Неферментативные превращения аминокислот при выдержке вин - Механизм окислительных процессов в винах

Молекулярный кислород, который обычно поступает из воздуха, может вступать в реакции взаимодействия лишь с весьма ограниченным числом компонентов сусла или вина, с так называемыми аутооксидабельными веществами. Поэтому, если в виноградном сусле осадить окислительные ферменты путем обработки бентонитом, то сусло почти полностью прекратит поглощение кислорода [13]. Известно также, что деметаллизированное вино почти не поглощает кислород [20]. Отсюда следует, что для течения окислительных реакций в винах необходимы ферменты или катализаторы, в качестве которых наиболее известны соли железа и меди [34].
Оксидазы частично или полностью могут быть инактивированы в ходе брожения. Кроме того, вина при современной технологии проходят обработку бентонитом, желтой кровяной солью, теплом. При этом ферменты также выводятся пли инактивируются. Таким образом, значение ферментов для окислительных процессов в винах сводится к минимуму, или является лишь частным случаем; а катализ является постоянно действующим фактором окислительных процессов в винах.
В настоящее время ход реакций, приводящих к окислительным процессам в винах, может быть выражен следующей схемой. Вначале происходит аутоокисление Fe2+ и образование Н2О2.

В присутствии Fе2+ перекись водорода распадается на гидроксильные радикалы
Гидроксильные радикалы немедленно вступают в реакции, окисляя ряд компонентов вина и в том числе аминокислоты.
Таким образом, путь окисления в данном случае лежит через перекись водорода, которая становится естественным и постоянным, хотя и эфемерным, компонентом вина, вступающим в реакции тотчас же после образования, а поэтому и не накапливающимся. С таким же исходом могут протекать реакции окисления аскорбиновой и диоксифумаровой кислот или других редуктонов, обладающих кетоэнольной группировкой [30].
Таким же путем (с образованием Н2О2) могут протекать и ферментные реакции.
Эти соображения привели нас к необходимости изучить действие перекиси водорода на аминокислоты на модельных растворах, соответствующих по содержанию реагирующих веществ вину.

Действие перекиси водорода.

Аминокислоты растворяли в 0,037%-ной перекиси водорода (pH 3,5) и выдерживали при 23—25о С в течение 140 суток. В конце опыта определяли понижение концентрации аминокислоты, сумму карбонильных соединений и содержание аммиака (табл. 3).

Таблица 3
Понижение концентрации и выход продуктов окислительного распада аминокислот (в моль/л 10-5)

Обнаруженная сумма карбонилов в большинстве растворов превышает теоретически предполагаемый выход. Кривая динамики накопления аммиака для всех растворов аминокислот указывает на резкие колебания его концентрации в течение первых суток опыта, после чего устанавливается определенное равновесие между связанной и свободной формой аммиака. По сравнению с теоретическими выходы аммиака, как правило, занижены. Методом тонкослойной хроматографии была обнаружена неоднородность качественного состава выделенных из опытных растворов 2,4-дилитрофенилгидразонов. Несмотря на различную природу аминокислот, взятых в отдельных опытах, осажденные из них гидразоны при хроматографической разгонке образовывали 3 основных пятна с одинаковыми Rf. Самое интенсивное из них принадлежит уксусному альдегиду. Остальные два пятна принадлежат, по-видимому, продуктам реакции, содержащим, кроме карбонильной, одну или больше гидроксильных групп. Это предположение подтверждается тем, что в полученной смеси гидразонов обнаружены озазоны, окрашивающие спиртовой раствор щелочи в синий цвет.
Все растворы аминокислот в конце срока выдержки с перекисью водорода приобретали свойство флуоресцировать в ультрафиолетовом свете. Интенсивно желтая флуоресценция обнаружена в опытах с растворами тирозина, фенилаланина и триптофана. Растворы этих аминокислот в конце опыта окрасились в желто-коричневый цвет, в то время как остальные оставались бесцветными. Запах, возникший в результате выдержки аминокислот с перекисью водорода, отличался от запаха растворов, окисленных в более мягких условиях, преобладанием грибных, сырых тонов, что значительно его ухудшало.

Влияние кислорода воздуха и углекислоты.

