Технология производства белых столовых вин

Аннотация

вино виноград сусло технологический Работа посвящена проектированию технологической линии производства белых столовых вин. Она включает характеристику сырья для технологического процесса, описание всех его стадий, выбор и обоснование выбора оборудования и расчет и выбор насоса для перекачки киноматериалов. В характеристике сырья перечислены основные вещества, входящие в состав винограда и влияющие на органолептические, питательные и прочие свойства продуктов из него, а также дано краткое описание основных родов, видов и рас дрожжей и свойств белых столовых вин.

Работа содержит 5 рисунков, 10 таблиц и 2 приложения.

1. Введение

Современное виноделие — мощная отрасль пищевой промышленности, опирающаяся на новейшие достижения науки и техники и прежде всего — микробиологии и биохимии, механики и автоматики.

Многие вина со сложившимся высоким качеством и установленными названиями известны в мировой практике и занимают значительное место в экспорте винодельческих стран.

По данным Всемирной организации вина и виноделия (OIV) в 2005 году, российские виноделы произвели 5035 тысяч декалитров винной продукции, заняв 12 место в списке стран, производящих вино.

Регионами с наибольшими объемами производства вина и винодельческих изделий в 2010 году стали: Краснодарский край, Кабардино-Балкарская Республика, Ставропольский край, Ленинградская и калужская области. Лидирует Краснодарский край, производя около 43% всего отечественного виноградного вина. В Кабардино-Балкарской Республике выпускается 11% всего виноградного вина, производимого в России. Третье место занимает Ставропольский край, производящий 10% данной продукции.

Объемы производства вин в России и мире ежегодно увеличиваются. Это связано не только с наличием во многих странах определенной культуры употребления вин, но и с его терапевтическими свойствами, обусловленными содержанием в вине органических кислот, сахаров, антиоксидантов, витаминов и других соединений, микроэлементов (калий, натрий, кальций, магний, фосфор), дубильных, красящих, ароматических веществ

Полезные для организма минеральные соли и микроэлементы, присутствующие в белом вине в ионизированном виде, легко всасываются в кровь. В частности, железо из пищи лучше усваивается, если еду запивать белым вином.

Содержащиеся в любом вине минеральные кислоты — винная, яблочная, салициловая — способствуют усвоению пищевых протеинов, то есть мяса и рыбы. И только в белом вине найдена еще и кофеиновая кислота, которая ускоряет выздоровление больных с бронхолегочной патологией, благодаря способности разжижать мокроту и облегчать ее отхождение.

Целью данной работы является технологическое проектирование линии производства белых столовых вин с расчетом насоса для перекачки продукта. К задачам работы относятся:

1. Рассмотрение состава сырья и изменений, происходящих в нем в процессе производства вина.

2. Описание технологической линии производства белых столовых вин и машинно-аппаратурное ее оформление.

3. Расчет и подбор насоса для перекачки сусла

2. Характеристика сырья

2.1 Состав плодов винограда В ягодах винограда содержатся сахара, главным образом глюкоза и фруктоза, ферменты, витамины, микроэлементы, органические кислоты, азотистые, дубильные и другие весьма важные для здоровья человека вещества. С производственной точки зрения виноград используют для приготовления вин различных типов.

Изучение химического состава виноградного сока издавна привлекало внимание многих исследователей.

За последнее время в связи с развитием техники газожидкостной хроматографии, масс-спектроскопии, ядерно-магнитного резонанса, а также изотопных методов исследования был проведен ряд работ по изучению химического состава виноградного сока и вина. В винограде было найдено более 400 компонентов и еще больше в вине. Более глубоко изучен состав эфирных масел, органических кислот, фенольных соединений, углеводов, азотистых веществ, витаминов и других, обусловливающих качество винограда и вина.

Рассмотрим состав этих соединений, а также их значение в биохимии технологических процессов при производстве вин различных типов.

Углеводы винограда, их образование и превращение Главной составной частью лозы и. ягод винограда являются углеводы. Содержание их в некоторых сортах достигает 90%. В винограде соотношение сахара и кислот является главным критерием для определения качества винограда и вина. В процессе брожения сахара претерпевают глубокие изменения. Из них образуется главный продукт спиртового брожения — этанол, а также вторичные продукты брожения, имеющие важное значение для формирования вкуса и букета вина.

Превращение углеводов В последнее время проводятся исследования по изучению связи между метаболизмом органических кислот и углеводов в процессе роста и созревания ягод винограда. Первоначальный распад органических кислот и аккумуляция сахара происходят одновременно в начале созревания. Обычно это длится б—7 недель после цветения; этот процесс интенсифицируется в середине срока созревания ягод винограда.

Показано, что в ранний период созревания винограда большая часть атомов меченого углерода С14 включается в органические кислоты. В фазе, близкой к созреванию, основная масса С14 включается в углеводы.

На основании этого можно заключить, что органические кислоты в процессе созревания ягод винограда участвуют в образовании углеводов.

В ягодах винограда встречаются различные углеводы, их насчитывается до 81. К ним относятся полисахариды, олигосахариды и моносахариды. Полисахаридами называют углеводы, молекула которых при гидролизе распадается с образованием молекул моносахаридов.

В зависимости от молекулярной массы и свойств полисахариды делятся на две группы: олигосахариды — низкомолекулярные полисахариды, молекула которых при гидролизе образует небольшое число молекул моносахаридов (от 2 до 10), и высшие полисахариды — высокомолекулярные вещества малорастворимые и совсем нерастворимые в воде; в большинстве случаев они не кристаллизуются и не обладают сладким вкусом.

В ягодах винограда содержатся также пентозаны, целлюлоза, пектины и камеди.

Полисахариды кожицы винограда состоят из легкои трудногидролизуемых фракций полисахаридов. Количество последних составляет 24 — 25%, а легкогидролизуемых 16 — 20%. Полисахариды в ягоде винограда представлены сложными сочетаниями кислых и нейтральных гетерополисахаридов: галактоарабиногалактана, арабиноглюкана, галактоглюкоманнана и глюкана.

Считается, что все полисахариды в разной степени связаны между собой, а также с лигнином, белком и фенольными соединениями.

Работами В. И. Зинченко и др. показано, что в винограде найдены щелочерастворимые полисахариды, гемицеллюлоза и целлюлоза, а также гетерополисахарид, состоящий из гексоз, пентоз и уроновых кислот.

