Применение ферментных препаратов в виноделии

Технология виноделия основана на регуляции процессов, катализируемых ферментами сырья, его микрофлоры, культурных штаммов дрожжей и бактерий — возбудителей брожения. Наряду с этим используются промышленные препараты гидролитических ферментов различной специфичности. Обработку ферментными препаратами проводят на стадиях получения сока, подготовки сусла к брожению, стабилизации вин. Способ применения ферментных препаратов определяется качеством сырья и видом вырабатываемой продукции.

При выделении сока используют целые грозди винограда или ягоды без гребней. Массовая доля мякоти и сока составляет 75-85 %, кожицы 13-20 %, семян 3-6 %, гребней 2-7 %. Основное препятствие к выделению сока — водоудерживающая способность сырья и вязкость жидкой фазы, связанная с наличием полисахаридов — нейтральных и кислых (пектиновых веществ). В сусле-самотеке содержание полисахаридов составляет 0,4-1,2 г/л, в прессовых фракциях 1,0-8,5 г/л. Концентрация пектина в соке 0,1-0,8 г/л, в мускатных сортах — 3~4 г/л.

Выход сока и скорость фильтрации определяются, в основном, степенью расщепления наиболее гидрофильного полимерного компонента — пектина. В виноградных ягодах присутствуют протопектин (компонент межклеточников и клеточных стенок), растворимый пектин клеточного сока и промежуточные формы трансформации протопектина в растворимый пектин. Расщепление пектиновых веществ винограда катализируют присутствующие в ягодах пектинэстераза, поли-метилгалактуроназа, полигалактуроназа, пектинтрансэлиминазы, ферменты гидролиза нейтральных полисахаридов пектина.

При разрушении ягод в процессе получения сока протопектин приходит в соприкосновение с растворимыми формами пектинрасщепляющих ферментов. Это ускоряет естественный процесс деградации пектиновых веществ, имеющий место при созревании ягод. При относительно невысоком содержании пектина он может быть расщеплен ферментами сырья. При обработке ягод с высоким содержанием пектина (американских сортов), недостаточно зрелых ягод с повышенным содержанием протопектиновой фракции применяют обработку пектолитическими ферментными препаратами.

Пектолитические ферментные препараты позволяют увеличить выход сусла на 2-6 %, количество фракции сусла-самотека — на 10 %. Сусло осветляется в течение 5-10 ч вместо 20-24 ч. Повышается выход экстрактивных веществ и интенсивность окраски в винах.

Для гидролиза пектиновых веществ подходят препараты: «Пектаваморин», «Пектофоетидин», «Полигалактуроназа Г10х», «Ультразим», «Винфлоу», «Вино-зим», «Пектинекс». Препараты «Пектаваморин», «Пектофоетидин» имеют также высокую активность кислой протеазы, что дает эффект осветления сусла за счет гидролиза белковой составляющей коллоидных частиц. Интенсификации сокоотделения способствуют препараты, в которых наряду с пекголитическими присутствуют ферменты гидролиза нейтральных полисахаридов — целлюлозы и гемицеллюлоз. Это препараты «Вильзим АК», «Ксилонигрин», «Поликанесцин», «Целло-виридин», «Целлофоетидин».

При сравнении действия ферментных препаратов на выход сусла из мезги смеси белых сортов винограда как оптимальные выбраны варианты обработки 0,02 % «Поликанесцином Г20х» или 0,02 % «Вильзимом АК Г20х». При этом общий выход сусла повышается на 4 %. Для обработки мезги сорта Алиготе рекомендован «Целловиридин Г20х» (0,02 %), увеличение выхода сусла составило 3,5 %.

Ферментативную обработку применяют при получении различных видов виноматериалов. Например, при получении красных столовых виноматериалов ферментативная обработка мезги внесением 0,01 % «Пектофоетидина ПЮх» увеличивает выход красящих веществ на 10-30 %, повышает коллоидную стабильность виноматериалов.

