Химический состав коллоидов вина еще мало изучен; в данном случае нас прежде всего интересуют свойства коллоидов (флокуляция, сорбция, влияние на помутнение). Очень трудно определить химический состав различных протеинов вина, но эти данные принесли бы мало пользы виноделию; гораздо важнее знать, в каких условиях температуры, кислотности, при каком содержании танина они способны переходить в гели и вызывать помутнения и осадки, могут ли они быть сорбированы и удалены каолином. Точно так же можно ограничиться лишь немногими сведениями о точном химическом составе слизистых веществ, но существенно важно выявить влияние этих веществ на фильтрацию или их свойства препятствовать образованию хлопьев, наблюдающихся в вине.
Протеины.
Термином «протеины» обозначают азотистые вещества, которые называют также белковыми веществами. Химический состав этих коллоидных соединений, весьма распространенных в царстве растений, встречающихся, в частности, в вине или используемых для его осветления, в большинстве случаев мало известен. В состав протеинов главным образом входит углерод, водород, кислород, азот, причем содержание последнего колеблется довольно незначительно — от 15 до 19%. Они гидролизуются под действием кислот, оснований или некоторых энзимов (пепсин), давая в конечном счете аминокислоты, т. е. соединения, обладающие функцией амина (NH2) и функцией кислоты (СООН); простейшим примером может служить аминоуксусная кислота, или гликокол CH2NH2COOH. Протеины состоят, по-видимому, из комплексов аминокислот, иногда соединенных с веществами небелкового характера, следует различать:
- простые протеины, в состав которых входят только молекулы аминокислот, в основном альбумины и глобулины, из которых первые растворимы в воде, а вторые растворяются только в присутствии небольших количеств нейтральных солей (например, 1 % раствора NaCl) и коагулируют при разбавлении водой. Яичный белок, молоко, кровь содержат какой-нибудь альбумин или глобулин, обозначаемые префиксами альбо-, лакто-, серо-;
- преобразованные протеины (альбумозы, пептоны, полипептиды) — продукты более или менее глубокого распада названных выше соединений при воздействии кислот и энзимов, присутствующие, по-видимому, в вине. Различают природные протеины, присутствующие в растительных и животных организмах, и протеины, денатурированные физическими воздействиями, например нагреванием, или химическими реактивами;
- сложные протеины или протеиды, молекула которых состоит из простого протеина, соединенного с веществом небелкового характера. К этой группе следует отнести фосфопротеиды, содержащие некоторое количество фосфора, не растворимые в воде, но растворимые в разбавленных растворах щелочи, например казеин, применяемый для оклейки вин, содержит 0,8% фосфора и 0,8% серы.
В вине лишь небольшая часть азота (примерно 10—20 мг из 500) находится в форме протеина, остальная часть присутствует в виде соединений аммония и в особенности пептонов и аминов, т. е. неколлоидных веществ. Некоторые вина, в особенности молодые, полученные из слегка загнивших ягод, содержат значительные количества протеинов, осаждаемых при высокой температуре или увеличении содержания танина.
С физико-химической точки зрения протеины находятся в жидкостях, в частности в вине, в виде коллоидных мицелл.
Острая ультрафильтрация через пленку коллодия задерживает их, так что последующее нагревание или добавление танина уже не вызывает коагуляции. Каждую мицеллу протеина рассматривают как очень крупную молекулу или соединение молекул. Такая молекула, состоящая из аминокислот, выражается формулой NH2•R•COOH и дает в воде НО•NH3•R• СООН, или упрощенно НО R' Н. Согласно этой формуле при диссоциации молекул освобождаются ион Н+ и ион ОН-, т. е. они обладают функциями и кислоты и основания (благодаря иону ОН-), причем функция кислоты преобладает, если она в большей степени диссоциирована, чем функция основания, и наоборот. Иначе говоря, протеины являются амфотерными электролитами, имеющими две реактивные группы: кислотную и основную.
