Направления исследований отдела микробиологии виноделия НИВиВ Магарач

УДК 663.252.41.001.89
С.А. Кишковская, д.т.н., профессор, гл.н.с. отдела микробиологии,
В.А. Загоруйко, д.т.н., профессор,чл.-корр. НААН , директор,
Т.Н. Танащук , к.т.н., начальник отдела микробиологии,
Е.В. Иванова, к.т.н., в.н.с. отдела микробиологии,
Т.К. Скорикова, к.т.н., ст.н.с. отдела микробиологии
Национальный институт винограда и вина «Магарач»

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ОТДЕЛА МИКРОБИОЛОГИИ ВИНОДЕЛИЯ НИВиВ «МАГАРАЧ»

К 185-летнему юбилею Национального института винограда и вина «Магарач» и 130-летнему юбилею Национальной коллекции микроорганизмов для виноделия.

Ключевые слова: штаммы дрожжей, коллекция микроорганизмов, микробиологический контроль.

История отдела микробиологии берет начало с энохимической лаборатории Никитского ботанического сада, в стенах которого в 1883 году было начато создание коллекции микроорганизмов для виноделия [1]. Вместе со 185-летним юбилеем института отдел в этом году отмечает и юбилейную дату коллекции - 130 лет, а, следовательно, и отдела. Начиная с работ Луи Пастера, интерес к винным дрожжам не угасает и до настоящего времени. Свидетельством тому является создание практически во всех винодельчески развитых странах коллекций микроорганизмов, их поддержание и пополнение новыми, перспективными штаммами дрожжей, отвечающих требованиям современной технологии виноделия. Коллекция пережила годы эвакуации в период Великой Отечественной войны, несмотря на трудности тех лет удалось сохранить наиболее промышленно ценные культуры, такие как Штейнберг 1892 года, Пино 14, Массандра 3, Херес 20 С, Кахури 7, Алиготе А, Каберне 5, Бордо 7, Серсиаль 14 и другие [2].
Отдел микробиологии сформирован как самостоятельное подразделение института в 1946 году и таковым остается и по настоящее время. В послевоенные годы, благодаря самоотверженной работе Бурьян Н.И., Тюриной Л.В., Одинцовой Е.Н и других сотрудников отдела, проводились активные поиски новых, в том числе аборигенных, штаммов дрожжей из различных винодельческих регионов Украины и некоторых союзных республик бывшего Советского Союза. Коллекция пополнилась такими штаммами, как Берегово 65, Ужгород 204, Судак VI-5, Феодосия I-19 , Магарач 125, Ркацители 6, Яблочная 7, Кокур 3 и д.
Наряду с изучением дрожжевой микрофлоры были начаты исследования молочнокислых бактерий с перспективой их превращения из «врагов» виноделия в «союзники». Эти работы возглавила и успешно проводила Рабинович З.Д. [3].
В связи с тем, что в прошлые годы не было серьезных барьеров на пути взаимного обмена штаммами между научно-исследовательскими отечественными и зарубежными институтами, коллекция пополнилась штаммами, представляющими интерес не только для производства, но и для науки (табл. 1).
В последние десятилетия исследования, проводимые в отделе, были направлены на улучшение свойств базовых культур для производства методом промышленной селекции [4]. В результате коллекция обогатилась обновленными клонами культур, хорошо известных и пользующихся спросом у работников производства. В это же время коллекция активно пополнялась штаммами дрожжей - вредителей производства [5], а также агентами биологического кислотопонижения - дрожжами - шизосахаромицетами [6].
Культуры в коллекции хранятся классическим способом в пробирках с виноградным суслом и вином, т.е. на средах, естественных для винных дрожжей. Всего в коллекции насчитывается 1233 пробирки микроорганизмов. В декабре 2001 г. под № 1709 коллекция была внесена в государственный реестр научных объектов, которые являются национальным достоянием Украины. Ответственность за ее сохранение легла на отдел микробиологии. Благодаря государственной финансовой поддержке постоянно ведутся научно-исследовательские работы, связанные с изучением культур, селекцией, проверкой технологических свойств, способов хранения, пополнением новыми штаммами, выделенными из производства и природы. Лучшие штаммы депонированы в депозитарии Института микробиологии и вирусологии им. Заболотного (Киев) и защищены патентами. За последние 10 лет получены патенты на 5 штаммов дрожжей и 2 штамма молочнокислых бактерий.

