Условия развития и активности молочных бактерий вина - Влияние рН при молочном брожении

Хорошо известно, что одним из важных факторов развития молочнокислых бактерий является концентрация водородных ионов в среде. Для каждого штамма рост возможен только в гамме рН, заключающейся между минимальным рН роста (или порогом рН) и максимальным показателем рН. Между этими пределами находится оптимальный показатель рН роста, при котором происходит наиболее быстрое размножение бактерий. Каждый штамм может быть также охарактеризован порогом рН использования яблочной кислоты и порогом рН использования сахаров.
Оптимальный рН роста в среде, пригодной для молочнокислого брожения, может быть установлен для молочнокислых бацилл и кокков, выделенных из вин, в зоне рН от 4,3 до 4,8; большинство наблюдений авторов подтверждает это положение.
Нижний предел рН находится между 2,9 и 3,0; можно считать, что при меньших значениях молочнокислое брожение среды, содержащей сахар или яблочную кислоту, невозможно. Предел рН зависит от условий и состава среды; при благоприятных условиях он ниже; в неблагоприятных условиях— выше. Форнашон (1963) констатировал, что при повышении концентрации положительных ионов водорода потребности бактерий в питании удовлетворяются все труднее и труднее, тогда как их восприимчивость к некоторым веществам, спирту, сернистому ангидриду возрастает. В некоторых районах кислых вин был отмечен ряд случаев яблочно-молочного брожения, часто неполного, при рН 2,85 и даже при рН 2,78 (Вержере, 1958).

Рис. 12.5. Кривые роста Lactobacillus plantarum в среде, приготовленной на базе виноградного сока, при различных значениях исходного рН:
1 — 3,2; 2 — 3,6; 3 — 4,0; 4 — 4,4.

Рис. 12.6. Кривые образования молочной кислоты бактериями Lactobacillus plantarum в среде, приготовленной на базе виноградного сока, при различных значениях исходного рН:
1 — 3,2; 2 — 3,6; 3 — 4,0; 4 — 4,4.
рН является элементом естественного отбора бактерий в спонтанном яблочно-молочном брожении; в винах с повышенным рН это брожение обычно проводится бактериями Lactobacillus, в винах же с низким показателем рН — бактериями Leuconostoe plantarum.
Кривые графиков 12.5 и 12.6 отображают рост бактерий и образование молочной кислоты в полной питательной среде на основе виноградного сока в зависимости от исходного рН среды; бактерии, на которых проводили эксперимент, относятся к виду Lactobacillus plantarum.
Более низкий рН вызывает удлинение латентного периода. При значениях рН между 3,6 и 4,4 различия невелики, всего несколько часов, но при рН 3,2 латентная фаза длилась 9 дней.

Рис. 12.7. Влияние концентрации ионов водорода на рост различных бактерий (среда на томатном соке) (по данным Радлера, 1958):
1,2 — Lactobacillus; 3, 4, 5 — Leuconostoc.

Пониженный рН замедляет развитие и удлиняет логарифмическую фазу; кривая роста все более и более приближается к прямой, что хорошо выражает тот факт, что в данном случае рН представляет собой ограничивающий фактор.
Развитие популяции бактерий и образование молочной кислоты более интенсивно протекают при высоких рН. Впрочем следовало бы учитывать постепенное снижение кислотности среды как следствие молочнокислого брожения и повышение показателя рН; последний по истечении нескольких дней становится однообразным независимо от условий исходной кислотности. На рис. 12.7 отражено влияние рН на рост различных штаммов Lactobacillus и Leuconostoc. Видно, что при рН около 3,0 урожай молочнокислых бактерий незначителен.
Когда рассматривают развитие молочнокислых бактерий в вине, то отмечают, что титруемая кислотность обладает двойным избирательным действием: она реализует сортировку яблочно-молочнокислых бактерий по их возможностям роста и сортировку компонентов, способных разлагаться. По мере понижения рН новые типы бактерий оказываются ингибированными и может быть использованным меньшее количество компонентов вина; в целом яблочно-молочное брожение становится чище. Оптимальное значение рН яблочно-молочного брожения в вине находится между рН 4,2 и 4,5. Оно, несомненно, такое же, как и при молочнокислом сбраживании сахаров этими же бактериями; но когда экспериментируют на средах с более высоким рН, чем эти, молочнокислое брожение в результате подкисления среды вызывает понижение рН и тем самым создает благоприятные условия для роста, тогда как яблочно-молочное брожение, при котором повышается рН, имеет тенденцию к созданию менее благоприятных условий.
При рН выше 4,5 яблочно-молочное брожение замедляется; при этом значении рН большая часть яблочной кислоты превращается в соль и ее проникновение в клетку, несомненно, задерживается. Между рН 3,0 и 4,0 брожение начинается тем раньше и протекает тем быстрее, чем выше рН.
Продолжительность яблочно-молочного брожения в вине, доведенном до различных рН, приведена ниже (по данным Бусбурас и Каики, 1971).

