Требования к дрожжам в производстве шампанских вин

Особенности современной технологии шампанского производства, в частности специфические условия среды, в которой проходит брожение, предъявляют особые требования к шампанским расам дрожжей. Без хороших, соответственно подобранных культур дрожжей невозможно получить высококачественное шампанское.

Селекционированные шампанские дрожжи обладают комплексом ценных свойств. По традиционным требованиям они должны быть жизнедеятельными при высокой активной кислотности (рН 2,8-3,2) и высокой спиртуозности (10-12% об.) среды, устойчивыми по отношению к сернистому ангидриду (200 мг/л), холодостойкими (способными развиваться при температуре 10-13°С) и обеспечивать энергичное брожение с доведением давления углекислого газа до 0,5 МПа при 10°С. Необходимо, чтобы выбраживание сахара проходило экономно в регламентированные сроки, а вино после брожения быстро и полно осветлялось. Дрожжи шампанского производства должны образовывать ценные продукты брожения, обусловливающие характерные для шампанского свежий гармоничный вкус и аромат, без посторонних неприятных привкусов и запахов, и минимальное количество нежелательных продуктов, в частности летучих кислот.

А. М. Фролов-Багреев подчеркивал, что развитие тонкого букета шампанского зависит не только от сорта винограда, но и от вида применяемой дрожжевой культуры.

Для успешного проведения процесса отделения шампанизированного вина от дрожжей при бутылочной шампанизации необходимо, чтобы осадок, образованный дрожжами, был зернистый или уплотняющийся комками, быстро созревающий, в достаточной мере сухой и тяжелый, однородный по размеру скопления клеток, легко переводимый на пробку, не прилипающий к стеклу и не образующий на стенках бутылок несмываемых или трудно смываемых скоплений.

Для шампанизации вина резервуарным периодическим способом желательно, чтобы дрожжи обладали способностью давать крупнозернистый осадок, благоприятствующий быстрому осветлению вина и фильтрации. Для шампанизации вина в непрерывном потоке рекомендуются дрожжи с пылевидной структурой осадка.

Шампанские расы дрожжей, кроме того, должны быстро отмирать после окончания брожения, что способствует ускорению образования продуктов автолиза, наличие которых в вине благоприятно сказывается на качестве шампанского. В свете современных представлений о сущности процесса шампанизации важно, чтобы дрожжи обладали высокой эфирообразующей способностью и обеспечивали образование достаточно большого количества связанных форм угольной кислоты, определяющих хорошую и длительную игру шампанского.

Один из наиболее существенных факторов, определяющих жизнедеятельность микроорганизмов, - активная кислотность среды. Для отдельных видов дрожжевых культур пределы кислотности различны, но в то же время строго постоянны. В классической литературе известно, что дрожжи хорошо сбраживают сахар в менее кислой среде. Считается, что оптимальная зона рН для жизнедеятельности дрожжей находится между 4 и 6, причем для размножения рН около 6, для брожения рН около 5.

Исследованиями установлено [93, 94], что для разных дрожжевых культур оптимальная для брожения величина рН различна. Так, для Saccharomyces ellipsoideus брожение шло с одинаковой интенсивностью в пределах рН 3,6-5,6. Снижение энергии брожения наблюдалось при рН 3,0. При брожении на культуре Феодосия 1-19 пределы оптимальной величины рН оказались еще более широкими - от 3,0 до 5,6 - и бродильная активность снижалась лишь при рН 2,6. Было выявлено, что при снижении активной кислотности среды размножение тормозится в большей степени, чем брожение, а незначительное ее повышение вызывает заметное увеличение дыхательной активности дрожжей. В щелочной среде развитие дрожжей замедляется. В связи с тем что кислотность виноградного сока и вина имеет широкие пределы рН (2,8-3,8), механизм дыхания и брожения, а также образование продуктов вторичного брожения, в частности глицерина, существенно изменяется.

Изучение влияния рН среды на функциональную деятельность дрожжей показало, что активная кислотность при определенном значении оказывает ингибирующее влияние на их рост и размножение. В кислой среде наблюдаются морфологические изменения плазмы, измельчение культуры, округление клеток, накопление в них жира. Дрожжевые клетки, не приспособленные к кислой среде, быстрее отмирают. Это приводит к замедлению процесса брожения, а иногда и к его прекращению.

Вялый ход брожения и накопление в вине продуктов распада клеток в период, когда концентрация спирта еще недостаточна, создают условия для быстрого развития нежелательной микрофлоры: диких, пленчатых дрожжей и др. Кроме того, недостаточная кислотовыносливость дрожжей оказывает значительное влияние на оседаемость клеток, осветление и стойкость вина. Высокая активная кислотность среды тормозит развитие вредной микрофлоры.

