Факторы роста дрожжей и активаторы брожения - Факторы роста винных дрожжей

У дрожжей эти факторы относятся к классу витаминов: биотин, пиридоксин, тиамин, пантотеновая кислота, мезоинозит, никотинамид, парааминобензойная кислота. Для молочных бактерий нужно добавить еще рибофлавин и птероилглутаминовую (фолиевую) кислоту.
Необходимо кратко напомнить химические и биологические характеристики этих факторов. Их действие на винные дрожжи, процентное содержание в винограде и вине, поведение в процессе брожения стали предметом многочисленных работ, в том числе и авторов настоящего трактата и их сотрудников (Риберо-Гайон и сотрудники, 1954; Пейно и Лафуркад, 1954, 1957, 1958).

Биотин

Биотин, или витамин Н, был открыт в 1936 г., и активность его в отношении дрожжей известна давно. Биотин играет основную роль в ряде ферментных реакций декарбоксилирования, дезаминирования и азотного биосинтеза; он обеспечивает транспорт и активацию углекислого газа в реакциях карбоксилирования, связывает метаболизм глюцидов и азота.
Присутствие биотина не является необходимым ни для какого вида винных дрожжей, т. е. они способны синтезировать его сами. Но отсутствие биотина значительно ограничивает число генераций, хотя и не оказывает слишком большого влияния на эффективность брожения. Как показывают анализы, проводимые после брожения среды, лишенной биотина в момент забраживания, дрожжи способны синтезировать достаточное количество биотина. Биотин также участвует в синтезе пантотеноеой кислоты. Биологически он очень активен; его действие проявляется уже при концентрациях, примерно равных 1 ммкг.
На отсутствие биотина дрожжи реагируют повышенным синтезом тиамина, никотинамида и рибофлавина. Недостаток биотина уменьшает интенсивность глицерино-пировиноградного брожения и снижает процентное содержание янтарной кислоты.

Пиридоксин

Название пиридоксин, или одермин, или витамин В6, обозначает группу из трех близких по своей структуре и составу веществ: пиридоксина, пиридоксаля и пиридоксамина. Пиридоксин состоит из ядра пиридина, замещенного в 2, 4, 5 положениях.
Фосфат пиридоксаля играет в реакциях декарбоксилирования и трансаминирования роль кофермента. Пиридоксин является эффективным стимулятором дрожжей, хотя и никогда не бывает абсолютно необходимым. Некоторые дрожжи, в частности Sacch. fructuum, Kloeckera, Torulopsis, сильно реагируют на этот фактор, отсутствие которого ограничивает развитие популяций, а также снижает образование глицерина и янтарной кислоты. Дрожжи компенсируют этот недостаток большим образованием тиамина. Эти два фактора взаимозаменяемы у Saccharomycodes, у некоторых Torulopsis. Фактически брожение при отсутствии одного из этих факторов все еще протекает легко, но при одновременном отсутствии обоих факторов оно становится невозможным.

Тиамин

Тиамин, или аневрин, или витамин В1 образуется при конденсации пиримидинового ядра и ядра тиазола. Сульфит расщепляет тиамин на две составные части и разрушает витаминную активность. Тиаминдифосфат (кокарбоксилаза) представляет собой кофермент, требующийся для многих реакций декарбоксилирования, и в частности при спиртовом брожении для декарбоксилирования пировиноградной кислоты в ацетальдегид. Кроме того, тиамин регулирует конденсацию ацетоина и образование бутандиола-2,3.
Тиамин действует на большинство дрожжей, повышая скорость брожения в большей степени, чем скорость роста; во всяком случае, дрожжи Kloeckera плохо размножаются без тиамина. Он является очень важным фактором метаболизма углеводов. Содержание пировиноградной кислоты в бродящей среде зависит от исходного процентного содержания тиамина. Добавление тиамина в сусло ограничивает процесс образования пировиноградной кислоты и, следовательно, степень связывания сернистого ангидрида.

Пантотеновая кислота

Это один из самых сильных факторов роста дрожжей. Само название говорит о том, что пантотеновая кислота присутствует повсюду в мире живых существ. Она состоит из деривата бутановой кислоты, пантоиновой кислоты и бета-аланина.
Пантотеновая кислота входит в состав кофермента А, который имеет решающее значение для процессов биологического ацетилирования. Недостаточное содержание ее как главного фактора роста дрожжей вызывает глубокие изменения в образовании вторичных продуктов во время спиртового брожения. В ее отсутствие глицерино-пировиноградное брожение протекает намного более интенсивно, возрастает процентное содержание бутандиола-2,3, накапливается уксусная кислота. Пантотеновая кислота регулирует в известной мере процентное содержание этой кислоты в бродящей среде.
Некоторые дрожжи не способны синтезировать пантотеновую кислоту и абсолютно нуждаются в ней; это относится к некоторым расам Kloeckera, Saccharomyces ellipsoideus, Saccharomyces chevalieri.

Синтез у прототрофных дрожжей всегда протекает трудно. В отсутствие пантотеновой кислоты они становятся беднее биотином, никотинамидом, пиридоксином и в то же время накапливают больше мезоинозита, рибофлавина, тиамина.

Мезоинозит

Это был первый фактор роста, идентифицированный химическим путем (1928). Мезоинозит — многоатомный циклический спирт, имеющий большое, число изомеров, различающихся положениями Н и ОН-групп на каждой стороне плана. Один из этих изомеров — мезоинозит — является биологически активным. Его роль в метаболизме не выяснена.
Мезоинозит является фактором роста, необходимым для развития некоторых дрожжей, в частности Kloeckera, Sacch. veronae, Torulopsis stellata.
Он всегда играет роль активатора для других видов. В средах без мезоинозита отмечают менее интенсивное образование глицерина и янтарной кислоты. Недостаток мезоинозита нарушает поведение Sacch. ellipsoideus, которые в этом случае накапливают рибофлавин и тиамин.
Мезоинозит — это важный компонент вина, содержащийся в количестве примерно 0,5 г/л.

Никотинамид

Формула никотинамида, или никотиновой кислоты, или витамина РР, или ниацина, является производной от формулы пиридина, гексагонального гетероцикла с одним атомом азота.
Никотинамид входит в состав НАД (никотинамидаденяндинуклеотид) и НАДФ (никотинамидадеиндинуклеотидфосфат), коэнзимов, выступающих в механизмах дегидрогенизации.
Никотинамид может быть в большей или меньшей степени синтезирован дрожжами в зависимости от их вида.
Некоторые виды увеличивают первоначальное содержание его в соке винограда в 4 раза. В противоположность этому большая часть заостренных дрожжей не способны вырабатывать этот фактор и должны находить его в среде.

Парааминобензойная кислота

Это вещество редко бывает необходимо для дрожжей, однако в нем нуждается Т. stellata — единственный вид дрожжей, обладающий этим веществом. Для бактерий молочнокислого брожения парааминобензойная кислота играет ауксологическую роль первого порядка, может быть просто как предшественник птероилглутаминовой кислоты.

Птероилглутаминовая кислота

Этот фактор, который еще называют фолиевой кислотой, является одним из ферментативных факторов, выделенных в самое последнее время. Роль птероилглутаминовой кислоты в качестве коэнзима заключается в активации и транспорте формальдегидной группы (СНО) в реакциях, которые завершаются добавлением одного звена к цепи атомов углерода. Она участвует в синтезе некоторых аминокислот и нуклеиновых кислот. Не оказывая влияния на дрожжи, птероилглутаминовая кислота представляет собой основной фактор для деятельности бактерий молочнокислого брожения, которые его синтезируют из глюкозы через парааминобензойную кислоту. Фолиевая кислота содержит в своей структуре парааминобензойную, глутаминовую кислоты и пуриновые основания (2- амино-4-окси-6-метилптерина).

Рибофлавин

Рибофлавин, или лактофлавин, или витамин В2, имеет формулу, составленную из одного бензольного цикла, который соединен двумя атомами азота с гетероциклом, включающим два азота и образовавшимся из пиридина путем окисления; боковое гидроксилированное звено представляет рибит, специфический многоатомный спирт. Рибофлавин не является фактором роста для дрожжей, которые к тому же синтезируют его в значительных количествах (от 0,2 до 0,3 мг/л). Но это необходимый фактор для бактерий молочнокислого брожения.
Рибофлавин представляет собой коэнзим многих ферментов дыхания, участвующих в реакциях клеточного дегидрирования.

Содержание факторов роста в суслах и винах

Таблица 8.1
Содержание витаминов в суслах и винах. Экстремальные значения (по данным Пейно и С. Лафои-Лафуркад)

Данные о содержании витаминов группы В в винограде и винах интересуют энолога с трех точек зрения: прежде всего они способствуют определению пищевой ценности этих продуктов; затем эти витамины являются факторами роста для микроорганизмов, дрожжей и бактерий, участвующих в процессах выработки вина; наконец, они играют главную роль в сбраживании углеводов.
Данное исследование было выполнено в Институте энологии в Бордо в 50-е годы С. Лафон-Лафуркад с помощью способов микробиологического количественного анализа в отношении каждого витамина на более сотни различных винах. Были прослежены эволюция винограда в период созревания (см. гл. 4, раздел «Эволюция витаминов В»), затем поведение во время брожения и, наконец, было изучено влияние старения и различных обработок вина (Пейно и С. Лафон-Лафуркад, 1955, 1956, 1957; Риберо-Гайон и сотрудники, 1955, 1956; С. Лафуркад, 1956; С. Лафон-Лафуркад, 1958).
В табл. 8.1 приведены экстремальные значения содержания витаминов в суслах и винах.