Обмен азотистых веществ при брожении - Выделение азотистых веществ при брожении и выдержке вин

Выделение азотистых веществ в процессе алкогольного брожения и при выдержке вина на дрожжах
Исследования Η. Н. Иванова, проведенные в 1919 г., показали, что дрожжи не только ассимилируют азотистые вещества в процессе своей жизнедеятельности, но и выделяют их в окружающую среду. Этот вопрос был изучен рядом авторов и было установлено, что наряду с потреблением азота из среды происходит и выделение его дрожжами в среду. Было показано, что скорость усвоения азота постепенно падает в процессе брожения, а скорость выделения его к концу брожения заметно увеличивается.
Исследования по изучению выделения аминокислот винными дрожжами после брожения и формирования вина были проведены Η. М. Сисакяном и Э. Н. Безингер. Методом бумажной хроматографии они выделили 12 аминокислот. Из них были идентифицированы аланин, валин, глицин, серин, треонин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты. Аналогичные работы были проведены Е. Пейно и С. Лафон-Лафуркардом, а также К. Хеннигом.
Таким образом, было установлено, что спиртовое брожение сопровождается выделением из дрожжевых клеток во внешнюю среду азотистых соединений винной природы. Это выделение нельзя рассматривать только как процесс распада белка в результате автолиза, так как оно может происходить и при наличии синтеза.
Выделение азотистых веществ обусловлено повышением проницаемости оболочки дрожжей при брожении. Значительная часть выделенного азота является хорошим питательным материалом, на котором дрожжи растут лучше, чем на чистых аминокислотах.
Азотистые соединения, выделяемые дрожжами, состоят из свободных аминокислот, полипептидов, аминов, амидов и аммиачных солей. В протеинах дрожжей присутствуют 22 аминокислоты. В дрожжах обнаружены также различные пептиды, состоящие из глютаминовой кислоты, глицина, аланина, показано наличие цистеина и глютатиона, а также в большом количестве — РНК и в меньшем ДНК. Дрожжи содержат кислоторастворимые пуриновые и пиримидиновые основания.
Баланс азотистых веществ (аминный, амидный, аммиачный, пептидный и белковый азот) составляет всего 40—50%. Остальной азот пока не поддается определению. Аминный азот составляет 32—48% от общего азота, аммиачный — до 3,3%, амидный — от 3 до 7%.
Исследования Ч. Пу, С. Фланзи и М. Фланзи показали, что выдержка вина на дрожжевом осадке в течение одного месяца приводит к обогащению его органическим азотом на 30% по сравнению с контрольным, через два месяца на 65%, а через три месяца на 67%. При этом появляются следы аммиачных солей. Самым важным показателем является увеличение содержания аминокислот.
В табл. 16 приведены данные аминокислотного состава сусла и молодого вина.

ТАБЛИЦА 16
СОСТАВ АМИНОКИСЛОТ В СУСЛЕ ДО И ПОСЛЕ БРОЖЕНИЯ (В МГ/Л)

Количественный анализ аминокислот до и после брожения показал, что дрожжи в процессе брожения усваивают больше половины аминокислот. Если в сусле до брожения было 575,8 мг/л аминокислот, то в молодом вине их осталось 294 мг/л.
Дрожжи в процессе брожения сусла интенсивно ассимилируют аргинин, аланин, изолейцин, гистидин, фенилаланин и глутаминовую кислоту. Сравнительно хорошо усваиваются аспарагиновая кислота, изолейцин, серин, тирозин, а также пролин и триптофан. Совсем не ассимилируются глицин, лизин и метионин. В процессе брожения дрожжи выделяют их больше, чем содержатся в сусле.
Это говорит о том, что не все аминокислоты ассимилируются дрожжами и подвергаются превращению, часть их остается в вине. Хотя после окончания брожения дрожжи и выделяют некоторые аминокислоты, но количество их никогда не достигает первоначального количества азота, которое было в сусле до брожения.
Исследования Ч. Пу, С. Фланзи и М. Фланзи показали, что выдержка на дрожжах в течение одного месяца оказывает благоприятное влияние и вино приобретает гармоничность. При более длительной выдержке качество вина больше не улучшается. Это противоречит данным А. М. Фролова-Багреева, который показал, что оптимальная выдержка шампанских виноматериалов на дрожжевом осадке — не менее 3 месяцев. Было также установлено, что и после 2-месячной выдержки количество аминокислот увеличивается в 2 раза. Это важно, так как часть аминокислот возвращается обратно в вино (около 70%).
По интенсивности метаболизма аминокислот дрожжами они были разделены на три группы. К первой группе относятся аминокислоты сусла, потребляемые во время брожения, которые не возвращаются в вино в процессе автолиза, — это аргинин, фенилаланин, гистидин. Ко второй группе относятся аминокислоты, употребляемые во время брожения, но затем возвращающиеся в среду, — это пролин, глутаминовая и аспарагиновая кислоты, лейцин, изолейцин, валин, серин, тирозин и триптофан. К третьей группе относятся аминокислоты, которые не усваиваются дрожжами, но в процессе выдержки вина количество их увеличивается — это глицин, лизин- и метионин.
Следует указать, что различные расы дрожжей неодинаково усваивают и выделяют аминокислоты в окружающую среду.
После окончания брожения часть азотистых веществ выпадает в осадок, главным образом белки, которые осаждаются танатами и спиртом. Увеличение концентрации спирта при сбраживании сусла обусловливает плохую растворимость кислого виннокислого калия, который выпадает в осадок в виде кристаллов. Эти оба процесса очень длительны.
Поскольку азотистые вещества играют важную роль в формировании, созревании и старении вина, регулирование их количества для получения различных типов вин имеет большое значение.
В этом направлении В. И. Ниловым и Г. Г. Валуйко были проведены исследования, которые показали, что регулирование количества азотистых веществ при сбраживании сусла и формировании вина можно осуществить изменением температуры брожения и степени аэрации бродящего сусла. Эти исследования показали, что наименьшее количество азотистых веществ получается при выбраживании сусла при температуре 15—20°С. Наоборот, брожение сусла при более низких температурах (от 5 до 12°С), а также при температуре выше 20°С обычно сопровождается увеличением содержания азотистых веществ в вине. Это можно объяснить тем, что при низкой температуре брожение протекает медленно, дрожжи меньше ассимилируют азотистых веществ, поэтому они переходят в вино. Наоборот, при повышении температуры (более 20°С) дрожжи размножаются интенсивнее, происходит накопление биомассы, ускоряется процесс автолиза в конце брожения, вследствие чего происходит обогащение вина азотистыми веществами.

Следует указать, что скорость брожения виноградного сусла прямо пропорциональна температуре в пределах от 10 до 28°С, которая является оптимальной. При температуре выше максимальной (28°С) дрожжевые клетки угнетаются, брожение замедляется.
Скорость брожения зависит также от первоначальной сахаристости, pH среды и от первоначального содержания азотистых веществ.
При брожении сусла в условиях аэрации происходит более интенсивная ассимиляция азотистых веществ, накапливается биомасса дрожжей, что приводит к увеличению азота в вине вследствие автолиза дрожжей.
Полученные результаты имеют теоретическое и практическое значение, так как содержание азотистых веществ можно регулировать, изменяя условия брожения, и этим улучшать качество вина. Г. Г. Валуйко и В. И. Нилов рекомендуют для получения высококачественных сухих столовых виноматериалов брожение сусла проводить при температуре 14—18°С. Дрожжи, оставаясь в контакте с вином, после окончания брожения при спиртуозности выше 10% и pH 3,0—3,2 угнетаются и отмирают, особенно при повышенной температуре. При этих условиях ферменты дрожжей остаются активными, вследствие чего начинается автолиз и обогащение вина азотистыми веществами, особенно аминокислотами.
Состав аминокислот разных типов вин изучали многие ученые в разных странах мира (табл. 17).
Из данных табл. 17 видно, что состав и количество аминокислот зависят от способа приготовления и типа вина.
Так, например, наибольшее количество аминокислот содержится в красных винах, достигая 1377,6 мг/л; в белых сухих винах их 600—767 мг/л; приблизительно такое же количество аминокислот содержится в шампанском, а наименьшее — в игристом вине Асти спуманте, что объясняется предварительным биологическим снижением их в виноматериале.
Количественное содержание отдельных аминокислот резко колеблется. Многие аминокислоты являются общими для всех вин, несмотря на разное происхождение. Особенно много в винах пролина, затем глутаминовой кислоты, аргинина, валина, треонина, гистидина, аспарагиновой кислоты, фенилаланина и др. Реже встречаются γ-аминомасляная кислота, метионин, триптофан.
Помимо аминокислот, в вине встречаются пептиды и полипептиды, а также амины и амиды. Пептиды имеют важное значение в качестве промежуточных продуктов обмена и являются физиологически активными веществами. К числу таких соединений относятся цистеин и глютатион.
Они участвуют в окислительно-восстановительных процессах, оказывают влияние на активность многих энзимов, особенно на дегидрогеназы, а также на ферменты, связанные с превращением белков.
Исследования Ч. Пу и А. Урнака (1970) показали, что в состав полипептидов входят главным образом глицин, лизин, треонин, валин, аланин, лейцин, серин, изолейцин, аргинин, тирозин, гистидин, фенилаланин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты. Известно, что γ-аминомасляная кислота не входит в полипептиды. Эти авторы считают, что аминокислоты, входящие в состав пептидов вина, составляют от 70 до 90% от общего азота, а свободные аминокислоты вина — всего 20—30%.

Таблица 17
СОДЕРЖАНИЕ АМИНОКИСЛОТ (В МГ/Л) В ВИНАХ (ПО ДАННЫМ РАЗЛИЧНЫХ АВТОРОВ)

Проведенные за последние годы исследования показали, что наряду с аминокислотами, пептидами и белками в сусле и вине содержатся и другие азотистые вещества. Установлено, что часть неаминокислотного азота приходится на амины.
В литературе появилось достаточно работ, доказывающих наличие в вине аминов. Ф. Драверт в 1965 г. методом газожидкостной, тонкослойной и бумажной хроматографии идентифицировал 10 аминов. Рек обнаружил в вине следующие биогенные амины: метил-, этил-, н-пропил-, изобутил-, н-бутил-, изопептил-, н-пентил-, н-гексил-, β-фенилэтиламин, тирамины, путресцин, кадаверин.
В литературе имеется несколько работ о наличии аминов в вине (от 10 до 20 мг/л).
Как показали исследования З. Н. Кишковского и сотрудников [44], особенно много аминов в хересных винах.
Ацетамиды образуются при аминоацетилазной реакции по схеме

Ф. Драверт и его сотрудники, применяя газожидкостную хроматографию и масспектроскопию, идентифицировал вторичные амиды: N-этилацетамид, бутилацетамид, М-(2-метилбутил)-ацетамид, N-(3-метилбутил)-ацетамид.