Стабилизация вин физически - Влияние тепла на микроорганизмы и ферменты в винах

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛА НА МИКРООРГАНИЗМЫ И ФЕРМЕНТЫ
Некоторые эксперименты Пастера, описанные в его книге «Исследования вина», свидетельствуют, что нагревания красных вин в бутылках на водяной бане примерно при 60°С достаточно для того, чтобы убить «зародыши» болезни и надежно защитить вина от всякой порчи, в дальнейшем не внося никаких изменений в окраску, прозрачность, вкус и букет. Когда контрольное, ненагретое вино портится, нагретое вино превосходит его, когда ненагретое вино не портится, подогретое вино очень похоже на него. Апперт первым указал на возможность обеспечения сохранности вина, как и других пищевых продуктов, за счет применения термической обработки. Но Пастер может претендовать на заслугу проверки реальной ценности метода Апперта в применении к вину путем строгих экспериментальных доказательств на основе научно обоснованных принципов. Через сорок лет Гайон и его сотрудник Лаборд провели длительное исследование эффектов пастеризации бордоских вин. Из этих опытов следует, что температура 55°С не всегда бывает достаточной, тогда как нагревание до 60°С обеспечивает хорошую стерилизацию. Более поздними экспериментами установлено, что медленное нагревание до 45°С позволяет останавливать спиртовое брожение, что обеспечивает стабилизацию белых ликерных вин. Это наблюдение было недавно учтено при горячем розливе.
При этом температуры колебались в зависимости от спиртуозности вина.
Необходимо отметить, что первоначально пастеризацию применяли от микробиальных болезней, вызываемых уксуснокислыми бактериями и бактериями ожирения, пропионовокислого брожения и прогоркания, тогда как в дальнейшем нагревание стало противодрожжевой обработкой, применяемой для консервации вин, содержащих некоторое количество восстанавливающих сахаров. После Пастера микробиальные болезни достаточно надежно предотвращали более простыми методами: рациональными условиями брожения, применением сернистого ангидрида, фильтрованием и т. д.
Констатируют также, что термические обработки, цель которых — стерилизовать вина, разработаны эмпирическим путем. Теоретические исследования не предшествовали практическому применению нагревания вин. Понятия «мертвое время нагревания», или «термосопротивление», «единицы пастеризации» стали применяться сравнительно недавно.

Теория стерилизующего действия тепла

Отмирание микроорганизмов обычно определяют как потерю способности к воспроизводству. Это предельная температура роста. На практике достаточно достичь этой точки, чтобы получить стерилизацию. Нагретая жидкость является соответствующей питательной средой (жидкой или твердой). Факт констатации в обсемененной среде микробиального развития или его отсутствия является основным критерием выживания или гибели микроорганизмов.
Точка термического разрушения не совпадает с предельной температурой размножения. Она выше приблизительно на 10°С. Это то же самое, как если бы температуры разрушения ферментов и денатурация белков протоплазмы, вызывающие отмирание дрожжевых клеток, были явно выше температур клеточной дезорганизации, мешающей росту. По данным Лунда (1951), точки термического разрушения дрожжей Sacch. ellipsoideus следующие:

Гибель, или летальность, микроорганизмов в данной среде зависит от температуры и продолжительности действия ее. Чем выше температура, тем короче время, необходимое для разрушения клеток, и наоборот. По Бигелову и Эсти (1920), «мертвое время нагревания» — это время в минутах, необходимое для того, чтобы полностью разрушить при данной температуре данную концентрацию клеток. Это определение еще называют термосопротивлением микроорганизмов (Якоб и сотрудники, 1964; Марфо, 1965).
Количество теплоты, необходимой для стерилизации среды, можно выразить через соответствующее число единиц пастеризации. Этот способ выражения (Базельт, 1958) учитывает температуру и продолжительность нагревания. Единица пастеризации соответствует нагреванию в течение 1 мин при температуре 60°С.
Таблица 7.2
Зависимость между температурой нагревания в течение 1 мин и единицей пастеризации (по данным Базельта, 1958)

Табл. 7.2 позволяет определять эффективность нагревания в течение 1 мин при повышенных и пониженных температурах. Она показывает, что термическая обработка в течение 1 мин при 65°С в 5,24 раза более эффективна, чем при 60°С, и эквивалентна действию в течение 5 мин 15 с при 60°С.
С помощью табл. 7.2 можно построить диаграммы, показывающие необходимые продолжительность и температуру для получения заданной интенсивности пастеризации, например 20 ЕП (ед. пастеризации) (рис. 7.2).

