загрузка...
Биохимия вина  |  Ферментативные окислительно-восстановительные процессы и их биологические катализаторы
Биохимия вина

Неферментативные окислительно-восстановительные (процессы и их катализаторы

При отсутствии биологических катализаторов (ферментов) такую роль в окислительно-восстановительных процессах играют тяжелые металлы. Для активирования кислорода воздуха большое значение имеют неорганические катализаторы — железо и медь. При взаимодействии этих катализаторов с перекисью водорода или с другими органическими перекисями выделяется активный кислород, который способен окислить углеводороды, углеводы, аминокислоты и жиры.

Согласно теории Ж. Риберо-Гайона [73], процесс окисления вина представляется следующим образом. Молекулярный кислород не может непосредственно реагировать с компонентами вина. Он реагирует с нестойкими веществами и образует так называемые промежуточные окислители, обладающие большой окислительной способностью. Эти промежуточные окислители, снабженные кислородом, и производят окисление компонентов вина. Ж. Риберо-Гайон считает, что процесс окисления вина протекает в две фазы: первая фаза состоит из присоединения кислорода воздуха к нестойким веществам вина, а во второй фазе нестойкие соединения, нагруженные кислородом, способны окислить труд-ноокисляемые соединения вина.

Эта теория окисления вина по Ж. Риберо-Гайону аналогична перекисной теории А. Н. Баха. Однако разница заключается в том, что у А. Н. Баха в качестве окислителя служит оксигеназа, а у Ж. Риберо-Гайона — промежуточные окислители.

При этом образуется супероксид

в кислой среде, какой является вино,

, участвующий в реакциях гидроксилирования.

При взаимодействии ионов двухвалентного железа с перекисью водорода возникают радикалы НО- и ОН-. Образование свободных радикалов способствует дальнейшему разложению перекиси водорода, при этом возникают длинные цепи реакции

Эти реакции можно представить в виде последовательного присоединения электронов к кислороду, если в биологической системе присутствуют Fe2+ и О2;

Радикал НО2 теоретически может образовываться при действии терминальных оксидаз и оксигеназ, поскольку они являются продуктами одноэлек-тронного восстановления молекулярного кислорода. Образование этих радикалов при окисления органических соединений молекулярным кислородом катализирует пероксидаза.

Перекисное окисление органических соединений происходит в присутствии ионов двухвалентного железа.

Еще в 1951 г. мы показали, что двухвалентное железо интенсивно окисляет винную кислоту, при этом образуется диоксифумаровая кислота, которая восстанавливает трехвалентное железо в двухвалентное [76]:

Восстановление двухвалентного железа обусловливает истинный каталитический процесс.

Восстановление трехвалентного железа в двухвалентное происходит также в присутствии аскорбиновой кислоты, восстановленного глютатиона и цистеина. Эти соединения могут непосредственно реагировать со свободными радикалами.

Этот радикал в свою очередь взаимодействует с новой молекулой окисляющегося соединения и превращается в гидроперекись (ROOH|), при этом вновь образуется радикал R:

При восстановлении гидроперекиси (ROOH) в присутствии восстановленного глютатиона образуется спирт (ROH).

В дрожжевой клетке этот процесс происходит при участии фермента глю-татионредуктазы. Интересно отметить, что восстановленный глютатион и ци-стеин оказывают на перекисное окисление комбинированное действие, выступая одновременно как восстановитель трехвалентного железа и гидроперекисей, а также как ингибитор свободных радикалов.

Способностью активировать молекулярный кислород обладают органические оксикислоты с непредельной связью, как, например, диоксифумаровая и аскорбиновая кислоты. Реакция активирования кислорода протекает по следующей схеме:

Правильность этих реакций подтверждают следующие наблюдения: если спектр ЭПР [х], возникающий при анаэробных условиях, немедленно исчезает, то в реакцию вступает кислород. Следовательно, диоксифумаровая кислота в

, затем в перекись водо-

загрузка...

— свободный радикал, образованный при потере одного электрона

из диоксифумаровой кислоты.

, образуя комплекс, обладающий большой каталитической способностью:

обладает гораздо большей каталитической активно-

. При добавлении пероксидазы скорость окисления диоксифумарата намного увеличивается. Это увеличение зависит главным образом от присутствия супероксида.

, Затем действие катала (приводит к разложению перекиси водорода до воды и кислорода.

Таким образом, функционирование этих двух ферментов обеспечивает живой клетке достаточно надежную защиту от наиболее токсических форм кислорода.

Для ингибирования протекания окислительных процессов в вине необходимо удалить ионы железа и меди. Это удается осуществить с помощью оклейки вина желтой кровяной солью. Лучшим ингибитором является ЭДТА (этилендиа-минтетрауксусная кислота|), которая образует неактивный комплекс с ионами железа.

К неферментативным процессам относятся и процессы меланоидинообразо-вания.

Меланоидины образуются при неэнзиматической реакции путем взаимодействия аминокислот с сахарами, что связано с потемнением вина. В процессе деградации углеводов, а также в результате сахароаминной реакции в кислой среде накапливается большое количество этих веществ. Меланоидины содержат гидроксильные, карбоксильные и карбонильные группировки, а также эфирные связи. Молекулярная масса их колеблется от 2 до 13 тыс.

Многие исследователи изучали реакцию Майяра на различных объектах и выделили производные фурана, пирана, пиррола, пиразина, карбонила и других гетероциклических и ароматических соединений.

Главной реакцией при взаимодействии Сахаров с аминокислотами является образование темноокрашенных продуктов — меланоидинов. При этой реакции появляется специфический запах, увеличивается кислотность, выделяется углекислота и повышается восстановительная способность. Появление редуктонов связано с окислением сопряженной диендиоловой структуры, которая способна полимеризироваться с образованием меланоидинов.

