Riassunto / Abstract

Queste due semplici esperienze possono rappresentare un valido punto di partenza per introdurre due grandi classi di reazioni chimiche: reazioni acido-base (determinazione dell'acidità totale) e reazioni di ossidoriduzione (determinazione degli zuccheri riducenti). Nel caso di un apprendimento "per scoperta" le competenze di base possono essere anche minime, il docente guida gli studenti verso la costruzione degli esperimenti e, ponendo domande su ciò che vedono, costruisce la teoria.

Scheda sintetica delle attività

Prima esperienza: determinazione dell'acidità totale (titolazione acido-base)

Si titolano tutti gli acidi presenti nel vino con una soluzione 0,1 M di $NaOH$. Nel caso di un vino bianco si utilizza come indicatore il blu di bromotimolo (viraggio dal giallo al blu), per un vino rosso, invece, non è necessario aggiungere alcun indicatore, in quanto le antocianine presenti nel vino fungono da indicatore interno (viraggio dal rosso al grigio scuro).

Seconda esperienza: determinazione degli zuccheri riducenti (titolazione redox)

Dopo aver eliminato le sostanze interferenti dal vino (mediante l'aggiunta di uno spiombante) si procede alla titolazione titolando una soluzione acquosa contenente i reattivi Fehling A e B portata all'ebollizione con il vino stesso. Indicatore: blu di metilene (viraggio dal blu al rosso-mattone, in entrambi i casi: vino bianco o vino rosso). Con semplici calcoli successivamente indicati si ottiene la concentrazione di zuccheri in grammi per litro di vino.

Risorse necessarie

Prima esperienza

2 vini bianchi (uno da tavole, uno di qualità);
2 vini rossi (uno da tavola, uno di qualità);
2 burette da 50 mL;
1 pipetta graduata da 10 mL;
1 beuta da 100 mL;
1 becker da 10 ml;
1 pinza a ragno;
1 sostegno;
1 pipetta Pasteur;
1 imbutino;
1 soluzione di $NaOH$ 0,1 M;
blu di bromotimolo (soluzione idroalcolica 0,4%);
1 cartina universale.

Seconda esperienza

2 vini bianchi (uno da tavola, uno di qualità);
2 vini rossi (uno da tavola, uno di qualità);
2 burette da 50 mL;
1 pipetta graduata da 10 mL;
1 beuta da 100 mL;
1 becker da 10 mL;
1 matraccio tarato da 100 mL;
1 pinza a ragno;
1 sostegno;
1 imbutino;
1 bacchetta di vetro;
1 piastra riscaldante
1 soluzione $NaOH$ 1 M;
1 soluzione di acetato di piombo (300 g in 1 L di acqua distillata calda);
1 soluzione di spiombante (soluzione satura di solfato di sodio + 10% di fosfato bisodico);
1 soluzione di Fehling A (69,278 g di solfato rameico pentaidrato per litro d'acqua);
1 soluzione di Fehling B (346 g di tartrato sodico potassico + 100 g di $NaOH$ per litro d'acqua);
1 cartina universale.

Prerequisiti necessari

Conoscere il concetto di reazione chimica;
saper utilizzare la vetreria di base di laboratorio

Obiettivi di apprendimento

Competenze operative

Saper eseguire correttamente una titolazione;
essere in grado di saper apprezzare anche punti di viraggio meno evidenti.

Competenze metodologiche

Essere in grado di formulare ipotesi;
essere in grado di analizzare i dati.

Competenze conoscitive

Saper riconoscere i parametri che indicano la completezza di una reazione;
comprendere il concetto di sostanza interferente nell'ambito di un'analisi.

Competenze interpretative

Essere in grado di utilizzare la teoria acido-base nella determinazione dell'acidità totale di un vino;
essere in grado di utilizzare il concetto di reazione di ossidoriduzione nella determinazione della quantità di zuccheri presenti in un vino.

