ВЛИЯНИЕ ВЕЩЕСТВ, ОБРАЗУЮЩИХСЯ В ПРОЦЕССЕ БРОЖЕНИЯ
Среди этих веществ прежде всего подлежит рассмотрению влияние образующегося при брожении спирта. Содержание его даже в небольших количествах стесняет деятельность дрожжей, но, с другой стороны, последние обладают большой приспособляемостью к увеличивающимся дозам алкоголя в бродящей жидкости. При 12 объемных процентах алкоголя брожение уже идет очень медленным темпом. Различные расы дрожжей неодинаково относятся к образующемуся спирту. Так по Мейснеру некоторые дрожжи прекращают размножаться при 6% (объемных) спирта. В настоящее время путем селекции получены дрожжи, которые могут довести брожение до 17—18° спирта (в Алжире). Энергичные крымские расы доводят брожение до 18°. Обыкновенно же жизнь дрожжей прекращается при содержании спирта более 14—15°. В этом случае непереброженный сахар остается нетронутым, и вино получается сладким. На таком отношении дрожжей к высокому содержанию спирта основано получение ликерных вин, в которых в большинстве случаев задерживают брожение искусственно добавлением ректификованного спирта еще до образования указанных количеств своего спирта.
Содержание спирта в вине в количестве большем 15° обыкновенно уже указывает на добавление к нему спирта, за исключением некоторых южных вин, пока очень немногих, которые бродят на расах дрожжей со специальной выносливостью к высокому содержанию спирта.
По Мюллер-Тургау дрожжи, давшие значительные количества спирта, переходят в состояние покоя; их оболочка делается толстой, они богаты гликогеном и жиром, не дают брожения или дают недобродившее сусло. Имеются указания о том, что высшие спирты (сивушное масло) действуют особенно угнетающе на размножение дрожжевых клеток (Гейде).
В то же время чрезвычайно важно, что алкоголь предупреждает размножение не только различных, нарушающих в сусле правильный ход брожения микроорганизмов, плесеней, бактерий и пр., но и различных разновидностей дрожжей, не обладающих положительными свойствами Saccharomyces elipsoideus. Так например Sacchar. apiculatus, различные торулы и пр. при содержании спирта в бродящей жидкости в 4—5 объемных процента1 уже уступают бродящую среду эллиптическим дрожжам.
Содержание спирта в вине в 10 и более объемных процентов делает вино устойчивым против большинства заболеваний. На этом основано доведение слабоградусных вин (7—8°) более холодных районов прибавлением в сусло (до брожения или во время его) тростникового сахара до пределов устойчивости их против заболеваний, т. е. до 10—11°.
При высоких температурах дрожжи более чувствительны к алкоголю, чем при низких. По данным Гейде брожение затихает при различном содержании спирта в суслах неодинаковой сахаристости:
Это свойство дрожжей используется при изготовлении сладких слабых вин, что возможно в хорошие годы в очень южных районах, дающих из подвяленного винограда очень сахаристое сусло. В этом отношении примером могут служить сладкие вина южного берега Крыма (мускаты, пино-гри, токай), немецкие ауслезевейны, токайские аусбрухи и др., в которых из очень сладкого винограда получаются сравнительно слабоградусные вина с большим содержанием остающегося сахара (26—30%).
Очень ценны расы дрожжей, которые могут сбраживать сахар при высоком сравнительно содержании спирта. Они нужны для доведения до конца брожения крепких вин (12—13°), в которых остался еще сахар, а также для возбуждения брожения в выдержанном вине, идущем в шампанское производство, при котором в вино добавляется сахар, развивающий выделение угольной кислоты.
1 На этом основан метод брожения по способу Семишона, о котором будет сказано ниже.
