Гержикова Виктория Григорьевна, д.т.н., проф., гл. н.с. отдела химии и биохимии,
Червяк София Николаевна, м.н.с. отдела химии и биохимии
"Национальный научно-исследовательский институт винограда и вина "Магарач"
БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ВЫДЕРЖКЕ ХЕРЕСНЫХ ВИНОМАТЕРИАЛОВ
Приведен обзор литературных источников, касающихся биохимических особенностей производства вина типа херес плёночным способом. Процесс выдержки под хересной плёнкой характеризуется различными биохимическими и физико-химическими превращениями: ассимиляцией основных источников питания хересных дрожжей - этанола, глицерина, органических кислот (главным образом уксусной, молочной и яблочной) и аминокислот, а также обогащением среды веществами, обусловливающими как типичные, так и фоновые оттенки в аромате и вкусе вина. Представлены схемы образования характерных продуктов вина типа херес - ацетоина, диацетила, диоксанов, диоксоланов, 1,1-диэтоксиэтана, сотолона, лактонов: солерона и γ-бутиролактона. Обоснована целесообразность использования указанных выше веществ для контроля процесса хересования.
Ключевые слова: херес; метаболизм хересных дрожжей; источники питания; продукты метаболизма.
Херес - вино, обладающее уникальными особенностями букета и вкуса, которые приобретаются в результате длительной биологической выдержки.
Хересные дрожжи проявляют двойственное влияние на состав и свойства виноматериала в процессе хересования: активное потребление ими кислорода и образование сплошной плёнки, предохраняющей виноматериал от окисления, обеспечивает получение восстановленной среды; в результате окислительного метаболизма дрожжей образуются продукты, придающие специфические оттенки хересу [1, 2, 3].
Хересные дрожжи по морфологическим свойствам по систематике В.И. Кудрявцева относятся к роду Saccharomyces и принадлежат к виду Sacch. oviformis var. cheresiensis [4]. Наиболее важными признаками хересных дрожжей, которые учитываются при селекции, являются спиртоустойчивость и способность к альдегидообразованию [1, 4].
Исследованиями в области микробиологии установлено, что образование плёнки на поверхности виноматериала у хересных дрожжей контролируется специальным геном, обозначенным Flo 11. Ген кодирует гликопротеин, который входит в состав клеточных стенок, благодаря чему клетки взаимодействуют друг с другом и образуют хересную плёнку [5, 6].
Известно, что хересные дрожжи в зависимости от расы, её физиологического состояния и физико-химического состава среды могут использовать в качестве источников питания различные компоненты, среди которых наиболее важными являются этанол, глицерин, органические кислоты (главным образом уксусная, молочная и яблочная) и аминокислоты, необходимые для синтеза клеточного материала: образования сахаров, запасных углеводов, полисахаридов, нуклеотидов, липидов и других компонентов, необходимых для функционирования дрожжевой клетки [1-3, 5-7].
Схема метаболизма хересных дрожжей в условиях роста на несбраживаемых субстратах представлена на рис. 1 [3, 8, 12]. Одной из важнейших реакций процесса хересования является окисление этанола в ацетальдегид, происходящий под действием алкогольдегидрогеназы. Согласно данным T. Benitez et al., хересные дрожжи используют этанол в значительных количествах в процессе формирования плёнки, в то время как остальные источники питания претерпевают количественные изменения только после её образования [5].
В то же время Hans-Joachim J. Schuller, J.Moreno- Garcia, J.C. Mauricio и др. считают, что ключевым фактором для накопления биомассы хересных дрожжей является наличие в среде различных источников азота (главным образом, L-пролина, L-аргинина, а также солей аммония) и способность дрожжей их потреблять [3, 6, 9, 10].
Содержание глицерина в процессе выдержки под хересной плёнкой постепенно снижается и достигает следовых количеств к концу хересования. Этот факт, согласно исследованиям M. B. Cortes, J. A. Moreno, J. Moreno-Garcia et al., даёт основание использовать массовую концентрацию глицерина в качестве одного из показателей контроля за процессом хересования и определения возраста хереса столового [6].
Процесс выдержки под хересной плёнкой характеризуется различными биохимическими и физико-химическими превращениями (метаболизм дрожжей, экстракция веществ из древесины дуба, взаимодействие между ними в виноматериале), в результате чего среда обогащается соединениями, обусловливающими как типичные, так и фоновые оттенки в аромате и вкусе вина [1, 7, 11].
Ацетальдегид является одним из наиболее специфических компонентов хересованных вин, главным образом, влияющим на их ароматические характеристики. Ацетальдегид ответственен за фруктовые оттенки в аромате виноматериала. Содержание уксусного альдегида в готовом хересе находится в диапазоне 200-350 мг/дм3, однако концентрация его в процессе хересования в виноматериале может достигать 1000 мг/дм3 [7, 12].