Гексозы в винограде встречаются в свободном состоянии в больших количествах. d-глюкоза, или виноградный сахар, хорошо растворима в воде, в спирте, плохо и совсем нерастворима в эфире. При слабом окислении она образует глюконовую, а при сильном — сахарную кислоту. При нагревании глюкозы с минеральными кислотами она превращается в оксиметилфурфурол, который затем разлагается на левулиновую и муравьиную кислоты.

Винные дрожжи лучше сбраживают глюкозу, чем фруктозу, так что после окончания брожения последняя частично остается в вине. При окислении фруктозы слабыми окислителями образуются гликолевая и оксимасляная кислоты, при дальнейшем окислении из гликолевой кислоты образуются муравьиная и щавелевая. Восстановление фруктозы приводит к образованию d-маннита и d-сорбита.

После цветения и формирования ягод винограда вначале в основном образуется глюкоза, а затем фруктоза. В начале созревания отношение глюкозы к фруктозе в ягоде приближается к 1. В стадии технической зрелости в ягодах преобладает фруктоза. Объясняется это тем, что к этому времени активность гексозофосфатизомеразы значительно увеличивается, вследствие чего часть глюкозы превращается в фруктозу и ее количество возрастает. Сахароза также появляется в период созревания винограда.

В европейских сортах винограда отношение глюкозы к фруктозе составляет от 0,9 до 1,3, а по Амерайну — от 0,71 до 1,45.

Для установления степени зрелости винограда, идущего на изготовление столовых, шампанских и десертных вин, большое значение имеют содержание сахара и титруемая кислотность во время сбора.

По мере созревания содержание сахаров увеличивается, а титруемая кислотность уменьшается и при этом глюкоацидиметрический показатель возрастает. Для шампанских виноматериалов он составляет 18—20, для столовых — 23—25, а для десертных — 35.

Пентозы представлены L-арабинозой, ксилозой, а также рибозой, рамнозой, дезоксирибозой и мелибиозой. В винограде содержатся и пентозаны. Они преобладают в гребнях, кожице и семенах в количестве от 1,05 до 4,5%, а в винах количество пентозанов колеблется от 0,003 до 0,15%.

Считается, что потенциальным источником пентоз в вине являются глюкопротеины, полисахариды, пектины, аминосахара, пигменты винограда и экстрактивные вещества древесины бочки.

Исследования Е. Пауля (1967) показали, что в процессе брожения сусла эти соединения подвергаются гидролизу, в результате чего пентозаны появляются в свободном состоянии и поддаются хроматографированию.

Большое биологическое значение имеют d-дезоксирибозы и d-рибоза, которые входят в состав нуклеиновых кислот как биологически активные вещества.

Пентозы обладают всеми характерными свойствами моносахаридов. Они восстанавливают фелингову жидкость. Поэтому при определении Сахаров по методу Бертрана пентозы обусловливают завышенные результаты. С фенилгидразином пентозы образуют озазоны, при восстановлении дают пятиатомные спирты (ксилит и арабит), дрожжи не способны их сбраживать, этим пентозы и отличаются от гексоз.

При нагревании с минеральными кислотами пентозы теряют 3 молекулы воды и образуют фурфурол, что характерно для них.

Пектиновые вещества Это высокомолекулярные углеводные соединения. В состав пектиновых веществ входит более 200 до некоторой степени метокси-лированных остатков галактуроновой кислоты, которые соединены между собой 1,4-эфирными связями:

Рисунок 1 — Структура пектиновых соединений В пектиновые вещества кроме d-галактуроновой кислоты входят еще d-галактоза, d-ксилоза, d-рамноза и l-арабиноза. В некоторых пектинах содержатся rf-глюкоза и l-фукоза.

До настоящего времени нет четкой классификации пектиновых веществ. Согласно физико-химическим свойствам они разделяются на ряд фракций. В пектиновые вещества входят протопектин, растворимый пектин, пектиновая и пектовая кислоты и их соли — пектаты.

Протопектин нерастворим в воде. Он входит в состав первичных клеточных стенок. Но после обработки органическими кислотами или под действием протопектиназы переходит в растворимый пектин. В протопектин входят полигалактуроновые кислоты, которые связаны с крахмалом, целлюлозой и арабаном. Химическая природа протопектина полностью еще не изучена, поскольку он не выделен из растений в нативном состоянии.

Пектин представляет собой растворимые пектиновые кислоты. Пектиновые растворы обладают высокой вязкостью, вследствие чего при повышенном содержании его в виноградном соке обработка затрудняется, в связи с чем большое значение имеет обработка сока или сусла пектолитическими ферментами.

Среди пектолитических ферментов главную роль играют пектинэстераза и эндополигалактуроназа. При гидролизе пектина под действием пектинэстеразы выделяется метанол, увеличение содержания которого нежелательно. Содержащиеся в сусле пектиновые кислоты тормозят действие пектинэстеразы. Фенольные соединения также ингибируют действие пектолитических ферментов.

В начале созревания винограда пектиновые вещества из твердых частей ягоды частично переходят в сок. При технической зрелости содержание их в соке колеблется от 1 до 2 г/л. Виноградный сок, полученный из недозрелого винограда, не содержит пектиновых веществ.

Показано, как изменяется содержание пектиновых веществ при переработке винограда. В процессе прессования количество пектина в зависимости от фракции сусла увеличивается. Так, в сусле первой фракции количество пектиновых веществ составляет 0,05%, во второй 0,06%, а в третьей 0,2%. Следовательно, сусло последних фракций содержит больше пектиновых веществ, чем сусло первой и второй фракции. Поскольку пектин является гидрофильным коллоидом с отрицательным зарядом, то сусло и полученное из него вино плохо осветляются.

В процессе переработки винограда пектин претерпевает глубокие изменения, особенно в процессе брожения. В винограде содержится пектинметилэстераза, которая приводит к деметоксилизации пектиновых кислот, в результате чего сусло обогащается метанолом. В винограде также содержится, полига-лактуроназа, но она менее активна. Под действием пектолитических ферментов, содержащихся в самих ягодах винограда, пектин начинает распадаться и количество его уменьшается.