В табл. 12.4 приведены результаты аналогичного эксперимента, проведенного Кастино и сотрудниками (1973).
Таблица 12.4
Влияние рН на эволюцию яблочно-молочного брожения вина Барбера (по данным Кастино и сотрудников, 1973)

В отношении использования мезоинозита бактериями яблочно-молочного брожения можно привести пример избирательного действия рН на вещества, разложенные бактериями. Красные вина помещали в бутылки при выходе их из бродильного чана; одну из них пастеризовали; другую хранили при рН вина; содержимое третьей приводили к рН 3,8. После выдержки в течение нескольких недель при 25° С в двух последних бутылках было отмечено яблочно-молочное брожение и развитие микроорганизмов. Во всех опытах, проведенных авторами, содержание мезоинозита при рН вина не изменилось в трех винах из 22, и, наоборот, мезоинозит всегда использовался, когда вино доводили до рН 3,8. Он совершенно исчез (остаток менее 20 мг/л) в пяти винах из 22 при их собственном рН и в 11 винах при рН 3,8, следовательно, сбраживание мезоинозита происходит тем легче, чем выше рН, и это же отмечается у других веществ, метаболизируемых бактериями.
Приведенные выше результаты показывают, что титруемая кислотность среды оказывает влияние на некоторые функции (бактериальной клетки: клеточное размножение, в особенности питание азотистыми веществами, метаболизм, т. е. в целом на образование ферментов, участвующих в реакциях. Действие рН на «яблочно-молочную активность» исследовала С. Лафон-Лафуркад (1970). Если культивировать бактерии при различных рН и измерять их яблочно-молочную активность после центрифугирования и промывки, то приходится констатировать, что она практически одинаковая у бактерий из сред с рН от 3,5 до 5,0.
Клетки, взятые из культуры при меньших рН, имеют пониженную ферментативную активность; при рН 3,0 она составляет лишь 1/4 активности, измеренной при оптимальном рН. Эти наблюдения позволяют понять многочисленные причины, из-за которых яблочно-молочное брожение так нелегко проходит в кислых винах. К трудностям роста при низком рН добавляются, с одной стороны, слабая «яблочно-молочная активность» выращенных таким образом бактерий, т. е. недостаточное содержание в них яблочно-молочного энзима, и, с другой стороны, тот факт, что с некоторыми бактериями не выдерживается оптимальный рН ферментативной реакции.
В этой же работе С. Лафон-Лафуркад (1970) исследовала также чувствительность самой ферментативной реакции к рН. Для бацилл оптимальный рН деградации яблочной кислоты ферментом находится между 3,5 и 4,0; при рН 3,0 наблюдают четко выраженное ингибирование; обычно происходит только замедление реакции, но с некоторыми бактериями можно отметить прекращение ферментативной активности. На другом конце шкалы повышение рН до 4,5 обычно вызывает более или менее заметное уменьшение активности в зависимости от вида бактерий.
В присутствии кокков ферментативная реакция протекает, как правило, при пониженном рН и идентичным образом при рН от 3,0 до 4,0; процесс сильно тормозится при рН 4,5.
Можно до известной степени уменьшить неблагоприятное влияние рН в результате увеличения массы используемых бактериальных клеток.
Эксперименты показали, что существует корреляция между порогом рН роста штамма бактерий и исходным рН вина, из которого он был выделен. Бактерии, выделенные из вин с высоким рН, не сбраживают или сбраживают с трудом яблочную кислоту в средах с относительно слабым рН, и, наоборот, чем ниже начальный рН вина, тем больше способность бактерий действовать при подобных рН.

Влияние рН на продолжительность жизнедеятельности молочнокислых бактерий в винах (Веч, 1973)

В условиях, когда яблочно-молочное брожение наиболее необходимо и его эффект на органолептические качества вина наиболее желателен, т. е. тогда, когда вина вырабатывают из недостигшего технической зрелости винограда и оно получается кислым, труднее всего провести яблочно-молочное брожение, и оно больше всего запаздывает. С другой стороны, молочнокислые бактерии могут использовать сахара или винную кислоту только в условиях пониженной кислотности вин. Таким образом, именно наиболее удавшиеся вина, самые маслянистые и гармоничные, больше всего подвержены болезням, вызываемым бактериями.
После завершения яблочно-молочного брожения устойчивость живых молочнокислых бактерий в винах все еще зависит от рН. Экспериментальные данные Веча (1973), проследившего постепенное исчезновение живых клеток Leuconostoc oinos, существующих в вине, которые были засеяны при трех значениях рН, приведены в табл. 12.5; автор отмечает уменьшение активной популяции, которое происходит тем быстрее, чем ниже рН среды. Нетрудно понять причины подверженности болезням у вин с повышенным рН, у которых все (более быстрый рост, более высокая ферментативная активность, более благоприятный порог рН, лучшая устойчивость живых «леток) способствует бактериальным превращениям.