Рис. 1. Схема метаболизма хересных дрожжей в процессе биологической выдержки [3, 8, 12]
В результате накопления ацетальдегида в виноматериале и его высокой реакционной способности, при выдержке под хересной плёнкой происходит образование ряда продуктов, играющих важную роль в формировании органолептических качеств хереса.
Основными ароматобразующими веществами, возникающими в процессе окислительного метаболизма дрожжей, являются алифатические ацетали, главным из которых является 1,1-диэтоксиэтан, циклические ацетали - диоксаны (цис- и транс-5-гидрокси-2-метил-1,3-диоксан) и диоксоланы (цис- и транс-4-гидроксиметил- 2-метил-1,3-диоксолан), которые образуются из глицерина и ацетальдегида; кетоны - диацетил и ацетоин, придающие молочносырные оттенки аромату хереса (рис. 2) [1, 7, 11, 12, 13].
В литературе много внимания уделяется кетону фуранового ряда - сотолону, который ответственен за ореховую гамму в аромате и вкусе вина [13, 14]. T. T. Pham et. al. установили, что сотолон образуется в результате альдольной конденсации между ацетальдегидом и α-кетомасляной кислотой, образующейся в результате деградации треонина [14]. По мнению авторов, протекание данных реакций возможно только под действием хересных дрожжей.
В хересе плёночного способа производства обнаружено большое количество лактонов, играющих важную роль в создании характерного аромата хереса [13, 14]. Согласно литературным данным, специфическим компонентом для плёночного хереса является 5-оксо-1,4-капролактон- солерон (рис. 3). В хересе столовом также обнаружены γ-бутиролактон, δ-лактон, ответственные за специфические хересные тона в букете виноматериала [11, 13].
Рис. 2. Схемы образования компонентов вина с участием ацетальдегида [7, 12, 13]
Рис. 3. Схема образования лактонов [13]
Анализ теоретических данных о биохимических превращениях компонентов виноматериала в процессе хересования показал, что их качественные и количественные изменения могут быть использованы для контроля протекания процесса биологической выдержки, а также оценки качества готового продукта.
J. Moreno-Garia et al. с помощью дискриминантного анализа образцов хереса различного срока выдержки получили уравнение регрессии, позволяющее оценить их возраст. Для анализа используют следующие показатели: массовую концентрацию ацетальдегида, этиллактата и глицерина [6].
Е.И.Руссу выделил в качестве показателей, коррелирующих с качеством хереса, следующие: массовая концентрация диацетила, ацетоина, глицерина, 2,3-бути- ленгликоля, летучих кислот и др. [11]. Автором предложено осуществлять определение качества хереса столового по расчётным формулам с учётом групп летучих [12] и нелетучих компонентов [13].
В то же время, по мнению многих авторов, массовая концентрация альдегидов не может в полной мере служить показателем качества готового продукта [11, 17]. Известны случаи, когда при одинаковом содержании ацетальдегида в образцах хереса качество их существенно различалось.
В отношении роли отдельных компонентов хереса в сложении его букета и вкуса мнения учёных расходятся [1, 11, 18, 19].
Важная роль в формировании букета хереса отводится многоатомным спиртам - ацетоину, 2,3-бутиленгликолю; спиртам - изобутиловому, изоамиловому, 1-гексиловому, 1-октиловому, бензиловому и 2-фенилэтиловому; органическим кислотам - фурановой, бензойной, фенилуксусной, ванилиновой и др. [1, 11, 18].
По мнению А. Ф. Писарницкого, особая роль в сложении букета хереса принадлежит сложным эфирам, которые придают вину цветочные и фруктовые тона [19]. А. К. Родопуло считает, что компонентами, влияющими на букет хереса, являются этиловые эфиры молочной и капроновой кислот [18].
Таким образом, в процессе хересования химический состав виноматериалов подвергается значительным изменениям в результате метаболизма хересных дрожжей и взаимодействия между компонентами среды. Существенные количественные изменения претерпевают этанол, глицерин, органические кислоты (уксусная, молочная и яблочная), а также аминокислоты, которые являются источниками углеродного и азотного питания дрожжей. Вследствие протекания биохимических процессов при биологической выдержке образуются специфические для вина типа херес компоненты, ответственные за его органолептические характеристики: ацетоин, диацетил, диоксаны, диоксоланы, лактоны.