Таким образом, применение в виноделии, в частности для шампанизации, кислотовыносливых производственных дрожжевых культур, приспособленных к развитию при рН 3,1-2,9, обеспечит нормальный ход технологического процесса.

Одно из основных условий, предъявляемых к шампанским расам дрожжей,- энергичное брожение при низкой температуре (10-13°С).

Температура является важным технологическим фактором,который определяет весь ход процесса шампанизации, насыщенность вина углекислым газом, а также формирование высоких органолептических качеств шампанского. Понижение температуры вторичного брожения способствует большей насыщенности шампанского углекислым газом и улучшает его вкусовые качества [82].

Применение холодостойких рас при шампанизации вина имеет ряд преимуществ: при низкой температуре брожение идет медленнее, но непрерывно, постепенно и до конца, спирта образуется больше, улучшается аромат, дрожжи размножаются заторможеннее, однако действие их ферментных систем не нарушается, угнетено развитие посторонних микроорганизмов [171].

При низких температурах брожения увеличивается содержание и растворимость в вине углекислого газа, что способствует формированию букета и более тонкой игры вина. Давление при этом повышается не так быстро, как при "теплом" брожении.

Кроме того, "холодное" брожение представляет собой относительно чистое брожение, так как при этом создаются неблагоприятные условия для развития инфицирующих микроорганизмов.

В СССР в результате многолетних научных исследований в области микробиологии шампанского путем направленной селекции выделены новые холодостойкие активные культуры дрожжей, на которых работают заводы шампанских вин: Ленинградский, Горьковский, Харьковский, Московский, Ростовский, Киевский и др.

Для каждого способа шампанизации вина важное значение имеют соответственно подобранные селекционированные чистые культуры дрожжей. Успех применения в шампанском производстве чистых культур дрожжей определяется правильным выбором культуры и режимом ее культивирования. Необходимо также вводить дрожжи в бродильную смесь в физиологически активном состоянии и в достаточном количестве для нормального проведения процесса вторичного брожения. Чтобы приспособиться к измененным условиям среды, им требуется определенное время для перестройки организма. Причем сначала вновь приобретенные свойства дрожжей нестойки и легко могут быть утрачены. Однако при длительном культивировании, при постоянном воздействии измененной среды эти признаки становятся более устойчивыми. Чтобы обеспечить возможность существования в новых условиях, дрожжи вынуждены определенным образом изменить активность своих ферментных систем и в соответствии с этим обмен веществ в целом.

Ослабление дрожжей в условиях шампанского производства может вызываться наличием в винах посторонней микрофлоры и продуктов ее жизнедеятельности. Отрицательное влияние оказывают дикие и среди них пленчатые дрожжи, а также молочнокислые бактерии. Из отдельных видов дрожжей нарушать нормальный ход вторичного брожения могут Brettanomyces vini, Pichia alcoholophila, а также Hanseniaspora apiculata и Saccharomycodes Ludwigii.

Широкое использование дрожжей в различных отраслях промышленности (винодельческой, пивоваренной, хлебопекарной и др.), повышение требований к качеству выпускаемой продукции диктуют необходимость разработки и применения наиболее эффективных способов селекции дрожжей для дальнейшего улучшения уже применяющихся культур и создания новых, более продуктивных культур, соответствующих современным требованиям производства.

Продолжительное время считалось, что процесс шампанизации вина на заводах осуществлялся дрожжами Штейнберг 1892, принадлежащими к виду Saccharomyces vini [62], выделенными из винограда Мюллер-Тургау в 1890 г. в Германии на Рейне. В настоящее время по классификации, приведенной в определителе [172], дрожжи S. vini объединены в один вид с Saccharomyces cerevisiae. Поскольку для дрожжей, встречающихся в виноделии, наименование S. vini является традиционным, целесообразно его сохранить. По определителю В. И. Кудрявцева, дрожжи S. vini имеют следующие морфологические и физиолого-биохимические свойства.

Клетки дрожжей на виноградном соке после трех дней брожения при 25°С обычно имеют эллиптическую сфероидальную форму, размер их (5-9)×(4-8) мкм, некоторые из них округленные, другие удлиненные. Расположены клетки отдельно или парами. На твердой среде (сок с агаром) колонии белые, влажные, более или менее гладкие или зернистые. При спорообразовании вегетативные клетки прямо превращаются в аски, которые обычно содержат от 1 до 4 сфероидальных спор.