При спиртовом брожении происходит дальнейший распад пектина под действием ферментов дрожжей, среди которых имеются и пектолитические. В дрожжах была найдена полигалактуроназа. В связи с этим в вине пектина остается очень мало, а в выдержанных винах обнаруживается в следах. Если в исходном сусле пектина содержится от 0,59 до 0,75 мг/л, то после брожения и формирования вина его остается примерно в 10 раз меньше.

Пектиновые вещества являются основным источником фурфурола в вине. Образование фурфурола из пектиновых веществ протекает по следующей схеме:

Рисунок 2 — Схема образования фурфурола из пектиновых веществ Вина, приготовленные из винограда, обработанного пектолитическими ферментами, более экстрактивны и обладают более хорошим вкусом.

Общее количество коллоидов в вине составляет 300 мг/л. В сусле их примерно в 2 раза больше, чем в вине. При брожении сусла и выдержке вина количество коллоидных веществ уменьшается, главным образом за счет исчезновения групп с высокой электрофоретической подвижностью, т. е. пектинов и белков.

Азотистые вещества Азотистые вещества винограда состоят из органических и минеральных форм азота. К первым относятся белки, аминокислоты, полипептиды, амины, амиды и другие азотистые вещества, ко вторым — нитраты, нитриты органических оснований и аммиачных солей. В винограде и в вине преобладает органическая форма азотистых веществ. Основная доля из них приходится на аминокислоты и полипептиды, что составляет от 38 до 78% от общего азота. Остальные формы органического азота составляют 8—13%. На долю минеральной формы азота приходится всего от 5 до 15%.

Аминокислоты Биосинтез аминокислот в органах виноградной лозы впервые в 1960 г. был показан С. В. Дурмишидзе и О. Т. Хачидзе. Исследования этих авторов доказали, что в начале сокодвижения в растении усиливается ферментативный гликолиз углеводов и создаются условия для биосинтеза аминокислот. В пасоке виноградной лозы были идентифицированы все аминокислоты, которые встречаются в виноградном соке и корнях.

Количество общего азота составляет около 1075 мг/л, белкового 40 мг/л, содержание аминокислот и пептидов превышает содержание других форм азота.

Исследования французских энологов Е. Пейно, С. Лафон-Ла-фуркарда и Г. Гимберто показали, что в процессе созревания ягод винограда количество общего азота увеличивается, а аммиачного уменьшается, содержание отдельных аминокислот нарастает и особенно много накапливается пролина.

Нарастание количества аминокислот в процессе созревания винограда сорта Рислинг впервые показал в 1963 г. Ф. Драверт. В ранний период созревания, когда кислотность очень высокая, в ягодах мало аминокислот. В процессе созревания винограда наблюдается уменьшение титруемой кислотности и увеличение количества аминокислот.

Ф. Драверт показал, что в начале созревания в заметном количестве в ягодах винограда накапливаются аргинин, серии, аланин, глютаминовая и аспарагиновая кислоты. Видимо, эти кислоты участвуют в образовании других метаболитов и аминокислот.

Так, например, аспарагиновая и глютаминовая кислоты участвуют в переаминировании аминокислот с кетокислотами. Аланин, дезаминируясь, превращается в пировиноградную кислоту, которая занимает центральное место в метаболизме углеводов, жиров и белков. Из аспарагиновой кислоты образуются серии, треонин и метионин, а из глютаминовой кислоты — орнитин, цитруллин, аргинин. В ягодах винограда в наибольшем количестве содержатся пролин, аргинин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты.

В процессе созревания винограда в нем появляются глицин, валин, метионин, лейцин, изолейцин, а также циклические аминокислоты — пролин, тирозин и фенилаланин.

Ф. Драверт также установил, что в процессе созревания винограда планомерного увеличения аминокислот не наблюдается. В начале созревания (до 5 сентября) содержание аминокислот увеличивается до 2619,9 мг/л, к 12 сентября — уменьшается до 2277,8 мг/л, а затем опять резко увеличивается до 3464,1 мг/л. Такое явление можно объяснить тем, что в этот период происходит энергичное расходование аминокислот на биосинтез белков.

В таблице 1 приведено содержание аминокислот в сусле поданным исследователей разных стран.

Из таблицы 1 видно, что сорта винограда, произрастающего в разных странах, значительно различаются между собой содержанием аминокислот. Большинство аминокислот встречается во всех сортах. Количество пролина превалирует над содержанием других аминокислот.

После пролина в разных сортах винограда встречается значительное количество аргинина, аспарагиновой и глутаминовой кислот.

Цистин, глицин, триптофан и некоторые другие аминокислоты содержатся в незначительном количестве.

Колебания в содержании аминокислот можно объяснить различными климатическими условиями произрастания, а также сортом винограда и способом приготовления сока. Некоторые сорта винограда — Каберне, Саперави, Совиньон, Мальбек — имеют повышенное содержание азотистых веществ, другие — Мерло, Се-мильон — бедны ими. Сок, полученный самотеком, содержит меньше аминокислот, чем сок, полученный под давлением.

Аминокислотный состав виноградного сока меняется в зависимости от внесения отдельных элементов удобрений. Улучшение минерального питания является не только средством повышения урожайности, но влияет на химический состав растений.

Среди факторов внешней среды, действующих на размер и качество урожая винограда, первое место принадлежит условиям почвенного питания.

С помощью химического состава удобрения можно регулировать питание виноградной лозы и получить виноград, соответствующий определенному типу вина. Применение азотистых удобрений приводит к увеличению содержания аминокислот в ягодах, что полезно при производстве десертных вин и нежелательно при приготовлении сухих, столовых и шампанских виноматериалов.

Полипептиды Эти соединения состоят из аминокислот, связанных между собой пептидными связями. Молекулярная масса полипептидов составляет не более 10 000 D. Они осаждаются сульфатом аммония, фосфоровольфрамовой кислотой, как белки, но, отличаются от белков тем, что не задерживаются целлофановой мембраной при диализе. Дии трипептиды не осаждаются этими реактивами.

Многие полипептиды встречаются в растениях и дрожжах, имеют важное значение как промежуточные продукты в обмене веществ и как физиологически активные вещества. Примером может служить глутатион. Он состоит из остатков трех аминокислот: гликокола, цистеина и глютаминовой кислот. Глютатион в значительном количестве содержится в дрожжах.

