszfor-wolframsavval kicsaphatók. A polipeptidek és peptonok nitrogénjének mennyisége 60–90%-a a bor összes nitrogénjének.

Fehérjék (proteinek)

Igen sok aminosavból polimerizált makromolekulák, molekulasúlyuk nagyrészt 10 000–50 000 közötti. Szerepük igen fontos a borban, mert kolloidális állapotban vannak jelen, és bizonyos hatásokra (hő, tannin stb.) denaturálódnak, koagulálnak,zavarosodást, majd kiválást okoznak. Bár a fehérjenitrogén a bor összes nitrogéntartalmának csak néhány százaléka, említett szerepénél fogva mégis legjelentősebb a bor nitrogénvegyületei között. Ugyanakkor a fehérjenitrogén meghatározásával, a bor fehérjéinek vizsgálatával, tulajdonságainak megállapításaival csak a legutóbbi időkben kezdtek foglalkozni. Magának a tényleges fehérjenitrogén-tartalom megállapításának a kérdése sem teljesen tisztázott. A fehérjenitrogén csak úgy határozható meg, hogy a fehérjéket valamilyen módon kicsapjuk, elkülönítjük a borból, s a csapadékból nitrogén-meghatározást végzünk. A különböző kicsapási módszerek azonban más és más eredményeket adnak. A legelterjedtebben használt Voit-módszernél is csak ún. nyersfehérje-tartalmat határozunk meg, amely nagyobb a tényleges fehérjetartalomnál.

A Voit-módszerrel meghatározott fehérjenitrogén-tartalom magyar borokban 7–120 mg/l, amely a 6,25-os faktorral beszorozva 44–750 mg/l fehérjét jelent. A valóságos fehérjetartalom ennél jóval kisebb lehet.

A mustok és borok fehérjeanyagokat tartalmaznak, az ún. „oldható szőlőfehérjét”, amely a bor természetes ászkolása alatt lassan denaturálódik, kiválik, zavarosodást, majd csapadékot okoz. Ez a fehérje a szőlőbogyóban az érés közepe felé, a bevándorolt aminosavakból és polipeptidekből keletkezik. A must és a bor természetes úton kicsapódó fehérjéi 18 aminosavból állnak, az aminovajsav kivételével ugyanazokból, amelyek a borban szabad aminosav formájában is megtalálhatók. A természetes fehérjezavarosodás alkalmával más anyagok (cserző- és pektinanyagok) is kiválnak, ezért az így keletkezett kiválásnak kb. csak 50%-a fehérje.

A hőnek kitett borokból kiváló fehérjék ugyanabból a 18 aminosavból állnak, mint a természetes fehérjezavarosodás; a hő okozta csapadék kb. 80%-a fehérje.

A Voit-módszerrel kapott csapadékban levő fehérje szintén ugyanabból a 18 aminosavból áll, amellett azonban vízoldható peptideket is tartalmaz, amelyek természetes és hőre való fehérjezavarosodásokban, kiválásokban nincsenek.

Elektroforetikus vizsgálatokkal megállapították, hogy a must és a bor fehérjeanyaga két, hőre kiváló főfrakcióból áll, amelyek az anód felé vándorolnak, pozitív töltésűek. Tehát nem egységes fehérjéről van szó. Az I. frakció hőre érzékenyebb, mint a II. frakció. A két fehérjefrakciót ugyanazok az aminosavak alkotják, de más mennyiségi arányban.

Minden vizsgált fajtában az érés folyamán képződött egy fajtaspecifikus, oldható szőlőfehérje, amelyből csak kevés csapódott ki az erjedés folyamán. Vannak fehérjében gazdag és szegény fajták. A különböző évjáratokban mindig ugyanolyan minőségű fehérje képződik az egyes fajtákban, a mennyiség azonban változik. Normális évjáratokban a bogyóban a fehérjeszíntézis során az oldható szőlőfehérje nagy részéből oldhatatlan fehérje keletkezik, amely már nem kerül a borba. Egyes száraz évjáratokban azonban a színtézis megakad, ilyenkor jóval nagyobb mennyiségű oldható szőlőfehérje marad a mustban és a borban. Az ilyen évjáratú borok kezelése sok nehézséget okoz.

Etil-karbamát

Az nitrogéntartalmú vegyületek közül az utóbbi években gyakran vizsgált vegyület, főleg az exportra szánt borokban, párlatokban.

Az etil-karbamát karcinogén hatású. A borokban nagyon alacsony koncentrációban, néhány μg/l mennyiségben van jelen. A ´80-as évek második felében sok kutató kezdett foglalkozni képződésének lehetőségeivel.

Megállapították, hogy az egyik lehetséges prekurzora a karbamid, amelynek alkoholíziséből képződhet az etil-karbamát. A citrullin és más aminosavak is felelősek a megnövekedett etil-karbamát koncentrációért. Úgy tűnik, hogy az aminosavak valamiféle arányeltolódása, az arginin-, ornitin-, prolinmennyiség növekedése, valamint a mustok ammóniatartalma (NH4+) befolyásolja az etil-karbamát növekedését.

A megoldás:

  • argininmentes nutriensek musthoz adása,

  • a karbamidtartalom csökkentése: a karbamidot eddig egy teljesen ártalmatlan vegyületként kezelték, nitrogén-kiegészítőként még musthoz is adagolták, enzimatikus eltávolítására, egy savas közegben is aktív ureázenzim-készítményt ajánlanak (a módszer sikeres, de az etil-karbamát képződés nem védhető ki teljesen, mert kb. csak 50% képződik karbamidból az eddigi kutatások szerint).

A borok tárolása alatt, különösen, ha az magasabb hőmérsékleten történik, szintén megemelkedik az etil-karbamát mennyisége. A jelenlegi ajánlás: a karbamidtartalmat 2 mg/l alá csökkenteni, akkor várhatóan az etil-karbamát-tartalom nem haladja meg az asztali boroknál célként kitűzött 15 μg/l-t, a desszert borokban pedig a 60 μg/l-t.