[2018/Nr 2] Profil i stężenie kwasów organicznych w sokach z winogron w różnych okresach ich dojrzewania

Justyna Dobrowolska-Iwanek, Agnieszka Cetnar, Paweł Paśko, Paweł Zagrodzki

PROFIL I STĘŻENIE KWASÓW ORGANICZNYCH W SOKACH Z WINOGRON

W RÓŻNYCH OKRESACH ICH DOJRZEWANIA*)

Zakład Bromatologii

Uniwersytetu Jagiellońskiego Collegium Medicum Kierownik: dr hab. P. Zagrodzki

W pracy przedstawiono zmianę wartości stężeń wybranych kwasów organicz-nych w sokach z winogron odmian Nachodka oraz Maréchal Foch zebraorganicz-nych w kolejnych etapach ich dojrzewania. Owoce pochodziły z winnicy „Nowizny” zlokalizowanej w Iwkowej (woj. małopolskie). Jakościową i ilościową analizę wykonano z wykorzystaniem izotachoforezy kapilarnej.

Hasła kluczowe: winorośl, winogrona, kwasy organiczne, izotachoforeza. Key words: grapevine, grapes, organic acids, Isotachophoresis.

Zainteresowanie uprawą winorośli i winiarstwem w Polsce z roku na rok rośnie, co przejawia się wzrostem powierzchni upraw tego gatunku roślin oraz zwięk-szeniem produkcji rodzimego wina (1). Obserwowana tendencja jest głównie wy-nikiem stopniowego ocieplenia klimatu, powodzeniem uprawy tzw. „mieszańców złożonych” – odmian winorośli, które w porównaniu do winorośli właściwej są bardziej plenne, wytrzymałe na mróz oraz oporne na patogeny grzybowe. Ponadto, zainteresowaniu sprzyjają zmiany w polskim prawie — obecna ustawa winiarska zezwala na wyrób i sprzedaż wina gronowego z owoców pochodzących z własnej winnicy. Obserwuje się również wzrastającą świadomość konsumentów o zdrowot-nych właściwościach winogron i win (1, 2).

Jednymi ze składników chemicznych winogron, które warunkują ich odbiór or-ganoleptyczny są kwasy organiczne. W winogronach w najwyższych stężeniach występują kwas winowy i kwas jabłkowy, stanowiąc ok. 90% wszystkich kwasów obecnych w tych owocach (3, 4). Do innych kwasów które zostały zidentyfi kowane w tych owocach należą: kwas cytrynowy, kwas mlekowy, kwas glukonowy czy galakturonowy.

W miarę wzrostu owoców winorośli, stężenie kwasów organicznych w jagodzie ulega zmianie. W początkowej fazie rozwoju, twarde i zielone owoce przechodzą * Badania naukowe fi nansowane ze środków budżetowych na naukę w latach 2015–2016 jako projekt badawczy nr K/ZDS/004122.

Państwu Urszuli i Bogdanowi Kamińskim, właścicielom winnicy „Nowizny”, dziękujemy za pomoc w przeprowadzeniu badań.

krótki okres podziałów komórkowych zwiększając równocześnie swoją objętość i magazynując m.in. kwas jabłkowy i winowy. W kolejnej fazie, zostaje zahamo-wany wzrost jagód, jednak synteza kwasów organicznych wciąż trwa do momentu zmiany zabarwienia skórki owocu i wkroczenia winogron w stadium dojrzewa-nia (stężenie kwasów w owocach osiąga maksimum). Od tego momentu, stężedojrzewa-nia kwasów jabłkowego i winowego zmniejszają się, co jest wynikiem zmniejszenia efektywności ich biosyntezy z równoczesnym wzrostem zużycia kwasu jabłkowego w procesie oddychania komórkowego. Ponadto, owoc w wyniku gromadzenia wody zwiększa swoją objętość (4, 5).

Celem pracy było wyznaczenie stężeń wybranych kwasów organicznych w so-kach z winogron, pobranych na kolejnych etapach ich dojrzewania (od zmiany barwy skórki do czasu zbioru).

