Глава 17
БАКТЕРИАЛЬНОЕ БРОЖЕНИЕ
Ягоды винограда при их созревании обильно обсеменены не только дрожжевыми клетками, но и бактериями. Однако развиваются бактерии в сусле и вине очень ограниченно из-за высокой активной кислотности этих сред, осмотического давления углеводов в сусле и спирта в вине.
Благодаря этим бактерицидным свойствам вино имеет большую гигиеническую ценность, так как в нем подавляется жизнедеятельность большинства бактерий и наблюдается даже частичная их гибель. Поэтому в сусле и вине могут развиваться бактерии, которые выдерживают pH 2,6—4 и спиртуозность 12—16% об.
Бактерицидное действие вина усиливается с повышением концентрации спирта и водородных ионов. Бактерии туберкулеза, тифа, холерные вибрионы и кишечная палочка погибают в нем, причем в белом вине бактерии погибают быстрее (за 15—20 мин), чем в красном (2—4 ч).
В вине могут развиваться лишь немногие бактерии, которые вызывают яблочно-молочнокислое, молочнокислое, уксусное, маннитное и некоторые другие виды брожения.
Но в вине имеются и такие бактерии, которые в большинстве случаев способны вызвать его заболевание. Эти бактерии изменяют химический состав настолько, что искажают вкус и букет вина.
Из всех видов бактериального брожения единственное, которое в некоторых случаях положительно влияет на изменение химического состава, а иногда даже улучшает качество, — это молочнокислое брожение.
Яблочно-молочное брожение
Молочнокислые бактерии известны с глубокой древности. Они благоприятно влияют на изменение микрофлоры кишечника человека при употреблении молочнокислых продуктов. Но с другой стороны, молочнокислые бактерии приносят вред, вызывая скисание пищевых продуктов, содержащих сахар, — соков, вин, пива и др.
В виноделии с помощью молочнокислых бактерий можно регулировать кислотность вина путем разложения яблочной кислоты до молочной.
В последнее время многими исследователями показано, что из вин, подвергавшихся яблочно-молочному брожению, выделены различные виды молочнокислых бактерий как гомоферментативные, так и гетероферментативные.
Химизм молочнокислого брожения
В процессе яблочно-молочнокислого брожения образуется l-молочная кислота, а при сбраживании сахара образуется d-молочная кислота. Образование молочной кислоты из сахара протекает по гликолитическому пути по схеме Эмбдена и Мейергофа до образования пировнноградной кислоты, которая не декарбоксилируется в уксусный альдегид, а превращается в молочную кислоту при действии лактикодегидрогеназы согласно реакции:
СН3—СО—СООН Лактикодегидрогеназы
СН3—СНОН—СООН+НАД.
Пировиноградная Молочная кислота
кислота НАД · Н + · Н+
Превращение яблочной кислоты в молочную осуществляется двумя путями. Е. Пейно считает, что яблочная кислота при непосредственном действии молочнокислых бактерий декарбоксилируется в молочную кислоту по схеме:
Известно, что декарбоксилируются только кетокислоты. Поэтому вначале яблочная кислота в присутствии малатдегидрогеназы превращается в щавелевоуксусную, а затем под действием декарбоксилазы она превращается в пиро- виноградную кислоту, которая в присутствии лактикодегидрогеназы и НАД-Н+-Н+ восстанавливается в молочную кислоту согласно реакции.
Другой путь образования молочной кислоты из яблочной более вероятный, так как при дегидрировании яблочной кислоты акцептором водорода является НАД. Восстановленный при этом НАД под действием лактикодегидрогеназы отдает два водорода для восстановления пировиноградной кислоты в молочную.
При составлении баланса продуктов, образованных в процессе яблочномолочного брожения, установлено, что нет количественного соотношения между разложившейся яблочной кислотой и образовавшейся молочной. Теоретически из 1 г-мол яблочной кислоты образуется 1 г-мол молочной кислоты и 1 г-мол углекислоты, т. е. из 134 г яблочной кислоты образуется 90 г молочной и 44 г СO2. В действительности молочной кислоты получается - всегда меньше. При этом образуется ряд побочных продуктов, а именно уксусная кислота и диацетил.
Таким образом, в результате превращения двухосновной яблочной кислоты в одноосновную молочную уменьшается титруемая кислотность и несколько увеличивается pH. При этом происходят некоторые изменения в диссоциации органических кислот и буферности вина. Показано, что разложение яблочной кислоты ведет к увеличению степени диссоциации винной кислоты и поэтому незначительно влияет на изменение концентрации водородных ионов.
Однако при разложении яблочной кислоты имеет место и другой процесс. Образовавшаяся молочная кислота связывает только 7з катионов, ранее связанных яблочной кислотой. Освободившиеся 2/3 катионов фиксируются винной кислотой, что увеличивает содержание винного камня, который выпадает в осадок и, следовательно, снижает содержание свободной винной кислоты в вине. В результате протекания обоих процессов понижается кислотность вина.
Известно, что энергетический потенциал молочной кислоты выше, чем яблочной, поэтому процесс превращения яблочной кислоты в молочную сопровождается поглощением энергии, и молочнокислые бактерии, вызывающие яблочно-молочнокислое брожение, должны располагать другим источником энергии. Одни ученые считают, что эту энергию бактерии получают при полном окислении яблочной кислоты до углекислоты и воды. Другие полагают, что молочнокислые бактерии получают эту энергию за счет разложения сахара, который всегда содержится в вине.
Ф. Радлер (1963) показал, что для разложения 1 г яблочной кислоты в синтетической среде необходимо 0,1 мг глюкозы. Было показано также, что при молочнокислом брожении в вине уменьшается содержание некоторых аминокислот: аланина, аргинина, глицина, глютаминовой, аспарагиновой и γ-аминомасляной кислот.
У. Кунш, А. Темперли и К. Майер [127] показали, что в процессе яблочномолочнокислого брожения в красном вине с помощью Leuconostoc oenos происходит стехиометрическое превращение аргинина в орнитин по следующей схеме:
Вначале аргинина в вине было 816 мг/л, через 16 недель весь аргинин полностью превратился в орнитин, содержание которого достигло 632 мг/л. Одновременно с этим увеличилось количество аммиака с 5 до 151 мг/л. Молекулярное соотношение орнитина к аргинину было 0,98, а аммиака к орнитину—1,83.
Из этого можно заключить, что при полном завершении яблочно-молочнокислого брожения в красных винах аргинин полностью превращается в орнитин и в молекулярном соотношении составляет 1:1. Стехиометрически установлено, что превращение аргинина в орнитин происходит через цикл мочевины.
Гетероферментативные бактерии вызывают молочнокислое брожение в крепких и десертных винах, которое сопровождается уменьшением количества сахара, при этом происходит увеличение содержания летучих кислот (главным образом уксусной кислоты), а также диацетила.
Е. И. Квасников [47] показал, что в условиях Средней Азии молочнокислые бактерии хорошо развиваются в десертных винах с высоким содержанием сахара (16%) и спирта (16 об.%|). При этом образуется молочная кислота (до 4 г/л) и летучие кислоты (до 3,7 г/л). Болезнь вина сопровождается выделением углекислоты. Но не все виды и штаммы молочнокислых бактерий вызывают это заболевание. К этим штаммам относятся Lactobacterium (L.) breve, L. fermentii, выделенные из сухих и десертных вин, а также L. plantarum, выделенные из шампанского, приготовленного резервуарным методом.
Заболевание развивается в зависимости от состава вина, его спиртуозности, pH, температуры и др. Хотя процесс протекает очень медленно, тем не менее происходят глубокие химические изменения, которые портят вкус и букет вина.
К. Майер [136] считает, что к нежелательным последствиям яблочно-молочнокислого брожения относится появление интенсивной окраски вина, сопровождающееся увеличением количества диацетила. При брожении на бактериях вида Pediococus, кроме диацетила, в вине накапливаются биогенные амины (гистамин, путресцин, ацетил-холин, фенилэтиламина). Lactobacillus brevis, L. plantarum обусловливают появление посторонних тонов в вине (квашеной капусты и мышиного тона).
Таким образом, яблочно-молочнокислое брожение вызывает не только понижение кислотности вина, но и появление трудно устраняемых посторонних запахов.
Известно, что в красных винах при биологическом разложении оксикислот происходит уменьшение интенсивности окраски. Проведенные У. Ветчем и X. Люти в 1964 г. исследования показали, что уменьшение окраски прямо пропорционально бактериальной массе, определенной спектрометрически (в мг/л) в ходе распада яблочной и молочной кислот.
Бывают случаи, что вино теряет окраску на 50% от первоначальной, но через некоторое время происходит заметное ее восстановление. Однако никогда она не достигает исходной. Максимальное уменьшение окраски совпадает с исчезновением лимонной кислоты. У. Ветч и X. Люти объясняют механизм обесцвечивания тем, что при распаде лимонной кислоты выделяется водород, который благодаря энзиму переносится на красящее вещество, и вино обесцвечивается.
Установлено, что бактерии, которые не разлагают лимонную кислоту, не обесцвечивают вино. К таким относится Bacterium gracile.
Регулирование кислотности молочнокислыми бактериями
Для яблочно-молочнокислого брожения особенно благоприятно наличие бактерий Leuconostoc oenos. Эти микроорганизмы хорошо развиваются при pH 3,0— 3,3 и чувствительны к сернистой кислоте, поэтому, дозируя S02, можно регулировать брожение. Leuconostoc oenos образует незначительное количество диацетила и не изменяет букета вина.
Для прекращения яблочно-молочнокислого брожения вино надо снимать с дрожжевой гущи, вводить SO2 из расчета до 30 мг/л и затем выдерживать при температуре ниже 15°С.
Хорошим ингибитором яблочно-молочнокислых бактерий является фумаровая кислота, которая при дозе 150 мг/100 мл ингибирует их рост и размножение [143]. При совместном введении фумаровой кислоты и S02 получается лучший эффект.
Молочнокислые бактерии можно использовать для снижения кислотности высококислотных вин.
Еще в 1924 г. А. Остервальдер выделил культуру Shizosaccharomyces, которая расщепляла яблочную кислоту до этанола и углекислоты.
В 1941 г. Д. К. Чаленко выделил чистую культуру Schizosaccharomyces acidodevoratus, которая в первые дни брожения снижает кислотность плодово- ягодных соков за счет сбраживания яблочной кислоты, причем в анаэробных условиях она превращает яблочную кислоту в этиловый спирт и СO2.
Баллони и др. в Италии и Дж. Калландер в США выделили штамм Schizosaccharomyces pombe, который способен почти полностью разлагать только яблочную кислоту в этанол и углекислоту. При этом кислотность вина уменьшается на 30—34%. Эта культура хорошо развивается при температуре 16—18°С и pH 2,9—3,1.
Из продуктов распада яблочной кислоты, помимо этанола и СO2, Schizosaccharomyces pombe образует еще очень незначительное количество летучих кислот и янтарную кислоту.
С биологической точки зрения понижение кислотности вина с помощью Schizosaccharomyces pombe лучше, чем молочнокислыми бактериями, так как первые разлагают яблочную кислоту до этанола и СO2 практически без образования вторичных продуктов брожения. Молочнокислые бактерии наряду с яблочной кислотой разлагают лимонную, винную, глицерин и другие важные компоненты, при этом образуются уксусная кислота, диацетил, пентадион и другие вещества, ухудшающие вкус и букет вина.