Dotazioni di sicurezza

Nessuna

Svolgimento

Aspetti didattici

Si possono seguire due percorsi: nel primo l'insegnante guida gli studenti attraverso la costruzione degli esperimenti, ponendo domande sul perché di ciò che viene osservato (IBSE, Inquiry Based Science Education). Ad esempio, in pratica, si pone una domanda: "Il vino e' una miscela, o se si preferisce un miscuglio, acida?". Molto probabilmente gli studenti risponderanno in modo negativo associando l'idea di vino acido a quello di vino cattivo. A questo punto l'insegnante può guidare i ragazzi verso il concetto che l'acidità di un vino non è necessariamente un dato negativo (per questo aspetto si rimanda alla sezione "Note e storia") e può mostrare ai ragazzi come attraverso l'utilizzo di una cartina universale si possa verificare l'acidità dei vini. Non è necessario che sappiano il concetto di pH, a questo punto, tale concetto infatti può costituire il punto di arrivo di tutto il percorso. La domanda a questo punto potrebbe essere :"Può essere logica conseguenza affermare che ci saranno nel vino una più sostanze che sono responsabili di tale acidità?". Ci si attende una risposta affermativa. L'insegnante può a questo punto chiedere :"Esiste un modo attraverso il quale possiamo determinare la quantità di tali sostanze presenti nel vino?", la risposta desiderata sarebbe : "Facendole reagire con un'altra sostanza". "E come posso accorgermi che tale reazione avvenga in maniera completa?", e così via. Il secondo percorso e' invece quello più tradizionale: l'insegnante in prima battuta introduce la teoria acido-base e successivamente in laboratorio ne da' una verifica sperimentale attraverso la titolazione. Idem per quanto riguarda le reazioni redox e la determinazione degli zuccheri riducenti.

Aspetti motivazionali

La determinazione di parametri "nascosti" del vino, nel senso che non sono riportati nell'etichetta, in genere costituisce una buona molla per catalizzare l'attenzione degli studenti, che si sentono un po' come investigatori alla ricerca di eventuali sofisticazioni.

Aspetti pratici

La determinazione dell' acidità totale di un vino (vedi sezione "Note e storia"), consente di semplificare notevolmente l'attività di laboratorio evitando la distillazione che permette altresì di scomporre il valore dell' acidità totale in acidità volatile ed acidità fissa.

La determinazione degli zuccheri riducenti è più delicata in quanto la titolazione deve essere effettuata a caldo e quindi richiede una manualità tale da consentire tempi brevi di analisi.

Di seguito vengono riportate le procedure delle due esperienze. Si suggerisce di effettuare le esperienze in piccoli gruppi, a seconda della disponibilità di materiali nel laboratorio.

Esperienza 1: determinazione dell'acidità totale mediante titolazione acido-base

Campione di vino bianco.

Si saggi l'acidità del vino con la cartina universale. Si avvina (in tal caso in senso letterale) la prima buretta con il vino bianco. Si carica la buretta con l'imbutino, si pone sotto al rubinetto il becker, si eliminano le eventuali bolle d'aria e si azzera aiutandosi con la linea di Schellbach, ponendosi alla stessa altezza onde evitare l'errore di parallasse. Si prelevano esattamente 10 mL di vino bianco dalla buretta nella beuta. Si aggiungono con la pipetta Pasteur 3-4 gocce di blu di bromotimolo: il vino assume una netta colorazione gialla. Si avvina la seconda buretta con la soluzione di $NaOH$ 0,1 M. Si carica la buretta come visto precedentemente e si azzera. Si inizia la titolazione, il punto di viraggio e' individuato quando la soluzione passa dal giallo al verde (superato tale punto la soluzione si colora nettamente di blu). Si annota il volume della soluzione di $NaOH$ 0,1 M aggiunta.

Con semplici calcoli, moltiplicando il valore degli mL di $NaOH$ aggiunti per 3/4, si ottiene l'acidità totale del vino espressa come grammi di acido tartarico per litro di vino. Nelle analisi quantitative effettuate in campo enologico infatti si assimilano tutti gli acidi presenti nel vino ad acido tartarico. Praticamente l'acidità totale di un vino esprime la massa, in grammi, di tutti gli acidi contenuti in un vino "come se fossero" acido tartarico, per litro. Effettuando la determinazione prima con un vino da tavola e successivamente con un vino di qualità di dovrebbero ottenere valori maggiori nel secondo caso.

Per avere l'acidità totale espressa in grammi di acido tartarico per litro di vino basta moltiplicare tale valore per 3/4, infatti:

$l'acido\ tartarico\ ha\ formula:\ C_4H_6O_6\ (massa\ molare\ =\ 150 g/ mol);$

$la\ reazione\ e':\\ C_4H_6O_6\ +\ 2 NaOH \longrightarrow C_4H_4O_6^{2-}\ +\ 2Na^+\ +\ 2H_2O;$

$moli\ di\ NaOH = [NaOH] · V_{NaOH} = (0,1 M · mL\ di\ NaOH\ aggiunti)/1000;$

$moli\ di\ C_4H_6O_6 = moli\ di NaOH/2 = (0,1 M · mL\ di\ NaOH\ aggiunti)/(2 · 1000);$

