Исследование процесса вторичного брожения с использованием дрожжей

Исследование процесса вторичного брожения с использованием флуктуирующих и иммобилизованных дрожжей
Л. А. Оганесянц, академик, д-р техн. наук, профессор;
Б. Б. Рейтблат, д-р техн. наук, профессор;
Л. В. Дубинчук, канд. техн. наук;
И. А. Татевосян, канд. техн. наук
Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности
В. М. Драган, В. С. Тартус
ЗАО «Игристые вина»
Ключевые слова: флуктуирующие и иммобилизованные дрожжи, лизатный субстрат, шампанизированное вино
Key words: fluctuating and immobilized yeast, lizatny substrate, champagnization wine

Один из важнейших аспектов повышения эффективности процесса вторичного брожения в непрерывном потоке — максимально полное использование функциональных возможностей дрожжевой клетки. С этой целью в работе использовали прием иммобилизации дрожжей на сорбенте, в основу которого положено представление о более длительном, чем у интактных клеток, сохранении их биологической активности. Это явление обусловлено улучшением условий транспорта питательных веществ в клетке и связанным с этим изменением клеточного метаболизма. Использование иммобилизованных на сорбенте микроорганизмов нашло широкое применение при производстве игристых и шампанских вин методом непрерывной резервуарной шампанизации [1].
Однако, несмотря на многочисленные преимущества этого метода, он имеет и определенные недостатки. Как показывает практический опыт, при использовании недостаточно качественных виноматериалов с несбалансированным составом органических кислот на сорбенте могут накапливаться инфицирующие микроорганизмы, что приводит к нежелательному изменению физико-химических показателей вина в процессе вторичного брожения и ухудшению его органолептических свойств. Особую остроту эта проблема приобретает при проведении вторичного брожения в аппаратах большой вместимости (50 м³ и выше). В этом случае частые перезарядки бродильных аппаратов и другого технологического оборудования приводят к снижению производительности бродильных установок, съема продукции с единицы производственной площади и потерям вина. В связи с этим непрерывную технологию производства игристых вин неоднократно совершенствовали и модифицировали [2, 3]. При этом большое внимание уделяли улучшению массообмена, равномерному распределению клеток в бродильном аппарате и биогенераторе, обеспечению постоянства линейной скорости потока вина и совершенствованию конструкции бродильных аппаратов.

Технологическая схема процесса вторичного брожения: 1 — фильтр-пресс, 2 — насос-дозатор, 3 — аппарат для сбора дрожжей, 4 — бродильный аппарат, 5 — ротаметр, 6 — фильтр грубой очистки, 7 — теплообменник-охладитель, 8 — резервуар для обработки холодом

Технологическим приемом, позволяющим устранить недостатки вторичного брожения с использованием иммобилизованных дрожжей, служит проведение этого процесса с использованием флуктуирующих дрожжевых клеток различного возраста и физиологического состояния [4]. Разработанная технология предполагает проведение биологического обескислороживания купажа виноматериалов, приготовление бродильной смеси и ее подачу в верхнюю часть бродильного резервуара 4 на вторичное брожение непрерывным методом (см. рисунок).

Таблица 1

* Вторичное брожение проходит на флуктуирующих дрожжах; ** на иммобилизованных дрожжах.

