Н. М. АГЕЕВА
Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства
В статье предпринята попытка систематизировать данные об изменении химического состава вин в зависимости от погодных факторов, в частности аномально низкой температуры зимой. Приведены результаты наблюдений за 1981-2006 гг., в течение которых проанализировано более 2 тыс. образцов вин.
Сущность связей климат — качество вина или климат — устойчивость к помутнениям, по мнению большинства исследователей, можно представить лишь схематично. Между тем анализ результатов экспериментов, полученных в течение длительного периода времени, позволяет считать, что метеорологические условия наряду с сортовыми особенностями оказывают заметное влияние на синтез и накопление высокомолекулярных соединений.
За время наблюдений и исследований (1981-2006 гг.) погодно-климатические условия различались.
Относительно благоприятными можно считать 1982-1993 гг.: мягкая зима, летние засухи с количеством осадков около 40 мм в Анапском и 24 мм в Темрюкском районе; сумма активных температур за июнь-сентябрь составила 2464...2684 °C.
По количеству солнечных дней менее благоприятными были 1991, 1995 и 2004 гг.
В 1995 г. обильные осадки и количество пасмурных дней в марте — июне способствовали снижению длительности солнечного сияния, увеличению влажности воздуха и почвы.
При высокой ранневесенней температуре 1995 и 1997 гг. наблюдались дегенерация соцветий, сильный рост побегов, расход питательных веществ.
Кроме того, зимой 1993, 1995, 1997 и особенно 2006 гг. отмечены чрезвычайные погодные ситуации — стрессы, приведшие к сокращению площадей под виноградом из-за гибели насаждений под действием морозов.
По нашим данным, кривые изменения концентрации высокомолекулярных соединений имели сложный вид с выраженными пиками, приходящимися на 1982-1984 гг. и 1991-1994гг. (рис. 1). Каждый из этих периодов характеризовался изменением метеоусловий или наличием экстремальных ситуаций.
В наиболее засушливые годы (1982, 1983, 1993) в сусле наблюдалось повышение в концентрации полисахаридов. Очевидно, это вызвано уменьшением количества свободной воды в отдельных элементах виноградного растения, включая гроздь. В этом случае рост концентрации углеводов является защитной реакцией растения, позволяющей сохранить его жизнеспособность при обезвоживании.
При высокой влажности воздуха и почвы в марте-июне 1994-1998 гг. и 1984 г., а также в период созревания и уборки винограда концентрация суммы полисахаридов снижалась.
Тепло и свет, влияющие на качество винограда через фотосинтез, обусловливают образование и динамику изменения фенольных веществ. Полученные данные свидетельствуют о том, что их минимальная концентрация приходится на 1981- 1986 гг. и 1995-1998 гг., то есть периоды с наиболее высокой дневной температурой в июле — августе. Это вызвано тем, что при значительной солнечной инсоляции разрушаются практически все группы фенольных веществ, и особенно антоцианы. Выявлено некоторое увеличение их количества в 1987-1992гг., при этом в большей степени — мономерных форм (на 20-28% в сравнении с 1981-1986 гг.), что мы также объясняем особенностью сложившихся метеорологических условий.
Рис. 1. Изменение массовой концентрации полисахаридов, фенольных соединений и белков в 1981-1998 гг
Погодно-климатические факторы 1995 г. привели к снижению синтеза фенольных соединений. Таким образом, изменение количества фенольных веществ в ответ на неблагоприятные воздействия внешней среды может рассматриваться как адаптивная реакция растений, обеспечивающая их устойчивость к неблагоприятным факторам.
Полученные результаты позволяют считать, что наибольшие изменения в фенольном комплексе протекают при резких колебаниях погодных условий (повышение влажности почвы и воздуха, суточные перепады температур и т.п.).
Известно, что устойчивость винограда к неблагоприятным воздействиям внешней среды обусловлена способностью растения лабильно перестраивать обмен веществ, а это приводит к изменению реакций синтеза — гидролиза белков. При этом на начальном этапе происходят конформационные изменения молекул, активности ферментов, в том числе оксидаз, а затем на втором этапе начинаются реакции индуктированного синтеза новых белков, способных обеспечить необходимый уровень жизнедеятельности растений при неблагоприятной температуре.
Такие процессы интенсивно протекают в листьях, флоэме, затрагивают и гроздь винограда. Изучение содержания белка в сусле показало наличие определенной корреляции между морозостойкостью, количеством белка и активностью окислительно-восстановительных ферментов ортодифенолоксидазы и пероксидазы: с повышением зимостойкости растения увеличиваются уровень белка и активность оксидазы в сусле. Такая зависимость проявлялась наиболее наглядно при стрессовых ситуациях (в частности, заморозки 1997-1998 гг. или длительное воздействие низкой температуры в 1987, 1989 и 2006 гг.).
Рис. 2. Электрофореграммы белков в сортах Алиготе (а), Рислинг рейнский (б), Жемчуг Зала (в), Ркацители (г) в 1996 г. (1), 1997 г. (2), 1998 г. (3) и 1999 г. (4)
Рис. 3. Изменение активности ортодифенолоксидазы (а) и пероксидазы (6) в сусле сортов Алиготе (1); Жемчуг Зала (2) Ркацители (3); Рислинг рейнский (4)
Мы проследили влияние отрицательной температуры зимой на концентрацию белка в период технической зрелости в сусле сортов винограда Алиготе (среднеустойчивый), Рислинг рейнский и Ркацители (относительно устойчивые к заморозкам), Жемчуг Зала (наиболее зимостойкий сорт). Как следует из представленных данных, последствие заморозков 1997 г. выразилось в увеличении суммы белка в сравнении с 1996 г. При этом чем выше устойчивость сорта винограда к морозу, тем меньше изменяется концентрация белка.
Ранние заморозки в ноябре 1997 г. и декабре 1998 г. привели к интенсификации белоксинтезирующей активности. Однако, если у морозостойкого сорта Жемчуг Зала за период наблюдения прирост концентрации белка составил 19%. у относительно устойчивых сортов Ркацители и Рислинг — 27-35%, то у менее устойчивого Алиготе — 42%. Это означает, что физиолого-биохимические процессы, протекающие в виноградном растении, достаточно точно отражают генетически детерминированный признак устойчивости винограда к пониженной температуре.
Сравнительное изучение электрофореграмм белков сусла (рис. 2) показало, что электрофоретические профили более устойчивых сортов Ркацители и Жемчуг Зала практически не изменились. Под влиянием морозов в белковом комплексе сортов Алиготе и Рислинг рейнский произошли изменения, выразившиеся в образовании новых компонентов с отличающимися значениями электрофоретической подвижности ЭОП. Гетерогенность белков возросла: отмечено появление белков с молекулярными массами 11300,12700, 63000 и 67000.
Проведенные исследования показали, что в результате воздействия морозов в ферментативном комплексе в сусле произошли изменения, индуцированные низкими температурами. В сусле сортов винограда Алиготе и Рислинг, обладающих меньшей морозоустойчивостью, наблюдалось большее увеличение активности ортодифенолоксидазы и особенно пероксидазы (рис. 3), что в целом согласуется с данными электрофоретических исследований. Известно, что ортодифенолоксидаза и пероксидаза играют особую роль на тех этапах развития, которые характеризуются интенсивным метаболизмом. Такое возрастание активности окислительно-восстановительных систем тем больше, чем сильнее устойчивость и сопротивление растения воздействию низких температур. Это положение подтверждается полученными результатами: активность ортодифенолоксидазы и пероксидазы в Ркацители изменилась незначительно, а в сорте Жемчуг Зала оставалась практически без изменений (в течение 6 лет наблюдений).
Следовательно, возрастание активности окислительно-восстановительных ферментов является одним из путей приспособления растений к неблагоприятным факторам среды.
Сопоставляя данные рис. 2, следует отметить, что спектры с ЭОП 0,08; 0,11; 0,12; 0,49-0,52 обладают ортодифенолоксидазной, а спектры с ЭОП 0,03; 0,11; 0,26; 0,68 — пероксидазной активностью. Количество таких белков в сорте Жемчуг Зала намного больше, чем в классических сортах. В течение 4-летнего периода наблюдений они не претерпели существенных изменений. В сусле сортов Алиготе, Рислинг и даже Ркацители после заморозков появились спектры с ЭОП 0,03; 0,11; 0,68, что свидетельствует об изменениях, протекающих в белковом комплексе.
Таким образом, представленные результаты позволяют считать, что воздействие низких температур, в частности заморозков, приводит к повышению активности окислительно-восстановительных систем сусла, изменению спектра и усилению гетерогенности белков, что может стать одной из причин последующих трудностей при осветлении и стабилизации вин, достижении их устойчивости к оксидазному кассу и коллоидным помутнениям.
Однако, сравнивая полученные результаты, можно отметить, что большие концентрации высокомолекулярных соединений в винограде в 1982-1983. 1992-1993, 1994 и 1997 гг. не привели к существенному росту количества коллоидных помутнений. Между тем в 1995-1998 гг. наблюдалось некоторое снижение концентрации фенольных веществ, полисахаридов при высоком накоплении белков, а число помутнений резко возросло. Это, с одной стороны, свидетельствует о превалирующем значении белков при формировании коллоидных помутнений, а, с другой, позволяет считать, что главную роль в нарушении стабильности вина играют не столько концентрация отдельно взятых компонентов, сколько их соотношение между собой, определяющее образование комплексов биополимеров того или иного состава и молекулярной массы.
Особо хотелось выделить влияние морозов зимы 2005/06 г. на качество винограда и вина.
Виноград вызрел достаточно хорошо. Массовая концентрация сахаров составила 18-23 г/100 см3, титруемых кислот была умеренной — 5-7 г/дм3, однако выход сусла на 2-3 дал с 1 т винограда ниже, чем в предыдущие годы. Концентрация взвесей, несмотря на современное оборудование, выше и достигала 13-15 г/дм3 (в обычные годы 5-8 г/дм3). Осветление сусла путем отстаивания значительно замедлялось (до 2-3 сут вместо 16-24 ч) и характеризовалось образованием рыхлых объемных осадков. Это объясняется возрастанием количества мякоти и полисахаридных волокон, в том числе гемицеллюлоз пропорционально повышению сахаристости, что не только затрудняет отделение сока, но и приводит к увеличению количества крупных взвешенных частиц в осветляемом сусле.
Для большинства белых и красных сортов винограда характерно изменение окраски сусел: белые приобретают золотистые и желтые оттенки, а красные — сизые и гранатовые. Это связано с тем, что откликом виноградного растения на низкую температуру зимнего периода является активация окислительных процессов в лозе, листьях и ягодах.
Наши эксперименты показали, что активность ортодифенол оксидазы в соке, каталитические процессы окисления полифенолов по схеме полифенол — хинон возросли в 1,5-2 раза, а активность пероксидазы, переносчика свободного кислорода к различным элементам клетки — в 3-5 раз.
Таким образом, проведенный комплекс исследований свидетельствует о сложности и неадекватности оценки влияния низкой температуры на химический состав винограда и вина и склонность продукции к помутнениям.
Из-за разнообразия различных факторов среды и их сочетания крайне затруднительно установить твердые и определенные закономерности.
Выявлены общие положения, которые должны быть учтены в технологии конкретного типа вина, исходя из экологических, погодно-климатических условий, комплекса агротехнических приемов.
