Глава 9
БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ВИНОГРАДА
Согласно теории А. И. Опарина (1927) при раздавливании ягоды винограда на прессах координированная связь между ее отдельными частями нарушается. При разрушении растительных тканей кислород воздуха проникает непосредственно в мезгу и вступает в контакт с соком и твердыми частицами ягод. При этом окислительные процессы усиливаются и нарушается равновесие окислительно-восстановительных систем. Окислительные процессы усиливаются в результате действия окислительных ферментов, содержащихся в ягодах.
Самая мощная ферментативная окислительная система — о-дифенолоксидазная. Под действием ее происходит первичный процесс — ферментативное окисление катехинов в хиноны и вторичный — дегидрирование аскорбиновой кислоты, оксикислот и аминокислот. Этот окислительный процесс можно представить в следующем виде:
Но этот процесс не заканчивается дегидрированием аскорбиновой кислоты, а идет гораздо глубже.
В ягодах винограда аскорбиновой кислоты и других восстанавливающих веществ содержится не столько, сколько надо на постоянное восстановление хинонов в катехины. Поэтому, когда все восстанавливающие вещества дегидрируются, появляющиеся хиноны в присутствии воды образуют оксихиноны, которые конденсируются, образуя темноокрашенные продукты, являющиеся конечными продуктами в этих окислительных реакциях.
Возникающие при этом биохимические и окислительно-восстановительные процессы предопределяют качество будущего вина. Изучение закономерностей, протекающих при дроблении винограда, прессовании, а также при ферментации сусла и мезги, дало бы возможность виноделу управлять этими процессами для получения того или иного типа вина.
Исходя из этого мы остановимся более подробно на окислительно-восстановительных процессах, происходящих при выработке вин.
Окислительно-восстановительные процессы
Еще в 1950 г. нами было показано, что действием о-дифенолоксидазы фенольные соединении сусла окисляются, что сопровождается поглощением кислорода воздуха с образованием окрашенных продуктов. В результате ферментативного окисления катехинов, содержащихся в соке и мезге, под действием о-дифенолоксидазы и пероксидазы образуются хиноны, которые катализируют дегидрирование легкоокисляющихся веществ [75]. К этим веществам относится в первую очередь аскорбиновая кислота, которая содержится в винограде в количестве 15—45 мг/кг. При этом витаминная ценность будущего вина теряется. К другим легкоокисляющимся веществам относится диоксифумаровая кислота, которая возникает при окислении винной кислоты под действием ионов железа.
Для выяснения роли о-дифенолоксидазы в окислении фенольных соединений в процессе ферментации сусла до брожения мы исследовали эти процессы в свежем сусле. Для этой цели мы определяли общее количество фенольных соединений, возникающих при их окислении (хинонов), а также количество аскорбиновой кислоты, растворенного кислорода и окислительно-восстановительный потенциал в момент раздавливания винограда и получения сусла через 1, 3, 6 и 12 ч. Анализы показали, что при ферментации сусла в аэробных условиях происходит заметное снижение количества фенольных соединений, аскорбиновой кислоты; количество хинонов при этом увеличивается с одновременным увеличением редокспотенциала и кислорода воздуха.
При выдержке сусла в аэробных условиях в течение 12 ч содержание фенольных веществ заметно уменьшается, при этом количество хинонов все время увеличивается и достигает 10 мг/л. В этих условиях аскорбиновая кислота полностью окисляется в дегидроаскорбиновую кислоту. При этом редокспотенциал увеличивается и достигает 475 мВ.
За это время в аэробных условиях цвет сусла изменяется от зеленоватого до интенсивно, коричневого цвета. Появление этих окрашенных продуктов обусловливается окислением фенольных соединений сусла и появлением в сусле хинонов, которые конденсируются, образуя окрашенные продукты [75].
Исследования С. В. Дурмишидзе [29] показали, что при раздавливании винограда в бескислородной среде редокспотенциал составляет около 283 мВ, а в присутствии кислорода он увеличивается до 395 мВ. (+)-Катехин в бескислородной среде имеет редокспотенциал не выше 289 мВ, а в присутствии кислорода редокспотенциал увеличивается до 411 мВ. Эти данные свидетельствуют о том, что увеличение редокспотенциала при ферментации сусла зависит от возникновения хинонов при окислении катехинов, в результате чего образуется окислительно-восстановительная система полифенолхинон с редокспотенциалом около 715 мВ. Присутствие этой окислительно-восстановительной системы вызывает увеличение, редокспотенциала в ферментированном сусле.
Еще в 1950 г. мы показали, что носителем окислительных ферментов являются твердые части винограда — мякоть и кожица. Центрифугат, полученный при раздавливании винограда, вместе с пирокатехином поглощает в респирометрах Варбурга за 90 мин от 176 до 178 мкл O2, в то время как суспензия винограда с твердыми частицами и с пирокатехином поглощает от 377 до 431 мкл кислорода. Как видно, в суспендированных твердых частицах винограда поглощение кислорода протекает весьма интенсивно, т. е. твердые частицы винограда являются носителями окислительных ферментов.
Исследования С. В. Дурмишидзе показали, что при раздавливании винограда окисление дубильных веществ сопровождается уменьшением флороглюцинового числа. Если в момент раздавливания винограда содержание дубильных веществ составляет 550 мг/л, а флороглюцидное число 3,55%, то после 70 ч выдержки количество дубильных веществ уменьшается до 33,6 мг/л, а флороглюцидное число до 1,8% [29].
С. В. Дурмишидзе также показал, что при окислении (+)-ка- техина в течение 2 ч выделения углекислоты не наблюдается, а в последующие 2 ч вследствие выделения углекислоты коэффициент газообмена доходит до 0,25. При совместном окислении различных фенольных соединений процесс окисления их сильно меняется. Это дало возможность С. В. Дурмишидзе считать, что при окислении фенольных соединений винограда происходит взаимодействие между продуктами окисления катехинов.
Это хорошо было показано Μ. Н. Запрометовым [38] при совместном окислении эквимолекулярных количеств (—)-эпикатехина и (—)-эпикатехингаллата о-дифенолоксидазой. В этом случае окисление протекает со значительной скоростью, заканчивается в течение 1 ч и сопровождается поглощением 1 моля кислорода на 1 моль катехина. Отличительной особенностью совместного окисления катехинов является более интенсивное поглощение кислорода и значительное выделение углекислоты. Источником выделяемой углекислоты при окислении катехинов являются продукты распада пирокатехиновых, пирогалловых и флороглюцидных бензольных ядер.
По сравнению с катехинами антоцианы и антоцианиды окисляются слабее. Еще в 1932 г. А. Н. Бах показал, что эфиры полифенолов окисляются очень медленно. Он объясняет это тем, что при метилировании полифенола окислительная способность его падает. Скорость окисления фенольных соединений зависит от присутствия в пирокатехиновых и пирогалловых ядрах свободных гидроксильных групп. Если они метилированы, то окисление их сильно замедляется.
Во вторичные процессы вовлекаются, помимо аскорбиновой и диоксифумаровой кислот, аминокислоты и оксикислоты.
Исследования С. В. Дурмишидзе (1965) показали, что при окислении (+)-катехина
о-дифенолоксидазой в присутствии глицина, аланина, аспарагиновой и глютаминовой кислот, а также молочной и яблочной кислот поглощение кислорода и выделение углекислоты значительно увеличивается по сравнению с окислением одного катехина.
В опытах, проведенных этим же автором (1965), с мечеными 1-С14 аланином, 1-С14 аспарагиновой и 1-С14 яблочной кислотами, внесенными в раздробленный виноград, происходит интенсивное поглощение кислорода и выделение углекислоты. Выделение углекислоты при ферментации виноградной мезги с яблочной, аспарагиновой кислотами и аланином свидетельствует о том, что в винограде содержатся декарбоксилазы этих соединений [76].
С другой стороны, работами С. В. Дурмишидзе (1965) показано, что продукты окисления (+)-катехина вызывают уменьшение выделения углекислоты из яблочной кислоты на 70%, из α-кетоглутаровой на 60%, а из пировнноградной кислоты на 10%. Это подтверждается и нашими опытами, что при растирании винограда катехины окисляются в хиноны, последние тормозят декарбоксилирование пировнноградной и щавелевоуксусной кислот [76].
Нами были найдены в винограде декарбоксилазы пировнноградной и щавелевоуксусной кислот. Следовательно, в процессе ферментации мезги происходит дезаминирование аланина и аспарагиновой кислоты, в результате образуется пировиноградная и щавелевоуксусная кислоты. При декарбоксилировании последней образуются пировиноградная кислота, которая, декарбоксируясь, превращается в уксусный альдегид. Этот альдегид был найден в винограде. В сортах винограда Рислинг и Каберне Совиньон были идентифицированы в виде 2,4-динитрофенилгидразонов муравьиный, изовалериановый и капроновый альдегиды [109].
По данным П. Шрайера, Ф. Драверта [166], в винограде Рислинг, Траминер, Мюллер-Тургау было найдено 23 альдегида. Они могли возникнуть при раздавливании винограда и выдержке мезги или сусла в аэробных условиях. Они также могли образовываться в результате реакции, которую открыл еще в 1932 г. А. Н. Бах [6]. По этой реакции при окислении аминокислот акцептором водорода являются хиноны, при этом выделяется аммиак и углекислый газ:
Впервые эту реакцию осуществили М. А. Бокучаева и В. Р. Попов (1954) при добавлении аминокислот в ферментированный чайный лист. При этом резко возросло количество альдегидов. Весьма возможно, что при растирании ягод винограда за счет вторичных окислительных процессов возникают новые вещества, которые не присущи винограду.
П. Риберо-Гайон, Ж. Буадрон и А. Тернер [157] показали, что при раздавливании ягод винограда часть терпеновых спиртов (линалоол) окисляется, образуя оксиды линалоола, так называемые фурановые и пирановые оксиды.
А. Раппом и X. Гастричем и др. [151] методом экстракции фреоном-11 с помощью газожидкостной хроматографии в винограде было обнаружено около 300 компонентов. Весьма возможно, что при дроблении винограда в аэробных условиях и воздействии окислительных ферментов могли возникнуть (в результате протекания вторичных реакций) новые компоненты, которые отсутствуют в нетронутой виноградной ягоде.
Таким образом, при переработке винограда протекают сложные биохимические процессы, от которых зависит получение того или иного типа вина. Следовательно, винодел должен обращать особое внимание на способы дробления винограда, ферментации и брожения сусла.
Для получения вин кахетинского типа требуется усиление окислительных процессов в мезге путем тщательного дробления винограда при продолжительной выдержке и перемешивании. Для получения вин европейского типа и шампанских виноматериалов необходимо проводить быстрое прессование целых гроздей винограда с быстрым отделением сусла от твердых частей с последующей сульфитацией и выдержкой сусла в атмосфере СO2 или инертных газов.