Относительное значение диссоциации реактивных групп, придающих характер кислоты или основания, обусловлено, с одной стороны, свойствами данного протеина, точнее — константами диссоциации каждой из этих функций (которые определяют степень легкости, с какой отделяются ионы Н+ и ОН- от молекулы), с другой стороны, характером среды, концентрацией в ней этих ионов. В силу закона действия масс в сильно кислой среде, подобной вину (pH примерно 3), указанная высокая концентрация ионов Н+ в среде препятствует высвобождению таких же ионов из молекул протеинов и, наоборот, низкая концентрация ионов ОН- способствует интенсивному отделению этих ионов, в результате чего молекулы, а затем гранулы протеинов сохраняют свой положительный электрический заряд. Следовательно, протеины вина обладают свойствами свободных оснований, способных превращаться в соль под действием кислот; иными словами, они играют роль катионов, способных соединяться с отрицательно заряженными анионами, например металлов. Напротив, при pH, превышающем изоэлектрический pH, обычно около 4,7 гранулы заряжены отрицательно.
Камеди. Пектины. Декстран.
Вино при добавлении спирта дает обильные осадки, растворимые в воде и содержащие камеди и пектины. Примерный состав камедей выражается формулой (С6Н10О5), но химические исследования пока еще не объяснили расхождения в свойствах веществ, имеющих подобный состав. Мы не касаемся точного состава таких камедей, которые при гидролизе дают глюкозу, и вопроса о степени их сходства с растительными камедями, такими как гуммиарабик, содержащий уроновую кислоту и дающий при гидролизе галактозу и арабинозу. Камеди вина, как и гуммиарабик, при окислении азотной кислоты дают слизевую кислоту.
Плоды содержат, помимо пектозы, пектины, не растворимые в холодной воде, благодаря которым соки из плодов застывают в желе. Такие природные пектины гидролизуются, как только их подогреть в воде, давая в основном, с одной стороны, углевод, различный в зависимости от происхождения пектина, с другой стороны, пектиновую кислоту, кальциевая соль которой осаждается в виде геля при остывании нагретых растворов. При кипячении в присутствии неорганических кислот пектиновая кислота гидролизуется, давая метиловый спирт, уксусную кислоту, глюкозу и галактуроновую кислоту.
Камеди и пектины изучены Мюнцем и Ленэ1.
Исследуя причины бархатистого вкуса вина, Мюнц обнаружил в веществах, осажденных спиртом, пектин, характерный своим превращением в желеобразную пектиновую кислоту под влиянием энзима пектазы.
Мюнц приписывает бархатистый вкус вина пектину, поскольку он придает жидкостям вязкость и ее можно сообщить не имеющему бархатистости вину, добавив пектин. Камеди не имеют никакого отношения к мягкости. Он отмечает, что затянувшееся созревание и прогревание ягод увеличивают количество пектинов в соках.
Позднее камеди и пектины изучались Семишоном и Фланзи 2. В соках, исследованных указанными авторами, обнаружены не камеди, а пектины порядка 1,4 г/л, а в соке заизюмленных ягод — даже 5 г; в вине они во всех случаях обнаруживали камеди от 0,15 до 0,45 г/л, иногда пектины — до 0,75 г/л. Камеди, дающие при гидролизе глюкозу, образуются не от действия микробов и не вследствие распада пектинов, как полагал Мюнц, а являются продуктами брожения, производимого дрожжами.
Декстран — это гидролизуемый углевод малоизвестного состава, относящийся к слизистым веществам. При нагревании с разбавленными кислотами он дает глюкозу, с азотной кислотой образует щавелевую и слизевую кислоту.
Лаборд установил, что ботритис цинереа выделяет энзим цитазу, разрушающий целлюлозу живых тканей путем сахарообразования, давая ряд веществ, повышающих сухой экстракт вин, а именно: вязкое вещество, сходное с декстраном Шлейбера (извлекается в больших количествах из выжимок, настоянных в теплой воде), и другое декстриноподобное вещество — его производное. Декстран осаждается одним объемом крепкого спирта в виде нитей, а декстринообразное соединение — двумя объемами в виде хлопьев.
Сок из загнивших ягод может содержать такое количество декстрана, что он тотчас же осаждается при добавлении спирта в форме характерных нитей, похожих на нити при осаждении адрагантовой камеди. В 1915 г. Лаборд обнаружил в некоторых ненормальных винах большое количество декстриноподобного вещества, образующегося в результате более или менее интенсивного гидролиза декстрана, возникшего под влиянием ботритиса.
Позднее Ферре обнаружил в винах, приготовленных из винограда, поврежденного двулетной и гроздевой листовертками, значительные количества (10—17 г/л) веществ, осаждаемых спиртом, но иного характера.