Таблица 1
Интересные промышленно ценные штаммы из коллекции культур НИВиВ «Магарач»

Помимо поддержания и пополнения Национальной Коллекции Микроорганизмов для Виноделия (НКМВ), к числу основных задач отдела относится обеспечение отрасли чистыми культурами дрожжей (ЧКД) с гарантированными свойствами, исключающими срыв технологического процесса из-за остановки процесса брожения, приводящего к недобродам и последующей порче вина. В отрасли используют дрожжи как в виде классических жидких разводок, так и зарубежные коммерческие препараты активных сухих дрожжей (АСД). К сожалению, промышленный выпуск отечественных препаратов АСД не только в Украине, но и в странах СНГ отсутствует.

Сотрудниками отдела микробиологии совместно с Институтом микробиологии Академии наук Латвийской ССР (Рига) в 80-е годы были получены и успешно испытаны в производстве экспериментальные полупромышленные партии АСД штаммов дрожжей [7, 8], которые на протяжении десятков лет были востребованы винодельческими предприятиями Украины и стран СНГ. Были успешно проведены государственные приемочные испытания в Украине, Молдове, России и подготовлена вся необходимая документальная база для их внедрения. К сожалению, из-за распада СССР и разрыва научных и экономических связей с Латвией эти работы были прекращены.
Накопленный опыт работы с одним и тем же штаммом в виде АСД и жидких разводок позволил объективно оценить преимущества и недостатки каждого из способов. Главный недостаток жидких разводок - это трудоемкость их приготовления, требующая участия высококвалифицированных микробиологов. Главное преимущество - это возможность из одной пробирки приготовить неограниченные объемы разводок без потери технологических свойств штамма и опасности внесения посторонней микрофлоры [9], которая неизменно присутствует в АСД в силу технологии их приготовления. Это является основной причиной запрета культивирования АСД во все возрастающих объемах.
В отличие от препаратов АСД, ЧКД не содержит каких-либо посторонних микроорганизмов, тяжелых металлов и ГМО. Технологические свойства культур проверены не одним десятилетием на предприятиях отрасли. У предприятий имеется широкий выбор культур, которые в наибольшей степени отвечают их региону и типу производимой продукции и способствуют получению узнаваемой марки. Есть возможность делать всевозможные комбинации штаммов, например, вносить пылевидные и хлопьевидные штаммы, холодовыносливые и термостойкие, ароматобразующие и, наоборот, нейтральные и т.д. (табл.1).
Ближайшей задачей отдела является проведение подготовительных работ по внесению НКМВ во Всемирную федерацию коллекций культур. Для этого необходима реидентификация культур в соответствии с международной систематикой, приведение в соответствие также паспортных данных культур, модификация и публикация каталога культур и другие мероприятия.
В связи с тем, что основная масса штаммов в коллекции представлена по систематике Кудрявцева [10], нами начаты работы по реидентификации и адаптации к современной международной систематике. Так, была проведена реидентификация основных промышленно ценных культур классическими методами и с использованием полимеразной цепной реакции (ПЦР) [11].
К числу фундаментальных исследований, проводимых в отделе и направленных на решение проблем в отрасли, следует отнести также:

1. изучение видовой и родовой распространенности дрожжевой и бактериальной микрофлоры в винодельческих регионах страны [12, 13];
2. установление характера их взаимоотношений и тенденций в изменении соотношений среди диких популяций в связи с использованием в виноделии вот уже на протяжении 100 лет сульфитации, фунгицидов и других ядохимикатов [14, 15];
3. разработка экспресс-методов микробиологического контроля винодельческого производства, в том числе с использованием мембраной фильтрации и ПЦР - анализа [11, 16, 17].

 На основании полученных данных будет сделан прогноз ожидаемых проблем микробиологического характера и будут намечены пути их решения.

Таблица 2
Перечень культур и их особенности в созданной информационной базе о потенциале НКМ

Наличие большого генофонда микроорганизмов и системное изучение их морфолого-биохимических свойств позволили на основе уникальных свойств некоторых из них разработать для виноделия новые технологии и приемы, направленные на расширение ассортимента и улучшение качества винодельческой продукции, к каким относятся:

1. технология биологического кислотопонижения виноградного сусла и мезги при производстве столовых и крепленых виноматериалов [18, 19];
2. технология получения натуральных игристых вин в потоке [20];
3. технология производства жемчужных вин из некондиционного по титруемой кислотности винограда [21];
4. технология получения малокислотных концентратов из виноградного сока [22];
5. технология биотрансформации выжимки базидиальными грибами [23];
6. технология получения ферментных концентратов и автолизатов из дрожжей [24];
7. биологический способ десульфитации виноградного сусла и мезги [25];
8. способ иммобилизации шампанских дрожжей в альгинате кальция [26];
9. штаммы дрожжей, стимулирующие или ингибирующие рост молочнокислых бактерий [27, 28];
10. ЧКД, усиливающие сортовые особенности виноматериалов из сортов винограда Алиготе, Каберне, Мускат, Совиньон и др. [29, 30].

