загрузка...
Биохимия вина  |  Липиды винограда
Биохимия вина

Биохимические процессы, происходящие при получении сусла и вина

Известно, что процесс образования вина состоит из следующих стадий: переработка винограда на прессах, ферментация сусла и мезги, спиртовое брожение, формирование, созревание и старение вина. Какие же биохимические и химические процессы протекают на этих стадиях образования вина?

Виноградное вино является продуктом биохимических и физико-химических превращений веществ, содержащихся в ягодах винограда.

В зависимости от характера происходящих процессов стадию образования вина на первом этапе его приготовления можно разделить на два этапа: первый — процесс дробления и прессования винограда, получение сусла на мезге для получения красных и белых вин кахетинского типа, второй — брожение сусла или сусла на мезге.

Период от начала переработки винограда и получения сусла до его брожения является особым этапом в виноделии. Этот период характеризуется интенсивностью протекания ферментативных процессов и называется ферментацией сусла. Знание характера протекания биохимических процессов при ферментации сусла дает возможность регулировать их.

Скорость протекания биохимических процессов при переработке винограда и получения сусла зависит от активности окислительных ферментов, от присутствия в среде неорганических катализаторов (железа, меди и др), а также от степени разрушения ткани ягод винограда, способов дробления и прессования мезги, условий выдержки сусла и от температуры окружающей среды.

Биохимические процессы при переработке винограда

Согласно теории А. И. Опарина (1927) при раздавливании ягоды винограда на прессах координированная связь между ее отдельными частями нарушается. При разрушении растительных тканей кислород воздуха проникает непосредственно в мезгу и вступает в контакт с соком и твердыми частицами ягод. При этом окислительные процессы усиливаются и нарушается равновесие окислительно-восстановительных систем. Окислительные процессы усиливаются в результате действия окислительных ферментов, содержащихся в ягодах.

Самая мощная ферментативная окислительная система — о-ди-фенолоксидазная. Под действием ее происходит первичный процесс — ферментативное окисление катехинов в хиноны и вторичный — дегидрирование аскорбиновой кислоты, оксикислот и аминокислот. Этот окислительный процесс можно представить в следующем виде:

Но этот процесс не заканчивается дегидрированием аскорбиновой кислоты, а идет гораздо глубже.

В ягодах винограда аскорбиновой кислоты и других восстанавливающих веществ содержится не столько, сколько надо на постоянное восстановление хинонов в катехины. Поэтому, когда все восстанавливающие вещества дегидрируются, появляющиеся хиноны в присутствии воды образуют оксихиноны, которые конденсируются, образуя темноокрашенные продукты, являющиеся конечными продуктами в этих окислительных реакциях.

Возникающие при этом биохимические и окислительно-восстановительные процессы предопределяют качество будущего вина. Изучение закономерностей, протекающих при дроблении винограда, прессовании, а также при ферментации сусла и мезги, дало бы возможность виноделу управлять этими процессами для получения того или иного типа вина.

Исходя из этого мы остановимся более подробно на окислительно-восстановительных процессах, происходящих при выработке вин.

Окислительно-восстановительные процессы

Еще в 1950 г. нами было показано, что действием о-дифено-локсидазы фенольные соединения сусла окисляются, что сопровождается поглощением кислорода воздуха с образованием окрашенных продуктов. В результате ферментативного окисления катехинов, содержащихся в соке и мезге, под действием о-дифенол-оксидазы и пероксидазы образуются хиноны, которые катализируют дегидрирование легкоокисляющихся веществ. К этим веществам относится в первую очередь аскорбиновая кислота, которая содержится в винограде в количестве 15—45 мг/кг. При этом витаминная ценность будущего вина теряется. К другим легкоокисляющимся веществам относится диоксифумаровая кислота, которая возникает при окислении винной кислоты под действием ионов железа.

Для выяснения роли о-дифенолоксидазы в окислении фенольных соединений в процессе ферментации сусла до брожения мы исследовали эти процессы в свежем сусле. Для этой цели мы определяли общее количество фенольных соединений, возникающих при их окислении (хинонов), а также количество аскорбиновой кислоты, растворенного кислорода и окислительно-восстановительный потенциал в момент раздавливания винограда и получения сусла через 1, 3, б и 12 ч. Анализы показали, что при ферментации сусла в аэробных условиях происходит заметное снижение количества фенольных соединений, аскорбиновой кислоты; количество хинонов при этом увеличивается с одновременным увеличением редокспотенциала и кислорода воздуха.

загрузка...

При выдержке сусла в аэробных условиях в течение 12 ч содержание фенольных веществ заметно уменьшается, при этом количество хинонов все время увеличивается и достигает 10 мг/л. В этих условиях аскорбиновая кислота полностью окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту. При этом редокспотенциал увеличивается и достигает 475 мВ.

За это время в аэробных условиях цвет сусла изменяется от зеленоватого до интенсивно, коричневого цвета. Появление этих окрашенных продуктов обусловливается окислением фенольных соединений сусла и появлением в сусле хинонов, которые конденсируются, образуя окрашенные продукты.

хинон с редокспотенциалом около 715 мВ. Присутствие этой окислительно-восстановительной системы вызывает увеличение, редокспотенциала в ферментированном сусле.

Еще в 1950 г. мы показали, что носителем окислительных ферментов являются твердые части винограда — мякоть и кожица. Центрифугат, полученный при раздавливании винограда, вместе с пирокатехином поглощает в респирометрах Варбурга за 90 мин от 176 до 178 мкл 02, в то время как суспензия винограда с твердыми частицами и с пирокатехином поглощает от 377 до 431 мкл кислорода. Как видно, в суспендированных твердых частицах винограда поглощение кислорода протекает весьма интенсивно, т. е. твердые частицы винограда являются носителями окислительных ферментов.

Исследования С. В. Дурмишидзе показали, что при раздавливании винограда окисление дубильных веществ сопровождается уменьшением флороглюцинового числа. Если в момент раздавливания винограда содержание дубильных веществ составляет 550 мг/л, а флороглюцидное число 3,55%, то после 70 ч выдержки количество дубильных веществ уменьшается до 33,6 мг/л, а флороглюцидное число до 1,8%.

С. В. Дурмишидзе также показал, что при окислении (+)-ка-техина в течение 2 ч выделения углекислоты не наблюдается, а в последующие 2 ч вследствие выделения углекислоты коэффициент газообмена доходит до 0,25. При совместном окислении различных фенольных соединений процесс окисления их сильно меняется. Это дало возможность С. В. Дурмишидзе считать, что при окислении фенольных соединений винограда происходит взаимодействие между продуктами окисления катехинов.

Это хорошо было показано М. Н. Запрометовым при совместном окислении эквимолекулярных количеств (—)-эпикатехи-на и (—)-эпикатехингаллата о-дифенолоксидазой. В этом случае окисление протекает со значительной скоростью, заканчивается в течение 1 ч и сопровождается поглощением 1 моля кислорода на 1 моль катехина. Отличительной особенностью совместного окисления катехинов является более интенсивное поглощение кислое рода и значительное выделение углекислоты. Источником выделяемой углекислоты при окислении катехинов являются продукты распада пирокатехиновых, пирогалловых и флороглюцидных бензольных ядер.

По сравнению с катехинами антоцианы и антоцианиды окисляются слабее. Еще в 1932 г. А. Н. Бах показал, что эфиры полифенолов окисляются очень медленно. Он объясняет это тем, что при метилировании полифенола окислительная способность его падает. Скорость окисления фенольных соединений зависит от присутствия в пирокатехиновых и пирогалловых ядрах свободных гидроксильных групп. Если они метилированы, то окисление их сильно замедляется.

Во вторичные процессы вовлекаются, помимо аскорбиновой и диоксифумаровой кислот, аминокислоты и оксикислоты.

Исследования С. В. Дурмишидзе (1965) показали, что при окислении (+) -катехина о-дифенолоксидазой в присутствии глицина, аланина, аспарагиновой и глютаминовой кислот, а также молочной и яблочной кислот поглощение кислорода и выделение углекислоты значительно увеличивается по сравнению с окислением одного катехина.

В опытах, проведенных этим же автором (1965), с мечеными 1-С14 аланином, 1-С14 аспарагиновой и 1-С14 яблочной кислотами, внесенными в раздробленный виноград, происходит интенсивное поглощение кислорода и выделение углекислоты. Выделение углекислоты при ферментации виноградной мезги с яблочной, аспарагиновой кислотами и аланином свидетельствует о том, что в винограде содержатся декарбоксилазы этих соединений [76].

С другой стороны, работами С. В. Дурмишидзе (1965) показано, что продукты окисления (+)-катехина вызывают уменьшение выделения углекислоты из яблочной кислоты на 70%, из а-кето-глутаровой на 60%, а из пировиноградной кислоты на 10%. Это подтверждается и нашими опытами, что при растирании винограда катехины окисляются в хиноны, последние тормозят декарбок-силирование пировиноградной и щавелевоуксусной кислот.

Нами были найдены в винограде декарбоксилазы пировино-градной и щавелевоуксусной кислот. Следовательно, в процессе ферментации мезги происходит дезаминирование аланина и аспа-рагиновой кислоты, в результате образуется пировиноградная и щавелевоуксусная кислоты. При декарбоксилировании последней образуются пировиноградная кислота, которая, декарбоксируясь, превращается в уксусный альдегид. Этот альдегид был найден в винограде. В сортах винограда Рислинг и Каберне Совиньон были идентифицированы в виде 2,4-динитрофенилгидразонов муравьиный, изовалериановый и капроновый альдегиды.

По данным П. Шрайера, Ф. Драверта, в винограде Рислинг, Траминер, Мюллер-Тургау было найдено 23 альдегида. Они могли возникнуть при раздавливании винограда и выдержке мезги или сусла в аэробных условиях. Они также могли образовываться в результате реакции, которую открыл еще в 1932 г. А. Н. Бах. По этой реакции при окислении аминокислот акцептором водорода являются хиноны, при этом выделяется аммиак и углекислый газ:

Впервые эту реакцию осуществили М. А. Бокучаева и В. Р. Попов (1954) при добавлении аминокислот в ферментированный чайный лист. При этом резко возросло количество альдегидов. Весьма возможно, что при растирании ягод винограда за счет вторичных окислительных процессов возникают новые вещества, которые не присущи винограду.

П. Риберо-Гайон, Ж. Буадрон и А. Териер показали, что при раздавливании ягод винограда часть терпеновых спиртов (ли-налоол) окисляется, образуя оксиды линалоола, так называемые фурановые и пирановые оксиды.

А. Раппом и X. Гастричем и др. методом экстракции фреоном-11 с помощью газожидкостной хроматографии в винограде было обнаружено около 300 компонентов. Весьма возможно, что при дроблении винограда в аэробных условиях и воздействии окислительных ферментов могли возникнуть (в результате протекания вторичных реакций) новые компоненты, которые отсутствуют в нетронутой виноградной ягоде.

Таким образом, при переработке винограда протекают сложные биохимические процессы, от которых зависит получение того или иного типа вина. Следовательно, винодел должен обращать особое внимание на способы дробления винограда, ферментации и брожения сусла.

Для получения вин кахетинского типа требуется усиление окислительных процессов в мезге путем тщательного дробления винограда при продолжительной выдержке и перемешивании. Для получения вин европейского типа и шампанских виноматериалов необходимо проводить быстрое прессование целых гроздей винограа с быстрым отделением сусла от твердых частей с последующей сульфитацией и выдержкой сусла в атмосфере С02 или инертных газов.

Регулирование окислительно-восстановительных процессов

Свежее сусло, а также полученное из него вино как биологические среды обладают определенным механизмом, регулирующим скорость протекания окислительно-восстановительных процессов в зависимости от содержания в них биокатализаторов.

При переработке винограда наступают физико-химические и биохимические изменения, которые предопределяют ход дальнейших превращений.

Переработка винограда машинами связана с разрушением твердых частиц мякоти, кожицы и гребней, при этом сусло обогащается ферментами, дубильными, красящими и другими веществами, нарушается последовательность окислительно-восстановительных процессов.

Какие же биохимические и химические процессы протекают при изготовлении кахетинских, красных столовых и десертных вин?

Производство кахетинских и красных вин складывается из следующих операций: дробление винограда, загрузка его в бродильные резервуары, брожение мезги, прессование мезги и отделение от нее молодого вина. В зависимости от требований, предъявляемых к винам, а также от сорта виноград перерабатывают различными способами. В одних случаях мезга состоит из раздавленных гроздей, включая гребни и семена, в других — гребни частично удаляются. Главное значение этих твердых частиц заключается в обогащении сусла красящими, дубильными и другими веществами при настаивании на мезге. Так как в кожице и мякоти содержатся более активные окислительные ферменты, чем в сусле, то при ферментации мезги с суслом окислительные процессы усиливаются благодаря окислению фенольных соединений, аскорбиновой и органических кислот, аминокислот и других веществ под действием о-дифенолоксидазы, пероксидазы, аскорбато-ксидазы, а также флавиновых оксидаз и дегидрогеназ.

При действии флавиновых оксидаз в присутствии молекулярного кислорода образуются перекиси:

ФПН2 — восстановленный, а ФП — окисленный флавопротеид. При появлении в среде перекиси водорода окислительные процессы усиливаются за счет действия пероксидазы. Исходя из этого, некоторые авторы рекомендуют нагревать грозди винограда или мезгу до 70° С (для ингибирования окислительных ферментов) или сульфитировать мезгу.

По данным Г. Г. Валуйко, технологический запас дубильных и красящих веществ до переработки винограда составляет от 20 до 30% от общего их содержания. В процессе брожения на мезге от 20 до 40% фенольных соединений, извлеченных из мезги, теряется вследствие обратимой адсорбции на мезге, а также окисления их о-дифенолоксидазой, конденсацией и выпадением их в осадок.

Для интенсификации ферментативных процессов при выработке катехинских вин в сусло до брожения добавляют ферментированную мезгу (Г. И. Беридзе, 1950), при этом вино получается мягким во вкусе и с более выраженным букетом.

Весьма возможно, что при этом происходит ферментативное превращение фенолкарбоновых (феруловой, ванилиновой и n-ку-маровой) кислот с образованием летучих фенолов (крезол, этил-4-фенол, гваякол, винил-4-гваякол, этилванилин и др.)

Таким образом, в процессе ферментации сусла с мезгой и брожения на ферментатированной мезге при выдержке получаются хорошие столовые вина кахетинского типа, густоокрашенные полные и бархатистые на вкус.

Для приготовления белых столовых и шампанских виномате-риалов виноград лучше прессовать целыми гроздями и быстро отделять сусло на гидравлическом или пневматическом прессе. Содержание фенольных и азотистых веществ, а также окислительных ферментов в высококачественных виноматериалах должно быть минимальным.

Во избежание усиления окислительных процессов сусло -надо быстро сульфитировать из расчета 50—75 мг/л S02 и ферментировать в течение 12—15 ч. Лучше сусло подвергать центрифугированию для удаления твердых частиц, которые являются носителями окислительных ферментов; при этом требуется вводить меньше сернистого ангидрида и проводить брожение на чистой культуре дрожжей.

За рубежом проводятся исследования по дроблению, прессованию винограда и ферментации сусла с пектолитическими ферментами в атмосфере углекислоты. В Калифорнии построен завод первичного и вторичного виноделия производительностью по винограду 100 т/сут. Здесь усовершенствованы дробилки-гребнеотделители (частота вращения уменьшена до 300 об/мин), для прессования применяются гидравлические прессы. При технологических операциях регулируют температуру, брожение проводят на чистых культурах дрожжей.

В последнее время у нас в стране проводятся исследования по изучению качества сусла и вина, полученных на линиях с центробежными и валковыми дробильно-гребнеотделяющими машинами и стекателями ВССШ-20 [24]. Для ускорения отстаивания сусла применяли промышленный ферментный препарат Пектоваморин ШОх в количестве до 1%. Было установлено, что вина, полученные из сусла с дробилок ЦДГ-20, подвержены большему побурению, чем сусло после прессования целыми гроздями. Обработка сусла S02 и бентонитом позволяет получить вина менее окисленные. Однако бентонитовая суспензия вызывает изменения химического состава сусла.

Исследования К. С. Попова показали, что лучшее качество белых столовых вин достигается при прессовании винограда целыми гроздями, чем при дроблении на ударно-центробежных дробилках или на гребнеотделяющих машинах и стекателях. Разница в дегустационных оценках 0,7 балла. Было отмечено также, что при прессовании винограда целыми гроздями получаются вина с цветочными тонами в букете и большей свежестью.

Механическая уборка винограда сопряжена с нарушением целостности ягод, при этом возникает немедленное и необратимое окисление сусла еще до начала прессования. Вино получается с окисленными тонами во вкусе и букете.

За рубежом проводятся исследования по изучению различных систем прессов для получения качественного сусла. Так, сусло, полученное на непрерывных шнековых прессах (НШП) фирмы Ко- -ка и Пера [131], имеет повышенное содержание фенольных соединений и низкий выход прессовых фракций (15—20% сусла первого давления и 3—5% сусла второго давления), что делает влияние этих фракций на качество всего объема сусла незначительным.

Новый тип шнекового пресса, выпущенного во Франции в 1978 г., отличается от существующих тем, что в момент, прессования шнек вращается и вносит свежую партию мезги в прессовую камеру. Этот тип пресса дает сусло с меньшим содержанием взвесей и пониженной концентрацией фенольных веществ.

Таким образом, для производства неокисленных вин и шампанских виноматериалов необходимо проводить прессование винограда целыми гроздями и быстро отделять сусло. Полученное сусло лучше центрифугировать, чем прессовать. При этом требуется меньше сернистой кислоты, чем при ферментации сусла. Желательно все операции с получением сусла проводить в атмосфере углекислоты.

От интенсивности протекания окислительных процессов в сусле зависит и качество вина. При интенсивном протекании окислительных процессов, т. е. при окислении фенольных соединений, образуются хиноны, которые дегидрируют аскорбиновую, диоксифума-ровую кислоты и другие вещества, играющие важную роль в восстановительных процессах. При интенсивном протекании ферментативных процессов окислительные процессы идут так глубоко, что окисляются даже аминокислоты, спирты, в частности терпено-вые спирты. Например, линалоол, образует оксиды линалоола и букет вина заметно ухудшается. Вино из переокисленного сусла теряет фруктовый аромат.

С другой стороны, при быстром отделении сусла от мезги не происходит обогащения сусла эфирными маслами, в частности терпеноидами, от содержания которых во многом зависит качество вина.

Е. Н. Датунашвили с сотрудниками и В. И. Зинченко с сотрудниками, показали, что при выдержке сусла с мезгой в течение нескольких часов происходит гидролиз высокомолекулярных коллоидных веществ под действием ферментов ягоды винограда. Это облегчает сокоотделение, за счет чего увеличивается выход сусла. Кроме того, это способствует обогащению вина экстрактивными и ароматобразующйми веществами.

Согласно нашим представлениям при выдержке сусла с мезгой, помимо гидролиза гемицеллюлоз и других высокомолекулярных соединений, происходит распад гликозидов и высвобождение териеноидных соединений, главным образом линалоола, гераниола, нерола и а-терпинеола. Для этого процесс необходимо проводить в анаэробных условиях. Прессование винограда и выдержку сусла на мезге надо проводить в атмосфере углекислоты или азота.

  • Реклама