Analyse van wijn op school Teach article

Vertaald door Piet Das. Europese landen produceren meer dan de helft van de wijn in de wereld – en drinken er ook veel van op! Dit practicum voor scholen onthullen de wetenschap achter de perfecte wijn.

De leeftijd waarop het legaal is om alcohol te drinken varieert van land tot land, maar de meeste leraren zullen beamen dat wijn drinken in scheikunde lessen ongepast (en mogelijk gevaarlijk) is. Het maken en analyseren van wijn op school is echter leuk en leerzaam. Deze activiteiten, ontwikkeld in het science center Experimenta^w1, nodigen leerlingen van 15-18 jaar uit om gedurende één dag wijnboer te worden, waarbij ze met behulp van analytische technieken de veranderingen onderzoeken die plaatsvinden tijdens het wijnbereidingsproces.

Wijn wordt geproduceerd door het vergisten van druivensap (dat bijzonder grote hoeveelheden suiker bevat) met behulp van gespecialiseerde gistcellen . De suiker wordt omgezet in ethanol en koolstofdioxide onder anaerobe omstandigheden :

C₆H₁₂O₆ + 2 ADP + 2 Pi = 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ + 2 ATP

De drie belangrijkste factoren die de kwaliteit van het eindproduct bepalen zijn: zoetheid, alcohol- en zuurgehalte. Met behulp van standaard methoden van een commercieel wijnlaboratorium , wordt bij deze drie activiteiten voor het schoolpracticum onderzocht hoe de kwaliteit van het uitgangsmateriaal, druivensap en most ( gistende druivensap), het eindproduct beïnvloeden. Elk practicum duurt ongeveer 20-30 minuten.

1. Bij practicum 1 kunnen studenten het suikergehalte van druivensap bepalen met refractometrie. Practicum 1a (zie hieronder) biedt een alternatief op basis van dichtheidsmeting.
2. De exacte bepaling van het alcoholgehalte in commerciële wijnen wordt gedaan door eerst de ethanol te destilleren en vervolgens de viscositeit te meten van het destillaat met behulp van geavanceerde apparatuur . Bij practicum 2 kunnen de studenten gebruik maken van de apparatuur die wordt gebruikt door hobbywijnmakers – een vinometer – om het alcoholgehalte van de druivenmost en wijn te meten.

3. Een evenwichtige wijn heeft een bepaalde hoeveelheid zuur fruit nodig; het totale zuurgehalte is een belangrijke maat, omdat het direct de smaak beïnvloedt. Bij practicum 3 wordt het zuurgehalte bepaald door titratie van de pH.

Er kunnen nog vier andere practica worden gedownload^w2:

• Practicum 1a : als alternatief voor practicum 1, bepalen studenten het suikergehalte van druivensap met dichtheidsmeting in plaats van refractometrie.

• Een handige manier om de voortgang van de reactie te volgen is het meten van de hoeveelheid kooldioxide, een van de producten van de fermentatie. Bij practicum 4 , kwantificeren de studenten het CO₂-gehalte tijdens de reactie, door het gas letterlijk uit de oplossing te schudden.
• In practicum 5 gebruiken leerlingen lichtdoorlatendheid om het verschil te onderzoeken dat door zuivering (door toevoeging van stoffen die de wijn klaren door neerslag) ontstaat in de troebelheid van het eindproduct.
• In practicum 6 onderzoeken studenten fermenterende gist onder de microscoop.

Om te voorzien in voldoende most voor deze experimenten moet u ten minste een dag van tevoren een eenvoudige druivensapgisting opzetten, waarbij u rood druivensap (bijvoorbeeld uit de supermarkt) gebruikt. U zult ook wat simpele laboratoriumbenodigdheden nodig hebben, plus een vinometer voor het meten van het alcoholgehalte, een pyknometer (ook bekend als dichtheidsmeter) en een refractometer . U kunt een beschrijvingn downloaden hoe de gisting^w2 opgezet moet worden.

