2.1. Биохимические факторы, влияющие на формирование игристых вин

Процесс формирования игристых вин включает комплекс сложных биохимических и физико-химических процессов, на направленность которых оказывают влияние три фактора: ферментативный и химический состав шампанизируемых виноматериалов, биохимические признаки используемых для шампанизации дрожжей, особенности вторичного брожения и выдержки шампанизируемого вина. Все эти факторы взаимосвязаны. Так, многие компоненты виноматериалов, переходя в шампанское, участвуют в сложении его вкуса и букета. Наряду с этим интенсивность и направленность большинства биохимических процессов формирования шампанского зависит от активности ферментов, содержания отдельных химических веществ, величины рН, уровня ОВ-потенциала в виноматериале. Такие вещества, как соли тяжелых металлов, диоксид серы, фенольные и другие соединения, присутствующие в купаже, могут ингибировать или активировать ферменты как при брожении, так и при выдержке. Кроме того, некоторые соединения виноматериалов при вторичном брожении вызывают индукцию синтеза ряда ферментов в дрожжевых клетках, другие компоненты, напротив, выступают в роли репрессоров синтеза внутриклеточных ферментов, т. е. углеводы, органические кислоты, азотистые вещества и другие компоненты виноматериалов участвуют в регуляции биосинтеза ферментов дрожжей и вина. В зависимости от того, присутствует ли кислород в вине, каков качественный и количественный состав отдельных аминокислот, спиртов и других веществ в виноматериале, в одних и тех же дрожжевых клетках будет синтезирован различный комплекс ферментов.

Активность внутриклеточных ферментов дрожжей в свою очередь определяет характер биохимической трансформации составных веществ виноматериалов при шампанизации. От индуцированных и конститутивных ферментов дрожжевых клеток зависит синтез высших спиртов, альдегидов, сложных эфиров и других компонентов, определяющих вкус и букет шампанского. Химический состав дрожжей также влияет на состав шампанского, так как многие компоненты переходят из клеток в вино при автолизе; физиологические и биохимические признаки дрожжей, например бродильная способность, холодостойкость, структура осадка и др., сказываются и на процессе шампанизации.

Особенности шампанизации в бутылках и резервуарах, условия контакта шампанизируемого вина с дрожжами, температурные режимы, продолжительность отдельных стадий, избыточное давление углекислоты и пр. существенно отражаются и на метаболизме дрожжей, и на биохимических реакциях в шампанизируемом материале. Одной из основных особенностей процесса шампанизации является проведение вторичного брожения и последующей выдержки шампанизируемого вина с дрожжами. Исключение выдержки при резервуарном способе приводит к тому, что в шампанизируемом вине не протекают ферментативные реакции с участием автолизирующихся дрожжевых клеток и другие процессы, формирующие специфические особенности шампанского и игристых вин.

Рассмотрим подробнее роль отдельных факторов в процессах формирования игристых вин.

Виноматериалы. Состав виноматериалов отличается большим многообразием. В них присутствуют азотистые вещества, ферменты, фенольные, фосфорные, ароматобразующие и другие соединения.

Ферменты, функционирующие в шампанских виноматериалах, относятся к двум классам: оксидоредуктазам и гидролазам. Обнаруженные в винах малат-, глютамат-, аланин-, сукцинат- и лактатдегидрогеназы, по-видимому, принимают участие в транспорте водорода (электронов) и восстановлении компонентов букета и вкуса. Гидролиз белковых веществ катализируется в вине протеиназой и пептидазой. Эти ферменты различаются по оптимальным условиям действия, причем протеиназная активность преобладает над пептидазной, вследствие чего протеолиз главным образом доходит до пептидов. Высока активность в виноматериалах и шампанском β-фруктофуранозидазы, которая помимо ускорения инверсии сахарозы синтезирует в шампанских винах β-этилфруктозид. В винах найдены гидролазы, катализирующие синтез этиловых эфиров капроновой, каприловой, молочной и других карбоновых кислот и, следовательно, принимающие непосредственное участие в формировании вкуса и букета виноматериалов и шампанского. Ускорение ферментами вина многих реакций подтверждает необходимость применения технологии, обеспечивающей накопление ферментов в виноматериалах и шампанском.