В работе отдела большое внимание уделяется разработке нормативных документов. К их числу относятся ДСТУ: «Дріжджі винні. Технічні вимоги»; «Активные сухие дрожжи для виноделия. Технические условия»; «Методи відбору проб для мікробіологічного аналізу в виноробстві. Технічні умови»; «Молочнокислі бактерії для виноробства. Технічні умови»; «Дріжджі-кислотопонижувачі. Технічні умови». Кроме того, сотрудниками отдела в рамках договора с Минагрополитики Украины разработаны методические указания «Методика оценки качества препаратов активных сухих дрожжей для виноделия».
Сотрудники отдела оказывают консультативную помощь производству в решении проблем, связанных с микробиологией, участвуют в проведении курсов повышения квалификации работников винодельческой промышленности, а также по заявкам предприятий индивидуально подготавливают микробиологов. На базе отдела проходят обучение студенты и аспиранты соответствующих специальностей.

В условиях новых финансовых отношений отдел проводит коммерческую деятельность и предлагает производству следующие платные услуги:

1. внедрение новых селекционных ЧКД и авторский надзор за их внедрением;
2. обучение специалистов лаборатории по индивидуально разработанным программам с учетам базовых знаний в области микробиологии виноделия;
3. селекцию ЧКД в наибольшей степени отвечающих условиям производства и типу выпускаемой продукции конкретного предприятия, их депонирование и патентование. Такая работа проведена для большинства шампанских винзаводов, а также для некоторых заводов первичного виноделия («Солнечная Долина», «Золотая балка», «Алушта» и др.);
4. микробиологическая оценка коммерческих препаратов, в том числе на наличие в них вредителей винодельческого производств: дрожжей, спор плесневых грибов, бреттаномицетов, шизосахаромицетов, МКБ и УКБ.

На протяжении всего своего 130-летнего существования в отделе активно поддерживается связь с отечественными и зарубежными научными организациями и предприятиями отрасли. Сотрудники отдела стремятся не только сохранить достояние предыдущих поколений, но и его преумножить путем активного использования достижений современной науки в области биологии, технической микробиологии, биотехнологии и их внедрения в винодельческую отрасль.

