Биохимические превращения при биологической выдержке хересных виноматериалов

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

1. Вино херес и технология его производства / [Саенко Н.Ф., Козуб Г.И., Авербух Б.Я., Шур И.М.]. - Кишинев: Картя Молдовеняска, 1975. - 160 с.
2. 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.
3. Schuller Hans-Joachim. Transcriptional control of nonfermentative metabolism in the yeast Saccharomyces cerevisiae / Hans-Joachim Schuller // Curr. Genet. - 2003. - № 43. - Р. 139-160.
4. Бурьян Н.И. Микробиология виноделия / Надежда Ивановна Бурьян // Ялта: ИВиВ „Магарач” УААН, 1997. - 432 с.
5. 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.
6. 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.
7. Bakker J. Wine Flavour Chemistry / J. Bakker, R.J. Clarke // Blackwell Publishing Ltd. - 2012. - Р. 295-311.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. Руссу Е.И. Качество и совершенствование технологии производства хересных вин / Руссу Емелиан Иванович. - Кишинев: Штиинца, 1992. - 160 с.
12. 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.
13. 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.
14. Moreno-Arribas M.V. Wine chemistry and biochemistry. M. Victoria Moreno-Arribas, M. Carmen Polo. - Springer Science+Business Media, LLC, 2009. - Р. 81-101.
15. 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.
16. 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.
17. Скорбанова А. Е. Совершенствование контроля качества хереса и технологии его производства: автореф. дисс. к.т.н: / А. Е. Скорбанова. - Ялта, 1986. - 26 с.
18. Родопуло А. К. Биохимия виноделия / А. К. Родопуло. - М.: Пищевая промышленность, 1971. - С. 352-362.
19. Писарницкий А. Ф. Ацетальдегид - один из факторов окисления этанола / А. Ф. Писарницкий // Виноград и вино России. - 1994. - № 1. - С. 27-28.