Сложные эфиры образуются в основном в процессе брожения, в результате так называемой биологической этерификации, происходящей под действием эстераз, содержащихся в дрожжевых клетках. Они также образуются и в процессе выдержки вина путем химической этерификации.
Реакция этерификации протекает при взаимодействии спирта с органической кислотой:
Исследования М. Бертло показали, что этерификация, которая происходит между кислотами и спиртами, протекает очень медленно и ограниченно. Действительно, как показали опыты, при взаимодействии уксусной кислоты с этиловым спиртом по истечении времени раствор постепенно становится менее кислым вследствие нейтрализации кислоты спиртом. В результате реакции образуются этилацетат и вода. При этом между этиловым спиртом и уксусной кислотой, с одной стороны и этилацетатом и водой — с другой, наступает равновесие:
Выход этилацетата зависит от количества реагирующих веществ.
Скорость этерификации зависит от свойств и количества реагирующих кислоты и спирта. Как показали исследования Т. Шуногава и Дж. Шимицу, скорость этерификации колеблется от 0 до 24,6%. Для столовых сухих вин: для уксусной и молочной кислот — от 6 до 16%, для янтарной и яблочной кислот — от 0,3 до 3,6%, для винной кислоты — 0,1%. Для хересных вин скорость этерификации самая высокая, она в 1,6—6 раз выше, чем для сухих. Поскольку в вине концентрация этанола и уксусной кислоты наиболее высока, то среди образовавшихся эфиров преобладает этилацетат.
Е. Пейно определил, что отношение количества эфиров, образующихся в винах согласно формулам М. Бертло, варьирует в пределах от 0,34 до 0.75.
М. А. Герасимов (1939) показал, что наряду с этерификацией при выдержке вина происходит деэтерификация, а также реакция переэтерификации. В реакции деэтерификации важную роль играет вода:
Реакция деэтерификации протекает также очень медленно и зависит от температуры. При этом не весь этилацетат распадается на уксусную кислоту и этанол.
При выдержке вина наряду с этерификацией происходит также реакция переэтерификации. При избытке аммиака в вине, часть эфиров реагирует с ним и образует амиды. Примером может служить этилацетат, который может легко вступить в реакцию с аммиаком, образуя ацетамид. Последний вызывает мышиный тон в вине.
Исследования К. Нордстрема (1964) показали, что сложные эфиры образуются также при взаимодействии ацетил-КоА и спирта. Ацетил-КоА получается при активации уксусной кислоты с АТФ или с кетокислотой при ее окислительном декарбоксилирования
Образование сложных эфиров происходит по следующей схеме:
В первой реакции образуется ацетил-КоА на пировиноградной кислоты при действии коэнзима А и участии НАД и АТФ, как это показано в следующей реакции:
Во второй реакции ацетил-КоА взаимодействует со спиртом и образует эфир и коэнзим А.
Если в этой реакции участвует более высокомолекулярная кислота, то возникает ацил-КоА:
При взаимодействии ацил-КоА со спиртами образуются более высокомолекулярные сложные эфиры.
По данным Ж. Риберо-Гайона [74], количество этилацетата в вине колеблется от 30 до 200 мг/л. Известно, что большое количество этого эфира ухудшает качество вина.
В связи с этим надо предотвращать накопление уксусной кислоты за счет окисления этанола кислородом, поэтому вина необходимо выдерживать в анаэробных условиях.
Сравнительно в больших количествах при брожении образуются моно- и диэтиловые эфиры винной, яблочной и янтарной кислот [125]. Количество этиллактата зависит от протекания в вине яблочно-молочнокислого брожения и может достигать 100—200 мг/л. Что касается сложных эфиров жирных кислот от С4 до С2O, то их содержание незначительно, так как этих кислот в винах очень мало.
Высшие спирты, содержащиеся в винах, несомненно участвуют в процессах эфирообразования. Однако содержание этих эфиров гораздо меньше, чем этиловых.
Наши исследования, проведенные совместно с И. А. Егоровым, А. Ф. Писарницким, А. А. Беззубовым (1969), показали, что в винах и шампанском содержатся бутиловые, амиловые, гексиловые и гептиловые эфиры уксусной кислоты и жирных кислот, но содержание их очень незначительно.
М. Бертло высказал предположение, что содержание эфиров находится в прямой зависимости от качества вина. Однако М. В. Щербаков считает, что количество эфиров не имеет никакого отношения к качеству вина. Ординарное вино может иметь значительно больше эфиров, чем марочное старое вино хорошего качества. Е. Пейно также считает, что эфиры жирных и многоосновных кислот не играют роли в образовании букета. По мнению этого автора, букет выдержанных вин не определяется количеством сложных эфиров, а зависит от содержания в них неомыляемых веществ. М. А. Герасимов [20] и Η. Н. Простосердов [69] считают, что в состав букетистых веществ, помимо неомыляемых соединений, входят ещё сложные эфиры. Они придают вину цветочный тон. С развитием техники газожидкостной хроматографии, масспектрометрии и других методов анализа стало возможным определять в вине все больше сложных эфиров, особенно высококипящих.
Исследования, проведенные нами совместно с И. А. Егоровым и Т. А. Кормаковой [80], показали, что эфиры алифатических терпеновых спиртов обладают цветочным запахом. Наибольшее значение из них имеют эфиры уксусной кислоты (линалилацетат, геранилацетат, терпенилацетат). Эти эфиры были найдены в винных сортах винограда и в мускатных винах [77].
Сложные эфиры, образованные из алифатических кислот и спиртов, как правило, имеют фруктово-ягодный запах. Интересным цветочно-фруктовым ароматом обладают также сложные эфиры муравьиной и уксусной кислот с ароматическими спиртами. Этилацетат имеет слабый и простой фруктовый тон.
Этиловые эфиры масляной кислоты и ее гомологов; а также эфиры высших спиртов с различными кислотами имеют фруктово-цветочный запах.
К подобным эфирам относятся изоамилбутират, изоамилацетат, этилкапронат, этилкаприлат, этилкапринат и др.
Особый интерес представляют эфиры фенилуксусной кислоты, которые обладают медовым запахом. Бензилацетат при сильном разбавлении имеет запах жасмина, фенилэтилацетат имеет запах розы, этиллинолеат — цветочные тона и придает шампанскому особый букет.
Эти эфиры найдены в эфирных маслах винных сортов винограда, которые переходят в вино. Они также образуются в процессе брожения.
Накопление эфиров в винах зависит от содержания органических кислот. При выдержке вина в бутылках наблюдается увеличение количества сложных эфиров. Длительная выдержка сухих вин (более 10—12 лет) приводит к уменьшению в них содержания эфиров [43].
При изучении влияния жирных кислот на образование сложных эфиров дрожжами установлено, что в процессе брожения количество эфиров возрастает до максимума на третий день брожения, а затем падает [183]. Добавление к среде насыщенных жирных кислот (С14—C18) стимулирует образование сложных эфиров, а ненасыщенных (C18-1 и С18-2) подавляет.
Аналогичное воздействие оказывают Tween-80 и моноглицериды, которые также вызывают уменьшение количества сложных эфиров.
Эти данные показали, что прирост биомассы дрожжей, а также количество сложных эфиров этилацетата изоамилацетата и этилкаприлата было вызвано действием пальмитиновой, олеиновой, линолевой и линоленовой кислот.
При этом также было выявлено, что количество образовавшихся сложных эфиров, как и высших спиртов, зависит от прироста биомассы дрожжей.