Рис. 7.2. Схема пастеризации (по Шерай, 1963). Этот график показывает, что нагревание в течение 4 мин при 65°С, 60 мин при 57°С, 100 мин при 55°С дает такую же эффективность пастеризации, как и нагревание в течение 20 мин при 60°С, т. е. 20 ЕП (единиц пастеризации).

Температуры разрушения дрожжей.

Было проведено большое число исследований влияния температуры на рост дрожжей. Кук (1958) сообщал, что предельные температуры роста колеблются в зависимости от видов дрожжей от 30 до 47°С.

Точки термического разрушения, т. е. температуры, которые нужно выдерживать в течение 10 мин, чтобы разрушить микроорганизмы, колеблются в зависимости от вида дрожжей, с одной стороны, и от природы клеток (вегетативные клетки или споры) — с другой.
Для вегетативных клеток различных исследованных дрожжей точки термического разрушения заключены между 50 и 60°С.
Помимо вида и природы клеток, восприимчивость дрожжей к температуре зависит от других факторов, таких, как содержание воды, предварительная температура культуры, возраст клетки. Определенное содержание сахаров или солей защищает дрожжи, тогда как слишком высокое содержание этих веществ делает их более чувствительными. рН среды не оказывает большого влияния. Спирт понижает точку термического разрушения.
Эксперимент, о котором сообщил Уайт (1953), показывает различное поведение дрожжевых клеток одной и той же культуры в зависимости от температуры. Культура, насчитывающая 5Х105 живых клеток на 1 мм³, была нагрета до температуры 55°С. Через 4 мин осталось 164 живых клетки, а через 6 мин — всего 24. 

Температуры разрушения бактерий.

Предельная температура роста бактерий вина в зависимости от вида составляет 40—45°С. Но точка термического разрушения, или летальная температура, выше и, как правило, больше 55°С. Для уксуснокислых бактерий эта температура находится в пределах 55—60°С, а молочнокислые бактерии разрушаются при температурах между 62 и 70°С. Однако и такие температуры не всегда достаточны для того, чтобы убить все бактерии. В этом отношении очень поучителен эксперимент, о котором сообщил Йоргенсен (1956). Проводили его с Bacterium coli, нагретым до 52°С.

Таблица 7.3
Влияние нагревания на разрушение бактериальных клеток (по данным Йоргенсена, 1956)

* Культуры на чашках Петри.

В табл. 7.3 приведено в зависимости от времени нагревания число живых колоний культуры на чашках Петри через 3 и 15 дней. При этом констатировали, что 50% бактерий были убиты за 30 с, но для полного их разрушения требуется 35 мин. Бактерии, оставшиеся живыми после нагревания в течение 1 мин, обладают более длительным латентным периодом, который тем больше, чем продолжительнее нагревание. Этот эксперимент можно сравнить с опытом  Уайта относительно дрожжей, о котором упоминалось выше. Эти различия в термостойкости бактерий объясняются разной продолжительностью проникновения теплоты внутрь клеток в  зависимости от толщины стенок и постепенного усиления процесса денатурации белков, ведущего к отмиранию клеток. Последствия этих явлений имеют практическое значение. Чтобы обеспечить полную стерилизацию, необходимо использовать намного большее число единиц пастеризации, чем показывают теоретические расчеты. Кроме того, всегда важно возможно больше уменьшать число дрожжевых или бактериальных популяций перед нагреванием (Тарантола и сотрудники, 1969).
Наконец, независимо от вида восприимчивость бактерий к температуре зависит от таких факторов, как концентрация водородных ионов и содержание спирта.
В красных винах, имеющих pH 3,3 и спиртуозность 11 % об., нагревание до 45°С препятствует развитию как уксуснокислых бактерий, так и бактерий яблочно-молочного брожения.