Штаммы дрожжей S. vini сбраживают глюкозу, галактозу, сахарозу, мальтозу и ¹/₃ раффинозы, но не сбраживают лактозу, аэробно ассимилируют глюкозу, галактозу, сахарозу, мальтозу, раффинозу, этанол, глицерин, маннит, сорбит, фумаровую, уксусную и молочную кислоты.

Однако в процессе многолетней работы шампанских заводов возможно произошло спонтанное вытеснение дрожжей S. vini видом Saccharomyces bayanus (синоним Saccharomyces ovformis) или изменение его свойств.

При исследовании дрожжевых осадков, отобранных из акратофоров ряда заводов шампанских вин, было установлено преобладание дрожжей вида S. bayanus. Они проявляют наибольшую устойчивость по отношению к спирту, обладают большой спиртообразующей способностью, высокой устойчивостью по отношению к сернистому ангидриду и способностью развиваться при ограниченном содержании воздуха. При исследовании микрофлоры большинства заводов шампанских вин Советского Союза показано, что процесс шампанизации осуществляется в основном дрожжами вида S. bayanus и редко S. vini [44].

В начале 60-х годов советскими микробиологами методом непрерывного улучшающего отбора из производственных субстратов из S. vini Штейнберг 1892 были отселекционированы активные расы, получившие впоследствии название Горьковская и Ленинградская. Эти расы использовались на большинстве заводов резервуарного способа производства. Однако, как показали исследования [141], в дрожжевых осадках, полученных из акратофоров Харьковского, Ростовского и других заводов шампанских вин, преобладают дрожжи Saccharomyces oviformis. Оказалось, что, будучи более приспособленными к жизнедеятельности в условиях шампанского производства, они вытеснили применявшиеся ранее расы дрожжей вида S. vini. Доказательством большой приспособленности дрожжей S. oviformis к жизнедеятельности в производственных субстратах шампанского производства может служить не только происшедшее спонтанное вытеснение дрожжей S. vini. По мнению ряда исследователей, дрожжи S. oviformis, благодаря высокой спиртообразующей способности, спиртовыносливости и способности развиваться при ограниченном доступе кислорода, являются более приспособленными к условиям вторичного брожения, чем S. vini [159, 155, 141, 142].

Исследована дрожжевая флора производства шампанского резервуарным периодическим способом в условиях Узбекистана [64]. На отдельных этапах технологического процесса было выделено и идентифицировано 348 штаммов, 9 видов, отнесенных к трем родам аспорогенных и к четыре родам спорообразующих дрожжей.

Преобладающей группой микроорганизмов, выделенных из осадков виноматериалов сортов Баян ширей и Рислинг, оказались преимущественно дрожжи S. vini и S. oviformis. Были обнаружены также единичные клетки дрожжей Candida, S. uvarum и Torulopsis. После обработки оклеивающими веществами и фильтрации виноматериалов в них были обнаружены пленчатые дрожжи Pichia и Hansenula. В осадках купажированных виноматериалов найдены также клетки пленчатых дрожжей Pichia alcohopila, Hansenula anomala, небольшое количество Saccharomycodes Ludwigii, Candida.

После вторичного брожения в акротофорах обнаружена микрофлора, состоящая из клеток S. vini, P. alcoholophila, S-des Ludwigii, находящихся в угнетенном состоянии. Помутнение шампанского в бутылках в период контрольной выдержки вызывается чаще всего дрожжами Brettanomyces vini. Они снижают качество продукта, поскольку являются сильными кислотообразователями и накапливают в среде летучие и нелетучие кислоты.

Основная микрофлора, инфицирующая шампанские виноматериалы, относится к группе пленчатых дрожжей - P. alcoholophila, C. mycoderma и реже H. anomala. Другие виды представлены сравнительно редко. Установлено также, что присутствие в акратофорной смеси некоторых посторонних микроорганизмов замедляет вторичное брожение и ухудшает качество шампанского. К таким микроорганизмам могут быть отнесены дрожжи родов Pichia, Hansenula, Sassha-romycodes.

Необходимо подчеркнуть, что в дрожжевых осадках акратофоров Ташкентского завода шампанских вин не обнаружены дрожжи S. oviformis. Основной культурой, осуществляющей процесс вторичного брожения в резервуарах периодического действия, являются дрожжи вида S. vini. Однако при исследовании дрожжевой флоры производства шампанского непрерывным способом получены несколько другие данные [44].

Непрерывный способ производства шампанского создает предпосылки для длительной адаптации как основной, так и сопутствующей микрофлоры к специфическим условиям технологического процесса. Поэтому для нормализации процесса шампанизации особое внимание уделяют воспроизводству дрожжей с использованием культуры только одного вида. Вместе с тем исследования показали, что биологическое обескислороживание вина и вторичное брожение проводятся на ассоциации дрожжей, относящихся к различным видам. В связи с этим особый интерес представило изучение отдельных видов и ассоциаций дрожжевых культур, обитающих в производственных субстратах. Наличие их в зависимости от видового состава приводит к образованию продуктов метаболизма, обусловливающих формирование различных органолептических свойств шампанского.

При исследовании особенностей микрофлоры производства по ходу технологического процесса на ряде заводов шампанских вин было выделено более 200 штаммов дрожжей, отобранных преимущественно в осенний и весенний периоды года. Пробы отбирали из необработанных, ассамблированных виноматериалов, купажей, бродильной смеси, дрожжевой разводки, шампанизируемого вина и готовой продукции [44].

Проведенные исследования показали, что инфицирование шампанского производства вызывают как аспорогенные, так и спорообразующие дрожжи. На всех предприятиях обнаружены в основном одни и те же виды микроорганизмов, принадлежащие к родам SaccharomycesSaccharomycodes, Pichia, Candida, Brettanomyces, но в различном процентном соотношении.

Разнообразна по видовому составу микрофлора шампанских виноматериалов. Наиболее часто встречаются S. vini (синоним S. cerevisiae), S. bayanus (синоним S. oviformis), Pichia membranaefaciens (синоним Pichia alcoholophila), Candida valida (синоним Candida mycoderma), Candida vini (синоним Candida mycoderma). В небольшом количестве обнаруживаются Saccharomyces rosei и Saccharomycodes Ludwigii.

Следует отметить, что поступающие с предприятий первичного виноделия шампанские виноматериалы, как правило, значительно инфицированы. После технологической обработки содержание микроорганизмов заметно снижается. Термическая обработка бродительной смеси практически полностью освобождает субстрат от жизнедеятельных микроорганизмов. Однако даже кратковременные нарушения оптимального режима термической обработки бродильной смеси обусловливают сохранение в ней определенного количества посторонних жизнеспособных микроорганизмов. Поскольку недостаточно обработанная бродильная смесь одновременно служит и питательной средой, то наряду с энергичным размножением основной культуры S. bayanus в дрожжевых аппаратах происходит развитие и сопутствующей микрофлоры. Эти и другие нарушения вызывают увеличение количества инфицирующей микрофлоры при шампанизации вина в потоке.

В дрожжевой разводке (в качестве сопутствующих основному виду шампанских дрожжей S. bayanus) обнаруживаются Candida vini, Candida valida, Pichia membranaefaciens и S. vini. В шампанизируемом вине, помимо S. bayanus, обнаружены S. vini, S. bailii var bailii (синоним Zygosaccharomyces nadsonii), Brettanomyces intermedius (синоним Brettanomyces vini), Candida vini, Candida valida, Pichia membranaefaciens и Saccharomycodes Ludwigii). В готовой продукции встречаются S. bayanus, Candida valida, Candida vini, S. vini, Brettanomyces intermedius.

В резервуарном и особенно экспедиционном ликерах жизнедеятельные микроорганизмы практически отсутствуют. В исключительных случаях обнаруживаются единичные клетки дрожжей рода Schizosaccharomyces.

Таким образом, на заводах шампанских вин обнаруживаются в основном одни и те же виды дрожжей, но каждому этапу технологического процесса присущ определенный комплекс микроорганизмов. Инфицирование основной культуры дрожжей S. bayanus чаще всего вызывают пленчатые дрожжей Candida valida, Candida vini, Pichia membranaefaciens, а также S. vini и в некоторых случаях Brettanomyces intermedius.

Следует отметить, что при непрерывной шампанизации создаются специфические условия, которые оказывают избирательное действие на функциональную деятельность дрожжей.

В виноматериалах наряду с S. bayanus в значительном количестве находится S. vini. Несмотря на то что пастеризация бродильной смеси перед шампанизацией оказывает в основном одинаковое действие на эти виды дрожжей, все же в шампанизируемом вине преобладают S. bayanus, a S. vini встречается в единичных случаях. Вид Brettanomyces intermedins лишь изредка обнаруживается в виноматериалах, а в шампанизируемом вине эти дрожжи находятся в большем количестве. Такие виды дрожжей, как Candida vini, Candida valida и некоторые другие, обнаруживаются примерно в одинаковом количестве как в виноматериалах, так и в шампанизируемом вине.

Как отмечалось, в производстве шампанских вин процессы обескислороживания вина и шампанизации осуществляются, как правило, ассоциацией дрожжей, относящихся к виду Saccharomyces.

В последние годы опубликовано значительное количество работ, посвященных изучению антагонистических отношений среди дрожжей этого вида.

Впервые антагонизм между штаммами дрожжей вида Saccharomyces был обнаружен в Оксфордской генетической коллекции в 1963 г. [157]. При этом установлено существование дрожжей в трех фенотипах: killer - убийца, neutral - нейтральный и sensitive - чувствительный.

Антагонистические взаимоотношения между штаммами шампанских дрожжей рода Saccharomyces отсутствуют. Процесс непрерывной шампанизации вина осуществляется преимущественно чувствительными и в меньшей степени нейтральными штаммами дрожжей. В отличие от первичного виноделия шампанское производство не является экологической нишей сахаромицетов-убийц [47].

Проведенные исследования показывают, что система мероприятий, гарантирующих оптимизацию технологического процесса, должна строиться с учетом особенностей биологии и физиологии дрожжей, осуществляющих процесс шампанизации. При этом очевидно, что рациональное регулирование обмена веществ у дрожжей должно играть ведущую роль в создании продукции высокого качества. В связи с этим изучение отдельных видов дрожжей, обитающих в производственных субстратах, представляет особый интерес. Продукты их метаболизма оказывают как положительное, так и отрицательное влияние на формирование органолептических свойств шампанского.

До недавнего времени считали, что решающая роль в определении качества дрожжей для производства шампанского принадлежит их бродильной способности.

Культуры значительно отличаются между собой по физиологическим и биохимическим свойствам, в частности по активности дыхания и брожения. Необходимо отметить, что прямой коррелятивной зависимости между функцией брожения дрожжей и качеством полученного шампанского не наблюдается. В то же время качество шампанизированного вина зависит от ряда биохимических свойств культур. Так, шампанизированное вино, полученное с использованием штаммов, отличающихся довольно высокой активностью брожения, имело повышенный уровень ОВ-потенциала, пониженную восстановительную способность, наиболее высокое содержание диацетила и низкую дегустационную оценку. Шампанизированное вино, полученное при использовании штаммов с высокой активностью дыхания и брожения, зачастую характеризовалось повышенным уровнем ОВ-потенциала, низким содержанием диацетила, небольшой восстановительной способностью, но обладало значительной активностью (β-фруктофуранозидазы и имело среднюю дегустационную оценку. Вино, шампанизированное с использованием штамма, имеющего средние значения бродильной и дыхательной активности, обладало низким ОВ-потенциалом и высокой восстановительной способностью, имело наименьшее содержание диацетила и незначительную активность β-фруктофуранозидазы. Эти свойства коррелировали с его высокой органолептической оценкой.

Исследования [87] показали, что бродильная функция дрожжей не может считаться главным показателем при селекции активных рас для производства шампанского непрерывным способом. Как отмечалось, одним из основных традиционных требований, предъявляемых к дрожжам шампанского производства, являлось энергичное брожение при низкой температуре. В связи с этим нередко случалось, что отселекционированный штамм дрожжей, обладающий рядом производственно ценных свойств, не находил применения в промышленности только из- за пониженной энергии брожения [124]. При этом бродильная функция, как было принято считать, не может являться определяющей при выборе дрожжей для шампанизации. Дрожжи в условиях шампанского производства должны прежде всего обладать биосинтезирующей способностью обогащать субстрат комплексом соединений, формирующих букет и вкус вина. В связи с этим представляется целесообразным пересмотреть традиционные требования, предъявляемые к дрожжам шампанских рас, приняв за основу не бродильную, а их биосинтезирующую активность, понимая под этим способность клетки накапливать в среде специфические продукты жизнедеятельности, обусловливающие формирование высоких органолептических свойств продукта.

Необходимо, однако, иметь в виду, что при существующих технологических требованиях широкое использование дрожжей, обладающих высокой синтезирующей способностью, но характеризующихся пониженной энергией брожения, не представляется возможным, так как это может привести к значительному снижению производственной мощности предприятий.

Шампанизация вина в непрерывном потоке обусловливает возможность использования практически любых культур дрожжей с пониженной функцией брожения. При этом необходимо установить такую концентрацию дрожжевых клеток в бродильной смеси, которая, компенсируя пониженную бродильную функцию применяемой культуры, обеспечила бы прежде всего прохождение вторичного брожения в регламентированные сроки.