1 А. Müntz, Le moelleux des vins. С. R. Ac. Sc., 1905, 140, 34 6 et Rev. Viticult., 1905, 22, 187; A. Müntz et E. Laine, Les matières pectique dans le raisin et leur rôle
2 L. Semich on. Les pectines des raisins et le moelleux des vins. Chim. et Indust.. 1927, 17, 25; L. Semichоnet M. FIanzy. Sur les pectines des raisins et moelleux des vins, C. R. Ac. Sc. 1926, 183, 394; Sur la constitution et le dosage des pectines et des gommes dans le vin et les moûts de raisin, Ann. Falsif. Fraudes, 1927, 20, 395.
В 1904 г. Лаборд показал, что количество декстрана уменьшается с течением времени или после соответствующей фильтрации. Он установил также, что вокруг некоторых видов микроорганизмов (возбудителей болезни ожирения) образуются оболочки из вещества, сходного с декстраном. Это вещество вызывает слипание клеток и, отчасти растворяясь в жидкости, придает ей характер маслянистости, на языке виноделов — состояние ожирения.
Остановимся на поведении декстрана в вине, где в качестве защитного коллоида он играет важную роль. Условно мы не будем делать различий между слизистыми веществами и декстраном как соединениями, задерживаемыми фильтром в описанных ниже условиях. Отделенный обычным фильтрованием (по крайней мере частично), декстран имеет вид крупных частиц; он пребывает скорее во взвешенном состоянии, чем в коллоидном растворе.
Не исключена возможность, что очень высокое содержание декстрана замедляет процесс брожения вина1.
Некоторые вина, особенно из загнивших ягод, не поддаются осветлению оклейкой даже в том случае, если почти прозрачны, и даже при добавлении танина; желатин вовсе не коагулирует или очень слабо и не осветляет жидкость. Напротив, если вино до оклейки профильтровано, то осветление и коагуляция протекают нормально. Это различие обусловлено присутствием в нефильтрованном вине декстрана. Наличие его на фильтрующей поверхности можно установить путем извлечения водой и осаждения спиртом в виде характерных нитей. Если вновь внести растворенный декстран в фильтрованное вино, то последнее опять приобретает свойство препятствовать коагуляции желатина.
Декстран, следовательно, играет в винах роль защитного коллоида, присутствуя притом в весьма малых количествах. Защитные действия проявляются также в отношении металлических кассов, и это одна из причин того, что фильтрация вин способствует появлению таких помутнений.
Подобное явление отмечалось нами в 1932 г., а именно: камеди вина, задерживаемые при острой ультрафильтрации через коллодиевые мешки, при внесении их затем в вино оказывают защитное действие, но количества их должны быть более крупными.
Заметим, что в винах, пропущенных через очень мелкопористый коллодий, а также в искусственных средах медный касс часто имеет совершенно иной вид, чем в обыкновенных винах: осадок обладает ярко-красной окраской, и при переводе его во взвешенное состояние само вино приобретает красную окраску; следует полагать поэтому, что коллоиды вина в некоторых случаях влияют на его внешний вид. Но из этого не следует, что коллоидам принадлежит решающая роль: медный касс в основном обусловлен присутствием меди, которая почти целиком осаждается.
Отделение.
Камеди и декстран можно отделить фракционным осаждением при помощи спирта. Камеди осаждаются в виде зернистых гранул, декстран — в виде нитей. Кроме того, различие состоит в том, что декстран осаждается при содержании в жидкости примерно 20% спирта, а камеди требуют 50—60%. Это различие можно использовать для их отделения. Сначала эти вещества осаждают одновременно внесением двух объемов спирта в присутствии соляной кислоты; затем осадок, промытый водным раствором спирта, переносят для растворения в дистиллированную воду и в этом растворе раздельно осаждают декстран и камеди, постепенно повышая содержание спирта.
Ход осаждения декстрана спиртом в водном растворе весьма любопытен. Под действием спирта и при легком встряхивании он свертывается, образуя настоящее желе; жидкость отличается исключительно большой вязкостью, точнее — очень большим застудневанием; она с трудом стекает по пробирке; пузырьки воздуха задерживаются словно сетью; многократным взбалтыванием сетка разрушается, образуя беспорядочное сплетение волокон.
В винах состояние декстрана подвержено, разумеется, воздействию спирта. В очень больших количествах он придает винам или сокам значительную густоту.
1 L. Moreau, La filtration des vins: résultats obtenus en Anjou. Rev. Viticult., 1902, 26, 299.
Ультрафильтрация позволяет отделить коллоиды вина. Протеины задерживаются наиболее мелкопористыми мембранами из коллодия: мембрана DMS с константой 40 или мешки, приготовленные из коллодия, содержащие 5% нитроцеллюлозы. Их не задерживают более пористые мембраны, за исключением начала фильтрации, благодаря сорбции. Камеди задерживаются только частично, даже самыми плотными фильтрами из коллодия, между тем как декстран задерживается почти полностью более пористыми мембранами и целиком плотными.
Определение количества камедей можно произвести следующим образом: к 2 мл вина добавляют 0,4 мл соляной кислоты и 10 мл спирта. Это проделывают одинаково со сравниваемыми двумя образцами, причем помутнение будет зависеть от условий и даже от способа смешивания; так как декстран понижает интенсивность помутнения (агломерируя частицы), то для большей точности лучше предварительно произвести фильтрацию; наблюдения производят, рассматривая через пробирку просвечивание решетки окна.
Нами проведены следующие опыты: жидкость, оставшаяся в фильтрах из коллодия, профильтровавших несколько литров белого вина, была очень прозрачна, но при легком встряхивании в ней обнаруживалась (в нижней части) разделяющая поверхность между обеими жидкостями. Нами были исследованы: а) верхняя жидкость, б) нижняя жидкость, в) жидкость, полученная внесением 10 мл воды или вина в совершенно порожние мешки, предварительно слегка омытые, не изменяя отложений на стенках, причем сдавливанием стенок достигалось отделение в жидкость частиц, которые могли прилипнуть к стенкам. Обнаружено было, что:
- верхняя жидкость была идентична контрольному вину; она не содержала увеличенного количества камедей, декстрана, протеинов;
- нижняя жидкость, прозрачная, гораздо гуще вина, имела очень высокое содержание камедей и была тягучей; вязкость ее сравнительно с водой достигала цифры 3 вместо 1,8 (у контрольного вина). После встряхивания она пенилась в течение нескольких часов, даже не будучи нагретой;
- жидкость, полученная в указанных выше условиях, содержавшая вещества, задержанные на стенках фильтра из коллодия, имела тусклый вид и заключала пленчатые частицы; она обладала большей или меньшей вязкостью в зависимости от вина; по вязкости она превышала воду в 7 раз. Добавление спирта вызывало образование крупного, быстро оседавшего сгустка, который при встряхивании образовывал нитевидное сплетение, сходное с шерстяными ворсинками (осаждение, характерное для декстрана).
Описанное выше отделение коллоидов, накапливающихся в нижней жидкости (б) на дне фильтра из коллодия, и коллоидов, отделенных от стенок (жидкость в), подтверждает сделанные замечания. По мере того, как частицы камеди и декстрана достигают стенок фильтра, сквозь которые они не могут пройти, у них появляется стремление отделиться путем диффузии: частицы декстрана, как более крупные, остаются на стенках в силу меньшей скорости диффузии сравнительно даже с очень медленным прохождением жидкости. Напротив, частицы камеди диффундируют (что предотвращает повышение их концентрации); они стремятся удалиться от стенки и образуют около нее слой с более высокой концентрацией остающейся в жидкости камеди, следовательно, более плотный, который опускается на дно мешка, где собирается.
Декстран, полученный таким путем, очищается от примесей камеди, которые могли попасть в результате промывания спиртованной водой, путем декантации, растворений в воде и многократных осаждений спиртом. Нити, вначале короткие, все более и более удлиняются, становятся все более пушистыми, сбиваясь в конце концов в одну сплошную слизистую массу.
В общем, при желании можно получать вина с определенной концентрацией того или иного коллоида или вовсе лишенные коллоидов; мы в состоянии также определить влияние этих веществ на органолептические свойства вина. Вина, богатые соединениями.
осаждаемыми спиртом (камеди, пектины, декстран), кажутся более вязкими, но не более бархатистыми на вкус в точном смысле слова; возможно, что молодые сотернские вина обязаны своей особой маслянистостью дестрану (Гайон и Лаборд)1, но, конечно, не старые.
Ни одно из осаждаемых спиртом веществ, включая и пектины, не влияет на поверхностное натяжение; следовательно, если даже верно, что пектины являются элементом бархатистости вина (а это еще не доказано с полной убедительностью), то не вследствие понижения поверхностного натяжения вина.
Гидролиз пектинов.
Мелитц и Шейер1 приписывали наличию пектинов трудность осветления виноградных и плодовых соков (а эти замечания были распространены и на ряд молодых вин), их высокую вязкость, достигающую 2,3 и даже 6 сравнительно с водой, и в известной мере их мутность. Отнюдь нет полной уверенности, что эти показатели относятся к вязкости, поскольку содержащиеся в этих жидкостях взвешенные частицы слизистых веществ могут замедлить стекание по капиллярной трубочке.
Упомянутые авторы полагают, что самоосветление соков является следствием распада, гидролиза этих пектинов под влиянием растворимого энзима — пектолазы, — действующего в продолжение 8—10 дней после окончания приготовления сока. Соки содержат также протеазу, гидролизирующую белковые вещества, как показал в 1911 г. Пантанелли.
Мелитц и Шейер отметили постепенное уменьшение содержания пектинов (в форме пектата кальция), сопровождающееся уменьшением вязкости. Муть оседает, и в ней обнаруживается, если это виноградный сок, примерно 13% протеина, 26% кремнезема, 58% винного камня, 3% целлюлозы.
Определение содержания пектата кальция производилось методом Карре и Гейне. К 50 мл сока добавляли едкий натр таким образом, чтобы довести раствор, содержащий 0,1 N едкого натра, до 500 мл. Пектины подвергали таким путем гидролизу и омылению. Затем производили подкисление уксусной кислотой и осаждение пектата кальция хлористым кальцием (см. также Семишон и Фланзи).
По мнению Мелитца и Шейера, роль энзимов в осветлении доказывается пастеризацией, которая влечет за собой значительно большие затруднения в осветлении соков. Однако относительно такого влияния пастеризации возникает сомнение, поскольку нагревание может вызвать образование защитных коллоидов. Нагревание в большей степени препятствует осаждению не частичным разрушением, а частичным усилением чего-то, так как его влияние устраняется фильтрацией.
Уже с разных других точек зрения это недостаточно освещенное действие нагревания на вино порождало утверждения о наличии в вине различных энзимов (редуктазы, коагулазы).
Позднее Попова2, ссылаясь на работы Мелитца и Шейера, считала, что осветление плодового сока представляет лишь результат распада коллоидной системы, образуемой из пектинов и белков и создающей защитную зону вокруг взвешенных мутящих частиц, и пришла к выводу, что для удаления пектина наиболее пригоден метод гидролиза с помощью пектиназы (или пектолазы). Учитывая наличие в ряде стран некоторых патентованных препаратов пектиназы, или фильтровальных энзимов (например, фильтрагола или фильтраля), автор рекомендует использовать ботритис цинереа, выделяющий весьма активную пектиназу. Способ приготовления описан в заметке на эту работу, опубликованной в Annales des Fermentations.
Некоторые зарубежные авторы (Фогт, Шмиттгеннер, Видмер, Гейсс, 1936—1939 гг.) Установили, что осветление энзимами, особенно фильтраголом, придает жидкостям, отличающимся привлекательной окраской, более сильный блеск; в сочетании с обычной оклейкой оно дает весьма положительные результаты, превосходя отдельно взятую оклейку.
Нэгр3, во Франции, получил хорошие результаты, осветляя энзимами вино из сока, отжатого прессом непрерывного действия. Нами наблюдались случаи хорошего осветления молодых ликерных вин. Однако надо учесть, что они содержали белковое вещество, осаждаемое танином и обеспечивающее эффективную оклейку.
1 A. Meh1itzu. M. Scheuer. Biochem. Z., 1934, 268, 345.
2 Е. Н. Попова, Промышленная микробиология, 1935, 4, 247; Е. Н. Попова, Получение препарата пектиназы из Botrvtis cinerea для осветления плодовых соков, Микробиология, 4, вып. 2, 247, 1935; J. Besone et W. V. C ru ess, Bull. intern. Vin., 1945, 175—178. 37.
3 E. Nègre, Progr, agric, vitic., 1936, 106, 567.