КИСЛОТЫ СУСЛА И ВИНА
Нормально кислоты в виноградном соке наряду с кислыми солями, в нем содержащимися, создают среду, к которой винные дрожжи приспособляются в той или другой степени. Однако опыты, произведенные в этом направлении, показали, что содержащиеся в дрожжах кислоты развиваются с большей интенсивностью в сусле, содержащем сравнительно небольшое количество кислот — 1,2 г на 1 л (на винную кислоту). Превышение этой нормы в обыкновенном сусле, иногда в 5 и более раз, вначале отражается неблагоприятно на размножении дрожжей. Однако они, как сказано выше, к такой среде приспособляются и выявляют свою деятельность с большей продуктивностью, так что другие микроорганизмы и бактерии, еще более угнетаемые кислой средой, вовсе теряют способность дальнейшего существования в ней. В силу последнего обстоятельства известная кислотность сусла благотворно влияет на ход алкогольного брожения. Наблюдения над жизнью дрожжей показали, что в конечном итоге они могут переносить сравнительно большие дозы свободных кислот (винной, яблочной, лимонной и пр.) — 10—20°/00, а по Кейзеру даже больше, и что различные кислоты неодинаково воздействуют на жизнеспособность дрожжей. Так среди кислот, нормально содержащихся в сусле, яблочная кислота тормозит брожение меньше, чем винная. Что же касается кислот, образующихся в процессе самого брожения, то янтарная и молочная кислоты благодаря своему незначительному количеству не оказывают на него влияния. Совеем иное отношение дрожжевых клеток к образующимся уже во время брожения кислотам уксусной, пропионовой, масляной, — они чрезвычайно вредны, к ним дрожжи очень чувствительны. По исследованиям Вейнсбергской опытной станции брожение сусла еще может продолжаться, хотя и в замедленном темпе, при добавлении 0,2% уксусной кислоты и прекращается вовсе при добавлении 0,4—0,5%. По Вортманну и Виндишу брожение протекает неблагоприятно уже при 0,2% уксусной кислоты.
Таким образом неблагоприятное течение брожения при заражении бродящего сусла уксусными бактериями помимо прямой его порчи от уксусного закисания усугубляется угнетением жизнедеятельности дрожжей, лишающихся способности довести брожение до конца, т. е. до полного сбраживания сахара.
По Пакотте, пастеризованное сусло, заключающее 1 г уксусной кислоты на 1 л, даже при прибавлении сильной чистой культуры дрожжей бродит несовершенно.
Сусла, в которых температура брожения повысилась до неблагоприятного предела в 38—40° Ц, представляют оптимальные условия для развития уксусных бактерий, вследствие чего содержание уксусной кислоты в них прогрессивно увеличивается, особенно если допустить выделение в этих условиях уксусной кислоты самими дрожжами при помощи особого диастаза, найденного Бухнером и Мейсенгеймером. Этим объясняется, с одной стороны, наличие в винах, бродивших при критической температуре в 40°, количеств уксусной кислоты в 2%0 и более, а, с другой стороны, трудное сбраживание в них остающегося сахара после искусственного их охлаждения, даже на самых сильных добавленных к ним дрожжах. В подобных случаях может помочь только прибавление достаточного количества другого сусла, не содержащего уксусной кислоты.
Угольная кислота мало влияет на дрожжи при анаэробном их размножении. Оказываясь в большом количестве, которое пе может раствориться в жидкости при известном давлении, угольная кислота целиком выделяется в воздух. Но в период бурного брожения слой ее всегда покрывает своей завесой поверхность бродящей жидкости. Это чрезвычайно важно, так как угольная кислота препятствует жизни нуждающихся в кислороде микроорганизмов — тех же уксусных бактерий, плесеней, грибов, микодерм, дематиума и пр. Поэтому практическое виноделие устанавливает неустанное наблюдение за моментом исчезновения слоя углекислого газа над бродящей жидкостью (введением горящей спички или лучины, тухнущей в атмосфере угольной кислоты). С прекращением выделения угольной кислоты из бродящей жидкости в количестве, достаточном для гарантирующей завесы, немедленно возникает опасность заражения поверхностных слоев бродящей массы микробами (закисание, загнивание и появление плесени в шапке красных выжимок в чанах).
Сернистая кислота, находящая в современной технике виноделия широкое применение при выделке и хранении вина, является законом допускаемым антисептиком против всякого рода болезнетворных микроорганизмов. В то же время она, даже в больших сравнительно дозах, легко переносится дрожжами, которые, как указано выше, хорошо к ней приспособляются. Однако доза выше 20 мг сернистой кислоты на 1 л уже тормозит размножение дрожжей; по Мюллер- Тургау и Роосу при 40 мг на то же количество брожение задерживается.
По Линоссье дрожжи при различном содержании сернистого газа на 1 гл погибают в течение следующего времени:
Таким образом доза в 5 г на 1 гл уже препятствует началу брожения, но опа недостаточна, если ее ввести в бурно бродящее сусло. Фактором, обусловливающим процесс связывания суслом SO2, является состав его. Следовательно сульфитация требует дифференцированного подхода к каждому отдельному суслу.