Обработка «Поликанесцином Г20х» положительно влияет на аромат виноматериалов, что связано с увеличением концентрации терпеновых спиртов и 0-фенилэтилового спирта. В гидролитическом комплексе «Поликанесцина» присутствуют гликозидазы: а- и 0-галактозидаза, а- и 0-гликозидаза, 0-маннозидаза, 0-ксилозидаза, а- и 0-фруктозидаза, а- и 0-арабинофуранозидаза, а-рамнозидаза. Под действием гликозидаз происходит расщепление предшественников терпеновых спиртов (их гликозид-связанных форм) с освобождением последних.

Так, обработка мегзи винограда сорта Алиготе «Поликанесцином» (0,01 %) в течение 12 ч при температуре 25 °C способствует повышению в полученных виноматериалах для портвейна белого «Алушта» содержания терпеновых спиртов с 1,89 до 2,37 мг/л, 0-фенилэтилового спирта — с 2,87 до 5,10 мг/л.

Ферментные препараты гидролитического действия используются для стабилизации вин от коллоидных помутнений. Виноградный сок содержит коллоидные компоненты клеточного сока, твердых частей ягоды и грозди. Основным источником биополимеров сусла и вина являются структурные элементы ягоды (кожица, клеточные стенки мякоти). В составе биополимеров преобладают полисахариды и фенольные вещества (табл. 9.4).

Выделено две модификации биополимерных комплексов сока. Одна из них, обогащенная белком и полифенолами, теряет растворимость после осаждения спиртом. Эта фракция, со средним соотношением углеводы : белок : полифеноТаблица 9.4. Концентрация биополимеров в шампанских виноматериалах Крыма, мг/л

Сорт винограда

Полисахариды (вт. ч. пектин)

Белки

Фенольные вещества

Шардоне

630(122)

154

212

Рислинг рейнский

550(114)

68

276

Алиготе

460 (99)

46

240

Каберне-Совиньон

515(155)

35

290

Совиньон

470(104)

48

220

Фетяска

436(109)

82

205

лы равным 53 : 41 : 6, является основным источником коллоидных помутнений. Вторая модификация, с соотношением 91 : 8 : 1, сохраняет растворимость в воде после спиртоосаждения и имеет повышенную коллоидную устойчивость.

В винах, так же как и в соке, присутствуют две фракции биополимеров — водорастворимая и водонерастворимая (после спиртоосаждения), со следующим соотношением компонентов (полисахариды : белки : фенольные вещества): для белых тихих вин — 95 : 3 : 2 и 69 : 16 : 15; белых шампанских — 92 : 2 : 6 и 68 : 17:15; красных — 95 : 4 : 1 и 58 : 37 : 5.

Водорастворимые комплексы с выраженным преобладанием углеводного компонента играют роль защитных коллоидов, водонерастворимые комплексы с повышенной долей белка и фенольных веществ являются источниками коллоидных помутнений. В формировании помутнений важную роль играют окислительные процессы. Окисление фенолов в хиноны сопровождается конденсацией коллоидных частиц, укрупнением их размера.

Присутствие ионов железа и других тяжелых металлов катализирует окисление и конденсацию. Тенденция к коагуляции коллоидных частиц усиливается по мере деметоксилирования пектина в процессе брожения. Свободные карбоксильные группы полигалактуроновых кислот образуют перекрестные связи через ионы поливалентных металлов. Коагуляция сопровождается снижением удельного заряда и стабильности частиц.

В процессе брожения коллоидная система вина обогащается биополимерами автолизирующихся дрожжей: глюканом и маннопротеином клеточных стенок, продуктами неполного расщепления белков. Эти компоненты участвуют в формировании коллоидных помутнений наряду с биополимерами винограда.

На основании исследований химической природы частиц коллоидных помутнений вин разработана мультиэнзимная композиция «МЭК-1» для виноделия, которая используется для стабилизации вин различных типов. В состав композиции входят препараты [3-глюканазы, 0-маннаназы, полигалактуроназы и кислой протеазы.

Содержание углеводного комплекса биополимеров вина снижается при действии 0-глюканазы на 19-27 %, 0-маннаназы — на 42^44 %, полигалактуроназы — на 17-28 %. Кислая протеаза гидролизует от 27 до 49 % белкового компонента. Снижается до минимума концентрация крупных коллоидных частиц. Оптимальная доза «МЭК-1» составляет 0,005-0,02 %. Продолжительность обработки, ч: для белых столовых виноматериалов — 8, красных столовых — 16, крепких виноматериалов — 24.

При обработке «МЭК-1» экстрактивность повышается на 0,3-0,6 г/л, сохраняется окраска красных вин. Вина, обработанные «МЭК-1», сохраняют стабильность в течение года. Осветленные стабильные вина характеризуются унимодальным распределением частиц по размерам и низкими значениями дзета-потенциала.

Хорошие результаты при стабилизации соков и вин дают иммобилизованные препараты кислых протеаз — пепсина, кислой протеазы аспергиллов. При этом достигается расщепление белка на 80-95 %. Основными продуктами гидролиза являются пептиды, что положительно влияет на полноту вкуса соков и вин.

Большинство ферментативных способов стабилизации вин и соков от коллоидных помутнений основано на расщеплении полисахаридных и белковых, но не фенольных компонентов коллоидных частиц. Для гидролиза фенольной составляющей может быть использован фермент танназа, катализирующий расщепление сложноэфирной связи фенол-кислот с фенолами или углеводами. Препараты танназы производятся за рубежом, где используются в виноделии и консервной промышленности. В нашей стране еще в 1960-х гг. была разработана и апробирована в промышленности технология танназы из культуры гриба Asp. carbonarius, но производство фермента не освоено.

Для удаления фенолов из виноматериалов используют флокулянты, сорбенты, фильтрующие материалы. При этом связываются полимерные формы фенольных соединений и их комплексы с белками и полисахаридами. Мономерные формы фенолов сохраняются в растворе и с течением времени подвергаются окислению и конденсации, что служит источником помутнений.

Для удаления мономерных фенолов сусло обрабатывают ферментом монофенолмонооксигеназой, выделенной из культуры гриба вешенки. Окисление монофенолов происходит за счет растворенного кислорода, поэтому при обработке сусло постоянно перемешивают. Продолжительность обработки 0,5-1 ч, доза фермента 50-150 ед./л (за единицу активности принято количество фермента, катализирующее связывание кислорода со скоростью 1 мкмоль/мин). При обработке прессового сусла окисляется 60 % монофенолов. Провоцирование окисления монофенолов приводит к их конденсации и образованию комплексов с другими коллоидами сусла. Эти комплексы удаляются после обработки сорбентами и сепарации.

Осветленное сусло пригодно для получения качественных соков и виноматериалов. Ферментативная обработка прессовых фракций сусла не только повышает коллоидную стабильность, но также облагораживает вкус напитков.

Биокаталитпические системы винных дрожжей. В последние десятилетия активно ведутся исследования биокаталитических систем винных дрожжей и их роли в процессе формирования качества вин.

При производстве шампанских вин широко применяется выдержка виноматериалов на дрожжевых осадках с целью обогащения продуктами автолиза дрожжей. При этом повышается общее содержание азотистых веществ, содержание аминокислот, витаминов, ферментов, ПАВ, улучшаются игристые и пенистые свойства. Автолиз дрожжей сопровождается снижением кислотности, окислительного потенциала биомассы и контактирующих виноматериалов.

Для интенсификации массообменных процессов обогащение проводят в потоке, пропуская виноматериалы через слой дрожжей, иммобилизованных на пемзе. Такой вариант обработки позволяет одновременно с обогащением осветлять виноматериалы и повышать степень выбраживания остаточного сахара.

Существенный вклад в технологию высококачественных вин дает селекция дрожжей по признаку активности гидролитических ферментов. Использование рас S. vini Кокур 3 и Кокур 3-286, обладающих высокой активностью внеклеточной эндополигалактуроназы, позволило снизить содержание пектина на 50 % при сбраживании сусла белых сортов винограда. Количество высокомолекулярной фракции пектина, вызывающей коллоидные помутнения вин, сократилось в виноматериалах сорта Алиготе на 42-54 %, сорта Рислинг — на 32-36 %. В виноматериалах из сортов Каберне-Совиньон, Алиготе и Пино черный содержание приведенного экстракта повысилось соответственно на 59, 11 и 40 %. Отмечено усиление полноты вкуса.

Дрожжи рас Кокур 3 и Кокур 3-286 используют при получении виноматериалов для портвейна белого «Алушта». Разводки культур вносят в сульфитирован-ное прессовое сусло из смеси белых сортов винограда. После частичного сбраживания (до 9 % сахара) и спиртования до 18 об% виноматериалы обрабатывают препаратом «Вильзим АК Г20х» в дозе 0,005 % с целью гидролиза нейтральных полисахаридов. После термообработки и заключительных процедур осветления получены виноматериалы, не содержащие полимерных форм пектиновых веществ (тест на пектиновые вещества отрицательный). Расход бентонита сокращен в 3—4 раза, желатина в 2-2,5 раза по сравнению с вариантом, где использована раса дрожжей Феодосия 1-19 и виноматериалы не обрабатывались ферментным препаратом. Стабильность портвейна повышена с 1,5 до 6 мес.

При исследовании динамики активности внеклеточных гидролаз винных дрожжей установлено, что секреция p-фруктофуранозидазы, протеиназы, полигалактуроназы и пектинэстеразы коррелирует с активностью липазы. Понижение температуры брожения вызывает увеличение как липазной активности, так и активности других гидролаз. Повышение секреции протеиназы и пектолитических ферментов можно вызвать внесением в сусло экзогенной липазы. Эффект липазы объясняют регуляцией синтеза секретируемых ферментов на уровне проницаемости мембраны. Аналогично влияют ненасыщенные жирные кислоты, увеличивающие подвижность мембраны, тогда как насыщенные жирные кислоты ингибируют синтез гидролаз.

Выявление роли липаз как фактора регуляции ферментативной активности дрожжей привело к созданию технологии двухступенчатого брожения. На пер вой ступени дрожжи культивируют непрерывно в экспоненциальной фазе. Вторая ступень проходит при пониженной температуре, на 8-10 °C ниже обычного режима периодического процесса. Клетки переходят в длительную стационарную фазу, в течение которой сбраживается основная часть углеводов сусла — 75-80 %. Низкотемпературное брожение позволяет повысить активность гидролаз на второй ступени в 2—4 раза и сохранить ее значительно дольше, чем при периодическом процессе.

Вина, полученные по двухступенчатой схеме, характеризуются глубокой трансформацией белка. Содержание белка составляет всего 5 мг/л, тогда как аминокислот — 50 мг/л. Белок представлен в основном низкомолекулярной фракцией 2-7 кДа. Степень гидролиза пектиновых веществ составляет 90 %. Вина сохраняют стабильность в течение года без дополнительной ферментативной обработки.

Применение гидролаз весьма эффективно при переработке винограда, пораженного серой гнилью. Например, для осветления сусла из винограда со степенью поражения 20-30 % используют композицию «Пектофоетидина ШОх» и «Амило-ризина П20х» в дозах соответственно 0,025 % и 0,005 % либо 0,01 % и 0,0025 %. Степень осветления сусла увеличилась в 2-3 раза, скорость фильтрации повысилась в 2,25-3 раза. Снизилось содержание токсинов: пестицидов на 62-71 %, патулина на 78, гистамина на 36—47 %. При гидролизе биополимеров, с которыми ассоциированы токсины, последние переходят в свободное состояние, но, имея низкую растворимость в воде, ресорбируются на взвешенной фракции. Удаление этой фракции в процессе фильтрации снижает содержания токсинов в сусле.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >