загрузка...
Биохимия вина  |  Биосинтез и метаболизм карбонильных соединений
Биохимия вина

А-Дикетаны и оксикетоны в вине

Многие исследователи занимались: биосинтезом 2,3-бутандиона (диацетила) и З-окси-2-бутандиона (ацетоина) при спиртовом и молочнокислом брожении.

Первые исследования были проведены К. Нейбергом и Е. Реин-фуртом в 1923 г., которые показали, что ацетоин образуется во второй фазе спиртового брожения в результате конденсации двух молекул уксусного альдегида:

Эта реакция получила название ацетоиновой конденсации двух уксусных альдегидов.

Другие авторы считают, что ацетоин продуцируют микроорганизмы путем конденсации двух молекул пировиноградной кислоты:

Более детально механизм образования ацетоина и диацетила был изучен лишь в последние 15—20 лет. Наиболее подробно был рассмотрен биосинтез ацетоина и диацетила дрожжей и молочнокислых бактерий.

В настоящее время считают, что ацетоин и диацетил. образуются из ацетомолочной кислоты.

Биосинтез ацетомолочной кислоты

Большинство исследований по изучению путей ферментативного синтеза ацетоина и диацетила позволяют придти к следующей общей схеме образования этих соединений микроорганизмами:

Как видно из схемы, исходными продуктами для синтеза ацетоина и диацетила являются пировиноградная кислота и тиамин-пирофосфат (*ТРР), при конденсации которых образуется а-ацето-молочная кислота. Последняя является предшественником ацетоина и диацетила.

Для биосинтеза ацетомолочной кислоты необходимы две молекулы пировиноградной кислоты, из одной образуется оксиэтилтиа-минпирофосфат, а также ионы Мп2+ или Mg2+. Ферментативный механизм образования ацетомолочной кислоты следующий: вначале действием пируватдекарбоксилазы пировиноградная кислота превращается в оксиэтилтиаминпирофосфат, который под действием фермента а-ацетолактатсинтетазы образует с другой молекулой пировиноградной кислоты ацетомолочную кислоту. Последняя под действием фермента ацетолактатдекарбоксилазы декар-боксилируется в ацетоин.

Ацетомолочная кислота участвует в биосинтезе аминокислот, в частности валина, который оказывает ингибирующее действие на образование ацетомолочной кислоты и диацетила. В данном случае валин, видимо, является аллостерическим регулятором синтеза ацетомолочной кислоты и действует как ингибитор по принципу обратной связи на а-ацетолактатсинтетазу.

Имеется ряд работ, указывающих и на другой путь биосинтеза диацетила, и ацетоина дрожжами, не связанный с образованием ацетомолочной кислоты, по схеме:

Из схемы видно, что в начале синтеза из пировиноградной кислоты образуется оксиэтилтиаминпирофосфат, который с новой молекулой уксусного альдегида образует комплекс энзимацетоинтиа-минпирофосфат, превращающийся затем в ацетоин. Последний, де-гидрируясь, дает диацетил.

Отличительной чертой в этом синтезе является то, что не сама пировиноградная кислота реагирует с оксиэтилтиаминпирофосфа-том, а последний с новой молекулой уксусного альдегида образует ацетоин. Эта реакция аналогична реакции ацетоиновой конденсации двух молекул уксусных альдегидов. В этой реакции К. Ней-берг рассматривал процесс декарбоксилирования также связанным с образованием комплекса фермент—уксусный альдегид, который затем переносится на свободный уксусный альдегид, образуя в результате ацетоин.

Существует и другой путь биосинтеза диацетила, заключающийся в том, что дрожжи в присутствии НАД+ превращают одну молекулу пировиноградной кислоты в ацетил-КоА. Затем ацетил-КоА конденсируется с другой молекулой пировиноградной кислоты, образуя ацетомолочную кислоту, с последующим декарбокси-лированием ее в ацетоин по схеме:

Рассматривая схемы биосинтеза ацетоина и диацетила можно считать, что наиболее правдоподобной является схема конденсации оксиэтилтиаминпирофосфата со свободным уксусным альдегидом с образованием энзимацетоин-ТРР-комплекса и распадом этого комплекса в ацетоин. Эта схема имеет место при алкогольном брожении когда образуется значительное количество/ уксусного альдегида при декарбоксилировании пировиноградной кислоты.

Если ацетоин и диацетил образовывались бы из ацетомолочной кислоты, то валин должен был бы ингибировать их образование, так как эти соединения появляются на пути его синтеза. Как показали наши исследования, валин почти не ингибирует образования диацетила и ацетоина при алкогольном брожении.

по схеме До недавнего времени существовало мнение, что дйацетилре-дуктаза содержится только в бактериях. Недавно нами совместно с А. В. Кавадзе было показано, что диацетйлредук-таза содержится и у винных дрожжей. Этот фермент участвует в восстановлении диацетила в ацетоин при дображивании виномате-риалов и получении неокисленных вин.

загрузка...

Ацетоин в присутствии - бутиленгликольдегидрогеназы и НАД-Н2 восстанавливается в 2-3-бутиленгликоль по схеме

Эти соединения образуют в биологических средах, в частности в винах, окислительно-восстановительную систему:

В зависимости от активности действующих в этой системе ферментов превалируют те или иные продукты его превращения. По данным А. С. Вечера и Л. А. Юрченко, если в вине превалируют восстановительные процессы, то накапливается 2,3-бутилен-гликоль. Наоборот, в аэробных условиях окислительные процессы усиливаются и в вине увеличивается количество уксусного альдегида, диацетила и этилацетата, что приводит к ухудшению качества вина.

Нами совместно с А. В. Кавадзе и И. А. Егоровым было показано, что определение дикетонов на газовом хроматографе Газхром 11-09 с детектором по захвату электронов дает более точные результаты, чем спектрофотометрирование. При отгоне

дикетонов, в частности диацетила, происходит распад а-ацетоок-сикислоты и увеличивается содержание диацетила и пентандиона. Определение 2,3-бутандиола и 2,3-пентандиола в винах основывалось на их окислении бромом сначала до оксидикетонов (по методу Лемуана, 1928 г.), а затем (по методике окисления) до дикетонов. Пользуясь этим методом, А. В. Кавадзе определял содержание дикетонов и оксикетонов в грузинских винах. Результаты анализа приведены в табл. 14 и табл. 15.

Из данных табл. 14 и 15 видно, что в наибольшем количестве в винах содержится 2,3-бутандиол, затем З-окси-2-бутандион (аце-тоин) и 2,3-пентадиол, наименьшее количество — 2,3-бутандиона (диацетила) и 2,3-пентандиона. В процессе алкогольного брожения ацетоин в результате протекания восстановительных процессов восстанавливается в 2-3-бутандиол, поэтому он и накапливается в больших количествах (до 680 мг/л).

Содержание ацетоина в винах колеблется от 8,03 до 36,18 мг/л„ а диацетила — от 0,17 до 2,92 мг/л.

2,3-Бутандион, З-окси-2-бутандион и 2,3-бутандиол — соедине- ния с 4 углеродными атомами в цепи, они, как показано, состав- ляют окислительно-восстановительную систему в винах. Аналогичные три соединения, но с 5 углеродными атомами, были найдены нами в винах [43]. Содержание 2,3-пентадиола колеблется от 0,6 до 18 мг/л, З-окси-2-пентанона от 0,45 до 2,80 и 2,3-пентандиона от 0,02 до 0,28 мг/л.

Винные дрожжи в процессе алкогольного брожения способны восстанавливать 2,3-пентандион и образовывать значительное количество 2,3-пентандиола.

Полученные данные свидетельствуют о том, что в винах существует окислительно-восстановительная система соединений с 5 углеродными атомами, аналогичная окислительно-восстановительной системе из соединений с 4 углеродными атомами в цепи.

Данные табл. 14 показывают, что чем меньшее количество 2,3-бутандиона (диацетила) и 2,3-пентандиона в винах, тем выше их дегустационная оценка.

Красные марочные вина обычно содержат больше 2,3-бутандио-на и 2,3-пентандиона, чем белые, и дегустационная оценка их заметно ниже. Видимо, красящие вещества связывают эти карбонильные соединения. Так, вина Напареули и Телиани содержали соответственно 0,50 и 0,65 мг/л 2,3-бутандиона и оценены 9,0 и 9,1 балла, а вино Кварели с 1,9 мг/л получило при дегустации только 8,6 балла.

. Известно, что в винах, подвергшихся яблочно-молочному брожению, количество 2,3-бутандиона значительно увеличивается и достигает 2,8—4,3 мг/л. При проветривании вин количество его также увеличивается. Этому способствует содержание в винах ионов железа и меди, которые катализируют окисление З-окси-2-бутанона в 2,3-бутадион.

Большие количества диацетила в белых (выше 0,8—0,9 мг/л) и красных винах (больше 1,8 мг/л) придают вину окисленный тон, при концентрации выше 2 мг/л окисленный тон переходит в мышиный привкус.

Наши исследования, проведенные еще в 1952—1957 гг., показали, что сухие вина после окончания брожения не рекомендуется подвергать аэрации. Окисленные шампанские виноматериалы следует обескислороживать биологическим методом, а потом шампанизировать. При этом активные дрожжи быстро восстанавливают

диацетил в ацетоны, а качество получаемого шампанского улучшается.

Н. Г. Саришвили, А. Е. Орешкина и С. А. Брусиловский разработали способ ускоренного биологического обескислороживания шампанских виноматериалов при тепловой обработке и шампанизации в непрерывном потоке.

В последнее время в США, Англии и других странах диацетил из пива удаляют активными дрожжами или ферментными препаратами типа редуктаз, полученными из дрожжей или из бактерий Процесс проводят быстро, нагревая пиво в течение 4 мин при 80°С или 15 мин при 60°С с одновременным введением активных дрожжей и кизельгура.

Таким образом, содержание диацетила может подвергаться регулированию путем проведения того или иного технологического приема, что позволяет улучшать качество выпускаемого продукта.

  • Реклама