L’analisi del vino a scuola Teach article

Tradotto da Marianna Pizzetti. I paesi europei sono i maggiori produttori di realizzandone più della metà a livello mondiale – e gli europei sono anche tra i maggiori consumatori! Queste semplici attività pratiche scolastiche rivelano i segreti della scienza per un vino perfetto.

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L’età a cui è legale bere bevande alcoliche è diversa da nazione a nazione, la maggior parte degli insegnanti sarà sicuramente d’accordo nell’affermare che bere vino nel corso delle lezioni di chimica è inopportuno (ed anche potenzialmente pericoloso!). Nonostante questo, la produzione del vino e la sua analisi a scuola può rivelarsi molto interessante e divertente.

Le attività sviluppate al centro scientifico Experimentaw1 coinvolgono studenti di età compresa tra i 15 e i 18 anni nell’utilizzo di tecniche analitiche per esplorare i processi che avvengongono durante la vinificazione.

La produzione del vino avviene per fermentazione del succo di uva (che contiene una alta percentuale di zucchero) utilizzando delle cellule di lievito specifiche. Lo zucchero viene trasformato in etanolo e anidride carbonica in condizioni anaerobiche:

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

 

Experimenta

Experimentaw1 ad Heilbronn è il principale centro scientifico di apprendimento interattivo nel sud della Germania. Oltre alle mostre interattive e al giardino scientifico, Experimenta offre più di trenta programmi basati su attività di laboratorio per scolaresche o alunni individuali, dall’asilo fino all’istruzione secondaria. Questi programmi riguardano le nuove tecnologie e tutte le scienze della vita oltre ad un supporto nell’insegnamento di queste discipline.


 

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La qualità finale del vino è legata principalmente a tre fattori: la dolcezza, il contenuto di alcol e il tasso di acidità. Le tre attività proposte per gli studenti, basate su metodi standard utilizzati da laboratori di analisi di vini commercializzati, esplorano la correlazione tra la qualità dell’uva spremuta, il mosto (il succo dell’uva fermentato) e il prodotto finale. Ogni attività richiede un tempo di circa 20-30 minuti.

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  1. Nella attività numero 1 gli studenti determineranno il contenuto di zuccheri del succo dell’uva utilizzando la rifrattometria. L’attività 1a (vedi sotto) offre invece un’alternativa basata sulla misurazione della densità.
  2. La determinazione esatta dell’alcol presente nel vino immesso in commercio avviene per distillazione dell’etanolo, misurando poi la viscosità del distillato utilizzando un apparecchio molto complesso. Nell’attività 2, utilizzando un vinometro – attrezzatura utilizzata da chi produce il vino solo per hobby – gli studenti potranno determinare il contenuto di alcol del mosto e del vino.
  3. Un buon vino richiede la presenza di un determinato contenuto di acidi di frutta; il contenuto totale di acidi è un parametro che riveste notevole importanza, influenzando direttamente il gusto del vino. Nell’attività 3 il contenuto di acidi viene determinato per titolazione.
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Possono essere inoltre scaricate altre quattro attivitàw2:

  • Attività 1a: in alternativa al metodo proposto nell’attività 1, gli studenti possono determinare il contenuto zuccherino del succo d’uva utilizzando la misura di densità invece della rifrattometria.
  • Un metodo molto valido per seguire il progresso della reazione di fermentazione è la misurazione della quantità di uno dei prodotti della fermentazione,l’anidride carbonica. Nella attività 4, gli studenti quantificheranno il livello di CO2 durante il corso della reazione letteralmente togliendo il gas dalla soluzione agitandola.
  • Nell’attività 5 gli studenti useranno la trasmittanza della luce per apprezzare la differenza nella limpidezza del prodotto finito in caso di aggiunta di sostanze che chiarificano il vino per precipitazione.
  • Nell’attività 6 gli studenti potranno esaminare al microscopio il mosto in fase di fermentazione.

Per avere a disposizione il mosto necessario per svolgere gli esperimenti sarà necessario iniziare una semplice fermentazione del succo di uva almeno con un giorno di anticipo, utilizzando succo ottenuto da uva rossa (e.g. del supermercato). Sarà inoltre necessario della semplice attrezzatura da laboratorio, un vinometro per la misurazione del contenuto di etanolo (noto anche come una bottiglia da gravità specifica) e un rifrattometro. Una descrizione di come condurre la fermentazione è disponibile per essere scaricataw2.

Determinazione del contenuto di zucchero

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La dolcezza del vino è data dalla quantità residua di zucchero che rimane dopo il processo di fermentazione insieme all’acidità totale. Un vino secco contiene fino a 9 g/l di zucchero ed un livello di acidità inferiore di almeno 2 g/l rispetto al contenuto zuccherino. Un vino mediamente secco ha un contenuto di zucchero tra 9 e 18 g/l ed un’acidità non più bassa di 10 g/l rispetto al contenuto di zucchero. Un vino dolce ha un contenuto zuccherino compreso tra 18 e 45 g/l. Perché il bilanciamento della dolcezza, dell’acidità e del contenuto alcolico nel prodotto finito sia corretto, è molto importante la determinazione della concentrazione di zucchero iniziale; se necessario prima della fermentazione possono essere aggiunte delle limitate quantità di zucchero.

Il mosto (se confrontato con l’acqua) presenta una densità più elevata, dovuta allo zucchero in fermentazione. Sia la misurazione della densità che la rifrattometria possono essere utilizzate per misurare il contenuto di zucchero, parametro che in Germania viene espresso come peso del mosto e misurato in Oechsle (°Oe). Nei paesi anglofoni, il contenuto di zucchero è invece espresso in Brix (°B), unità che esprime la concentrazione dello zucchero dissolto, in peso per cento (wt%).

Il peso del mosto è calcolato attraverso la formula:

peso del mosto= (densità – 1) x1000

Dove il peso del mosto è espresso in °Oe e la densità in g/l.

In linea di massima 1 °Oe corrisponde a 2.37 g/l di zucchero (i.e. circa 0.237 °Bx). Quindi la concentrazione di zucchero può essere espressa come:

concentrazione di zucchero = peso del mosto x 2.37

Dove la concentrazione dello zucchero è misurata in g/l.

In una soluzione di 100 °Oe (concentarzione di zucchero di 237 g/l o 23.7 °Bx) la fermentazione di tutto lo zucchero presente porta all’ottenimento di circa 100 g/l di etanolo (o al 10%wt di alcol). Poichè l’etanolo ha una densità di 0.79 g/ml questo porta a 12.67 vol% di etanolo. Quindi:

Concentrazione di alcol (in volume%) = concentrazione di alcol (in g/l) x 0.1267

Attività numero 1: determinazione del contenuto di zucchero utilizzando il rifrattometro

La quantità di zucchero contenuta nel succo di uva va a determinare sia il contenuto di alcol sia la dolcezza finale del vino prodotto. In questa attività l’indice di rifrazione verrà utilizzato come parametro per la misurazione del contenuto di zucchero.

Il fenomeno della rifrazione è basato sul cambiamento che la direzione della luce subisce passando da un mezzo ad un altro (ad es. dall’aria all’acqua). La capacità di riflettere la luce di una soluzione cambia all’aumentare della concentrazione dei soluti (sostanze disciolte). Questo principio è alla base del funzionamento del rifrattometro per la determinazione della concentrazione delle particelle sciolte in una soluzione. Nel vino i soluti sono rappresentati principalmente dal saccarosio.

La maggior parte dei rifrattometri manuali fornisce una misura della concentrazione delle sostanze disciolte sia in Brix (°Bx), scala basata sul contenuto di saccarosio, che in Oechsle (°Oe). Una soluzione al 20% wt di saccarosio in acqua è 20 °Bx. La conversione in Oechsle può essere effettuata semplicemente moltiplicando per 0.237.

Figura 1: Rifrattometro e
scala. Cliccare sull’
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Materiali

  • Rifrattometro
  • Soluzione di saccarosio al 20 %wt
  • Succo di uva
  • Carta per asciugare
  • Pipette

Procedura

  1. Con la pipetta mettere 2 gocce della soluzione di saccarosio sulla superficie di vetro del rifrattometro e chiudere il coperchio.
  2. Leggere il valore attraverso l’oculare e scrivere il dato nella tabella 1.
  1. Utilizzando un pezzo di carta bagnato con acqua distillata, pulire la superficie di vetro e asciugarla.
  2. Ripetere la misurazione con il succo di uva.
  3. Calcolare i valori mancanti nella tabella 1 utilizzando le equazioni riportate sopra.
Tabella 1: Calcolo del contenuto di zucchero dei campioni
  20 wt% di saccarosio Succo d’uva
Peso del mosto (°Oe)    
Concentrazione di zucchero (°Bx)    
Resa possibile dell’alcol (vol%)    

Domande

  1. Quanto è accurato il risultato ottenuto per la soluzione di saccarosio rispetto al valore atteso?
  2. Quanto sono riproducibili le misurazioni effettuate? Confrontatele con quelle fatte dagli altri gruppi.
  3. Se avete già svolto anche l’attività 1a, è possibile comparare i risultati ottenuti con i due metodi (densità e rifrattometria)?
  4. Un vino contiene tipicamente 12 vol% di alcol. Stimare quanto zucchero è necessario aggiungere al succo d’uva per ottenere 12 vol% di alcol.

Attività numero 2: determinazione del contenuto di alcol

La quantità di alcol ottenuta per fermentazione dipende dal contenuto zuccherino del succo dell’uva e dalla tolleranza dell’alcol del tipo di lievito: la maggior parte dei ceppi di lievito tollerano fino al 16% di alcol. La quantità di alcol può essere misurata in modo abbastanza accurato utilizzando un vinometro, uno strumento semplice sviluppato per chi produce il vino solo per hobby. Questo apparecchio è basato sul principio che la tensione superficiale diminuisce all’aumentare del contenuto alcolico.

In questa attività misurerete il contenuto alcolico del mosto.

Figura 2: Come utilizzare il
vinometro

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Materiali

  • Filtro da caffè
  • Imbuto
  • Tazzone
  • Mosto
  • Vino
  • Vinometro
  • Pipetta
  • Carta
  • Acqua distillata

Procedura

  1. Filtrare 20 ml di mosto utilizzando il filtro da caffè per eliminare ogni cellula di lievito.
  2. Mettere una piccola quantità del filtrato nell’imbuto del vinometro (figura 2B) e aspettare fino a che il capillare si sia riempito. Il restante filtrato verrà utilizzato nell’attività 3.
  3. Capovolgere attentamente il vinometro su un foglio di carta e osservare il livello del liquido mentre gocciola lentamente (figura 2C). Una volta che ha raggiunto un valore costante, registrare tale valore nella tabella 2.
  4. Risciacquare il vinometro con acqua distillata e ripetere la misurazione utilizzando il vino.
Tabella 2: Contenuto di alcol determinato con il vinometro
  Contenuto di alcol (vol%)
Mosto (filtrato)  
vino  

Nota: Il contenuto alcolico del mosto è probabilmente molto inferiore a quello del vino. Questo può essere dovuto al fatto che il processo di fermentazione non è terminato. Può anche essere indice del fatto che lo zucchero rimanente ha portato ad un aumento nella tensione superficiale e questo influenza la lettura.

Domande

  1. Nell’attività 1 avete determinato il contenuto di zucchero nel succo di uva. Sulla base dello zucchero a disposizione nel succo di uva, vi aspettate un contenuto alcolico superiore nel vino?
  2. Se la fermentazione continuasse per un tempo più lungo vi aspettereste un aumento nel contenuto alcolico?


 

Quanto è acido il vino?
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Contenuto totale di acidi

Diversi tipi di acidi possono essere contenuti nei succhi della frutta, inclusi l’acido tartarico, malico, citrico ed ossalico, in rapporti diversi a seconda del tipo di frutto. Nel vino l’acido tartarico, che ha un pH compreso tra 3 e 4, è quello predominante. La semplice misura del pH del vino comunque non è una misura attendibile da cui stimare il contenuto totale di acido a causa della presenza di una complessa miscela di acidi e basi, sali e proteine. La titolazione dell’acido tartarico è invece un metodo che permette di determinare il contenuto totale espresso come quantità totale di acido tartarico in g/l. Il contenuto di acido nel vino è tipicamente 4-8.5 g/l ma può raggiungere anche valori di 15 g/l. Deve comunque sempre essere considerato in correlazione alla quantità di zucchero residuo (vedi ‘Determinazione del contenuto di zucchero’).

L’acido tartarico (peso molecolare 150 g/mol) è un acido diprotico (contiene cioè due atomi di idrogeno che in acqua possono dissociare come protoni) che può essere neutralizzato completamente con idrossido di sodio. Poichè 1 mol di NaOH neutralizza 0.5 mol di acido tartarico (75 g/l), 1 ml di NaOH 0.1 M neutralizza 7.5 mg di acido tartarico.

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

 

Attività numero 3: determinazione dell’acidità per titolazione

Tutti i vini contengono una certa quantità di specie acide. I produttori di vino sono soprattutto interessati alla determinazione della quantità totale di acido, dovuta principalmente all’acido tartarico. L’acidità totale viene determinata per titolazione con una soluzione di idrossido di sodio.

Figura 3: Come condurre
la titolazione. Cliccare sull’
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Materiali

  • pHametro
  • Agitatore magnetico
  • Beaker (250 ml)
  • Due cilindri graduati (10 ml, 100 ml)
  • Burette
  • Soluzione di NaOH (0.1 M)
  • Acqua distillata
  • 10 ml di mosto (filtrato come nell’attività 2)
  • 10 ml di vino

Procedura

Per ciascun campione (mosto o vino):

  1. Riempire la buretta con la soluzione di NaOH. Registrare il volume iniziale nella tabella 3.
  2. Misurare 10 ml del campione e trasferirlo nel beacker da 250 ml. Aggiungere 100 ml di acqua distillata.
  3. SSotto agitazione magnetica inserire l’elettrodo del pHametro in modo che sia immerso nel campione ma evitare che tocchi le pareti del beacker o l’ancoretta magnetica.
  4. Aggiungere a goccia a goccia la soluzione di NaOH fino a raggiungere il pH neutro. Registrare il valore letto sulla buretta nella tabella 3.
    • Avete osservato cambiamenti nel colore?
    • Se si, a quale valore di pH?
    • Quale potrebbe essere la ragione per il cambiamento di colorazione?
  5. Calcolare la quantità di NaOH utilizzata e la concentrazione dell’acido.

Esempio: Abbiamo usato 14 ml di NaOH 0.1 M per neutralizzare 10 ml della soluzione. La concentrazione dell’acido quindi è (14 x 7.5 mg/ml x 100) = 10.5 g/l.

Tabella 3: Determinazione dell’acidità totale
  Mosto vino
pH iniziale    
Volume iniziale NaOH (ml)    
Volume finale NaOH (ml)    
Volume utilizzato di NaOH (ml)    
Concentrazione di acido (g/l)    

 

Nota di sicurezza

Indossare occhiali di sicurezza e guanti. Consultare anche le norme di sicurezza generali.

Barrels of wine being stored
in a cellar to mature

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Domande

Nelle attività 1-3 avete analizzato i tre fattori principali che determinano la qualità del vino prodotto: la dolcezza, il contenuto di alcol e di acido. E’ arrivato il momento di dare una valutazione del vostro vino.

  1. L’acidità totale del vino è all’interno dei limiti stabiliti per la produzione?
  2. Il contenuto iniziale di zucchero nel succo dell’uva spremuta è sufficiente per produrre la quantità di alcol attesa?
  3. Secondo voi quanto tempo richiede il processo di fermentazione per essere completato?


 

Ringraziamenti

L’autore desidera ringraziare il laboratorio vinicolo di Pfäffle GmbH ad Heilbronn, in Germania per il supporto durante l’ideazione delle attività proposte. Un ringraziamento per la loro collaborazione in particolare a Christine Dietrich e Karsten Wiese del centro di educazione degli insegnanti di Heilbronn.

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Web References

Resources

  • Una guida base per gli esperimenti più comuni riguardo l’analisi del vino:
    • Schmitt A (1975) Aktuelle Weinanalytik, Ein Leitfaden für die Praxis. Germany: Heller Chemie. ISBN: 978-3-9800498-3-2

  • Per un quadro complessivo degli argomenti rilevanti nell’ambito della produzione di vino come hobby visitare il sito web Fruchtweinkeller (in tedesco) e il sito web Fruchtwein (in tedesco).

Author(s)

Thomas Wend ha conseguito il PhD in biologia strutturale nel 1998 presso il Laboratorio Europeo di Biologia Molecolare (EMBL) di Heidelberg, Germania. L’ambito di ricerca del post-doc negli Usa e poi di nuovo in Germania è stato principalmente focalizzato su metodi di biochimica proteica e biologia molecolare. Dopo essere entrato in contatto con numerosi studenti come supervisore, Thomas ha deciso di concentrare il suo lavoro sull’educazione scientifica dei più giovani per invogliarli ad intraprendere una carriera scientifica. Dal 2009 è il direttore dell’educazione dei laboratori di insegnamento presso Experimenta.




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