Исследования Е. Ходжа (1953) показали, что сахароаминная реакция протекает в три стадии: на первой стадии происходит конденсация аминокислоты с углеводом с образованием N-гликозиламина. При нагревании N-гликозиламин претерпевает внутримолекулярную перегруппировку Амадори и изомеризуется в амин-1-дезокси-2-кетозу.

На втором этапе происходит дегидратация амин-1-дезокси-2-кетона и его распад на более низкомолекулярные соединения: оксиметилфурфурол, фурфурол, диацетил, ацетоин, альдегиды, ацетон, фуран, оксифуран, левулиновую кислоту и другие вещества, участвующие в побурении вина.

По литературным данным, в результате сахароаминной реакции образуется более 50 веществ. На втором этапе сахароаминной реакции происходит распад аминокислот по Штеккеру с образованием альдегидов. Таким образом, один из

путей .деградации амин-1-дезокси-2-кетоз сопровождается образованием альдегидов, кетонов, спиртов, редуктонов. Альдегиды и редуктоны могут взаимодействовать с аминокислотами, образуя меланоидины с различным химическим строением.

Так, по данным В. Л. Кретовича и Р. Р. Токаревой (1948), при мелано-идиновой реакции были выделены с помощью бумажной хроматографии фурфурол, оксиметилфурфурол, альдегиды (уксусный, пропионовый, изомасляный, изовалериановый, коричный, сиреневый, ванилин, параоксибензальдегид, кони-фериловый).

3. Н. Кишковский [45] среди летучих веществ сахароаминной реакции идентифицировал метанол, этанол, ацетон и альдегиды (уксусный, пропионовый и масляный).

Исследования И. А. Егорова, В. Н. Ломинадзе, А. Ю. Скрипника показали, что в состав вновь образующихся веществ при нагревании до 190°С в течение 2 ч водных растворов сахарозы без добавления аминокислот входят формальдегид, уксусный и масляный альдегиды, ацетон и фурфурол. В присутствии аминокислот эта реакция ускоряется во много раз и количество возникающих продуктов увеличивается. Эти же авторы в другой работе установили, что при нагревании сахарозы с аланином образуются метиловый, этиловый, пропиловый и изобутиловый спирты, а при нагревании сахарозы с фе-нилаланином, кроме указанных спиртов, возникает еще В-фенилэтиловый.

На конечном этапе меланоидинообразования происходит альдольная конденсация безазотистых соединений с образованием низко- и высокополимерных соединений и альдегидаминная реакция с возникновением гетероциклических соединений.

A. Спарк считает, что потемнение различных насыщенных и ненасыщенных альдегидов с аминокислотами приводит к образованию пигментов, не содержа щих азота. Монокетозамины являются промежуточными продуктами, включая аминный азот. Они определяют ход реакции при потемнении альдозаминных си стем. А. Спарк показал, что наиболее быстро с аминокислотами реагирует кси лоза, затем манноза, галактоза, глюкоза, сорбоза, фруктоза; сахароза и маль тоза почти не реагируют.

Помимо Сахаров, в реакции меланоидинообразования принимают участие органические кислоты, альдегиды, кетоны, фенольные соединения и другие вещества. Кроме аминокислот, в этой реакции участвуют амины, пептиды, белки.

Методом гельфильтрации на сефадексе G-75 3. Н. Кишковский, Н. А. Ме-хузла, Т. А. Сахарова (1966) из конечных продуктов меланоидиновой реакции выделили различные фракции. Было показано, что эти фракции не содержат свободных альдегидов и аминных групп и не реагируют с нингидрином.

B. И. Личев с помощью гельфильтрации на сефадексе разделил про дукты меланоидиновой реакции на низкомолекулярные и на полимеры.

А. Спарк приводит схему меланоидинообразования, где показаны пути взаимодействия альдоз и аминокислот, включая образование из дикетозаминов различных дезоксиозонов и карбонильных соединений, которые затем дегидрируются и конденсируются в полимеры.

Более подробную схему образования меланоидинов приводит и Е. Ходжа, которая подробно описана в книге 3. Н. Кишковского и И. М. Скурихина.

C. Б. Давидянц предложил гипотетическую схему сахароаминной реак ции, которая протекает в четыре этапа. На каждом этапе образуются побочные продукты, чередующиеся хиноидными связями, затем они стабилизируются, пре вращаясь в ароматические и гетероциклические соединения.

Несмотря на то что до настоящего времени проведено много работ по изучению химического состава меланоидинов, до сих пор еще не установлена их химическая природа.

Меланоидины в виноделии, по мнению М. А. Герасимова (1951), имеют важное значение.

Крепким и десертным винам (кагору, мадере и токайским) меланоидины придают специфический вкус и аромат.

Отдельные аминокислоты и продукты деградации Сахаров, участвующие в меланоидинообразовании, играют важную роль в формировании специфических тонов и оттенков аромата и вкуса.

В сахароаминной реакции участвуют продукты, возникающие в результате окислительного дезаминирования аминокислот и деградации Сахаров в процессе нагревания. В. Л. Кретович и Р. Р. Токарева (1948) показали на модельных опытах, что когда в растворах присутствуют лейцин и валин, то образуются специфические тона корки ржаного хлеба.

Таким образом, при меланоидиновой реакции образуются не только высокомолекулярные соединения — меланоидины, но и низкомолекулярные летучие вещества различного строения. Эти летучие вещества участвуют в формировании вкуса и букета вина.

  • Реклама