$massa\ C_4H_6O_6 = moli\ di\ C_4H_6O_6 \cdot massa\ molare\ C_4H_6O_6 = (0,1 M \cdot mL\ NaOH\ aggiunti \cdot 150)/(2 \cdot 1000);$

$acidita'\ totale\ =\ massa\ di\ C_4H_6O_6 / volume\ di\ vino\ in\ L;$

$acidita'\ totale\ =\ (0,1\ M \cdot mL\ di\ NaOH\ aggiunti \cdot 150 \cdot 1000)/(2 \cdot 1000 \cdot 10 mL);$

$acidita'\ totale\ =\ mL\ di\ NaOH\ aggiunti \cdot (3/4).$

I valori normali sono compresi tra 4,5 e 15 g/L

Campione di vino rosso

La procedura è identica tranne per il fatto che non è necessario aggiungere l'indicatore in quanto nel vino rosso, come accennato in precedenza, sono presenti le antocianine che fungono da indicatore interno, si consiglia di diluire precedentemente con acqua distillata i 10 mL di vino rosso prelevati con la prima buretta per apprezzare meglio il viraggio (da rosso a grigio scuro).

Esperienza 2: determinazione degli zuccheri riducenti mediante titolazione redox

Fase 1: precipitazione delle sostanze interferenti

Si avvina la prima buretta, si carica, si azzera e si prelevano 50 mL di vino con una beuta da 100 mL. Si trasferiscono, lavando le pareti della beuta, in un matraccio tarato da 100 mL. Si aggiunge goccia a goccia la soluzione 1 M di $NaOH$ controllando il pH con la cartina universale fino a quando non si raggiunge il valore di circa 7. Si aggiungono 2,5 mL della soluzione di acetato di piombo. Si aggiungono 1-2 mL di spiombante. Dopo aver agitato il matraccio si lascia il miscuglio a riposo per circa 10 minuti. Si porta a volume il matraccio (ossia fino alla tacca dei 100 mL) e si filtra.

Fase 2: titolazione

Una piccola quantità di filtrato viene introdotta nella seconda buretta per avvinarla. Successivamente si carica la buretta, si eliminano le eventuali bolle d'aria e si azzera. In un altra beuta si introducono: 5 mL di Fehling A, 5 mL di Fehling B, 40 mL di acqua distillata. Il tutto viene posto sulla piastra riscaldante e portato all'ebollizione. Si aggiungono goccia a goccia 8 mL di vino. Si lascia bollire per circa un minuto. Si aggiungono 5 gocce di blu di metilene. Il contenuto della beuta assume una colorazione bluastra. Si aggiunge goccia a goccia il vino: il punto di viraggio si ha quando questa colorazione bluastra scompare e si ha una colorazione rosso-mattone dovuto alla formazione dell'ossido rameoso Cu2O. Il viraggio deve essere raggiunto nel tempo massimo di 3 minuti.

la reazione è: $glucosio + 2Cu^{2+} + 4OH^- \longrightarrow acido\ gluconico + Cu_2O\ (rosso) + 2H_2O$.

Nota 1: nel vino cosiddetto secco dovrebbero essere presenti solo piccole quantità di glucosio e fruttosio, pari massimo a 1-2 g/L. Anche il fruttosio dà un saggio positivo con la soluzione di Fehling perché il fruttosio in soluzione alcalina è in equilibrio appunto con il glucosio (e con il mannosio che reagisce come il glucosio) mediante la trasformazione di Lobry de Bruyn- van Ekenstein. Se è stato aggiunto in modo fraudolento lo zucchero da cucina (saccarosio) esso si aggiunge alla quantità di zuccheri determinata con questa analisi in quanto il saccarosio per idrolisi si trasforma appunto in glucosio + fruttosio.

Poiché $10 mL\ di\ Fehling\ =\ 0,0515\ grammi\ di\ zuccheri$, per avere la concentrazione degli zuccheri, espressa in grammi di zuccheri per litro di vino, basta eseguire il seguente calcolo:

$$zuccheri\ riducenti = (0,0515 \cdot 1000 \cdot 2)/mL\ di\ vino\ aggiunti$$

Nota 2: la moltiplicazione per 2 viene fatta per via della diluizione da 50 a 100 mL.