Процесс вторичного брожения проводят при температуре не выше 15 °C в течение 17 сут. Шампанизированное вино отбирают из нижней боковой надсферической части бродильного резервуара, а затем его фильтруют (поз. 6), обрабатывают холодом (поз. 7, 8), и далее через фильтр-пресс (поз. 1) направляют в приемный резервуар для приготовления марки игристого вина.
Из нижней части бродильного резервуара 4 вино с содержащимися в нем дрожжами и после положительного заключения лаборатории возвращают в бродильную смесь в количестве 0,1 % скорости потока бродильной смеси. Этот технологический прием позволяет проводить вторичное брожение на дрожжах, находящихся в различном физиологическом состоянии. Активному сбраживанию сахара способствует наличие в бродильной смеси молодых физиологически активных дрожжей, а угнетенные и автолизированные дрожжи, поступающие в бродильную смесь из нижней части резервуаров, обогащают вино биологически активными веществами (ферменты, азотные и поверхностно-активные соединения). С целью обогащения шампанизируемого вина продуктами деструкции дрожжевых клеток разработанная технология предусматривает введение в него дрожжевых автолизатов, приготовленных из дрожжевых осадков, накапливающихся в нижней зоне бродильного аппарата 4. Эти осадки собирают в автономную емкость 3, в которой проводят глубокий автолиз дрожжей физическим, акустическим, ферментативным или комбинированным методами [5]. Полученный таким образом лизатный материал фильтруют и задают в бродильную смесь в пульсирующем потоке в количестве 0,1 % скорости потока шампанизируемого вина.
Наши сравнительные исследования процесса непрерывной шампанизации вина проходили в производственных условиях ЗАО «Игристые вина» в одноемкостном аппарате вместимостью 100 м³ (установка 1) по технологии, описанной выше (см. рисунок), и спаренной установке 2, состоящей из бродильного аппарата вместимостью 50 м³ и биогенератора вместимостью 20 м³, полностью заполненного сорбентом из дуба. Бродильную смесь во 2-ю установку подавали в нижнюю зону. Сравнительное изучение кинетики вторичного брожения, физико-химических, биохимических и органолептических показателей шампанизированного вина проводили на протяжении 15 мес. (через 5, 8, 12 и 15 мес. эксплуатации установок). За этот период исследовали микробиологическое состояние дрожжей в поступающей бродильной смеси и шампанизированном вине из нижней зоны бродильного аппарата. На основании этих исследований установлено, что концентрация дрожжевых клеток в поступающей бродильной смеси варьировала от 2 до 5 млн/см³, из них почкующих было от 25 до 40 %, живых — от 73 до 55 % и угнетенных или мертвых — от 2 до 5 %. В шампанизированном вине, которое возвращали в бродильную смесь, концентрация дрожжевых клеток варьировала от 15 до 20 млн/см³, из них доля почкующихся клеток занимала от 2 до 8 %, живых — от 65 до 45 %, угнетенных, в том числе мертвых, — от 33 до 47 % (табл. 1).
При изучении кинетики процесса брожения отмечено, что выбраживание сахара в каждой из установок было практически полным. Однако были установлены отличия по физико-химическим показателям. В некоторых пробах вина из установки 2 с иммобилизованными на сорбенте дрожжами показатели титруемой и активной кислотности были ниже, чем в шампанизированном вине из установки 1 с флуктуирующими дрожжами, что свидетельствует о возможном наличии посторонних микроорганизмов в вине из установки 2. Это подтверждается и увеличением показателя массовой концентрации летучих кислот (до 0,87 г/дм³).
Длительная эксплуатация установок положительно повлияла на окислительно-восстановительное состояние вина и направленность восстановительных процессов, что отразилось на показателе восстановительной способности, значение которого после 5 мес. работы установок составляло 37-40 с, а через 15 мес. повышалось до 16-20 с. В шампанизированном вине на выходе из установок 1 и 2 содержание общих альдегидов, глицерина и показателя приведенного экстракта были близки на протяжении всего периода наблюдений. Некоторые колебания в цифровых значениях этих показателей следует отнести за счет неодинаковых гидродинамических условий, возможного проскока вина и непостоянства состава бродильной смеси, поступающей на вторичное брожение.
Как известно, значительную роль при формировании типичных свойств игристых вин играет автолиз дрожжей, в процессе которого вино обогащается аминокислотами, ферментами, витаминами и другими биологически активными соединениями. При контакте вина с автолизированными дрожжами происходит ферментативный гидролиз пептидов до аминокислот, участвующих в химических и биохимических реакциях с образованием ряда соединений (высшие спирты, эфиры, кислоты и др.), оказывающих значительное влияние на органолептические показатели игристых вин.
При проведении сравнительного анализа содержания аминокислот в вине после вторичного брожения заметные отличия как по количеству отдельных аминокислот, так и по общему их содержанию в вине из установок 1 и 2 не зафиксированы (табл. 2).
Результаты исследований ароматобразующих веществ (табл. 3) показали, что при шампанизации вина с использованием флуктуирующих клеток дрожжей и введением лизатного материала в бродильную смесь (установка 1) в вине накапливается меньше высших спиртов (изобутанол, 1-бутанол, изоамилол), обладающих резким сивушным запахом и отрицательно влияющих на букет и вкус вина. Содержание сложных эфиров (этилкапроат, этилкаприлат) в вине из этой установки было несколько выше, чем в вине из установки 2, что положительно сказывалось на качестве вина.

Органолептические показатели вина из установок с флуктуирующими и иммоболизованными дрожжами несколько отличались. Так, в некоторых пробах вина из установки с иммобилизованными дрожжами (установка 2) в букете присутствовали дрожжевые тона, грубость, горечь и несбалансированность вкуса, тогда как во всех отобранных пробах вина из установки с флуктуирующими дрожжами (установка 1) вино отличалось чистым, свежим, с легкими цветочными и плодовыми тонами букетом, гармоничным, полным, слаженным вкусом. Данные отличия следует отнести главным образом за счет образования застойных зон и каналов в установке с иммобилизованными на сорбенте дрожжами (установка 2).

Выводы.

Таким образом, проведенные сравнительные исследования шампанизированного вина из бродильной установки с иммобилизованными на сорбенте дрожжевыми клетками и из установки с флуктуирующими дрожжами показали, что его физико-химические и биохимические показатели существенно не отличались. В каждой из установок обеспечивалось полное выбраживание сахара.
Однако при введении в бродильную смесь лизатных материалов и проведении вторичного брожения с использованием интактных дрожжевых клеток качество вина было выше, что позволяет рекомендовать разработанную технологию для практического использования.

Таблица 3

Список литературы

1. Саришвили Н. Г. Микробиологические основы технологии шампанизации вина/Н. Г. Саришвили, Б. Б. Рейтблат. — М.: Пищепромиздат, 2000. С. 213-222.
2. Пищиков, Г. Б. научное обоснование и разработка технологии, процессов и аппаратов шампанизации вина (дис... д-ра техн. наук)/Г. Б. Пищиков — М.: ВнииПБиВП, 2002. С. 215-258.
3. Магомедов Н. М. разработка технологии игристых вин на основе интенсификации процесса вторичного брожения/н. М. Магомедов — М.: ФГБоУ ВПо МГУТУ им. К. Г. Разумовского, 2011.
4. Драган В. М. Способ производства шампанского непрерывным методом/В. М. Драган, В. С. Тартус. — Патент № 2431658 от 20.10.2011).
5. Оганесянц Л. А. Способ производства игристого вина/Л. А. Оганесянц, В. П. Бакулин, Б. Б. Рейтблат, Л. В. Дубинчук. — Патент № 2343191 от 10.01.2009.