Рис. Патенты и авторские свидетельства на штаммы микроорганизмов

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Национальная коллекция микроорганизмов для виноделия / Скорикова Т.К., Бурьян Н.И., Черноусова И.В., Черноокова Т.В., Евцихевич Е.А. // Виноградарство и виноделие. Сборник научных трудов. - Ялта, 2003. - Т. XXXIV. - С.118-122.
2. Национальная Коллекция Микроорганизмов для Виноделия. Каталог культур / под ред. д.т.н., проф. Н.И.Бурьян. - Ялта, 2007. - 250 с.
3. Рабинович З.Д. Роль молочнокислых бактерий в виноделии (обзор) / М.: ЦИНТИ пищепром, 1972. - 28 с.
4. Кудрявцев В.И. Систематика дрожжей / М.: Изд-во АН ССССР, 1954. - 426 с.
5. Горина В.А., Перминова С.В. Посторонняя микрофлора производства шампанского бутылочным способом // Виноградарство и виноделие, 1995. - № 2. - С.65-75.
6. Кишковская С,А. Дрожжи рода Schizosaccharomyces и их роль в технологии виноделия //Итоги науки и техники. Серия «Химия и технология пищевых продуктов». - М.: ВИНИТИ, 1992. - Т.8. - С.1-76.
7. Использование активных сухих дрожжей в виноделии / Кишковская С.А., Валуйко Г.Г., Бурьян Н.И., Рева А.Г., Манафова С.М. // Виноделие и виноградарство СССР. -1981. - №4. - С.54.
8. Кишковская С.А., Бурьян Н.И. Получение активных сухих дрожжей Шизосахаромицес и использование их в виноделии // Виноделие и виноградарство СССР. -1982. - №1. - С.15.
9. International OEnological Codex. - 2012 Issue.-Included Resolution adopted in Oporto (Portugal) 9thG.A. — 28 June 2011. - OlV-18, rue d’Aguesseau-75008 Paris.
10. Кудрявцев В.И. Систематика дрожжей / М.: Изд-во АН СССР. - 1954. - 427 с.
11. Реидентификация некоторых штаммов дрожжей- сахаромицетов из Национальной коллекции микроорганизмов для виноделия с использованием современных методов анализа / Бурьян Н.И., Кишковская С.А., Загоруйко В.А., Скорикова Т.К., Черноокова Т.В. // Виноградарство и виноделие. Сборник научных трудов. - Ялта, 2011. - Т. XLI, ч. 1. - С.56-59.
12. Аборигенные штаммы дрожжей как один из факторов повышения качества винодельческой продукции / Кишковская С.А., Иванова Е.В., Третяк В.И., Печерица ОТ., Рубения Р.Р // Вестник «Крымское качество»: Науч.-техн. сб. - 2007. - №2 (10). - С.57-58.
13. Об экологии молочнокислых бактерий Крыма / Танащук Т.Н., Загоруйко В.А., Щербина В.А., Ананченкова Г.М., Кухаренко О.Е. // «Магарач». Виноградарство и виноделие.- 2013.- № 1.- С. 22-24.
14. Оценка рисков производства шампанских виноматериалов и вин на основе изучения дрожжевой и бактериальной дикой микрофлоры / Танащук Т.Н., Загоруйко В.А., Скорикова Т.К., Кухоренко О.Е., Шаламитский М.Ю., Травникова Е.Э. // «Магарач». Виноградарство и виноделие. - 2013. -          № 2. - С.19-22.
15. Влияние режимов сульфитации и биологической десульфитации мезги на созревание и динамику оптических показателей мускатных десертных виноматериалов / Кишковская С.А., Иванова Е.В., Остроухова Е.В., Рубения Р.Р., Загоруйко В.И. // Виноградарство и виноделие: Сборник научных трудов НИВиВ «Магарач». - Ялта, 2010. - Т.40. - С.72-75.
16. Идентификация дрожжей вида Brettanomyces bruxellensis с помощью специфических праймеров / Загоруйко В.А., Кишковская С.А., Скорикова Т.К., Черноусова И.В., Чернооокова Т.В. // Виноградарство и виноделие: Сборник научных трудов НИВиВ «Магарач». — Ялта, 2009. - Т. 39. - С.56-60.
17. Кишковская С.А., Иванова Е.В., Антоненко А.А. Дрожжи рода Candida и их идентификация методом ПЦР- анализа // «Магарач». Виноградарство и виноделие. - 2012. - № 2. - С.23-25.
18. Кишковская С.А., Бурьян Н.И. Методические рекомендации по биологическому кислотопонижению виноградного сусла, мезги и вин с использованием дрожжей рода Шизосахаромицес. - Ялта, 1990. - 24 с.
19. Актуальность и перспективы использования процессов биологического снижения титруемой кислотности в винодельческой продукции Степной зоны Крыма / Кишковская С.А., Иванова Е.В., Ананченкова Г.М., Беляков В.С. // Виноградарство и виноделие: Сб. науч. тр. ИВиВ «Магарач». - Ялта, 2005. - Т.35. - С.86-90.
20. Брожение сусла в потоке / Бурьян Н.И., Кишковская С.А., Тюрина Л.В., Рева А.Г./ Поточные методы в виноделии.- Симферополь: Таврида. - 1976. - 14 с.
21. Насыщение вин диоксидом углерода / Валуйко Г.Г., Загоруйко В.А., Кишковская С.А., Иванова Е.В., Зотов А.Н. / Методические рекомендации (ДСП). - Ялта, 1996. - 17 с.
22. Кишковская С.А., Иванова Е.В., Рубения Р.Р. Получение малокислотных концентратов виноградного сусла с использованием дрожжей-шизосахаромицетов // Виноделие и виноградарство (Россия). - №5. - 2007. - С.27.
23. Бютехнологічні основи виробництва білка i пектину з відходів переробки плодiв та винограду / Єжов В.М., Валуйко Г.Г., Луканін О.С., Клечак І.Р. / - Київ: Урожай, 1993.      - 122 с.
24. Разработка технологии и оборудования для производства автолизатов винных дрожжей ускоренным методом / Кречетов И.В., Кулёв С.В., Загоруйко В.А., Кишковская С.А., Иванова Е.В. // ВиноГрад. - 2009. - № 11 (22). - С. 71-75.
25. Биологический способ десульфитации мезги / Кишковская С.А., Иванова Е.В., Рубения Р.Р., Рубения Р.К. // Виноделие и виноградарство, 2007. - №3. - С.33.
26. Горина В.А., Бурьян Н.И., Палик З.П. Использование иммобилизованных дрожжей в производстве шампанского бутылочным способом // Виноградарство и виноделие СССР. - 1990. - №6. - С.60-66.
27. Патент на винахід № 91058 Штам дрiжджiв