Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Stopové prvky ve vínech

K čemu je dobré znát jejich obsah?
 |  6. 5. 2010
 |  Vesmír 89, 308, 2010/5

Když během druhé světové války hledali pracovníci americké zpravodajské služby místo, kde se v Německu vyrábí jaderná zbraň, rozhodli se k tomu využít německá vína. Výzkum – na svou dobu jistě neobvyklý – potvrdil, že „obsah radionuklidů“ ve víně souvisí s horninami, na nichž vzniká viničná půda. Výrobu jaderných zbraní se nalézt nepodařilo, začala tím však éra zkoumání stopových látek ve vínech. Ta je z řady důvodů aktuální i dnes. Jenom je složitější vzhledem k analyzovaným látkám i k procesům, které je ovlivňují, a zároveň jednodušší díky možnostem analytických metod, kterými lze rychle, přesně a citlivě stanovit desítky komponent.

Víno a půda

Réva je hluboce kořenící rostlina. Pro vodu i nezbytné ionty si „sahá“ do velkých hloubek v podložní hornině. Složení půdy záleží na složení podložní horniny, zejména na tom, jaké obsahuje minerály, kolik tyto minerály obsahují prvků, jak zvětrávají a jak se produkty zvětrávání přemísťují. Příjem látek z půdy je poměrně složitý, neradi bychom jej omezili pouze na koncentrační závislost. Byli jsme si vědomi jedinečnosti rostlin, složitosti jejich enzymatických procesů, specifických vlastností prvků, jejich forem výskytu, toxických či esenciálních vlastností a jejich interakcí, a proto jsme věděli, že nebude snadné zjistit, zda složení vína a složení půdy na vinici souvisí. Zvolili jsme vcelku jednoduchý experiment. Analyzovali jsme vybraný soubor českých vín (z vinic v Karlštejně, Praze, Roudnici, Mostě a Žernosekách) a složení příslušných půd. Vinice se lišily nejen podložím, ale také prostředím. Porovnání obsahů hlavních a stopových prvků vín a půd prokázalo, že z celého komplexu látek analyzovaných ve víně pouze hořčík pozitivně koreluje s obsahem hořčíku v půdě. Ostatní analyzované látky (bylo jich asi 30) významnější závislost neprokázaly. Jestliže však provedeme shlukovou analýzu získaných chemických dat jednotlivých vín, zjistíme, že každé vinařství vytváří na prvkovém složení svých produktů specifický otisk, který je může snadno odlišit od produktů ostatních. Jestliže máme dostatečný soubor chemických dat, poznáme, zda víno neznámého nebo sporného původu patří k té či oné skupině. Pro vinaře, celníky i milovníky vín jistě užitečný fakt. Pro přírodovědce podnět k dalšímu bádání. Obsah anorganických látek spolu při porovnání vín a půd příliš nesouvisí (viz rámeček „Anorganické složení českých vín“).

Víno a stav prostředí

O tom, že se životní prostředí, potažmo jeho změněné složení, projeví na složení rostlin a biomasy, není pochyb. Je však v případě révy a jejích produktů důležitější složení pevné země, nebo znečištěné prostředí? O větším významu znečištění atmosféry na složení vína jsme se přesvědčili dalším jednoduchým experimentem s použitím izotopového složení olova. Pro tento účel jsme se omezili na tři vinařské oblasti: Prahu s hustou dopravou (nezapomeňme na donedávna používaná alkyl-olověná aditiva), průmyslovou oblast Mostu a relativně čistší okolí Roudnice nad Labem. Půdy jednotlivých lokalit se liší obsahem a izotopovým složení olova (obr. 1). Izotopové otisky olova jednotlivých vín (obr. 2) však nesledují izotopové složení olova svých půd, ale mají složení odpovídající průměrnému průmyslovému prachu. To znamená, že roudnická vína neobsahují litogenní olovo a pražská vína nemají „automobilové“ olovo, ale přesto vykazují izotopové složení olova „průmyslových“ oblastí (viz rámeček „Izotopové složení olova“). Je nutné ještě dodat, že celkové obsahy olova ve vínech jsou velmi nízké. Hraje v tom roli schopnost olova dobře se vázat na organické i anorganické látky přítomné ve vinném moštu.