Note e storia

Esperienza 1: determinazione dell'acidità totale

Nel vino sono presenti acidi organici di natura diversa:

dal frutto: acido tartarico, acido malico, acido citrico
dalla fermentazione alcolica: acido succinico
dalla fermentazione malo-lattica: acido lattico
dal contatto con l'aria: acido acetico

L'acido malico proveniente dal frutto conferisce al vino un sapore acerbo, duro. Questo è il motivo per cui dopo la fermentazione alcolica viene indotta (o parte spontaneamente) la fermentazione malo-lattica operata dai lieviti Schizosaccaromyces pombe. Piccole tracce di acido malico comunque rimangono. La quantità di acido acetico non deve superare per legge il valore di 1 g/L, ma già in quantità di 0,8 g/L rovina indiscutibilmente il sapore del vino: la formazione di acido acetico (che non deve essere presente nei mosti) avviene perché le condizioni in cui lavorano i microrganismi non sono favorevoli o per contatto con l'aria. Tuttavia l'acidità dovuta agli altri acidi è un fattore positivo e fondamentale perché conferiscono al vino una piacevole freschezza al palato e perché gli consentono un affinamento (in botte ed eventualmente successivamente in bottiglia) più lungo nel tempo. Gli acidi quindi, escluso ovviamente l'acido acetico, sono conservanti naturali presenti nel vino. Un elevato tenore di acidità consente un basso dosaggio di conservanti additivi (solfiti). L'acidità totale è data dalla somma di due acidità:

Acidità volatile: acidità dovuta all'acido acetico (e agli altri acidi carbossilici a basso peso molecolare)
Acidità fissa: acidità dovuta a tutti gli altri acidi (altobollenti, non allontanabili per distillazione semplice)
Acidità totale: somma delle due acidità precedenti (i valori normali sono compresi fra 4,5 e 15 g/L)

Nell'acidità totale il valore viene espresso convenzionalmente come grammi di acido tartarico per litro di vino, ossia tutti gli acidi sopra elencati vengono assimilati ad acido tartarico.

Esperienza 2: determinazione degli zuccheri riducenti

I due zuccheri principalmente contenuti nel mosto sono: glucosio e fruttosio (in quantità simile), durante la fermentazione la loro conversione in alcol etilico dovrebbe essere praticamente quantitativa. Nel vino dovrebbero essere presenti dunque solo in tracce. Oltre ai due monosaccaridi ora citati, nell'uva sono presenti disaccaridi come il saccarosio (glucosio + fruttosio) e polisaccaridi come la pectina (acido galatturonico) e le gomme (arabinosio, galattosio). Secondo il tenore di zuccheri presenti i vini vengono classificati come secchi, amabili, dolci, ecc.: vini dolci e liquorosi contengono una quantità di zuccheri non fermentati più elevata che ne conferisce il sapore dolce. Glucosio e fruttosio nel mosto si trovano inizialmente in quantità pressoché uguali per cui il loro rapporto varia fra 0,7 e 1,1 a seconda di fattori come il grado di maturazione delle uve, le condizioni climatiche e, naturalmente, la varietà di uva. Durante la fermentazione alcolica, il glucosio viene consumato per primo dai lieviti: ciò comporta una sua diminuzione e il rapporto fra i due zuccheri, al procedere della fermentazione, si allontana sempre più dall'unita', arrivando alla fine intorno a 0,25 (quantità di fruttosio 4 volte maggiore della quantità di glucosio). Nel caso di vini dolci e nei casi in cui non è consentita la dolcificazione, il valore di questo rapporto può rappresentare un elemento di controllo della genuinità. Nel vino non è presente naturalmente il saccarosio. Le piccole quantità che si trovano nell'uva all'atto della spremitura spariscono rapidamente nel giro di qualche ora per idrolisi, quindi una eventuale addizione fraudolenta è difficile da rilevare come saccarosio tout-court. Tuttavia il saccarosio idrolizzandosi in glucosio + fruttosio può essere rilevato indirettamente con l'analisi di cui sopra. Nei casi sospetti, quindi, la ricerca del saccarosio e dei suoi derivati di idrolisi è uno dei parametri di controllo della genuinità. Il saccarosio può essere aggiunto in modo fraudolento per due motivi principali: mascherare un'acidità volatile eccessiva (acidità per acido acetico) o per aumentare il grado alcolico.

Bibliografia

"Manuale per l'analisi dei mosti e dei vini" Saracco Carlo, Raffo Ermanno Ed. Il Sole 24 ore Edagricole.

Autori

Cantarella Gaetano

Determinazione dell'acidità totale del vino e dei suoi zuccheri