Химический состав алкогольных напитков, добавок и загрязняющих веществ

Большинство культур по всему миру традиционно употребляли некоторые алкогольные напитки в течение тысячелетий. Традиционно спиртные напитки разделились на три основных вида по степени крепости: легкие, средней крепости, крепкие. Хотя, в международном торговом классификаторе напитков включено четыре категории: вино из свежего винограда, сидр и другие ферментированные напитки, пиво и дистиллированные алкогольные напитки.

Процентное содержание этанола в алкогольном напитке определяет его крепость.

Содержание этанола в пиве обычно варьируется от 2,3% до более 10% об. и в основном составляет 5-5,5% об. В некоторых странах популярно слабоалкогольное пиво, т.е. ниже 2,3% об. (объемный процент), и занимает значительную долю рынка. В целом, пиво относится к напитку на основе ячменя, но встречаются и другие рецептуры.

Содержание этанола в вине обычно колеблется от 8 до 15% об., но также существуют легкие вина и даже безалкогольные варианты.

Содержание этанола в спиртных напитках составляет примерно 40% об., но может быть значительно выше в некоторых национальных фирменных спиртных напитках. Также в категорию крепких напитков входят аперитивы, которые содержат около 20% об. алкоголя. Алкогольные напитки, ароматизированные алкогольные напитки или готовые к употреблению напитки обычно содержат 4-7% об. алкоголя и часто представляют собой предварительно смешанные напитки, содержащие водку или ром.

Мы знаем, что пьем много, но не понимаем, что именно пьем

Процесс производства пива, вина и водки остался неизменным на протяжении сотен лет. Основными ингредиентами, к примеру, для большинства сортов пива являются солодовый ячмень, вода, хмель и дрожжи. Такое пиво сейчас, увы, редкость, что бы не вещали с экранов ТV производители. Но в данном обзоре даже не станем касаться особой «синтетики», добавленной в спиртосодержащую продукцию. Поговорим о той химии, которая составляет сам продукт (условно – качественный, без примесей).

Химический состав алкогольных напитков, добавок и загрязняющих веществ

Общие аспекты. Этанол (этил. спирт) и Н₂О – основа многих спиртных напитков. Этанол для потребления человеком получают исключительно путем спиртовой ферментации сельскохозяйственных продуктов. Использование синтетического этанола, полученного в результате гидратации этилена, в пищевых целях запрещено в большинстве стран мира. Тем не менее, суррогатный алкоголь, денатурированный алкоголь или незаконно произведенный алкоголь могут использоваться для потребления в определенных регионах (назовем это так), поскольку они могут быть дешевле, чем пищевой алкоголь.

Некоторые физические и химические характеристики безводного этанола:

Формула: C₂H₅OH

Относительная молекулярная масса: 46,07

Синонимы: Абсолютный спирт, безводный спирт, дегидратированный спирт, этанол, этиловый спирт, этилгидрат, гидроксид этила.

Описание: Прозрачная, бесцветная, очень подвижная, легковоспламеняющаяся жидкость, приятный запах, жгучий вкус.

Температура плавления — 114,1 °C.

Температура кипения — 78,5 °C.

Температура самовоспламенения — 363 °C.

Этанол широко используется в лабораториях и в промышленности в качестве растворителя для смол, жиров и масел. Он также используется в производстве денатурированного спирта, в фармацевтике и косметике (лосьоны, парфюмерия), в качестве промежуточного химического вещества и в качестве топлива, либо отдельно, либо в смесях с бензином.

В дополнение к этанолу и воде, вино, пиво и спиртные напитки могут содержать летучие и нелетучие соединения. Хотя термин «летучее соединение» является довольно расплывчатым, большинство соединений, содержащихся в алкогольных напитках, можно сгруппировать в зависимости от того, перегоняются ли они с использованием спирта и пара или нет. Летучие соединения включают:

• алифатические карбонильные соединения;
• спирты;
• монокарбоновые кислоты и их сложные эфиры;
• азот- и серосодержащие соединения;
• углеводороды;
• терпеновые соединения;
• гетероциклические и ароматические соединения.

Нелетучие экстракты алкогольных напитков содержат:

• неферментированные сахара;
• двух- и трехосновные карбоновые кислоты;
• красящие вещества;
• дубильные и полифенольные вещества;
• неорганические соли.

Обширные исследования созревания вина и дистиллятов в дубовых бочках показали, что многие соединения выделяются спиртом из стенок бочек. Установлено и то, что во время созревания неприятные ароматы исчезают.

Процедура дистилляции влияет на содержание и концентрацию летучих ароматических соединений в дистилляте. В частности, при производстве крепких спиртных напитков принято улучшать вкус дистиллята путем удаления низкокипящих и высококипящих соединений в большей или меньшей степени.

Имеется обширная литература по ароматическим компонентам, которые обычно присутствуют в низких концентрациях. Существует список из более чем 1100 ароматических соединений в вине (в других источниках эта цифра – 1300). В связи с достижениями в аналитической химии с улучшенными пределами обнаружения вплоть до пикограмм на литр, составление такого списка теперь не составляет трудностей. В настоящем обзоре не станем касаться и этих химических соединений, их возможного влияния на здоровье, степени изученности (для многих эта степень нулевая и никто с этим не спорит) и т.д.

Мы коснемся лишь обзора основных опасных компонентов отдельных алкогольных напитков. Для получения дополнительной информации рекомендуются публикации [1-6].

Основное внимание в настоящем обзоре уделяется добавкам и загрязнителям алкогольных напитков и особенно потенциально канцерогенным веществам. Для начала, примерный «химический паспорт» нормального (не «паленого») вина. Этот напиток берем для примера (у пива, водки, других спиртосодержащих свои картины).

Соединения в виноградном вине

Помимо алкоголя, вина обычно содержат около 0,8–1,2 г / л ароматических соединений, которые составляют около 1% от содержания в них этанола. Наиболее распространенными ароматическими соединениями являются:

• сивушные спирты;
• летучие кислоты;
• сложные эфиры жирных кислот.

Из них сивушные спирты часто составляют 50% всех летучих веществ в вине. Хотя карбонилы, фенолы, лактоны, терпены, ацетали, углеводороды, соединения серы и азота присутствуют в гораздо меньших концентрациях, они более важны для сортовых и уникальных сенсорных характеристик аромата вина.

Вкусовые и оральные / языковые ощущения вина в первую очередь обусловлены несколькими соединениями, которые встречаются по отдельности при концентрациях выше 0,1 г / л. К ним относятся вода, спирт (этанол), фиксированные кислоты (в первую очередь винная и яблочная или молочная кислоты), сахара (глюкоза и фруктоза) и глицерин. Танины являются важными жирными веществами в красных винах, но они редко встречаются в значительных количествах в белых винах без выдержки в дубовых бочках.

• Спирты. Этанол, бесспорно, является самым важным спиртом в вине. При стандартных условиях ферментации содержание этанола может достигать примерно 14-15% об. Основными факторами, контролирующими производство этанола, являются содержание сахара, температура и штамм дрожжей. Алкогольная крепость вина обычно составляет около 100 г / л (12,6% об.).
• Сахара.
• Полиолы и сахарные спирты (альдит, арабит, эритрит, маннит, миоинозит и сорбит).
• Кислоты.
• Альдегиды и кетоны. Ацетальдегид (этанал) является основным альдегидом, содержащимся в вине, и часто составляет более 90% содержания альдегида. Это один из ранних метаболических побочных продуктов брожения.
• Сложные эфиры. Идентифицировано более 160 специфических сложных эфиров. Наиболее распространенным сложным эфиром в вине является этилацетат.
• Лактоны.
• Терпены. В винограде обнаружено около 40 терпеновых соединений.
• Азотсодержащие соединения. В вине содержится много азотсодержащих соединений. К ним относятся неорганические формы, такие как аммиак и нитраты, и различные органические формы, включая амины, амиды, аминокислоты, пиразины, азотистые основания, пиримидины, белки и нуклеиновые кислоты. Средние концентрации азота в красных винах почти в два раза выше, чем в белых винах. В вине было обнаружено несколько простых летучих аминов, в том числе этиламин, фенилэтиламин, метиламин и изопентиламин. Вино также содержит небольшое количество нелетучих аминов, наиболее хорошо изученным из которых является гистамин. Другие физиологически активные амины включают тирамин и фенилэтиламин. Полиамины, такие как путресцин и кадаверин, могут присутствовать в результате бактериального загрязнения.
• Серосодержащие соединения.
• Фенолы и фенильные производные. Основные типы фенольных соединений, обнаруженных в вине, включают гидроксибензойную и гидроксикоричную кислоты, стильбены, флавоны, флавонолы, флаваноны, флаванолы и антоцианы.
• Неорганические анионы и катионы.

Это краткое описание. Казалось бы, все пьют, все нормально. Подход неверный. Даже если считается напиток (в частности, вино) качественным, от известного, проверенного производителя, все эти соединения (в разных пропорциях и концентрациях) будут перемещены с вином в организм. Вот здесь уже индивидуальная история. Вся перечисленная «химия» не просто «выйдет» из организма после, она сперва оставит свой след в организме. Даже в случае умеренного «возлияния», в ограниченных дозах. Но, как правило, ограниченные дозы – большая редкость. И это еще не касались примесей, добавок, кстати, и добропорядочности, честности производителей. О них поговорим дальше.

Добавки и ароматизаторы

В разных странах существуют свои собственные нормативы, разрешающие отдельные пищевые добавки для спиртных напитков, а также, имеется специальный кодекс, рекомендованный ВОЗ. Это список из 179 добавок, которые разрешены для использования в пищевых продуктах в целом. Эти добавки (включая органические кислоты, альгинаты, соли, газы (например, двуокись углерода, азот) и сахара) могут использоваться в алкогольных напитках, за исключением виноградного вина, которое исключено из общих условий.

Многие страны устанавливают более строгие правила в отношении пищевых добавок. Например, немецкий закон о чистоте пива от 1516 года, который действует и по сей день, гласит, что при производстве пива разрешены только ячменный солод, хмель, дрожжи и вода. (Donhauser S (1988). German beer purity law and its influences on the properties and analysis of beer. In: Linskens, HF, Jackson JF, eds, Beer Analysis, Berlin, SpringerVerlag, pp. 280–296.). Согласно европейскому законодательству, никакие добавки не допускаются в большинстве традиционных спиртных напитков, например, в роме, виски, бренди, фруктовых спиртах и многих других видах.

Напротив, в ликеры регулярно добавляют искусственные красители или алкопопы (искусственные красители, консерванты). Некоторые национальные правила также разрешают использование добавок, отличных от перечисленных в Кодексе алиментариус, например, множество искусственных красителей, подсластителей или других консервантов (например, сорбиновая кислота). Для обеспечения постоянства цвета выдержанных продуктов часто используется карамельный краситель.

Наиболее частыми добавками в алкогольные напитки являются диоксид серы и сульфиты. Сульфитные добавки были связаны с аллергическими астматическими реакциями у некоторых людей (Vally H, Thompson PJ. Allergic and asthmatic reactions to alcoholic drinks. Addict Biol. 2003).

По этой причине многие страны требуют маркировки диоксида серы и сульфитов, используемых в качестве ингредиентов в концентрациях более 10 мг / л (в пересчете на диоксид серы). В сочетании с добавленным сульфитом природный сульфит может выделяться в алкогольных напитках во время ферментации путем метаболизма дрожжей.

Ароматизаторы

Также существуют общие и частные требования к натуральным ароматизаторам. Некоторые ароматизаторы содержат биологически активные вещества, для которых указаны максимальные уровни.

Незаконные добавки, фальсификация и мошенничество

Иногда в алкогольных напитках обнаруживаются запрещенные добавки, которые могут быть очень токсичными и которые не разрешены для использования в коммерческом производстве в большинстве стран. К ним относятся метанол, диэтиленгликоль (используется в качестве подсластителя) и хлоруксусная кислота или ее бромный аналог, азид натрия и салициловая кислота, которые используются в качестве фунгицидов или бактерицидов. Фунгицид метилизотиоцианат незаконно добавляется в вино для предотвращения вторичного брожения.

Свекловичный сахар, тростниковый сахар или концентрированное ректификованное сусло добавляются в виноградное сусло или вино до или во время ферментации, чтобы увеличить естественное содержание этанола и, следовательно, ценность вина. Другим видом экономического мошенничества является смешивание высококачественных вин с винами низкого качества, которые часто происходят из других географических регионов или стран.

Еще одной проблемой премиальных спиртных напитков является экономический стимул смешивать или полностью заменять одну марку другой менее дорогой маркой.

Загрязняющие вещества и токсины

Загрязнителем является любое вещество, которое не добавляется намеренно в пищу, но которое присутствует в такой пище в результате производства, изготовления, обработки, приготовления, обработки, упаковки, упаковки, транспортировки или хранения такой пищи или в результате загрязнения окружающей среды.

Некоторые из этих загрязняющих веществ обладают известными токсическими свойствами и, в некоторых случаях, канцерогенными эффектами. Среди них:

• акриламид;
• афлатоксины;
• мышьяк;
• бензол;
• кадмий;
• дезоксиниваленол;
• этилкарбамат (уретан);
• фуран;
• свинец;
• N-нитрозодиметиламин;
• ниваленол;
• охратоксин А;
• органические соединения;
• патулин и др.

Микотоксины

Отдельно стоит упомянуть о микотоксинах. Они представляют собой вторичные метаболиты грибов, вырабатываемые многими важными фитопатогенными и вредными для пищевых продуктов грибами, включая Aspergillus, PeniciUium, Fusarium и alternaria. Недавно были рассмотрены различные стратегии контроля для предотвращения роста микотоксигенных грибов и ингибирования биосинтеза микотоксинов. Микотоксины выдерживают ферментацию этанолом в разной степени, но не переносятся в дистиллированный этанол. Микотоксины – афлатоксины, охратоксин А, патулин, токсины от фузариоза (зеараленон, фумонизины, трихлотецены, ниваленол, дезоксиниваленол), которые образуются из ячменя или зерновых добавок, в разной степени выживают в процессах пивоварения Поэтому алкогольные напитки, изготовленные без дистилляции (например, вино, сидр, пиво), находятся в центре внимания исследований микотоксинов.

Вышеперечисленные вещества вредны для организма, на самом деле их гораздо больше, чем описано. В незначительных количествах они относительно безопасны. Но кто говорит о незначительности, когда злоупотребление алкоголем становится распространенным явлением? Некоторые вещества способны скапливаться, выдавая накопительный эффект, провоцируя серьезные патологии.

И нужно не забывать, что в настоящем обзоре говорится о спиртных напитках условно-доброкачественных. Можно только представить химический состав всевозможных смесей из технических жидкостей, которые, к сожалению, также встречаются на прилавках даже престижных магазинов.

Важно даже не то, сколько человек пьет, многим важнее что он выпивает? От одной рюмки можно получить катастрофические изменения в организме.

Список литературы:

1. Jackson R.S., editor (2000). The Science of Wine: Principles, Practice, Perception, 2nd ed., San Diego, Academic Press.
2. Ribero-Gaillon P., Glories U, Mojan A, Dubourdieu D, editors (2000). Handbook of Ecology, Volume 2, Wine Chemistry, Stabilization and Processing, Chichester, John Wiley and Sons.
3. Briggs D., Boulton K.A., Brooks P.A., Stevens R., editors (2004). Brewing: Science and Practice, Cambridge, Woodhead.
4. Bamforth K.U., editor (2004). Beer: Health and Nutrition, Oxford, Blackwell Sciences.
5. Kolbe (2002). Spirituosen-Technology, Hamburg, B. Bera Publishing House.
6. Bryce J. H., Stewart G.G. (2004). Distilled spirits: traditions and innovations. International Center for Brewing and Distilling, Heriot-Watt University, Edinburgh, UK, Nottingham University Press.