Ускорение созревания и выдержки вина путем дозированного введения кислорода положило начало разработке системы приемов и правил, помогающих виноделу контролировать эти процессы. Важную роль в решении этой проблемы занимают реакции дезаминирования, в частности интенсивность их протекания при свободном доступе воздуха и без него. Для выяснения этого вопроса был поставлен опыт.
Водно-спиртовые растворы отдельных аминокислот, содержащие от 38—93 мг/л аминного азота, чистые или с добавлением глюкозы (4%), или танина (0,8 мг/л), насыщали углекислым газом и в запаянных ампулах выдерживали 280 дней при температуре 56—57° С. Другую серию ампул с идентичными растворами, но без углекислоты хранили в тех же условиях. В конце опыта аминокислоты, содержащие глюкозу или танин, приобрели желто-коричневую окраску, более интенсивную в ампулах с углекислотой.
Растворы, выдержанные в анаэробных условиях, отличались от контрольных более сильным и гармоничным ароматом. Присутствие кислорода воздуха в отдельных случаях влияло и на характер запаха. Результаты определения концентрации аминного азота, накопления веществ с карбонильными группами и аммиака (рис. 3) показали, что отсутствие кислорода воздуха не препятствует реакции распада аминокислот.
В растворах, выдержанных в анаэробных условиях, наблюдается увеличение содержания карбонильных групп и аммиака. Фактический выход суммы карбонильных групп во всех вариантах растворов намного выше теоретического, рассчитанного по степени понижения концентрации аминного азота. Это обстоятельство указывает на то, что в растворах с низкой концентрацией аминокислот (в пределах 100 мг/л аминного азота) имеют место процессы гидроксилирования и распада углеродного радикала аминокислоты, в результате которых может образоваться дополнительное количество веществ с карбонильными группами. На возможность развития таких реакций указывает ряд авторов. Одни из них наблюдали в растворах аминокислот, в среде, способствующей образованию свободных гидроксильных радикалов, гидроксилирование фенилаланина, другие — окислительное превращение углеродной цепи валина, α-аминомасляной кислоты и лизина [35]. В анаэробных условиях процесс дальнейшего окисления карбонильных соединений замедляется. Накопление карбонильных соединений в растворе вызывает интенсификацию аромата и окраски раствора.

Полученные данные помогают попять значение кислорода в формировании букета вина. В процессе реакций распада аминокислот в вине появляется ряд карбонильных соединений, которые сами по себе или вследствие взаимодействия с другими компонентами вина образуют запах, характер которого определяется природой аминокислоты и условиями среды.

ВЫВОДЫ

1. Исследованы (на модельных растворах) процессы превращения аминокислот в условиях концентраций и кислотности, характерных для крепленных виноматериалов.
2. Концентрация водно-спиртовых растворов аминокислот понижается в процессе длительной выдержки (630 суток) при низких температурах в пределах 0,5—17% исходного содержания. Повышение температуры до 55—57° С ускоряет процесс распада в 5—7 раз в зависимости от природы аминокислоты. Добавление глюкозы или танина усиливает процесс распада аминокислоты независимо от температурного режима.
3. Растворы аминокислот в процессе длительной выдержки приобретают характерный запах, зависящий от природы аминокислоты, ее концентрации, температуры хранения, кислородного режима, присутствия глюкозы или танина.
4. В результате процесса распада аминокислот в растворе появляются карбонильные соединения, общее содержание которых зависит от исходной концентрации аминокислоты. При небольшом содержании аминокислот образуются дополнительные карбонильные группы, по-видимому, вследствие распада углеродной цепи аминокислоты и окисления конечных метиленовых групп. Появившиеся при распаде отдельных аминокислот карбонильные соединения неоднородны, а состоят из 4—6 компонентов. Кроме альдегидов, обнаружены вещества типа оксиальдегидов, образующие с 2,4-динитрофенилгидразином озазоны.
5. Содержание аммиака в растворах аминокислот не достигает теоретического выхода и находится в очень незначительных количествах, что можно объяснить вступлением его во вторичные реакции взаимодействия с присутствующими в растворе альдегидами.
6. В присутствии перекиси водорода процесс окисления аминокислот и продуктов реакции распада идет интенсивнее, чем под влиянием кислорода воздуха. Происходящие в этих условиях процессы ведут к появлению грибных, сырых топов, значительно портящих аромат.
7. Анаэробные условия выдержки растворов аминокислот не влияют на скорость реакции дезаминирования. Наблюдается увеличение· содержания карбонильных групп и аммиака. Значительно изменяются по сравнению с аэробной выдержкой органолептические свойства раствора: цвет, интенсивность и характер аромата.

Публикуется по сборнику: Виноградарство и виноделие
Труды, том 16, Москва 1967