Важная роль глутатиона в обмене веществ заключается в том, что он является сильным восстановителем и очень легко окисляется. При этом окисляется сульфгидрильная группа (—SH). Две молекулы глутатиона соединяются дисульфидной связью (—S—S—) и образуют молекулу окисленного глутатиона.

В ягодах винограда полипептиды образуются в результате распада белков и путем синтеза из аминокислот.

Количество аминокислот, входящих в полипептиды, составляет от 70 до 90% от общего азота. Глицин, лизин, аспарагиновая кислота являются главными компонентами полипептидов.

Белки В растениях белков содержится меньше, чем углеводов. Однако они играют большую роль в биологических процессах. Белковые вещества составляют основную массу протоплазмы. Все ферменты являются белками.

При определенных условиях белковые растворы превращаются в гели. В гелях вода находится в гидратационном состоянии. Высушенный гель теряет воду. При помещении такого геля в воду белок впитывает большое количество воды. Этот процесс называется набуханием геля. Процесс, обратный набуханию, т. е. отдача воды, называется синерезисом. Процесс набухания белков играет большую роль в пищевой промышленности, особенно в хлебопечении и в кондитерском производстве.

Белки винограда и вина в основном представлены протеидами, большинство которых обладает ферментативной активностью. К числу таких протеидов относятся гликопротеиды, в углеводную фракцию которых входят глюкоза, фруктоза, манноза, ксилоза, галактоза, рамноза и фукоза.

Белковые вещества винограда довольно разнообразны и содержат несколько фракций. Первые исследования по изучению гетерогенности белков винограда были проведены В. Димайером и И. Кохом методом электрофореза в 1962 г. Согласно их данным, белки состоят из нескольких фракций, причем две из них являются главными, по отношению к теплу одна фракция является лабильной.

Р. Моретти и X. Берг (1965) методом электрофореза на поли-акриламидном геле в присутствии трисглицеринового буфера с рН 8,3 разделили белок виноградного сока на пять фракций. Молекулярная масса выделенных фракций колебалась от 18 000 до 23 000 D, изоэлектрическая точка белка варьировала от рН 3,5 до рН 3,7.

Согласно данным Е. Н. Датунашвили и др., белки винограда имеют относительно невысокую молекулярную массу. Низкомолекулярные фракции обладают молекулярной массой около 10 000, а более высокомолекулярные от 24 000 до 47 000D.

При переработке винограда содержание белковых веществ изменяется в зависимости от технологии. Сусло, полученное прессованием, содержит больше белков, чем сусло, полученное самотеком.

Тепловая обработка виноградного сока и вина вызывает некоторое уменьшение белкового азота.

Амины и амиды В результате исследований винограда и вина наряду с аминокислотами и белками в сусле и вине были обнаружены и другие азотистые вещества. Было установлено, что амины составляют примерно 1—5% общего количества азотистых веществ, которые образуются путем энзиматического расщепления аминокислот. Одним из путей образования аминов является декарбоксилирование аминокислот по схеме:

Рисунок 3 — Схема образования аминов из аминокислот В вине также были найдены гистамин, диэтиламин, диметиламин. Содержание гистамина в белых винах колеблется от 0,3 до 5,5 мг/л. Он образуется в результате действия молочнокислых бактерий, так как дрожжи не способны синтезировать гистамин.

В винах были идентифицированы гексиламин, бензиламин, путресцин и кадаверин. Установлено, что некоторые амины, особенно гистамин, являются биогенно активными веществами и имеют большое физиологическое значение.

Амиды играют важную роль в азотистом обмене веществ. В винограде в основном встречаются амиды аспарагиновой и глютаминовой кислот: аспарагин и глутамин.

Содержание амидов в винограде составляет от 3 до 5%, а в винах от 1 до 2%. В винах идентифицированы следующие амиды N-этилацетамид, N-2-метилбутилацетамид, N- (2-фенилэтил) ацетамид, М-[3-(метилтио)-пропил]-ацетамид и др.

Среди амидов особое значение имеет ацетамид, который придает вину мышиный тон. Ацетамид образуется при аминоацеталазной реакции:

Рисунок 4 — Схема образования ацетамида

В винах содержатся также гексозамин (8,7—29,2 мг/л) и ме-ланоиды, количество которых колеблется в зависимости от типа вина (5—75 мг/л).

Органические кислоты и их метаболизм Органические кислоты широко распространены в растительном мире и играют важную роль в обмене веществ растений. Они в значительных количествах содержатся в ягодах винограда и представлены главным образом винной и яблочной кислотами. Лимонной, янтарной, гликолевой, глиоксалевой, щавелевой и других кислот в винограде значительно меньше. Благодаря создаваемой ими кислотности в сусле подавляется развитие болезнетворных микроорганизмов и создаются благоприятные условия для деятельности винных дрожжей. Органические кислоты находятся в определенных соотношениях с сахарами и этим обусловливают приятное вкусовое ощущение.

При физиологической зрелости винограда (к 5/Х) наблюдается уменьшение количества винной, яблочной, янтарной и щавелевой кислот, содержание лимонной также уменьшается. Следует отметить, что по динамике накопления лимонной кислоты можно определять техническую и физиологическую зрелость винограда.

Соотношение количества винной и яблочной кислот меняется в ходе созревания. У незрелого винограда это соотношение составляет примерно единицу, а в процессе созревания оно увеличивается. При технической зрелости соотношение между винной и яблочной кислотами меньше 2, а при физиологической — больше 2.

В последнее время изучались функции отдельных кислот в сусле и вине. При этом установили, что большое значение имеет яблочная кислота. Другие исследователи считают, что при созревании винограда и приготовлении вина имеет значение винная и яблочная кислоты. Содержание винной кислоты мало зависит от климатических условий. Она микробиологически более устойчива и как наиболее сильная регулирует в вине соотношение кислот и солей и, следовательно, концентрацию водородных ионов, что и определяет ее значение при производстве вин. Яблочная кислота имеет большее значение при созревании винограда, чем при приготовлении вина, она играет важную роль в обмене веществ растения.

Содержание яблочной кислоты в зеленых ягодах мало возрастает с повышением температуры от 10 до 25 °C. Дальнейшее повышение температуры вызвало уменьшение ее количества. Низкие температуры ночью стимулируют образование органических кислот, а высокие (30°С и выше) уменьшают. В зеленых ягодах винограда углеродная метка С14 преобладает в основном в органических кислотах, в созревших ягодах около 80% его входит во фракцию углеводов.

Исходя из полученных данных можно заключить, что в зеленых ягодах при температуре 10—15°С ночью происходит синтез органических кислот, а при высокой температуре (30—37°С) днем — синтез углеводов.

Винная кислота По химическим свойствам все формы винной кислоты одинаковы, но отличаются рядом физических свойств (температурой плавления, растворимостью и др.). Так, например, dи l-винные кислоты имеют температуру плавления 170 °C, виноградная 240— 246° С, а мезовинная 140° С. Растворимость dи l-винной кислот в. воде выше, чем виноградной.

Поскольку винная кислота является двухосновной, она дает два рода солей — кислые и средние. Кислая соль калия винной кислоты (КНС₄Н₄0₆) труднорастворима в воде и даже в вине, вследствие чего в значительном количестве выпадает из вина в осадок. Средняя соль калия винной кислоты (К₂С₄Н₄О₆), а также средняя соль натрия хорошо растворимы в воде. При действии едкой щелочи на кислую калийную соль винной кислоты образуется сегнетова соль (KNaC₄H₄0₆ 4H₂0).

Растворимость солей винной кислоты (винный камень) в вине зависит от содержания некоторых аминокислот (глицин, лейцин, фенилаланин, аспарагиновая кислота) и особенно белковых веществ. Согласно данным С. Мончева, неодинаковая растворимость винного камня в отдельных винах объясняется различием в составе и количественном отношении аминокислот. Поэтому вина, выдержанные на дрожжах, обладают большей стабильностью к помутнениям.

Винная кислота и ее соли являются одним из главных компонентов сусла и вина. Значение их в том, что, обладая кислым вкусом, в сочетании с сахаром они создают определенную вкусовую гармонию.

Винная кислота и ее соли создают кислую реакцию сусла и вина и препятствуют развитию ряда микроорганизмов, портящих вкус и аромат. С другой стороны, кислая среда способствует развитию винных дрожжей, которые обладают более высокой кислотовыносливостью и при рН 2,8—3,8 способны сбраживать сахар.

Ферменты О-Дифенолоксидаза Этот фермент (02=оксидоредуктаза К.Ф. 1.10.3.1) является одним из наиболее активных, встречающихся в ягодах винограда. Фермент обладает способностью катализировать окисление не только катехинов, но и других фенольных соединений, содержащих 1−2- и 1−3-оксигруппу (ОН), пирокатехин и пирогаллол, а также группу NH2 (ароматические аминокислоты и амины).

Характерной особенностью о-дифенолоксидазы является способность катализировать две реакции — окисление дифенолов и гидроксилирование монофенолов. Следовательно, о-дифенолоксидаза является не единственным ферментом, обладающим смешанными функциями. Таким же свойством обладает риболозодифосфаткарбоксилаза.

С момента появления ягод до полного их созревания активность о-дифенолоксидазы и количество фенольных соединений быстро уменьшается в течение одного месяца, т. е. с того момента, как масса ягод и сахаристость увеличиваются.

Гидролазы Эти ферменты катализируют реакцию гидролиза сложных соединений на более простые. Это обширный класс ферментов, который может быть подразделен на ряд подгрупп: эстеразы, протеазы, пептидазы, карбогидразы, р-фруктофуронозидаза и др. В винограде из гидролаз наиболее активны эстеразы. Ферменты, катализирующие гидролиз пектиновых веществ, разделяются на две группы: пектинметилэстеразы, катализирующие разрыв эфирных связей в молекуле метоксилированных пектинов, и полигалктуроназы, которые расщепляют а-1,4-d-галактуроновые связи, соединяющие остатки галактуроновой кислоты.

Согласно существующей номенклатуре ферментов, пектинэсте-раза (ПЭ) называется пектингидролаза (3.1.1.11), а полигалак-туроназа (ПГ)—полигалактуронидглюканогидролаза (3.2.1.15).

В начале действий протопектиназы происходит расщепление связи между метоксилированной полигалактуроновой кислотой и связанным с ней арабаном. При этом образуется свободная мето-ксилированная полигалактуроновая кислота, так называемый растворимый пектин.

Под действием пектинметилэстеразы происходит гидролитическое отщепление метоксильных групп от растворимого пектина с образованием полигалактуроновой кислоты и метилового спирта.

Действием протопектиназы на арабан образуется метоксилиро-ванная полигалактуроновая кислота, которая под действием пектинметилэстеразы гидролизуется на метанол и полигалактуроновую кислоту. Последняя под действием полигалактуроназы расщепляется на остатки d-галактуроновой кислоты.

Витамины Витамин B1 (тиамин) В дрожжах содержится фосфоферраза, которая катализирует перенос фосфатной группы с АТФ на тиамин, превращающий его в тиаминпирофосфат. Помимо этого, тиаминпирофосфат участвует в декарбоксилировании пировиноградной кислоты при алкогольном брожении ив превращении пировиноградной кислоты в аце-тил-КоА.

Растения и дрожжи способны синтезировать тиаминпирофосфат, а в организме человека он не синтезируется. Человек должен получать этот витамин с пищей.

Исследования показали, что содержание витамина B1 в процессе созревания винограда увеличивается до 0,450 мг/кг.

Тиамин играет важную роль в алкогольном брожении, так как служит коферментом пируватдекарбоксилазы, катализирующей декарбоксилирование пировиноградной кислоты с образованием уксусного альдегида, который затем восстанавливается НАД-Н2 при действии алкогольдегидрогеназы.

Исследования, проведенные Н. М. Сисакяном, И. А. Егоровым, В. В. Агаповым и Н. Г. Саришвили (1961), показали, что внесение дрожжей при шампанизации в резервуарах способствует накоплению витаминов B1 и В2, количество которых увеличивается и достигает в опыте 0,74 мг/л, хотя, в контроле их всего 0,12 мг/л.

Таким образом, при переработке винограда и выработке вино-материала количество витамина B1 значительно уменьшается, а при выдержке вина на дрожжах снова увеличивается.

Витамин В2 (рибофлавин) Содержание витамина В2 в дрожжах значительно больше, чем в винограде, соответственно 30—40 мкг/г и 0,136—92 мкг/кг.

Исследование 5 образцов белых и 8 красных калифорнийских вин на содержание в них витаминов группы В показало, что в красных винах витаминов больше, чем в белых; так, количество рибофлавина, тиамина и ниацина в красных винах достигает соответственно 370, 950 и 1100 мг/л.

Витамин В6 (пиридоксин) Растения, в том числе и виноградная лоза, способны синтезировать витамин В6. Но больше всего витамина содержится в дрожжах.

Исследования Е. Пейно и С. Лафуркада показали, что количество витамина В6 в процессе созревания винограда возрастает, а при полной его зрелости уменьшается. В виноградном соке содержится от 0,16 до 0,53 мг/л витамина В6. В процессе брожения количество его несколько уменьшается, а затем начинает увеличиваться в результате автолиза дрожжей. В винах содержание витамина В6 колеблется от 0,12 до 0,67 мг/л.

Витамин РР (никотиновая кислота) Исследования И. Кэстера показали, что в калифорнийском винограде содержание никотиновой кислотьг колеблется от 6,79 до 3,75 мг/кг. Никотиновую кислоту и ее амид исследовал С. Лафур-кад в процессе созревания винограда и при брожении сусла, приготовленного из бордоских сортов винограда. При этом установлено, что количество витамина РР в ходе созревания увеличивается на 15—20% и колеблется от 0,86 до 2,56 мг/кг; в среднем для 20 образцов винограда оно составляет 1,2 мг/л. Связанного витамина РР всегда немного больше, чем свободного. В процессе брожения наблюдается уменьшение содержания никотинамида на 25—80%. По-видимому, дрожжи адсорбируют этот витамин. Особенно резко количество его уменьшается при проветривании вина, так как в присутствии кислорода витамин РР быстро окисляется. Несмотря на то что дрожжи способны синтезировать никотина-мид, содержание его в винах никогда не достигает первоначального уровня, т. е. содержания его в винограде и в сусле.

С. Лафуркад исследовал 82 образца вин. В белых винах содержание витамина РР колеблется от 0,44 до 1,32 (в среднем 0,82 мг/л), а в красных от 0,79 до 1,73 (в среднем 1,26 мг/л). Аналогичные результаты были получены А. Хеллом и его сотрудниками.

Согласно другим данным, количество витамина РР при выдержке вин не уменьшается (так, в 50-летних винах витамина РР столько же, сколько в молодых).

Витамин М (фолиевая кислота) Этот витамин состоит из молекулы птеридина, h-аминобензой-ной и глутаминовой кислот.

Фолиевая кислота участвует в перемещении одноуглеродистых соединений, в синтезе нуклеиновых кислот и в реакции трансокси-метилирования. Метильные группы необходимы для образования многих биологически активных соединений, например, метионина, тиамина, бетаина, холина и др.

Фолиевая кислота была обнаружена в винограде А. Н. Андреевой и В. Н. Букиным в количестве 2,38 мг/кг. В вине ее содержится от 0,38 до 0,5 мг/л, а в шампанском 0,43 мг/л. В процессе выдержки шампанского на дрожжах, по-видимому, происходит обогащение его фолиевой кислотой.

Витамин С (аскорбиновая кислота) Первые определения аскорбиновой кислоты были проведены в винограде А. А. Мержанианом и М. А. Герасимовым. Согласно данным Н. М. Сисакяна, И. А. Егорова и Б. Л. Африкян, содержание аскорбиновой кислоты в армянских сортах винограда колеблется от 22,1 до 48 мг · %.

Исследования КС. Попова показали, что в крымских сортах винограда аскорбиновой кислоты содержится от 2 до 10,6 мг%. Еще меньше ее в югославских сортах винограда (от 2,2 до 9,63 мг-%). Примерно столько же ее и в американских сортах винограда.

Содержание аскорбиновой кислоты в ягодах винограда зависит от условий ее определения. Так, если определение проводили сейчас же после раздавливания винограда, то содержание аскорбиновой кислоты было выше. Если же раздавленный виноград и сок долго оставался на воздухе, то количество аскорбиновой кислоты быстро уменьшалось вследствие окисления.

Исследования показали, что при раздавливании винограда в аэробных условиях под действием о-дифенолоксидазы из полифенолов образуются хиноны, которые дегидрируют аскорбиновую кислоту в дегидроаскорбиновую.

В процессе брожения сусла дегидроаскорбиновая кислота не восстанавливается, поэтому содержание аскорбиновой кислоту в молодом вине не превышает 5—10 мг/л, а в выдержанном — всего 2—3 мг/л. Из 45 исследованных бордоских вин только 3 содержали от 5 до 10 мг/л аскорбиновой кислоты.

Аскорбиновая кислота является прекрасным средством для предупреждения окисления. Поэтому весьма перспективно вводить ее в вино в кристаллической форме в анаэробных условиях, как это предложили А. С. Вечер и В. М. Лоза (1975 г.).

Фенольные соединения Фенольные вещества широко распространены в растительном мире, они встречаются в самых различных органах растений.

Катехины Катехины представляют собой наиболее восстановленные, а флавонолы — наиболее окисленные соединения. Взаимное превращение одной группы флавоноидов в другую происходит посредством окисления и восстановления. Катехины и лейкоантоцианы легко подвергаются окислению и восстановлению, а также способны к легкой полимеризации.

Катехины, лейкоантоцианы, флавононы и флавонолы — бесцветные вещества, флавоны и флавонолы окрашены в желтый цвет, антоцианы имеют разнообразные оттенки красного, синего и фиолетового цветов.

Биосинтез и метаболизм фенольных соединений.

В 50-х годах была сделана попытка установить биосинтез фенольных соединений. Было показано, что эти вещества синтезируются в растениях из углеводов через промежуточное соединение миоинозита. Но внедрения меченого С14 миоинозита в состав фенольных соединений растений не было обнаружено.

Позднее А. Л. Курсанов (1952) впервые показал, что при вакуум-инфильтрации раствора хинной кислоты в листьях чайного растения через некоторое время наблюдается образование рядовых полифенолов (катехины и галовая кислота).

С.П. Костычев считал, что в растениях хинная кислота легко превращается в галловую и гидрохинон и является связывающим звеном между углеводами и фенольными соединениями.

Шикимовый путь образования фенольных соединений. Шикимовая кислота является как бы первой ступенью при переходе от алициклических соединений к ароматическим. Образование шикимовой кислоты является первым этапом на пути перехода алициклических соединений к ароматическим.

Исследования М. Н. Запрометова также показали, что при введении в молодые побеги чайного куста меченого радиоактивного углерода в виде растворов глюкозы, фруктозы, шикимовой кислоты и ацетата натрия через 6—24 ч наблюдается удельная радиоактивность отдельных катехинов. Наилучшим предшественником является шикимовая кислота, промежуточное место занимает ацетат натрия и значительно хуже используются углеводы. Эти опыты позволили установить, что радиоактивная шикимовая кислота включается в галловые и пирокатехиновые фрагменты молекул катехинов.

Полученные данные свидетельствовали о том, что биосинтез фенольных соединений в растениях совершается в основном двумя путями — через шикимовую кислоту и через ацетат натрия в виде ацетил-КоА и малонил-КоА. Через ацетат осуществляется синтез ж-полифенолов, а через шикимовую кислоту — ои n-за-мещенных полифенолов.

Роль фенольных соединений в окислительно-восстановительных процессах. Фенольные вещества играют важную роль в обмене веществ растений. Но еще недавно существовало мнение, что фенольные соединения представляют собой конечные продукты метаболизма высших растений. А между тем экспериментальные работы последних лет показали, что фенольные вещества не только синтезируются высшими растениями, но и подвергаются в них разнообразным превращениям: участвуют в дыхании, фотосинтезе; предполагают, что они играют роль в образовании иммунитета и др.

В последнее время особое внимание уделяют специфическим окисленным полифенолам — хинонам (убихинонам). Убихиноны (витамин К), сосредоточены в митохондриях растений и являются звеньями дыхательной цепи. Они занимают промежуточное место между флавопротеинами и цитохромами.

На конечных этапах дыхательного процесса хиноны являются акцепторами водорода. Присоединяя водород, хиноны восстанавливаются и вновь окисляются о-дифенолоксидазой в хиноны.

Как ферментативное действие о-дифенолоксидазы, так и аутоксидация сопровождаются поглощением кислорода и выделением углекислоты. При этом на 1 моль катехина расходуется 1 моль кислорода.

Выделение углекислоты свидетельствует о расщеплении исходных молекул катехинов.

Исследования Б. В. Вартапетяна и А. Л. Курсанова (1955) показали, что при неферментативном окислении катехина в щелочной среде в состав продуктов окисления включается как атмосферный кислород, так и кислород воды, а при ферментативном — только кислород воды. Основываясь на полученных результатах, авторы пришли к заключению, что могут существовать различные механизмы ферментативного и аутоксидабельного окисления катехинов.

Окислительная конденсация фенольных соединений имеет место как при ферментативных реакциях, так и при аутоксидации катехинов и других производных. Примером могут служить дубильные вещества, проантоцианидины, лигнин и др. Инициаторами конденсации фенольных соединений являются о-дифенолоксидаза и пероксидаза.

Образованные при ферментативном окислении фенольные соединения, хинонные формы или свободные радикалы в дальнейшем неферментативно взаимодействуют с неокисленными формами катехинов и образуют димеры. Последние вновь подвергаются ферментативному окислению с образованием тримеров.

При окислительной конденсации катехинов молекулярная масса увеличивается примерно в 2 раза. Исходя из этого, А. Л. Курсанов, К. М. Джемухадзе и М. Н. Запрометов составили схему конденсации катехинов, которая предусматривает предварительное окисление катехинов в соответствующие хиноны, так как конденсируются не сами катехины, а их хинонные формы без разрыва пиранового кольца Рисунок 6 — Схема конденсации катехинов винограда Флавонолы Представителями флавонолов являются кемпферол, кверцетин и мирицетин.

Методом хроматографии в тонком слое целлюлозы из винограда были выделены два гликозида и два агликона. В процессе созревания винограда их количество колеблется от 13 до 20 мг на 100 г ягод, затем к моменту созревания количество флавонолов достигает 18—24 мг на 100 г ягод, в винах их содержится от 37 до 97 мг/л.

В кожице белого винограда эти флавоновые гликозиды найдены в меньших количествах, за исключением мирицетин-3-моноглю-козида, который отсутствовал. В красных винах через несколько месяцев хранения вследствие гидролиза флавоновых гликозидов образуются свободные аглюконы: кемпферол, кверцетин и мирицетин в количестве не больше 15 мг/л. В белых винах, приготовленных по европейскому способу, флавонолов не обнаружено.

Флавонолы в винограде встречаются в основном в виде гликозидов. Кроме того, они, как и катехины, могут находиться в виде ацилированных производных.

Флавоны Представителями флавонов являются: апигенол, лютеолол и хризол. Они окрашены в светло-желтый цвет.

В винограде эти вещества найдены в виде гликозидов и агликонов. В виде гликозидов встречаются с присоединением сахара к углеродному атому в положении 3 и 7. Апигенол найден в винограде сорта Изабелла. В винограде были найдены следующие флавоновые соединения: витексин, изовитексин, ориентин и изоориентин.

Фенолкарбоновые кислоты К ним относятся ароматические кислоты бензойного и коричного ряда. К бензойным относятся н-оксибензойная, протокатеховая, ванилиновая, галловая, сиреневая, салициловая и гентизиновая; к коричным — н-кумаровая, кофейная, ферулевая и синаповая.

Интересно отметить, что в кожице красного винограда содержится больше кислот бензойного и коричного рядов, чем в кожице белого.

Антоцианы Это красящие вещества ягод, плодов и цветочных лепестков, а также листьев некоторых растений. Первые исследования по изучению химического строения антоцианов были проведены Р. Вилыптеттером, П. Каррером и В. Робинсоном.

Антоцианы широко распространены в растительном мире. Основными представителями их являются следующие агликоны: цианидол, дельфинидол, петунидол, мальвинидол и пеларгонидол. Ниже приведена структурная формула дельфинидола.

В винограде, в зависимости от его рода и вида, было найдено от семи до семнадцати веществ, являющихся монои дигликозидами, а также — ряд веществ в виде ацилированных гетерозидов, которые соединены с ароматическими кислотами, такими как, например, n-оксибензойная, n-оксикоричная, n-кумаровая.

В гликозидах антоцианидинов остаток сахара присоединяется в случаях моногликозидов к углеродному атому в положении 3, я в случае дигликозидов — в положении 5. Из сахаров, входящих в молекулу антоцианов, главным образом встречается глюкоза, реже рамноза, арабиноза и галактоза.

Красящие вещества ягод винограда находятся как в свободном состоянии — это, так называемые антоцианидины, так и в связанном с сахарами в виде гликозидов — это антоцианы. Антоцианы содержат в гетероциклическом кольце четырехвалентный кислород (оксоний) и благодаря этому легко образуют соли, например хлориды.

Антоцианы в основном распределены в кожице винограда. Они находятся в третьем или четвертом слое гиподермы, а в мякоти под гиподермой. Внутри клеток антоцианы концентрируются в вакуолях в виде гранул. Цитоплазма и стенки клеток их не содержат. Но когда клетка погибает, то в результате диффузии окрашивается вся ткань.

Танины Танины винограда и вина представляют собой полимеры главным образом из катехинов и лейкоантоцианов. Они обладают способностью реагировать с белками. Молекулярная масса танинов меняется в зависимости от продолжительности выдержки вин. Согласно данным П. Риберо-Гайона (1971), для молодых вин она-равна 500—800, для старых — 3000—4000D, для очень старых вин молекулярная масса уменьшается и приближается к молекулярной массе молодых вин вследствие выпадения в осадок наиболее конденсированных форм. Структура танина в процессе созревания и старения вина сильно меняется.

Эфирные масла Эфирные масла в основном сосредоточены в кожице винограда и во внешних слоях мякоти. Кожица винограда содержит их в 2 раза больше, чем мякоть. Вещества, выделенные из эфирного масла винограда, представлены углеводородами, спиртами, терпеноидами, карбонильными соединениями, жирными кислотами, сложными эфирами и другими.

2.2 Характеристика дрожжей, используемых в виноделии В винодельческом производстве встречаются в основном дрожжи рода Saccharomyces, пленчатые и некоторые «дикие» дрожжи.

Род Saccharomyces имеет наибольшее значение и распространение в производстве продуктов переработки винограда. Размножаются дрожжи почкованием, с наступлением неблагоприятных условий образуют от 1 до 4 шаровидных гладких бесцветных спор. Активно сбраживают сахара, способны развиваться в средах с низким рН (до 2,8), спиртоустойчивы.

Вид Saccharomyces vini по сравнению с другими родами и видами в природе встречается меньше. Во время бурного брожения и в стадии дображивания данный вид составляет примерно 80% всех дрожжей рода Saccharomyces. Клетки имеют круглую, яйцевидную или овальную форму. Размеры (5—7) X (8—11) мкм. Характерная особенность дрожжей S. vini — их значительная спиртоустойчивость (до 16% об.). Бродильная способность S. vini выше бродильной способности других видов дрожжей. Из данного вида выделено много рас с полезными производственными признаками: спиртообразующей способностью, сульфитои холодоустойчивостью и др. Дрожжи S. vini могут играть и отрицательную роль, вызывая забраживание виноградного сока, помутнение готовых вин.

Вид Saccharomyces oviformis в природе встречается редко. Дрожжи этого вида часто обнаруживаются в бродящем виноградном соке, они накапливаются к концу брожения вследствие большей спиртоустойчивости, чем S. vini. По морфологическим признакам дрожжи S. oviformis не отличаются от других видов рода Saccharomyces.

Характерной особенностью дрожжей является способность сбраживать высокосахаристое сусло (содержание сахаров свыше 30 г на 100 мл сусла) с получением вин повышенной спиртуозности (18—19% об.). Отмечается также большая способность этих дрожжей к окислению спирта, чем глюкозы. Обладают высокой сульфитоустойчивостью (выдерживают концентрацию свободной сернистой кислоты до 100 мг/л). Вид S. oviformis играет положительную роль в виноделии при сбраживании высокосахаристого сусла для получения сухих вин. Дрожжи этого вида хорошо приспособились к условиям шампанского производства. Для процесса шампанизации отселекционированы расы дрожжей Ленинградская, Киевская. В то же время они могут вызывать вторичное забраживание готовых вин, особенно полусладких. Эти дрожжи вызывают также помутнение бутылочных вин.

Разновидностью дрожжей S. oviformis являются дрожжи S. oviformis cheresiensis, способные образовывать на поверхности вина по окончании брожения пленку, в результате жизнедеятельности которой вино приобретает особые букет и вкус. Расы Херес 96-К и Херес 20-С быстро образуют пленку на вине с содержанием спирта 16—17% об. С помощью указанных рас дрожжей получают вино под названием Херес.

Вид Saccharomyces uvarum встречается в различных плодовых соках и винах. Дрожжи этого вида развиваются медленно, обладают средней спиртообразующей способностью, холодостойки. Синтезируют практически те же продукты брожения, что и S. vini. Многие расы дрожжей этого вида при сбраживании виноградного сусла образуют плотный невзмучиваемый дрожжевой осадок, не дают пены, синтезируют повышенные количества глицерина. Рекомендуются для приготовления полусладких вин, например раса Новоцимлянская 3.

Пленчатые дрожжи родов Pichia, Hansenula и Candida являются злейшими сорняками виноделия. Они получили свое название из-за способности образовывать на поверхности вина в аэробных условиях пленки. Клетки дрожжей родов Pichia, Hansenula и Candida имеют эллиптическую, овальную форму.

Встречаются также клетки удлиненной, колбасовидной и булавовидной форм. Дрожжи родов Pichia и Hansenula образуют споры; дрожжи рода Candida спор не образуют, их вегетативные клетки размножаются почкованием. Дрожжи родов Candida и Pichia быстро сбраживают сахара, потребляя их преимущественно путем окисления. Дрожжи рода Hansenula при сбраживании углеводов способны синтезировать до 5% об. этанола. В сусле содержатся в небольшом количестве. При соблюдении технологических условий приготовления и хранения виноматериалов почти не встречаются в винах, однако при плохом забраживании виноградного сусла быстро начинают развиваться на его поверхности, образуя на 2—3-й сутки сначала гладкую, позднее складчатую пленку серовато-белого цвета. Одновременно с пленкой они образуют дрожжевой осадок, т. е. начинают одновременно окислять и сбраживать сахара. При этом образуются этиловый, амиловый, бутиловый спирты, уксусная, масляная, янтарная кислоты, а также эфиры этих кислот. Продукты обмена придают виноматериалу резкий неприятный запах. Часто эти дрожжи развиваются на мезге при ее брожении.