Víno a jeho technologie

Většina autorů, kteří studovali složení vín s ohledem na místo původu, se shoduje, že víno je během vinařské praxe ovlivněno zejména použitím bentonitů (viz rámeček „Bentonit“). Ty se aplikují do moštů a vín v malých množstvích, aby sorbovaly bílkoviny, které negativně ovlivňují chuťové vlastnosti vín. Protože bentonity by silně snížily množství barviv v červených vínech, je jejich aplikace omezena pouze na vína bílá. Bentonity tyto senzoricky nevhodné látky hravě odstraní, současně je třeba počítat s dalšími procesy, které nastávají působením vína a jeho organických kyselin na jednotlivé minerály bentonitu. Asi nejvýznamnější je rozpouštění silikátů a uvolňování hliníku, křemíku a řady dalších prvků do vína. Vliv odlišného složení viničních půd na zastoupení anorganických komponent ve vínech pro přímé určování jejich provenience pouze na základě obsahu jednoho prvku je aplikací bentonitů zcela vyloučen.

Víno však ovlivňují nejen bentonity, ale také například filtrační materiály tvořené rozsivkovými zeminami. Nepřímý vliv na složení vína mají používané pesticidy (zejména na bázi mědi), kovové stroje či nádoby na lisování a uskladnění, ba dokonce i cínové či hliníkové kryty korkových zátek. Víno a mošt reagují s řadou materiálů, protože jsou mírně kyselé a obsahují 3–10 g/l organických kyselin, zejména kyseliny vinné. Jejich interakce s pevnými látkami je vyvolaná nejen nadbytkem protonů, ale i častými komplexačními reakcemi s přítomnými organickými kyselinami. Vhodně vybraná citlivá analytická technika kombinovaná se statistickou analýzou rozkryje množství detailů a zároveň vyvolá řadu námětů pro další výzkum.

Vliv krajiny i jejích obyvatel

Když kolegům vysvětlujete, že objektem vašeho geochemického bádání je víno, nezbavíte je představ o desítkách litrů odebraných a zkoumaných vzorků. Opak je pravdou, většinu experimentu jsme provedli opakovaně, ale na několika mililitrových vzorcích. Zdánlivě jednoduchá otázka položená na začátku všech experimentů, zda z chemického složení vína lze poznat jeho původ, byla zodpovězena. Je však nutné dodat, že původem vína není pouze „půda, krajina a klima“ (tzv. terroir) malebně situovaných vinohradů, ale i to, co ve vinohradu, ve sklepě a v celé krajině dělají lidé.

Děkujeme za financování z grantu GA ČR 205/04/0616 a výzkumného záměru MSM 0021620855 a také za to, že nám vinaři studovaných oblastí (ing. Kadlec, ing. Kupsa, p. Kušina, p. Podrábský, p. Tureček a ing. Váňa) umožnili vzorkovat vína, mošty, biomasu i půdy.

Literatura

Kment P., Mihaljevič M., Ettler V., Šebek O., Strnad L., Rohlová L.: Differentiation of Czech wines, Using multielemental composition – comparison with vineyard soil, Food Chemistry 91, 157–165, 2005; Mihaljevič M., Ettler V., Hradil D., Šebek O., Strnad L.: Dissolution of bentonite and release of rare earth elements at different solid/liquid ratios in simulated wine purification process, Applied Clay Science 31, 36–46, 2006; Mihaljevič M., Ettler V., Šebek O., Strnad L., Chrastný V.: Lead isotopic signatures of wine and vineyard soils – tracers of lead origin, Journal of Geochemical Exploration 88, 130–133, 2006; Komárek M., Ettler V., Chrastný V., Mihaljevič M.: Lead isotopes in environmental sciences: A review, Environment International 34, 562–577, 2008.

ANORGANICKÉ SLOŽENÍ ČESKÝCH VÍN

Jistě je možné hledat analogii i u produktů z Moravy, autoři se však zaměřili na vybraná česká vinařství a jejich vína. V hlavních anorganických komponentách se obsahy snižují v řadě K > Ca > Mg > P, Na > Fe > Mn, zatímco obsahy stopových prvků klesají Rb, Al > Cu, Sr > Zn >Ba > Pb > Cr > Li > Ni > V > As > Cs > Sb, Co > Cd, U, Be, Ag, Tl. Živiny v půdách (stanovené v Mehlichově výluhu) mají obě skupiny prvků seřazeny následovně: obsahy hlavních prvků klesají Ca > K > Mg > Al > Fe > Mn > Na > P a stopové prvky následovně Sr > Ba > Cu > Zn > Pb > Ni > Co, Rb > Be , Li > Cd > Cs.

Ve vínech tedy převažuje jako hlavní kationt draslík a ve stopových komponentách jeho substituent rubidium. V sorpčním komplexu studovaných viničních půd převládá vápník a jeho stopovými substituenty jsou stroncium a barium.

Vraťme se však k vínům. Překvapivé, ale logické je prvenství rubidia. Tento prvek nemá vlastní minerály, ale zastupuje se s biogenním draslíkem. Jeho vliv na organismy je znám pouze částečně a je řazen mezi látky podpůrné. Vzhledem k jeho celkově nízkým obsahům v našem okolí si s ním nemusíme lámat hlavu. Problematický ve víně je však hliník. V případě bílých vín s větším obsahem kyselin je nutno s jeho přítomností počítat, i když nepřekračuje normu pro obsah v potravinách.

IZOTOPOVÉ SLOŽENÍ OLOVA

Pomocí izotopového složení olova se zkoumá řada geochemických procesů. Izotopový poměr 206Pb/207Pb lze velmi dobře použít pro odlišení původu olova přirozeného, tj. pocházejícího z minerálů běžných hornin (206Pb/207Pb ~ 1,2), používaného jako antidetonační prostředek do benzinů (206Pb/207Pb ~ 1,01– 1,13), pocházejícího z rudních ložisek Čech (206Pb/207Pb ~ 1,16), popřípadě z uhlí a prachu průmyslových oblastí (206Pb/207Pb ~ 1,16–1,18). Izotopy olova 206Pb, 207Pb a 208Pb vznikají z 238U, 235U a z 232Th radioaktivním rozpadem. Zastoupení jednotlivých izotopů záleží na primárním složení hornin v zemské kůře a plášti (zejména na jeho poměru uranu a thoria) a na čase, kdy se od tohoto rezervoáru oddělí olovo v podobě rudního ložiska nebo horninotvorného minerálu obsahujícího jako příměs olovo. „Olova různého původu“ v přírodě proto mají různé izotopové složení v závislosti na tom, kde je jejich zdroj. Pochopitelně tyto zdroje jednotlivých otisků (např. rudy a uhlí) se při emisích do prostředí běžně kombinují a můžeme matematicky určit jejich příspěvky.

Jednotlivé otisky můžeme zkoumat nejen na současných vzorcích, ale i ve vhodných geochemických archivech, tj. objektech známého stáří ovlivněných tehdejším prostředím. V případě vín je ideální studovat archivní vína, ale existují i prozaičtější geochemické archivy: například neporušený sled sedimentů, vrstev rašelin, vzorky dřevních jader, herbářové sběry a další.

BENTONIT

Bentonit je reziduální hornina, která má v praxi řadu aplikací. Ty jsou podmíněny dostatečnou přítomností montmorillonitu, důležitého anorganického sorbentu. Bentonity vznikají přeměnou primárních silikátů zejména vyvřelých hornin. Ostatní minerály ve směsi bentonitu (často živce, formy oxidu křemičitého, karbonáty) nehrají již tak významnou roli a představují příměsi z původní horniny. Význam bentonitů (a zejména obsaženého montmorillonitu) spočívá ve velkém měrném povrchu a stálém záporném náboji povrchu. Tyto vlastnosti podmiňují schopnost tohoto materiálu vázat organické látky, pořípadě kladně nabité ionty z roztoku. Zatímco některé látky se z vinného moštu na bentonity sorbují, jiné se mohou z bentonitu desorbovat (např. stopové prvky, prvky vzácných zemin). Bentonity se však v prostředí vína a vinných moštů (a pochopitelně jejich kyselin) také částečně rozpouštějí. Rychlost rozpouštění je malá, ale vzhledem k velkému reakčnímu povrchu, které musí každý sorbent (tedy i bentonity) mít, je dostatečná na to, aby došlo k obohacení vína o hliník i křemík. Zmínku o zvýšených koncentracích hliníku v bílých vínech jako důsledek aplikace bentonitů je důležité vzhledem k chorobám vyvolaným hliníkem doplnit o další informaci. Minimální vliv rozpuštěného hliníku na organismy pozorovali někteří autoři ve vodách obsahujících zvýšené koncentrace křemíku. Otázka, proč je hliník ve vodách s křemíkem málo toxický pro organismy, vysvětluje nedávno popsaný mechanismus tvorby koloidních hydroxyaluminosilikátů. Ty vznikají ve vodním prostředí po rozpouštění běžných horninotvorných minerálů, jestliže roztoky vykazují převahu křemíku nad hliníkem. Tuto stechiometrii naštěstí řada běžných zvětrávaných alumosilikátů včetně rozpouštěných bentonitů splňuje. Poučení je tedy dvojí: hliník ve vínech spolu s křemíkem nepředstavuje takovou hrozbu jako samotný hliník a minerální vody obsahující křemík mohou díky vzniku nerozpustných hydroxyaluminosilikátů zbavovat lidské tělo nebezpečného hliníku.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Chemie

O autorech

Martin Mihaljevič

Ondřej Šebek

Vojtěch Ettler

Ladislav Strnad

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné