Content uploaded by Lukasz Wojciech Wajda
Author content
All content in this area was uploaded by Lukasz Wojciech Wajda on Jun 09, 2014
Content may be subject to copyright.
20 PRZEMYSŁ FERMENTACYJNY I OWOCOWO-WARZYWNY 9/2011
Słowa kluczowe: winogrona, gleba, składniki mineralne, nawożenie
Key words: grape, soil, mineral compounds, fertilization
Influence of the occurrence of selected elements in vineyard soil on their concentration
in grape
Relationship between the occurrence of selected metals in vineyard soil and their concentra-
tions in fruits of the grapevine cultivated on this soil were studied. That issue is weakly
recognized up to now. The methods used for analyzing this relation, which are aimed at
determination of optimal mineral and chemical fertilizer doses, still need development. On
the basis of the obtained results it was found that analyzed grapes cultivars (Aurora and
Rondo) showtendency to accumulate potassium and magnesium in higher concentrations
than zinc. The results of such analysis could allow determining the nutrient demand of
grapevine that can result in its enhanced suitability for wine production. It should be empha-
sized that such kind of analyses should be realized regularly and be applied to broader
spectrum of elements and heavy metals.
Badano związek pomiędzy występowaniem wybranych metali w glebie winnicy a ich zawar-
tością w owocach uprawianej tam winorośli. Problematyka ta jest dotychczas mało rozpo-
znana, a metody stosowane do oceny tej relacji, mające na celu określenie dawek nawozów
sztucznych i mineralnych, wymagają dalszego opracowania. Na podstawie otrzymanych
wyników stwierdzono, że badane winogrona odmian ‘Aurora’ i ‘Rondo’ wykazują tendencję
do akumulacji większych stężeń potasu i magnezu niż cynku. Otrzymane wyniki mogą
pozwolić na określenie zapotrzebowania pokarmowego krzewów, co pośrednio wpłynie na
zwiększenie ich przydatności w procesie produkcji wina. Należy jednak podkreślić, że tego
typu analizy powinny być prowadzone regularnie i obejmować szersze spektrum pierwiast-
ków (w tym też innych metali ciężkich).
Winorośl jest uznawana za roślinę o stosunkowo niewielkim zapotrzebowaniu na
składniki mineralne gleby. W związku z tym należy w bardzo przemyślany i zrównowa-
żony sposób prowadzić jej nawożenie, gdyż niewłaściwa gospodarka nawozami może
mieć negatywny wpływ na stan fizjologiczny krzewów, jakość jagód, a także wina i innych
produktów pozyskanych z tych owoców (dżemy, soki). Głównym źródłem pierwiast-
ków dla roślin jest gleba, dlatego jej analiza pod względem składu mineralnego stano-
wi adekwatny sposób na dobór dawek odpowiednich nawozów.
W glebie występują metale korzystne z punktu widzenia wzrostu i rozwoju krze-
wów oraz owoców, jak również szkodliwe. Do korzystnych zaliczyć można m.in.
potas, odpowiadający za zwiększenie odporności roślin na niską temperaturę i za
barwę jagód, oraz cynk determinujący osiągnięcie dojrzałości technologicznej owo-
ców i formowanie nasion [9]. Negatywnie oddziałują pierwiastki z grupy metali cięż-
kich, mogące stanowić zagrożenie dla konsumentów oraz powodujące problemy ze
stabilizacją win [2]. Należy również pamiętać o tym, że zbyt duże zawartości Zn(II) czy
Fe(III) w owocach nie są korzystne z uwagi na bezpieczeństwo spożycia jagód i pro-
duktów powstałych z ich udziałem [5, 11]. Mimo że głównym źródłem zanieczyszcze-
nia win metalami ciężkimi są procesy pofermentacyjne [2], to zbyt duża zawartość
tych pierwiastków w stosowanych owocach może znacząco spowolnić, a w skraj-
nych przypadkach całkowicie zatrzymać przebieg fermentacji.
Zachowanie odpowiednich ilości i proporcji składników mineralnych jest również
istotne ze względu na prawidłowy wzrost i rozwój krzewów winorośli. Niedobór potasu,
którego występowanie stwierdza się stosunkowo rzadko, uwidacznia się w postaci
zwiniętych blaszek liściowych, odbarwień liści czy przedwczesnego ich opadania. Z kolei
nadmiar tego pierwiastka w owocach jest poważnym problemem w przemyśle winiar-
skim, gdyż występuje on głównie w postaci soli kwasów organicznych, co wpływa na
obniżenie jakości win. Stąd problem prowadzenia zrównoważonego nawożenia pota-
sem jest bardzo istotny i zawartość tego metalu powinna być kontrolowana zarówno
w glebie, jak i owocach winorośli [9]. W przypadku cynku zwykle nie stwierdza się
problemów z jego nadmiarem w tkankach owoców, ponieważ akumuluje się on głównie
WINIARSTWO
Wpływ zawartości
wybranych pierwiastków w glebach winnic
na ich występowanie w owocach winorośli
w liściach, dzięki czemu jest usuwany wraz z ich opadaniem. Natomiast niedobory
Zn(II) są widoczne m.in. w postaci chlorozy liści i słabego wzrostu jagód [9].
Okazuje się jednak, że ilość poszczególnych pierwiastków w tkankach roślin
często znacznie przewyższa ich zawartość w glebie, co powoduje, że niejednokrotnie
trudno sformułować jednoznaczne istnienie korelacji pomiędzy składem mineralnym
gleby a stanem fizjologicznym rośliny. Dlatego za najlepszą metodę oceny zapotrzebo-
wania winorośli na nawozy uznaje się tzw. analizę tkankową, która w większości
przypadków polega na pomiarze zawar tości poszczególnych pierwiastków w szypuł-
kach kwiatostanów [9]. Nie jest to jednak metoda w pełni określająca zapotrzebowanie
pokarmowe roślin, raczej szacuje ona jakość późniejszych owoców przeznaczonych
dla przemysłu winiarskiego. W związku z tym istnieje potrzeba opracowania nowej,
lepszej metodyki postępowania, w celu określenia zdolności akumulacji pierwiastków
przez krzewy i jagody winorośli.
W pracy przeprowadzono analizę porównawczą zawartości wybranych metali
w glebie winnicy i owocach uzyskanych z tej winnicy. Zaproponowano nową metodę
oznaczenia zapotrzebowania roślin na związki mineralne poprzez pomiar ich zawar to-
ści w owocach.
Materiał i metody
Pomiar zawartości metali w owocach
Winogrona odmian ‘Aurora’ i ‘Rondo’ zebrano w pierwszej połowie października
w podkarpackiej winnicy doświadczalnej. Owoce liofilizowano i rozdrabniano (młynek
laboratoryjny IKA, 2 × 12 s). Następnie do teflonowych probówek odważano po 1,00 g
liofilizatu, dodawano 5 ml stężonego kwasu azotowego(V) i mineralizowano (piec mikro-
falowy Mars Xpress). Zawartość potasu, magnezu, cynku(II) oraz wapnia mierzono przy
użyciu absorpcyjnego spektrometru atomowego (VARIAN AA 240 FS z atomizacją w pło-
mieniu), a wyniki wyrażano w mg poszczególnych jonów na 100 g s.m. owoców.
Pomiar zawartości metali w glebie
Próbki gleby pobrano bezpośrednio spod krzewów, z których pobierano jagody.
Poddano je oczyszczeniu, mieszaniu oraz rozdrabnianiu, usunięto resztki roślinne i za-
nieczyszczenia stałe. Próbki suszono do stanu powietrznie suchego i przesiano przez
sito o średnicy oczek wynoszącej 1 mm. Następnie, po odpowiednim przygotowaniu,
oznaczano zawartość magnezu, cynku i potasu, a wyniki wyrażano w mg/kg gleby.
W celu oznaczenia zawartości magnezu w glebie do kolby stożkowej o pojemno-
ści 100 ml odważano 5 g próbki gleby, dodawano 50 ml roztworu chlorku wapnia
(0,023 M) i mieszano przez 2 h. Zawiesinę przesączano, a w uzyskanym przesączu
mierzono zawartość metalu metodą ASA.