Азотистые вещества представлены белками, пептидами, аминокислотами, меланоидинами, пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, аммиаком и другими соединениями. Лиофилизованные нативные белки вина - хлопьеобразное вещество белого цвета, включающее несколько фракций различной молекулярной массы. В белках преобладают аланин, треонин, глютаминовая и аспарагиновая кислоты, гликокол и серии. Пептиды вина состоят из аспарагиновой и глютаминовой кислот, треонина, аланина, лейцина и изолейцина, лизина, аргинина, гистидина и цистеина. На долю пептидов в виноматериалах приходится от 12 до 60% общего содержания азотистых веществ. Выделение и определение строения индивидуальных пептидов показало, что в игристых винах присутствуют пептиды, содержащие от 5 до 30 аминокислот В табл. 1 приведена первичная структура пептидов вина. Как видно, в наибольшем количестве в вине содержатся пептиды, состоящие из 5, 6, 7 и 8 аминокислотных остатков.

Свободные аминокислоты составляют примерно 1/3 азотистых соединений шампанских вин. В их составе находится 22 аминокислоты, причем до 40% приходится на пролин.

Таблица 1

Фенольные соединения участвуют в окислительно-восстановительных процессах, реакциях полимеризации и поликонденсации, взаимодействуют с азотистыми и другими веществами вина. Фенольные соединения влияют на вкус, цвет, букет и прозрачность вина. Согласно работам С. В. Дурмишидзе, П. Риберо-Гайона, Г. Г. Валуйко и др. в винограде и вине содержатся мономерные и полимерные полифенолы. Из мономерных выделяются производные бензойной кислоты (С₆-C₁), коричной кислоты (С₆-С₃) и флавоноиды (С₆-С₃-С₆). В наибольшем количестве в вине содержатся флавоноиды, включающие катехины, антоцианы, лейкоантоцианы, флавонолы, флавоны. Из полимерных выделяются танины, полимеризованные флавоноиды, лигнин. Содержание в винограде и вине отдельных групп полифенолов приведено в табл. 2 [49].

Таблица 2

Каждая из групп фенольных соединений содержит несколько индивидуальных веществ различного строения. Группа кате-хинов включает помимо катехинов галлокатехины, их стерео-изомеры, эфиры галловой кислоты. Катехины - наиболее восстановленные соединения из флавоноидов. Они легко окисляются и полимеризуются.

Антоцианы являются красящими веществами, в винограде они содержатся в виде гликозидов и соединений с ароматическими и алифатическими кислотами. Основным красящим веществом красных сортов винограда является моногликозид мальвидина. Антоцианы легко полимеризуются, вызывая появление коричневато-буроватых оттенков.

Лейкоантоцианы также окисляются и полимеризуются. Полимеры лейкоантоцианов вызывают потемнение белых вин.

Танины бывают гидролизуемыми и негидролизуемыми. Гид-ролизуемые танины являются полиэфирами фенолкарбоновых кислот и Сахаров. Конденсированные танины включают продукты полимеризации в основном катехинов и лейкоантоцианов. Танины усиливают окраску антоцианов [19], играют важную роль в окраске выдержанных красных вин [103]. В молодых винах молекулярная масса танинов составляет 500-800, при созревании вин она возрастает до 3000-4000, а при старении вновь снижается из-за выпадения в осадок полимерных форм.

Фенольные соединения играют важную роль в процессах, проходящих при получении и обработке белых и красных виноматериалов для игристых вин и шампанизации. Они оказывают большое влияние на метаболизм дрожжей.

В шампанских виноматериалах содержатся фосфорные соединения, главным образом растворимые в трихлоруксусной кислоте. Основная масса их представлена ортофосфорными соединениями, количественно меньше лабильных и стабильных соединений фосфора и полифосфатов. В процессе шампанизации и выдержки изменяются соотношения отдельных форм фосфорных соединений. Содержание органических форм фосфорных соединений может в определенной мере служить характеристикой срока выдержки шампанского.

В составе липидов виноматериалов и шампанского идентифицировано 6 фракций: моноацил-, диацил- и триацилглице рины, фосфоглицериды, неэтерифицированные (свободные) жирные кислоты и стеролы [3].