На основании анализа литературных источников можно заключить, что для получения хереса столового высокого качества целесообразно вести контроль процесса хересования по следующим показателям: этанол, ацетальдегид, глицерин, органические кислоты, аминный азот, ацетоин, диацетил, диоксаны, диоксоланы, лактоны, фурановые производные. Определение массовой концентрации указанных показателей, установление диапазонов их значений позволит разработать технологические приёмы совершенствования технологии столового хереса.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Вино херес и технология его производства / [Саенко Н.Ф., Козуб Г.И., Авербух Б.Я., Шур И.М.]. - Кишинев: Картя Молдовеняска, 1975. - 160 с.
- Changes in nitrogen compounds in must and wine during fermentation and biological aging by flor yeast / J.C. Mauricio, E. Valero, C. Millian [et al.] // J. Agric. Food Chem. - 2001. - № 49. - P. 3310-3315.
- Schuller Hans-Joachim. Transcriptional control of nonfermentative metabolism in the yeast Saccharomyces cerevisiae / Hans-Joachim Schuller // Curr. Genet. - 2003. - № 43. - Р. 139-160.
- Бурьян Н.И. Микробиология виноделия / Надежда Ивановна Бурьян // Ялта: ИВиВ „Магарач” УААН, 1997. - 432 с.
- Benitez T. Yeasts used in biologically aged wines / T. Benitez, A.M. Rincon, A.C. Codon // Molecular wine microbiology. Edited by A.V. Carrascosa, R. Munoz, R. Gonzalez. - London, Academic Press, 2011. - Р. 51-84.
- Moreno-Garcia J. Biological aging status characterization of Sherry wine using statistical and oenological criteria / J. Moreno-Garcia, R.M. Raposo, J. Moreno // Food Research international. - 2013. - № 54. - Р. 285-292.
- Bakker J. Wine Flavour Chemistry / J. Bakker, R.J. Clarke // Blackwell Publishing Ltd. - 2012. - Р. 295-311.
- Transcriptional regulation of nonfermentable carbon utilization in budding yeast / B. Turcotte, X. B. Liang, F. Robert [et al.] // FEMS Yeast Res. - 2010. - №10. - Р. 2-13.
- Changes in nitrogen compounds in must and wine during fermentation and biological aging by flor yeast / J.C. Mauricio, E. Valero, C. Millian [et al.] // J. Agric. Food Chem. - 2001. - № 49. - P. 3310-3315.
- Pallota M.L. L-Proline uptake in Saccharomyces cerevisiae mitochondria can contribute to bioenergetics during nutrient as alternative mitochondrial fuel /M.L. Pallota // World J. Microbiol. Biotechnol. - 2013. - Vol. 30. - Issue 1. - P. 19-31.
- Руссу Е.И. Качество и совершенствование технологии производства хересных вин / Руссу Емелиан Иванович. - Кишинев: Штиинца, 1992. - 160 с.
- Патент № 2035739 на изобретение G01N33/14 РФ. Способ определения качества хересованного виноматериала / Мунтян Л.И., Руссу Е.И.; заявитель и патентообладатель: Мунтян Л.И., Руссу Е.И. - № заявки 5013281/13; заявл. 26.11.1991; дата публик. 20.05.1995.
- Патент № 2035740 на изобретение G01N33/14 РФ. Способ определения качества хересованного виноматериала / Мунтян Л.И., Руссу Е.И.; заявитель и патентообладатель: Мунтян Л.И., Руссу Е.И. - № заявки 5013290/13; заявл. 26.11.1991; дата публик. 20.05.1995.
- Moreno-Arribas M.V. Wine chemistry and biochemistry. M. Victoria Moreno-Arribas, M. Carmen Polo. - Springer Science+Business Media, LLC, 2009. - Р. 81-101.
- Muller C. J. Identification of 4-ethoxy-4-hydroxybutyric acid γ-lactone [5-ethoxydihydro-2(3H)-furanone] as an aroma component of wine from Vitis vinifera var. Ruby Cabernet / C. J. Muller, R. E. Kepner, A. D. Webb // J. Agr. Food Chem. - 1972. - Vol. 20. - № 2. - Р. 193-195.
- Optimal conditions for the formation of sotolon from a-Ketobutyric acid in the French «Vin Jaune» / T.T. Pham, E. Guichard, P. Schlich, C. Charpentier // J. Agric. Food Chem. - 1995. - № 43. - Р. 2616-2619.
- Скорбанова А. Е. Совершенствование контроля качества хереса и технологии его производства: автореф. дисс. к.т.н: / А. Е. Скорбанова. - Ялта, 1986. - 26 с.
- Родопуло А. К. Биохимия виноделия / А. К. Родопуло. - М.: Пищевая промышленность, 1971. - С. 352-362.
- Писарницкий А. Ф. Ацетальдегид - один из факторов окисления этанола / А. Ф. Писарницкий // Виноград и вино России. - 1994. - № 1. - С. 27-28.