Het suikergehalte bepalen

De zoetheid van de wijn wordt bepaald door de hoeveelheid suiker die overblijft na vergisting samen met de totale zuurgraad van de wijn. Een droge wijn heeft tot 9 g/l suiker en een zuurgraad die ten minste 2 g/l lager dan het suikergehalte. Een halfdroge wijn heeft een suikergehalte van 9-18 g/l en een zuurgraad die niet meer dan 10 g/l lager mag zijn dan het suikergehalte. Een zoete wijn bevat 18 tot 45 g/l suiker. Om de juiste balans tussen suiker, alcohol en zuur in de uiteindelijke wijn te krijgen is het belangrijk om de aanvankelijke suikerconcentratie te bepalen en, indien nodig, beperkte hoeveelheden suiker toe te voegen voordat de vergisting begint.

De verhoogde dichtheid van de most (ten opzichte van het water ) wordt vooral veroorzaakt door de vergistbare suikers . Dichtheidsmetingen of refractometrie kunnen worden gebruikt om het suikergehalte, dat in Duitsland wordt uitgedrukt als het mostgewicht en gemeten in Öchsle ( ° Oe ) te meten. In het Engels taalgebied wordt het suikergehalte uitgedrukt in Brix ( ° Bx ) , dat de concentratie van opgeloste suiker in gewichtsprocenten (massa %) weergeeft.

Het mostgewicht wordt berekend door:

mostgewicht = (dichtheid – 1) x 1000

Waarbij het mostgewicht wordt gemeten in °Oe en de dichtheid in g/l.

Ruw geschat komt 1 ° Oe overeen met 2,37 g / l suiker ( dat wil zeggen ongeveer 0,237 ° Bx ). Derhalve kan de suikerconcentratie worden geschat op:

suikerconcentratie = mostgewicht x 2.37

Waarbij de suikerconcentratie wordt gemeten in g/l.

De vergisting van vergistbare suiker in een oplossing van 100 ° Oe ( suikerconcentratie 237 g / l of 23,7 ° Bx ) geeft ongeveer 100 g/l ethanol (of 10 massa % alcohol) . Omdat ethanol een dichtheid heeft van 0,79 g/ml , komt dit overeen met 12,67 vol% ethanol . Dus:

alcoholconcentratie (in volume %) = alcohol concentratie (in g/l) x 0,1267

Practicum 1 : bepalen van het suikergehalte met behulp van een refractometer

De hoeveelheid suiker in het druivensap zal bepalend zijn voor zowel het alcoholgehalte als de zoetheid van de uiteindelijke wijn. In dit practicum ga je gebruik maken van de brekingsindex om het suikergehalte te schatten.

Breking van het licht (refractie) is de verandering in de richting van het licht die optreedt als het van het ene medium naar het andere gaat (bijvoorbeeld van lucht naar water). Het licht verstrooiende gedrag van een oplossing verandert als de concentratie van opgeloste stoffen (in de oplossing) toeneemt. Een refractometer gebruikt dit principe om de concentratie van opgeloste deeltjes in een oplossing te bepalen. In wijn zijn dit voornamelijk de saccharose deeltjes

De meeste handrefractometers geven de concentratie van de opgeloste stof óf in Brix (° Bx ), waarbij een schaal is vastgelegd aan de hand van het saccharosegehalte óf in Oechsle (° Oe ) . Een oplossing van 20 massa % saccharose in water is 20 ° Bx. Öchsle kan ongeveer worden omgezet in Brix door vermenigvuldiging met 0,237.

Materialen

• Refractometer
• 20 massa % saccharoseoplossing
• Grape juice
• Papieren servetten
• Pipet

Werkwijze

1. Pipetteer 2 druppels saccharoseoplossing op het glazen oppervlak van de refractometer en sluit het deksel.
2. Lees af door het oculair en voer de gegevens in tabel 1 in.