Эллиптические дрожжи могут быть приучены к перенесению таких больших количеств сернистого газа, которые являются смертельными не только для болезнетворных микроорганизмов, но и для подлежащих исключению из бродящего сусла других нежелательных разновидностей дрожжей, как например Sacch. apiculatus.1 На этом основан метод ведения брожения на стойких в отношении сернистого газа дрожжах (Sulfithefen). Такие дрожжи получаются выращиванием их в сусле, при постепенно прибавляемых дозах сернистого газа. Так, если прибавлять в бродящее сусло, содержащее 4—5 г сернистого газа на 1 гл, постепенно 1, 2, 3 и т. д. граммов на 1 гл, то можно довести способность дрожжевых клеток к перенесению такой дозы, как 10 г сернистой кислоты на 1 гл.
1 По М. Тургау Sacch. apiculatus трудно размножается при содержании SO в количестве 33 мг на 1 л и вовсе замирает при 65 мг.
Таким образом можно уничтожить в сусле работу всех иных рас дрожжей, кроме той, которая селекционирована для среды с указанным высоким содержанием сернистой кислоты, не говоря уже об устранении этим приемом посторонних вредных микроорганизмов. Для этого берут небольшую порцию стерилизованного высокой температурой сусла (0,5—1 гл) и в нее добавляют 3—5 л сусла, хорошо бродящего на чистых культурах. Когда вся масса вступит в полное брожение, добавляют сернистую кислоту из расчета 2 г на 1 гектолитр. Брожение на некоторое время приостанавливается, а затем возобновляется. Тогда прибавляют еще 2 г сернистой кислоты, и повторяют эту операцию через каждые 2—3 часа, доводя содержание сернистой кислоты до 10—12 г.
Такое бродящее сусло с приученными к сернистой кислоте жизнедеятельными дрожжами вливают в небродящее сусло, к которому было предварительно прибавлено 10 г сернистой кислоты на 1 гл, вызывая этим брожение на приученных к сернистой кислоте дрожжах. Лучше, если дрожжи вливаемого бродящего сусла приучены к большему содержанию сернистой кислоты, чем ее содержится в сусле, подвергаемом обсеменению.
Выше было отмечено применение сернистого ангидрида для понижения деятельности дрожжевых грибков в суслах с повысившейся выше нормы температурой брожения. Кроме того он оказывает большую услугу для задержки начала брожения в суслах, осветляемых отстоем, т. е. тем процессом, который в спокойном, еще не бродящем сусле дает возможность выпадения в осадок взвешенной мути и твердых частиц винограда. Задержка брожения бывает тем успешнее, чем ниже температура сусла. Обыкновенно достаточно 50—60 мг SO2 на 1 л, чтобы брожение не начиналось в течение 24 часов (в большинстве случаев этого уже достаточно для осветления жидкости).
Введенный в сусло сернистый газ в указанных, сравнительно высоких, дозах частью соединяется с веществами, находящимися в сусле и в образующемся вине (глюкоза, альдегиды и пр.), частью же выделяется испарением в воздух. Кроме того он окисляется в серную кислоту. Таким образом при применении сернистой кислоты всегда происходит ее потеря и переход из свободного состояния в связанное. А так как наибольшее антисептическое действие должно быть приписано воздействию свободной сернистой кислоты, то переход ее в связанное состояние знаменует меньшее угнетение деятельности дрожжей. Лаборд в этом отношении устанавливает следующее правило: для сохранения сладких вин нормального состава (а следовательно и сусел в той или иной стадии брожения) не следует принимать во внимание находящуюся в них связанную сернистую кислоту; главная роль в этом сохранении принадлежит свободной сернистой кислоте.
К вопросу о дозировке сернистой кислоты мы возвратимся при рассмотрении ее применения при уходе за вином.
Рассматривая влияние среды на ход развития дрожжей в бродящем сусле, мы должны остановиться на очень важном значении действительной ее кислотности.
Общая формулировка, устанавливающая, что для дрожжей (а также и для плесеней) является более благоприятной кислая среда, а для бактерий — нейтральная и щелочная, недостаточна. Исходя из того положения, что различные кислоты, имеющие одинаковый титр, или, иначе говоря, одинаковую концентрацию свободных кислотных эквивалентов, не одинаковы по степени своей кислотности и имеют различную концентрацию ионов водорода, необходимо для уяснения среды, в которой происходит брожение, применять новейшие методы, определяющие истинную кислотность и ее степень, т. е. концентрацию водородных ионов.
Из этой таблицы видна наибольшая электролитическая константа диссоциации для винной кислоты, а наименьшая — для молочной и затем для уксусной.
Концентрация водородных ионов в вине измеряется скоростью инверсии сахарозы, растворенной в нем. По данным Пауля и Гюнтера, приведенным у Гейде, истинная кислотность легко определяется инверсией сахарозы при 76°. В 80 исследованных образцах немецких вин содержание титруемой кислоты при минимуме в 4,3 имело максимум 18,4°/00, а истинная кислотность была от 0,17 до 1,80; иначе говоря, в 1 литре вина было от 0,17 до 1,8 мг водородных ионов, что соответствует 1/5000—1/6000 °/00 кислотности соляной кислоты. Далее Гейде отмечает, что истинная кислотность повышается непропорционально увеличению содержания кислот в вине. Это зависит от свойств входящих кислот и связанности их в различной степени с основаниями. Для примера он приводит мозельское вино 1913 г. с общей кислотностью в 11,1 0/00, содержавшее 1,8 мг 0/00, и такое же вино 1905 г. с общей кислотностью в 18,40/00, содержавшее всего 1,61 мг 0/00. В другом вине (1909 г.) из того же района кислотность на вкус была большей, чем в 1910 г., на самом же деле в 1909 г. химический анализ дал меньшее количество титруемой кислоты.
Такое же несоответствие определений титруемой и истинной кислотности по анализам К. Попова приводится у проф. А. М. Фролова-Багреева для 8 наших вин.
В приводимой ниже таблице Пауля и Гюнтера, составленной на основании исследования 80 образцов немецких вин 1893 — 1913 гг., видно соответственное повышение Н в 1 л вина с повышением общей титруемой кислотности, по с некоторыми отклонениями в пропорциональности.
Интересны также следующие опубликованные теми же исследователями в 1908 г. данные об изменениях кислотности титруемой и действительной в винах, разбавленных водою:
Здесь титруемая кислотность уменьшается в соответствии с разбавлением водою; что же касается действительной кислотности, то она падает очень мало даже при большом разбавлении водою (до 80%).
В другом случае, с другим вином, при некотором разбавлении водой теми же исследователями отмечается даже увеличение действительной кислотности. Объяснение такому факту дается следующее: в вине (а следовательно и в сусле) находятся различные кислоты и их соли. Степень электролитической диссоциации кислот при разбавлении водой увеличивается, и в то же время концентрация ионов солей тех же кислот падает почти пропорционально разжижению раствора водою; следствием этого является увеличение водородных ионов благодаря увеличению диссоциации кислот.
По новым анализам инж. С. Ф. Церевитинова1 (произведенным колориметрическим способом) получены следующие данные, приводимые здесь в извлечении:
В данном случае теоретический и практический интерес заключается в том, что хотя при выпадении винного камня из вина общая титруемая кислотность уменьшается, действительная его кислотность может увеличиться.
Пауль и Гюнтер произвели следующий опыт: они добавляли к гейзенгеймскому вину 1902 г. некоторое количество винного камня, достигали затем его выделения долгим охлаждением при 0° и в результате получили следующие данные:
Из этих цифр видно, что несмотря на прибавление кислого на вкус винного камня истинная кислотность упала. Это объясняется тем, что ионы винного камня понизили диссоциацию свободной винной кислоты и что вследствие этого произошло понижение Н. Таким образом выпадение винного камня при охлаждении вин может сопровождаться увеличением их истинной кислотности, ощущаемой на вкус. Это нужно иметь в виду при суждениях о качестве вин после операции охлаждения или выделения из них винного камня осаждением (например в виде кальциевой соли).
Размножение дрожжей находится в зависимости от концентрации водородных ионов кислот, входящих в бродящую жидкость.
По данных Люерса кислотность, достигающая pH-2,7, является уже вредной. Чувствительность дрожжей, как и всяких микроорганизмов, к определенным концентрациям водородных ионов зависит очевидно от целого ряда глубоких причин, коренящихся вероятнее всего в самой структуре их протоплазмы, ее коллоидальном строении, столь чувствительном к малейшим изменениям реакции среды. Выяснение причины влияния среды вообще и причин действия водородных ионов в частности на механизм брожения — задача биохимии и главным образом той ее области, которая фиксирует свое внимание на коллоидных превращениях в растительной клетке.