Фракция фосфоглицеридов в липидах вина, которая является наибольшей, состоит из пяти субфракций: фосфатидные кислоты, полиглицерофосфатиды, фосфатидилхолин, фосфатидилзтаноламин и лецитины. Состав кислот в отдельных фракциях существенно различается, заметно колеблется и соотношение насыщенных и ненасыщенных кислот. Липиды шампанского построены из тех же кислот, что и липиды виноматериалов, однако в иных пропорциях: в шампанском доля ненасыщенных кислот с 20 углеродными атомами и бегеновой кислоты С_22:0 в 2-3 раза выше, чем в купаже. Следует заметить также, что качественный состав кислот липидов вина и дрожжей идентичен, что свидетельствует о происхождении многих липидов вина из дрожжевых клеток. В виноматериалах и шампанском найдено липидов 60-220 мг/л.

Состав веществ, обусловливающих вкус и букет виноматериалов и шампанского, очень сложен. Среди легколетучих соединений наибольший удельный вес (20-500 мг/л) приходится на этиллактат, метил-3 бутанол-1, метил-2 бутанол-1, пропанол-1, метанол. Во фракции веществ с высокой температурой кипения преобладают фенилэтиловый спирт, этиловые эфиры капроновой, каприловой, лауриновой, миристиновой и пальмитиновой кислот, диэтилмалат, диэтилсукцинат, кислый этиловый эфир янтарной кислоты, жирные кислоты.

В составе газов из надвинного пространства - паров шампанского, непосредственно участвующих в формировании букета, обнаруживается около 30 соединений, из которых основными являются этанол, метанол, этилацетат, изоамиловый и изобутиловый спирты, ацетальдегид, н-пропанол, этилформиат, изоамилацетат. В композиционном составе летучих веществ виноматериалов и их паров имеются существенные различия.

Хромато-масс-спектрометрическое исследование букетистых веществ вин позволило установить, что для игристых и белых столовых вин в отличие от вин остальных типов характерно повышенное содержание сложных эфиров и углеводородов.

Сравнение состава летучих веществ различных типов вин показывает, что аромат определяется не одним специфическим веществом, а определенной композицией большого числа пахучих соединений, в том числе этилацетата, изоамилацетата, этилкапроната, этилкаприлата, изобутанола, изоамилового спирта, ацетальдегида и некоторых других, которые содержатся во всех образцах вин и таким образом составляют основу винного запаха, на фоне которого отдельные группы летучих соединений создают характерный аромат данного типа вина.

Оптимальный состав купажа до сих пор окончательно не установлен. Однако выяснено, что в шампанских виноматериалах не должно содержаться более 20 мг/л свободного ацетальдегида и более 0,8 мг/л диацетила, а повышение их концентрации вызывает появление тона окисленности [86].

Следует создавать условия для накопления в виноматериалах ряда ферментов: дегидрогеназ, гидролаз эфиров карбоновых кислот; букетистых веществ: этиллактата, 2-фенилэтило-вого спирта, высококипящих этиловых эфиров жирных кислот, терпенов. Отрицательное влияние на букет виноматериалов и шампанского оказывают изопентанол и изобутанол, количество которых в парах вин бывает достаточно велико. В шампанском усиленному переходу высших спиртов в пары способствует также выделяющийся диоксид углерода. Поэтому в случае повышения концентрации изоамилового и изобутилового спиртов в вине одновременно значительно увеличивается их содержание в парах, что резко ухудшает букет виноматериалов и шампанского. Именно по этим соображениям содержание указанных спиртов в шампанском должно ограничиваться. Для этого процесс брожения желательно проводить с помощью дрожжей, продуцирующих небольшие количества изобутанола и изопентанола.

В купаже необходимо ограничивать содержание ацетальдегида, этилацетата, изоамилового спирта, фенольных веществ, ухудшающих качество шампанского.

Следует также стремиться к снижению оптической плотности купажа при λ = 400 и 280 нм, установить требования относительно величины ОВ-потенциала и восстановительной способности шампанских виноматериалов.

Шампанские виноматериалы различаются по активности отдельных ферментов, составу различных форм азотистых, фосфорных соединений, органических кислот, спиртов, альдегидов, эфиров и других компонентов. Многие из этих веществ переходят в шампанское в неизменном виде и являются как бы основой формирования его вкуса и букета. Другие трансформируются в процессе вторичного брожения и выдержки. Купаж служит той средой, в которой протекает жизнедеятельность дрожжевых клеток и возникают многообразные биохимические превращения. Вот почему в зависимости от состава купажа изменяются микробиологические и биохимические процессы при шампанизации.

Оптимизация состава виноматериалов - достаточно сложный вопрос, который должен решаться на научной основе. При этом необходимо принимать во внимание и то обстоятельство, что состав виноматериалов должен обеспечивать оптимальные условия для жизнедеятельности дрожжей и протекания биохимических процессов при шампанизации.

Дрожжи. Состав образующихся при шампанизации продуктов зависит от активности ферментов, катализирующих отдельные этапы спиртового брожения, обмена белков, жиров, и других биологических процессов дрожжевой клетки. При шампанизации виноматериалов штаммами дрожжей получаются шампанские вина с неодинаковым содержанием высших спиртов, эфиров, жирных кислот, альдегидов, с различными физико-химическими показателями и органолептическими свойствами [3]. Поэтому учет генетических особенностей дрожжевых клеток и научно обоснованная селекция дрожжей позволяют получать шампанское с высококачественными вкусом и букетом, хорошими игристыми и пенистыми свойствами. На это неоднократно указывали А. М. Фролов-Багреев и Г. Г. Агабальянц. При использовании тех или иных дрожжей следует принимать во внимание снижение ОВ-потенциала вина, образование высших спиртов и других побочных и вторичных продуктов брожения, скорость автолиза дрожжей и др. В этих целях необходимо более подробно исследовать роль конститутивных ферментов дрожжей.

Наряду с конститутивными в клетках дрожжей образуются индуцируемые ферменты, синтез которых определяется условиями культивирования. Наличие одних соединений в культуральной жидкости стимулирует, других - тормозит синтез отдельных внутриклеточных ферментов. Например, при росте на среде с глютаминовой кислотой в дрожжевых клетках индуцируется синтез НАД-глютаматдегидрогеназы, напротив, на среде с аммонием наблюдается репрессия синтеза этого фермента в клетках. Культивирование дрожжей на средах с различным содержанием сахара (2; 5; 10%) и аэрация существенно сказываются на метаболизме шампанских дрожжей. Состав питательной среды и режимы производства оказывают влияние на активность митохондриальных ферментов и химический состав дрожжевых клеток. В связи с этим становится понятной необходимость установления оптимальных условий культивирования дрожжей для производства шампанского.

Вещества, содержащиеся в клетках дрожжей, принимают непосредственное участие в биохимических процессах при шампанизации. Кроме того, некоторые компоненты дрожжевых клеток переходят в шампанское при автолизе и изменяют его состав. На основании исследований биохимии процесса автолиза дрожжей в вине нами предложен механизм этого процесса, в основу которого положены представления о роли внутриклеточных изменений, возникающих при выдержке и термической обработке, и значении условий существования дрожжевых клеток в вине. Показано, что имеются существенные различия в характере биохимических превращений при автолизе дрожжей методами длительной выдержки при 15-20 °С, обработки холодом и тепловой обработки. Эти различия сказываются на интенсивности перехода отдельных компонентов дрожжей и их превращении. Так, при обработке холодом в вине значительно повышается активность многих ферментов. В случае нагревания вина с дрожжами наряду с выходом ферментов из дрожжей происходит их частичная инактивация. Вместе с тем при тепловой обработке более интенсивно протекают процессы распада дрожжевой клетки, перехода из нее азотистых и фосфорных соединений, одновременно возникают дальнейшие превращения компонентов дрожжей и вина, ускоряются химические реакции. Различия в процессах при выдержке, обработке холодом и теплом вина с дрожжами значительно сказываются на качественном и количественном составе компонентов букета.

Дрожжевые клетки при автолизе выделяют в вино около 40 компонентов, обусловливающих вкус и букет вина, в том числе дегидрогеназы, протеиназу, 111-фруктофуранозидазу, эстеразы, около 20 аминокислот, другие азотистые вещества, кислоторастворимые фосфорные соединения, маннан, липиды. Таким образом, в результате жизнедеятельности дрожжей при вторичном брожении и связанной с этим трансформации компонентов виноматериалов формируются основные свойства шампанского.

Процесс шампанизации. Процесс шампанизации отличается сложными биохимическими и физико-химическими превращениями различных компонентов вина, причем в направленности биохимических процессов при бутылочной и резервуарной шампанизации имеются определенные различия (см. п. 2.2).

В табл. 3 приведены технологические параметры трех способов производства игристых вин. Они даются с определенными интервалами в связи с тем, что в отдельных странах, а нередко в одной и той же стране, приняты различные модификации способов, режимы, сроки. Несмотря на некоторую условность, приведенные данные позволяют с определенной достоверностью оценить технологические особенности различных способов. Наряду с известными в таблице фигурируют новые показатели, полученные расчетным путем.

Таблица 3

Из приведенных данных видно, что бутылочный способ в 15-50 раз более продолжителен, чем резервуарный. При бутылочном и периодическом резервуарном способах происходит размножение дрожжей в том же сосуде, а при непрерывном способе размножение дрожжевых клеток осуществляется в отдельных аппаратах. Продолжительность вторичного брожения различается менее заметно: при резервуарных способах она сокращена в основном в 1,5-3,0 раза. Особенно велики различия в длительности 3-го и 4-го периодов. Так, 3-й период, характеризующийся интенсивными ферментативными процессами, в периодическом резервуарном способе в основном отсутствует; лишь в некоторых странах практикуют выдержку шампанизируемого в резервуарах вина с дрожжами. При непрерывной шампанизации в батарее аппаратов выдержка шампанизируемого вина с дрожжами в резервуаре с насадкой продолжается 2 сут, что в 100-150 раз меньше, чем при бутылочном способе. Шампанизация в двухъемкостной системе предусматривает удлинение этой стадии до 8 сут. Что касается 4-го периода, то в некоторых странах он исключен, в других его продолжительность колеблется от 2 до 5 лет.

При бутылочном способе проводятся ремюаж и дегоржаж, связанные с механическими воздействиями, охлаждением, введением ликера и проникновением кислорода. При резервуарном способе интенсивное воздействие на вино оказывают обработка холодом, введение ликера, фильтрация и розлив. Эти приемы можно отнести к нежелательным, но необходимым.

Имеются некоторые различия между температурными режимами процесса шампанизации в бутылках и резервуарах, в основном при периодическом способе. Более заметна разница в концентрации дрожжевых клеток в шампанизируемом вине: при непрерывном способе она примерно в 3 раза ниже, чем при бутылочном и резервуарном периодическом, но имеется тенденция к ее повышению; самая высокая концентрация клеток дрожжей - в резервуарах с насадками в установках непрерывной шампанизации.

Большой интерес представляет показатель ферментирования дрожжами (ФД), получаемый произведением концентрации клеток дрожжей на продолжительность процесса. Наиболее высокие значения ФД - при бутылочном способе, особенно в 3-й и 4-й периоды. Близки к ним абсолютные величины ФД при непрерывном способе, тогда как при резервуарном периодическом способе величины ФД в несколько раз ниже. Еще более велика разница в величинах показателя ВФД (возрастного ферментирования дрожжами), представляющего собой произведение показателя ФД на средний возраст дрожжевых клеток при шампанизации. По этому показателю резервуарный периодический способ в несколько десятков раз уступает бутылочному и непрерывному резервуарному. Указанное свидетельствует о том, что ферментативные процессы наиболее выражены при бутылочной шампанизации, несколько меньше при непрерывной и минимальны при периодической резервуарной шампанизации. Предложенные показатели показывают возможные пути моделирования процессов, характерных для бутылочного способа, в условиях резервуарных способов производства игристых вин.

Следует отметить, что продолжительность процесса имеет не только физический смысл, но и определяет степень протекания химических и биохимических процессов при шампанизации. Из химических процессов при длительной выдержке шампанизированного вина в бутылках проходят окислительно-восстановительные, этерификации, карбониламинные, полимеризации и поликонденсации. Очевидно, что сокращение длительности выдержки или исключение этого этапа при резервуарных методах приводит к тому, что указанные реакции протекают не в полной мере, вследствие чего не заканчиваются процессы формирования выдержанных тонов в игристых винах. В определенной мере этот недостаток может быть исправлен использованием в купаже выдержанных виноматериалов.

Из медленно протекающих биохимических процессов необходимо отметить автолиз дрожжей, реакции, катализируемые оксидоредуктазами и гидролазами. При кратковременной выдержке указанные процессы окажутся незавершенными.

Таким образом, технологические особенности процесса шампанизации оказывают решающее влияние на биохимические процессы формирования игристых вин.