3. Gebruik een papieren servetje gedrenkt in gedestilleerd water om het glazen oppervlak schoon te maken en maak het vervolgens droog.
4. Herhaal de meting met druivensap
5. Bereken de ontbrekende getallen in tabel 1 met de vergelijkingen hierboven

Tabel 1: De berekening van het suikergehalte van de steekproeven

	20 massa % saccharose	Druivensap
Gewicht van de most (°Oe)
Suikerconcentrati (°Bx)
Mogelijke alcoholopbrengst (vol%)

Vragen

1. Hoe nauwkeurig was jouw resultaat voor de saccharoseplossing vergeleken met de verwachte waarde?
2. Hoe reproduceerbaar waren je metingen? Vergelijk ze met die van de andere groepen.
3. Als je practicum 1a ook hebt gedaan, hoe vergelijkbaar waren je resultaten voor beide methoden (dichtheid vergeleken met refractometrie)?
4. Een normale wijn bevat ongeveer 12 vol % alcohol. Schat hoeveel suiker bij het druivensap moet worden gedaan om 12 vol % alcohol te krijgen.

Practicum 2: de hoeveelheid alcohol bepalen

De hoeveelheid alcohol verkregen door gisting is afhankelijk van het suikergehalte van het druivensap en de alcoholtolerantie van de gist stam : de meeste giststammen tolereren tot 16% alcohol. De hoeveelheid alcohol kan vrij nauwkeurig worden gemeten met behulp van een vinometer, een eenvoudig apparaat ontwikkeld voor hobbywijnmakers. Het is gebaseerd op het principe dat de oppervlaktespanning afneemt naarmate het alcoholgehalte toeneemt.

In dit practicum meet je het alcoholgehalte van je most.

Materialen

• Koffiefilter
• Trechter
• Bekerglazen
• Most
• Wijn
• Vinometer
• Pipet
• Papieren servetjes
• Gedestilleerd water

Werkwijze

1. Filtreer 20 mL most door een koffiefilter om de achtergebleven gistcellen er uit te halen
2. Doe een kleine hoeveelheid filtraat in de trechter van de vinometer (figuur 2B) en wacht tot het capillair vol is. Bewaar het overgebleven filtraat voor practicum 3.
3. Keer de vinometer voorzichtig om op een laag servetjes en bekijk dan het niveau van de vloeistof, terwijl het langzaam daalt (figuur 2C) . Doe een meting zodra het constant blijft en voer dat in in tabel 2.
4. Maak de vinometer schoon met gedestilleerd water en herhaal de meting met de wijn.

Tabel 2: Het alcoholgehalte, bepaald met een vinometer

	Alcoholgehalte (vol%)
Most (gefilterd)
Wijn

NB: Het alcoholgehalte van de most is waarschijnlijk veel lager dan van de wijn. Dit kan veroorzaakt zijn doordat het gistingsproces nog niet klaar is. Het kan ook betekenen dat de resterende suiker de oppervlaktespanning heeft doen toenemen en het aflezen beïnvloedt.

Vragen

1. In practicum 1 heb je de suikerconcentratie van het druivensap bepaald. Verwachtte je een hoger alcoholgehalte in de wijn op basis van de beschikbare hoeveelheid suiker in het druivensap?
2. Zou je een hoger alcoholgehalte verwachten als de gisting langer was doorgegaan?

Totale zuurgehalte

Vruchtensappen kunnen meerdere verschillende zuren bevatten, zoals wijnsteenzuur, appelzuur , citroenzuur en oxaalzuur en in verschillende verhoudingen, afhankelijk van het soort fruit. Het overheersende zuur in wijn is wijnsteenzuur, die een pH tussen 3 en 4 heeft . Vanwege het complexe mengsel van verschillende zuren en basen , eiwitten en zouten , kan het totale zuurgehalte niet worden afgeleid uit de pH-waarde alleen. In plaats daarvan wordt het bepaald door titratie tot de oplossing neutraal is en uitgedrukt als totale equivalente hoeveelheid wijnsteenzuur in g/l . De meest voorkomende hoeveelheid zuur is 4-8,5 g/l , maar kan oplopen tot 15 g/l . Het moet altijd worden bekeken in combinatie met de hoeveelheid resterende suiker ( zie ‘ bepalen van het suikergehalte “).

Wijnsteenzuur ( molecuulgewicht 150 g ) is een diprotisch zuur (dat twee waterstofatomen per molecuul bevat die in water uiteen vallen tot protonen ) die volledig geneutraliseerd kan worden met natriumhydroxide. Omdat 1 mol NaOH 0,5 mol wijnsteenzuur (75 g/l) neutraliseert, neutraliseert 1 mL 0,1 M NaOH dus 7,5 mg wijnsteenzuur.

HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH + 2NaOH → Na⁺-OOC-CH(OH)-CH(OH)-COO^– Na⁺ + 2H₂O

Studenten practicum 3: Bepaling van de zuurgraad door titratie

Alle wijnen bevatten een bepaalde hoeveelheid zuur. De wijnmaker is geinteresseerd in de totale zuurgraad die voornamelijk bepaald wordt door wiijnsteenzuur. De totale zuurgraad wordt bepaald door titratie met verdund natriumhydroxide.

Materialen

• pH meter
• Magneetroerder
• Bekerglas
• Twee maaticlinders (10 mL, 100 mL)
• Buret
• NaOH oplossing (0,1 M)
• Gedestilleerd water
• 10 mL most (gefiltreerd, van practicum 2)
• 10 mL wijn

Werkwijze

Voor elk monster (wijn of azijn):

1. Vul de buret met de NaOH oplossing. Vul het beginvolume in tabel 3 in.
2. Meet 10 mL van je monster af en giet het in het 250 mL bekerglas. Doe er 100 mL gedestilleerd water bij.
3. Zet de magneetroerder aan en doe de pH electrode erin, zodanig dat de punt in het monster zit en niet de zijkant van het bekerglas of de magneetvlo raakt.
4. Voeg druppelsgewijs NaOH oplossing toe totdat de pH neutraal is. Lees de buret af en zet het in tabel 3.
   • Zag je een kleurverandering?
   • Als dat zo was, bij welke pH-waarde?
   • Wat zou de reden voor de kleurverandering kunnen zijn?
5. Bereken de hoeveelheid gebruikt NaOH en de zuurconcentratie.

Bijvoorbeeld: we gebruikten 14 mL 0,1 M NaOH om 10 mL oplossing te neutraliseren. De concentratie is daarom (14 x 7.5 mg/ml x 100) = 10,5 g/l zuur.

Tabel 3: Bepaling van de totale zuurgraad

	Most	Wijn
Begin pH
Begin volume NaOH (mL)
Eind volume NaOH (mL)
Gebruikte NaOH (mL)
Concentratie zuur (g/l)

 

Veiligheid

Draag een veiligheidsbril en handschoenen. Lees ook de algemene veiligheidsvoorschriften.

Vragen

In de practica 1-3 heb je de drie belangrijkste factoren die de kwaliteit van het uiteindelijke produkt bepalen, geanalyseerd: zoetheid en het alcoholgehalte en de hoeveelheid zuur.

1. Ligt de totale zuurgraad binnen de grenzen die voor de productie van wijn gesteld zijn?
2. Bevatte het druivensap waarmee je begon voldoende suiker om het verwachtte alcoholgehalte te laten ontstaan?
3. Hoe lang zou je verwachten dat de gisting duurde voordat het proces is voltooid ?

Met dank aan

De auteur zou graag het wijnlaboratorium van Pfäffle GmbH in Heilbronn, Duitsland, willen bedanken voor de ondersteuning tijdens het ontwikkelen van de practica. Hij zou ook graag in het bijzonder Christine Dietrich en Karsten Wiese van de lerarenopleiding in Heilbronn willen bedanken voor hun samenwerking.