MATERIAŁ I METODY

Materiał badawczy stanowiły soki sporządzone z winogron białych odmiany Nachodka (Siewiernyj x Odeskij Ustojcziwyj) i czerwonych odmiany Maréchal Foch (V. riparia x V. rupestris x Goldriesling), otrzymanych z Winnicy Nowizny położonej w miejscowości Iwkowa (Małopolska). Winogrona zbierano na kolej-nych etapach ich dojrzewania w odstępach tygodniowych, począwszy od momentu zmiany barwy skórki owocu do dnia ich zbioru (pełna dojrzałość konsumpcyjna) i przechowywano z temp. –20°C do czasu sporządzenia z nich soków i analizy. Bezpośrednio przed pomiarem analitycznym, każda próbka soku z winogron była rozcieńczona 80-krotnie wodą destylowaną. Metodą wykorzystaną do wyznacze-nia profi lu i stężeń kwasów organicznych w próbkach soków była izotachoforeza kapilarna.

Do analizy statystycznej wykorzystano program STATISTICA v.10. Istotność różnic pomiędzy średnimi dokonano za pomocą testu T dla prób zależnych. Różnice pomiędzy średnimi uznawano za istotne statystycznie, gdy otrzymana wartość p (poziom istotności) była < 0,05.

WYNIKI I ICH OMÓWIENIE

W sokach z badanych winogron zidentyfi kowano następujące kwasy: winowy (ryc. 1), cytrynowy i jabłkowy (ryc. 2). Zarówno w przypadku winogron białych, jak i czerwonych kwasem występującym w najwyższym stężeniu na wszystkich etapach dojrzewania owocu, był kwas jabłkowy, a w następnej kolejności kwas winowy. Kwas cytrynowy występował w dużo niższych stężeniach w porównaniu z wyżej wymienionymi kwasami i w przypadku soku z białych winogron możliwa była jedynie jego identyfi kacja.

W przypadku soków z winogron odmiany Nachodka, najwyższe stężenie kwasu winowego, wynoszące 7,6 ± 1,0 mg/mL, odnotowano w soku sporządzonym z wi-nogron będących na etapie zmiany zabarwienia (veraison). Soki z wiwi-nogron zebra-nych w każdym kolejnym tygodniu po tej fazie odznaczały się stężeniem istotnie

niższym (p < 0,001). Najniższą jego wartością (1,9 ± 0,2 mg/mL) odznaczały się soki uzyskane z winogron zebranych po 4 tygodniach od momentu przebarwienia.

Podobnie jak w przypadku soku z winogron odmiany Nachodka, najwyższe stę-żenie kwasu winowego oznaczono w soku z winogron czerwonych (odmiana Ma-réchal-Foch) będących na etapie zmiany barwy skórki i wynosiło: 5,4 ± 0,5 mg/mL. W sokach z owoców pobranych w kolejnych tygodniach stężenie kwasu winowego istotnie malało aż do osiągnięcia wartości 1,7 ± 0,2 mg/mL wyznaczonej dla soku z winogron zebranych tydzień przed osiągnięciem dojrzałości konsumpcyjnej (p < 0,001). Zaobserwowano również istotny spadek stężenia kwasu winowego pomię-dzy sokami z winogron zebranych w 1 tygodniu, a pobranymi w tygodniu 4 i 5 po zmianie barwy skórki owoców (p < 0,01) (ryc. 1).

Ryc. 1. Stężenie kwasu winowego w sokach z winogron odmian Nachodka i Marchél Foch na kolejnych etapach ich dojrzewania (od zmiany barwy skórki do czasu zbioru winogron). Te same litery oznaczają różnice statystycznie istotne pomiędzy średnimi stężeniami (p< 0,01). Stężenie kwasu winowego w so-kach z owoców zebranych w fazie veraison (x, y) było wyższe statystycznie istotnie od średnich stężeń w sokach owoców zebranych w każdym kolejnym tygodniu badania (p < 0,001).

Fig. 1. Concentration of tartaric acid in the juices of Nachodka and Marchél Foch varieties of grapes at successive stages of maturation (from veraison to the time of grape harvest). The same letters indicate signifi cant differences in mean values (p<0.05). Concentration of malic acid in the juices from fruits gathered in the phase of veraison (x, y) was statistically signifi cantly higher than mean concentrations in each of the following week of investigation (p < 0.001).

Również w przypadku stężeń kwasu jabłkowego, soki sporządzone z winogron zarówno odmiany Nachodka jak i Maréchal-Foch, odznaczały się najwyższym stę-żeniem na etapie zmiany barwy skórki (odpowiednio: 12,1 ± 0,7 mg/mL, 15,6 ± 0,8 mg/mL). Soki zarówno z winogron białych jak i czerwonych zebranych w ko-lejnych tygodniach odznaczały się stężeniem istotnie niższym (p < 0,001). W przy-padku soków z winogron odmiany Nachodka stężenie kwasu jabłkowego w 1, 3 i 4 tygodniu po fazie veraison odznaczało się istotnie niższym średnim stężeniem niż wyznaczone dla soku z winogron zebranych w dniu zbioru (p < 0,05).

W sokach przygotowanych z winogron czerwonych zebranych w kolejnych ty-godniach, najniższe stężenie kwasu jabłkowego 6,9 ± 0,3 μg/cm3 _{wyznaczono dla} soku z winogron zebranych w 4 tygodniu po zmianie barwy. Zaobserwowano także istotny spadek stężenia kwasu jabłkowego pomiędzy sokami z winogron zebranych w pierwszym tygodniu oraz w tygodniu trzecim (p < 0,05), czwartym i piątym (p < 0,01) po zmianie przebarwienia oraz w dniu zbioru (p < 0,05) (ryc. 2).

Ryc. 2. Stężenie kwasu jabłkowego w sokach z winogron odmian Nachodka i Marchél Foch na kolejnych etapach ich dojrzewania (od zmiany barwy skórki do czasu zbioru winogron). Te same litery oznaczają różnice statystycznie istotne pomiędzy średnimi stężeniami, (dla a, b, c, d, g p < 0,05, dla e, f p < 0,01). Stężenie kwasu winowego w sokach z owoców zebranych w fazie veraison (x, y) było wyższe statystycznie istotnie od średnich stężeń w sokach owoców zebranych w każdym kolejnym tygodniu badania (p < 0,001). Fig. 2. Concentration of malic acid in the juices of Nachodka and Marchél Foch varieties of grapes at successive stages of maturation (from veraison to the time of grape harvest). The same letters indicate signifi cant differences in mean values (for a, b, c, d, g p < 0,05, for e, f p < 0,01). Concentration of malic acid in the juices from fruits gathered in the phase of veraison (x, y) was statistically signifi cantly higher than mean concentrations in each of the following week of investigation (p < 0.001).

Stężenie kwasu cytrynowego było istotnie wyższe w soku z winogron odmiany Marchél Foch zebranych na etapie dojrzałości konsumpcyjnej (215 ± 54 μg/mL) w porównaniu z oznaczonym w soku z winogron będących w fazie zmiany barwy (99 ± 25 μg/mL). Zaobserwowano również istotną różnice pomiędzy stężeniami (wzrost) tego kwasu w sokach z winogron zebranych w pierwszym tygodniu (93 ± 41 μg/mL) i po dwóch tygodnie po przebarwieniu owocu (286 ± 112 μg/mL).

Według wiedzy autorów nie zostały dotychczas przeprowadzone i opisane do-świadczenia, w których wyznaczono stężenia kwasów organicznych w sokach z winogron tych odmian winorośli, które stanowiły materiał badawczy niniejszej pracy. Z tego względu uzyskane wyniki porównywano z dostępnymi w literaturze wynikami badań, uzyskanymi w toku analiz soków z owoców innych odmian wi-norośli. Stężenia kwasu jabłkowego i winowego w sokach z winogron o dojrzałości konsumpcyjnej miały w niniejszych badaniach istotnie niższe wartości w

porówna-niu z wartościami stężeń tych składników w sokach z owoców będących w fazie zmiany zabarwienia skórki. Obserwacja ta jest zgodna z wynikami badań przepro-wadzonymi przez Muñoz-Robredo i współpr. (6) oraz zespół Wen i współpr. (7) (materiał badawczy stanowiły owoce 17 odmian winorośli uprawianych w Chinach). Taką prawidłowość potwierdzają także wyniki badań przeprowadzonych przez ze-spół Liang i wze-spółpr. (8), gdzie do doświadczeń wykorzystano winogrona 5 odmian winorośli uprawianych w Chinach. Zaobserwowany w toku analiz spadek stęże-nia kwasu jabłkowego i winowego w sokach z winogron na kolejnych etapach ich dojrzewania był najprawdopodobniej spowodowany zmniejszeniem biosyntezy tych kwasów z równoczesnym wzrostem ich zużywania w procesach biochemicznych zachodzących owocach. Dodatkową przyczyną mogło być zwiększenie rozmiaru winogron związane z napływem do ich wnętrza wody. Wyznaczone zakresy stężeń kwasu winowego w sokach z winogron były porównywalne z zakresem stężeń uzy-skanym przez Muñoz-Robredo i współpr. (dla odmian winogron czerwonych Red Globe i Crimson Seedless 1280–7580 μg/cm3_{, i odmiany winogron białych} Thomp-son Seedless 1540–6550 μgcm3_{) (6). Zaskakujące w naszych badaniach okazało się} zaobserwowanie nieco wyższego stężenia kwasu winowego w sokach sporządzonych z winogron pobranych w dniu zbioru w stosunku do stężenia w sokach sporządzo-nych z owoców pozyskasporządzo-nych na tydzień przed zbiorem. Pozwala to przypuszczać, że badane winogrona osiągnęły pełną dojrzałość konsumpcyjną wcześniej niż nastą-piła data ich zaplanowanego zbioru. Potwierdzeniem tej hipotezy mogą być wyniki uzyskane przez Jančařová i współpr. (9). Zespół ten badał zmiany stężeń kwasów organicznych i związków fenolowych w winogronach podczas ich wzrostu i dojrze-wania (4 odmiany winogron białych i 2 odmiany winogron czerwonych winorośli uprawianych w Czechach). W toku analiz Jančařová i współpr. (9) zaobserwowali, że stężenia kwasu winowego w próbkach soków z winogron zebranych w kolejnych fazach dojrzewania malały, do czasu uzyskania przez owoce dojrzałości konsumpcyj-nej. Po tym etapie, miało miejsce nadmierne dojrzewanie winogron, a stężenia kwasu winowego w sokach z przejrzałych owoców nieznacznie wzrastały lub też pozosta-wały na stałym poziomie. W celu stwierdzenia, czy zaobserwowany wzrost stężeń kwasu winowego mógł wynikać z wysuszenia owoców (odparowania wody), prze-analizowano warunki pogodowe w miesiącach przypadających na czas dojrzewania winogron. Dane meteorologiczne obejmujące rozpatrywany okres potwierdziły, że w ostatnim tygodniu dojrzewania owoców wystąpił wzrost temperatur powietrza (nawet do 24,4ºC). Obserwacja ta może stanowić potwierdzenie powyższej hipotezy. Tłumaczyłaby także nieznaczny wzrost stężenia kwasu jabłkowego w soku z wino-gron czerwonych (Maréchal Foch) pod koniec ich dojrzewania. W przypadku soków z winogron białych (Nachodka) zebranych w drugim i trzecim tygodniu po zmia-nie barwy owoców zaobserwowano zmia-nieznaczny wzrost stężenia kwasu jabłkowego (z 5,3 ± 0,5 μg/cm3 _{do 6,1 ± 0,3 μg/cm}3_{). Wzrost ten był najprawdopodobniej} wyni-kiem spadku temperatur powietrza w tym okresie (nawet do wartości ujemnych od-notowanych w godzinach nocnych w czasie przypadającym na ten etap dojrzewania). Niższe temperatury mogą bowiem powodować spowolnienie procesu oddychania komórkowego, w którym zużywany jest między innymi kwas jabłkowy. Wyznaczo-ne wartości stężeń kwasu jabłkowego w sokach z winogron mieściły się w zakre-sie uzyskanym w toku analiz przez Muñoz-Robredo i współpr. (dla soków z

wino-gron białych 1160–29920 μg/cm3 _{i dla soków z winogron czerwonych 390–29400} μg/cm3_{) (6), natomiast znacznie wykraczały poza zakres stężeń podany przez} Soyera i współpr. (10) (1360–3470 μg/cm3_{), którzy badali profi l kwasów} organicz-nych zawartych w sokach z białych winogron 11 odmian winorośli uprawiaorganicz-nych w Turcji. Porównując uzyskane wyniki z danymi literaturowymi należy zwrócić uwa-gę na fakt, że winogrona przebadane w ramach niniejszej pracy pochodziły z innych odmian winorośli niż winogrona poddane badaniom opisanym w dostępnych źró-dłach literaturowych. Różniły je także warunki wegetacji zależne od miejsca uprawy (południowa Polska, Chiny, Czechy, Chile, Turcja). Te różnice mogły być przyczyną rozbieżności w uzyskanych wynikach.

WNIOSKI

Izotachoforeza kapilarna może być stosowana do monitorowania stężeń kwasów organicznych w sokach z winogron pobieranych w różnych okresach ich dojrze-wania. Wyznaczenie poziomów stężeń kwasów organicznych w winogronach może być użyteczne do określenia stopnia dojrzałości owoców i może okazać się pomoc-ne w oszacowaniu optymalpomoc-nej daty ich zbioru.

J. D o b r o w o l s k a-I w a n e k, A. C e t n a r , P. P a ś k o, P. Z a g r o d z k i

PROFILE AND CONCENTRATION OF ORGANIC ACIDS IN JUICES MADE FROM GRAPES COLLECTED DURING SUBSEQUENT STAGES OF THEIR RIPENING

S u m m a r y

Introduction. The organic acids are chemical compounds which are an essential component of the

content of the grapes and wines produced from them. They affect, among others, their taste, aroma, and physicochemical and microbial stability. The chemical composition of the grapes changes during their maturation.

Aim. The aim of the study was to determine the concentration of organic acids in the juice of two

varieties of grapes harvested from vines in south-eastern part of the Poland at successive stages of maturation (from veraison to the time of grape harvest).

Material and methods. The investigated juices were made from grapes of two varieties Nachodka

and Maréchal Foch, collected during subsequent stages of their ripening. The fruits originated from vineyard ‘Nowizny’, localised in Małopolskie voivodship. Qualitative and quantitative analyses were performed using capillary isotachophoresis.

Results. We found the highest concentration of malic acid followed by tartaric acid, while other

acids appeared in less amounts. The peak concentration of both acids were revealed in samples col-lected during veraison, and the signifi cant lowest concentrations in samples four weeks later (p<0,05).

Conclusions. Capillary isotachophoresis can be used to monitor organic acids concentrations in

juices made from grapes, originating from different stages of ripening and is useful in evaluating the optimal term of their harvesting.

PIŚMIENNICTWO

1. Kapłan M.: Zakładanie i prowadzenie winnicy w chłodnym klimacie. Konferencja naukowa: Powrót do tradycji winiarskich Ziemi Sandomierskiej, Towarzystwo Naukowe Sandomierskie, 2014; 113-128. – 2. Myśliwiec R.: Uprawa winorośli, Powszechne Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa

2013. – 3. Gerós H., Chaves M., Delrot S.: The Biochemistry of the Grape Berry. Bentham Science, 2012. – 4. Volschenkla H., van Vuuren H.J.J. and Viljoen-Bloom M.: Malic Acid in Wine: Origin, Function and Metabolism during Vinifi cation, 2011; S. Afr. J. Enol. Vitic., 27: 2: 123-136. – 5. Ribéreau-Gayon P., Glories Y., Maujean A. Dubourdieu D.: Handbook of Enology Volume 2: The Chemistry of Wine and Stabilization and Treatments, John Wiley & Sons, Ltd 2006. – 6. Muñoz-Robredo P., Robledo P., Manriquez D., Molina R., Defi lippi B.G.: Characterization of sugars and organic acids in commercial varieties of table grapes, 2011; Chil. J. Agric. Res., 71: 3: 452-458. – 7. Wen YQ., Cui J., Zhang Y., Duan CQ., Pan QH.: Comparison of organic acid levels and L-IdnDHexpression in Chinese-type and European-type grapes, 2014, Euphytica, 196: 63-76. – 8. Liang Z., Sang M., Fan P., Wu B., Wang L., Duan W., Li S.: Changes of Polyphenols, Sugars, and Organic Acid in 5 Vitis Genotypes during Berry Ripening, 2011; J Food Sci., 76: 9: 1231-1238. – 9. Jančářová I., Jančář L., Náplavová A., Kubáň V., Changes of organic acids and phenolic compounds contents in grapevine berries during their ripening, 2013. Cent. Eur. J. Chem., 11: 10: 1575-1582. – 10. Soyer Y., Koca N., Karadeniz F.: Organic acid profi le of Turkish white grapes and grape juice. 2003; J. Food Compos. Anal., 16: 629-636.