W celu oznaczenia zawartości potasu do butelek ekstrakcyjnych o pojemności
500 ml odważano 5 g badanej próbki gleby, dodawano 250 ml roztworu siarczanu(VI)
wapnia i mieszano przez 1,5 h. Zawiesinę przesączano i dodawano roztworu kwasu
szczawiowego (10%) w celu usunięcia nadmiaru wapnia. Tak przygotowaną próbkę
pozostawiano na 24 h i w klarownym przesączu oznaczano zawartość potasu wo-
bec wzorca. Wzorzec ten przygotowywano poprzez rozpuszczenie 1,917 g KH2PO4
i 0,534 g KCl w kolbie miarowej o pojemności 1 l w obecności 2 kropel formaliny. Z tak
przygotowanego roztworu pobrano 0,25 ml do kolby miarowej o pojemności 500 ml,
uzupełniono wodą destylowaną do kreski i wymieszano. Pomiarów dokonywano
z wykorzystaniem ASA, a wyniki wyrażano w mg K2O/kg gleby.
Zawartość cynku oznaczano poprzez odważenie do butelek ekstrakcyjnych (250
ml) po 10 g przygotowanej próbki gleby, dodanie 100 ml 1M HCl i mieszanie przez 1 h.
dr inż. Tomasz Tarko, mgr inż. Łukasz Wajda, dr Aleksandra Duda-Chodak, mgr inż. Iga Gojniczek
Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej, Wydział Technologii Żywności, Uniwersytet Rolniczy, Kraków
21
PRZEMYSŁ FERMENTACYJNY I OWOCOWO-WARZYWNY 9/2011
WINIARSTWO
Zawiesinę sączono i w tak przygotowanym roztworze mierzono zawartość cynku
(metoda ASA).
Wyniki i dyskusja
Wyniki pomiaru zawar tości wybranych pierwiastków w owocach winorośli
odmiany ‘Aurora’ i ‘Rondo’ oraz gleby pobranej bezpośrednio spod ich krzewów
przedstawiono w tabelach 1 i 2.
Z analizy danych z tabel wynika, że ilość poszczególnych metali w jagodach
obydwu odmian nie różniła się zasadniczo między sobą. Nieznacznie większe stężenia
odnotowano w owocach odmiany 'Rondo', szczególnie w przypadku potasu i wapnia.
Również zawartości poszczególnych pierwiastków w glebie pochodzącej spod krze-
wów obydwu odmian winogron były zbliżone. Stężenie cynku w owocach winogron
było ok. 20-krotnie mniejsze niż w podłożu, natomiast pozostałe pierwiastki występo-
wały w owocach w stężeniach znacznie większych niż w glebie.
Z analizy danych literaturowych wynika, że wapń akumuluje się w owocach do
momentu zmiany zabarwienia jagód, natomiast potas jest transportowany do owoców
aż do osiągnięcia ostatecznego ich rozmiaru [8]. Następnie dochodzi do zwiększenia
stężenia wszystkich składników suchej masy jagód wskutek utraty wody. Dzięki
pomiarowi zawartości tych pierwiastków w momencie osiągnięcia pełnej dojrzałości
winogron (pierwsza połowa października) można dokonać prognoz dotyczących
zapotrzebowania krzewów na odpowiednie składniki mineralne. Odpowiednie nawoże-
nie potasowe ma duże znaczenie z uwagi na fakt, że nadmiar tego metalu w winie
powoduje wady smaku i aromatu [9]. Co ciekawe, w przypadku wapnia niedobory
w tkankach roślinnych obserwuje się nawet na glebach wapiennych, skutkują one
m.in. poparzeniem skórki, pękaniem owoców czy nawet gniciem [1]. W związku z tym
monitoring jego akumulacji i zapotrzebowania przez krzewy winorośli staje się wręcz
niezbędny. W przypadku niedoborów wapnia, skuteczną metodą na jego niwelację
może stać się spryskiwanie owoców roztworami chlorku wapnia, zaproponowane
przez Amiri [1] podczas XVI kolokwium dotyczącego nawożenia roślin.
Zawartość cynku w analizowanych w niniejszej pracy owocach winorośli była
mała (0,13–0,19 mg/100 g s.m.), mimo że stężenie tego metalu w glebie osiągało
względne duże wartości (ok. 29 mg/kg). Oznacza to, że zwłaszcza w przypadku tego
metalu należy kontrolować jego zawartość w glebie i owocach. Zgodnie z wynikami
otrzymanymi przez De Nicola i in. [4] zawartość cynku w moszczu powinna mieścić
się w zakresie 1,5–2,5 ppm, podczas gdy w owocach analizowanych odmian jest ona
istotnie mniejsza. Może to znacząco wpłynąć na tempo i wydajność procesu fermen-
tacji oraz na szybkość wzrostu i rozwoju drożdży winiarskich, m.in. ze względu na
udział jonów Zn2+ w strukturze polimerazy RNA [6]. W celu uniknięcia problemów
z niedoborem tego pierwiastka potencjalnym rozwiązaniem mogłoby stać się nawoże-
nie gleb winnicy obornikiem pochodzącym z hodowli bydła, gdyż według Ramos
i Lňpez-Acevedo [7] zawartość Zn(II) w tego typu nawozie może przekraczać nawet
100 mg/kg. Należy jednak uwzględnić fakt, że obornik zawiera także inne metale
(w tym metale ciężkie), których obecność może być niepożądana. W związku z tym
zawartość jonów Zn(II) we wszystkich typach stosowanych nawozów powinna być
monitorowana.
Magnez jest pierwiastkiem o nieco mniejszym znaczeniu z punktu widzenia
zapotrzebowania fizjologicznego krzewów winorośli. Ogrywa jednak niezwykle ważną
rolę w rozwoju i wzroście drożdży, gdyż bierze udział w procesach podziału komórek
oraz biochemicznych przemian związanych z fermentacją [10]. Ponadto stwierdzono,
że jego obecność sprzyja syntezie białek wspomagających termooporność komórek
drożdży, a także zwiększa odporność komórek na większe stężenia etanolu [3].
Dlatego zapewnienie odpowiedniej ilości magnezu w owocach, a następnie w mosz-
czu gronowym jest bardzo istotnym zagadnieniem. W przypadku analizy danych
dotyczących owoców odmian ‘Aurora’ i ‘Rondo’ można stwierdzić, że zawartość tego
metalu może nie być wystarczająca dla prawidłowego przebiegu fermentacji. Średnie
stężenie tego pierwiastka w owocach winogron jest dwukrotnie więsze [12].
Wnioski
Na podstawie przedstawionych w pracy wyników stwierdzono, że owoce odmian
‘Aurora’ i ‘Rondo’ charakteryzują się małą zawartością cynku, co może negatywnie
wpłynąć na przebieg procesu fermentacji. Ponadto stwierdzono, że zdolność wykorzy-
stania i akumulacji wybranych pierwiastków nie różni się zasadniczo pomiędzy krzewa-
mi roślin z wyjątkiem poboru potasu, który jest nieco większy w przypadku jagód
odmiany ‘Rondo’. Jednak biorąc pod uwagę straty składników mineralnych występujące
w procesie produkcji wina, można wnioskować, że zawartość analizowanych metali
może okazać się niewystarczająca dla takiego zastosowania owoców obydwu odmian.
Związek pomiędzy zawartością składników mineralnych w podłożu winnicy a ich
obecnością w jagodach jest stosunkowo mało rozpoznany. W celu jego określenia
stosuje się tzw. analizę tkankową, która nie wydaje się być najbardziej skutecznym
narzędziem oceny zapotrzebowań pokarmowych roślin. Badanie tych relacji poprzez
analizę zawartości pierwiastków w owocach wydaje się być metodą znacznie sku-
teczniejszą, jednak wymaga ona dopracowania. Szczególnie ważne jest zaplanowanie
odpowiedniego czasu poboru próbek, tak by uwzględniono zapotrzebowanie fizjolo-
giczne krzewów winorośli, jak i optymalną jakość jagód przeznaczonych do przemysłu
winiarskiego. Ponadto, w tego typu analizach istotne jest dokonanie badań składu
i innych cech fizykochemicznych gleby danej winnicy, ponieważ zdolność roślin do
akumulacji składników mineralnych może się różnić w zależności od regionu upraw.
Tabela 1. Zawartość wybranych pierwiastków w jagodach winorośli z odmiany ‘Aurora’
i ‘Rondo’ (n = 3, średnia arytmetyczna ± SD)
Pierwiastek Odmiana 'Aurora' Odmiana 'Rondo'
[mg/100 g s.m.]
K176,21 ± 10,17 a 194,08 ± 6,27 a
Mg 13,65 ± 0,34 a13,65 ± 0,2 a
Zn 0,13 ± 0,011 a0,19 ± 0,01 a
Ca 14,41 ± 0,57 a17,45 ± 0,75 b
a,b – te same liter y świadczą o braku różnic istotnych statystycznie w obrębie danego pierwiastka (p<0,05)
Tabela 2. Zawartość wybranych pierwiastków w glebie winnicy (n = 3, średnia arytmetyczna
± SD)
Pierwiastek Gleba spod krzewu odmiany
‘Aurora’
Gleba spod krzewu odmiany ‘Rondo’
[mg/kg]
K2O546,5 ± 4,95 a578,5 ± 3,53 b
Mg 12,9 ± 0 a11,4 ± 0 a
Zn 29,55 ± 0,07 a29,65 ± 0,64 a
a,b – te same liter y świadczą o braku różnic istotnych statystycznie w obrębie danego pierwiastka (p<0,05)
Literatura
[1] Amiri M. E.: 2009. Accumulation of calcium by ripening berries on grape (Vitis vinifera L.
cv. Asgari). The Proceedings of the International Plant Nutrition Colloquium XVI.
Department of Plant Sciences, UC Davis.
[2] Banović M., Kirin J., Ćurko Ć., Kovaćević-Ganić K.: 2009. Influence of vintage on Cu, Fe,
Zn and Pb content in some Croatian red wines. Czech Journal of Food Science, 27, 401–
403, Special Issue.
[3] Birch R. M., Walker G. M.: 2000. Influence of magnesium ions on heat shock and ethanol
stress responses of Saccharomyces cerevisiae. Enzyme and Microbial Technology, 26,
678–687.
[4] De Nicola R., Hall N., Bollag T., Thermogiannis G., Walker G. M.: 2009. Zinc accumulation
and utilization by wine yeasts. International Journal of Wine Research, 1, 85–94.
[5] Eide D.: 1997. Molecular biology of iron and zinc uptake in eukaryotes. Current Opinion in
Cell Biology, 9, 573–577.
[6] Mayalagu S., Patturajn M., Chatterji D.: 1997. The presence of two tightly bound Zn2+ ions
is essential for the structural and functional integrity of RNA polymerase II. Gene, 190,
77–85.
[7] Ramos M. C., L
ň
pez-Acevedo M.: 2004. Zinc levels in vineyard soils from the Alt Pened
è
s-
Anoia region (NE Spain) after compost application. Advances in Environmental Research,
8, 687–696.
[8] Rogiers S. Y., Keller M., Holzapfel B. P., Virgona J. M.: 2000. Accumulation of potassium
and calcium by ripening berries on field vines of Vitis vinifera (L) cv. Shiraz. Australian
Journal of Grape and Wine Research 6, 240–243.
[9] Seyedbagheri M. M., McCammon T., Fallahi E.: 2009. Nutrient management in Idaho grape
production. University of Idaho extention, CIS 1171, 1–4.
[10] Walker G. M., Maynard A. I.: 1996. Magnesium – limited growth of Saccharomyces cere-
visiae. Enzyme and Microbial Technology, 18, 455–459.
[11] Winge D. R., Jensen L. T., Srinivasan C.: 1998. Metal-ion regulation of gene expression in
yeast. Current Opinion in Chemical Biology, 2, 216–221.
[12] Źródło internetowe 1: National Food Institute’s Food Composition Databank www.food-
comp.dk/v7/fcdb_details.asp?FoodId=0329
