Лекция 13. Виноград: характеристика качества и как сырье для пищевой промышленности

Виноград: характеристика качества и как сырье для пищевой промышленности

Вопросы:

1. Потребительская ценность винограда как сырья для пищевой промышленности.

2. Классификация и характеристика сортов винограда и направления их использования.

3. Требования к качеству винограда предназначенного для переработки.

4. Вторичное сырье от производства вина: виды и использование.

Литература: Джафаров А.Ф., ГОСТ 25896-83 “Виноград свежий столовый” – М.: Издательство стандартов, 1987 К.А. Серпуховитина и др. “Промышленное виноградство. – М.: Агропромиздат, 1991.-287с.” “Плодоводство и виноградство с основами интенсификации” Под редакцией Г.А. Березовского – Киев: “Вища школа”, 1974

1. Потребительская ценность винограда как сырья для пищевой промышленности.

Ягоды винограда потребляют в свежем виде, используют для производства сушенной продукции (кишмиша, изюма), варенья, компотов, сока, вин различных типов: столовых, крепленных, шампанских и коньяков.

Виноград имеет хорошо развитую, разветвленную и глубоко проникающую в почву корневую систему. Площадь листьев на одном гектаре виноградника составляет 30-40 тыс.м² , т.е. в три – четыре раза больше поверхности почвы, занятой кустами. В сравнении с другими плодово-ягодными культурами, виноград неприхотлив к почвам. Высокие урожаи винограда собирают и на неорошаемых виноградниках. Плодоносить виноград начинает на третий – четвертый год и при правильной агротехнике плодоносит в течение 70-80 лет. При создании оптимальных условий с каждого гектара виноградника можно собрать 400-500 ц/га ягод и более.

Виноград обладает высокими питательными, диетическими и лечебными свойствами. Количество сахара в ягодах колеблется от 16% до 35%. Виноградный сахар содержит глюкозу и фруктозу, что обуславливает быстрое и легкое усвоение его организмом человека.и направления их использования. Ягоды содержат от 0,5 до 1,4% органических кислот (виннокаменная, яблочная, щавельная, муравьиная и др.), а также соли кальция, калия, натрия, магния, фосфора, серы, железа, меди, цинка, марганца, бора и другие элементы. В литре клеточного сока содержится 2-3 г. минеральных веществ.

Витамины А(каротин), В(тиамин), В₂(рибофлавин), В₁₂, С(аскорбиновая кислота), РР и другие, которые содержатся в винограде являются необходимыми для питания человека.

Химический состав виноградной грозди очень сложен и представлен различными группами органических и неорганических веществ, растворенных или суспензированных в воде, а больше всего связанных с водой в биологической структуре растительной клетки.

Распределение основных веществ виноградной грозди по ее структурным элементам неравномерно и может характеризоваться примерным диапазоном следующих величин (табл. 2.1.1.).

Любое химическое вещество грозди имеет определенное технологическое значение. Так, углеводы (сахара) преобладают в мякоти с соком и почти полностью отсутствуют в твердых элементах грозди. Они определяют вкусовое свойства винограда и всех продуктов его переработки. По содержанию легкоусвояемых сахаров мякоть с соком представляет собой наиболее ценную часть грозди. Она состоит почти исключительно из вакуолярного сока клеток, очень тонких целлюлозных перегородок и тонких сосудистых пучков.

Полисахариды, представленные высокомолекулярными углеводами (клетчаткой, пектиновыми веществами, пентозанами), присущи твердым частям грозди и составляют основу механически прочного скелета кожицы, семян и гребня, что имеет большое значение для транспортировки и хранения.

В мякоти столовых сортов винограда содержится значительно больше пектиновых веществ и клетчатки, чем в мякоти технических сортов.

Запасные, питательные для зародыша вещества, какими являются жиры, сосредоточены в виноградных семенах: эфирные масла и восковые вещества находятся в основном в кожице.

Фенольных и азотистых веществ больше всего в кожице и семенах, что необходимо учитывать при переработке винограда: для шампанских виноматериалов и легких белых столовых вин эти вещества нежелательны, поэтому сусло как можно быстрее отделяют от мезги; для вин типа мадера, портвейн, наоборот, настаивают сусло на мезге. Для получения красных и розовых соков и вин мезгу красных сортов нагревают.

Особо важное значение для продуктов из винограда имеют органические кислоты. Их состав и соотношение зависят от степени зрелости ягод и технологии первичной переработки винограда. Для приготовления соков, концентратов, сушеного винограда и других консервированных продуктов кислотность ягод должна быть невысокой. В производстве большинства тихих и игристых вин высоко ценится свежесть и гармоничность вкуса, что обеспечивается оптимальной кислотностью винограда: от 6 до 10 г/л.

УГЛЕВОДЫ. Углеводы являются основными органическими соединениями виноградной грозди. Они объединяются общей формулой Cn (H₂O)_m и представлены в винограде моносахаридами, аминосахаридами и полисахаридами.

Моносахариды – твердые вещества, хорошо растворимые в воде, но склонные к кристаллизации, особенно фруктозе, что проявляется в концентрированных виноградных соках и в варенье из винограда.

В винограде из моносахаридов преобладают гексозы С₆Н₁₂О₆ (D – глюкоза и D - фруктоза) и пентозы С₅Н₁₀О₅ (D – ксилоза и L – арабиноза). Их общим свойством является способность легко восстанавливать оксид меди (II) в оксид меди (IV) при нагревании в щелочной среде.

Пентозы в отличии от гексоз дрожжами не сбраживаются и остаются в сухих винах как не сбраживаемые (остаточные) сахара в количестве до 0.3г на 100мл.

В условиях повышенной температуры и кислой среды, какой является сусло и вино, пентозы дегидрируют, образуя альдегид фурфурол, имеющий характерный запах ”корочки ржаного хлеба”. Эта реакция проходит при уваривании сусла на бекмес, при тепловой обработке мезги для приготовления вин типа малага, портвейн, марсала, при дистилляции коньячных виноматериалов. Вступая во взаимодействии с аминокислотами, фурфурол образует мелоноидины – окрашенные вещества с характерным привкусом.

Источником пентоз являются высокомолекулярные пентозы твердых частей ягод и гребней. Однако вина и коньячные спирты при выдержке в дубовых емкостях могут накапливать арабинозу и ксилозу, образующиеся за счет медленного гидролиза древесины дуба.

Нагревание глюкозы в кислой среде приводит к потере трех молекул воды и образованию альдегида оксиметилфурфурола, имеющего запах перезревших яблок. Оксиметилфурфурол обнаруживают в бекмесе, в кондитерских изделиях, приготовленных с уваренным виноградным суслом, и в некоторых сладких винах, подвергавшихся сильной тепловой обработке.

Благодаря сладости, калорийности и легкой усвояемости фруктоза и глюкоза составляют главную питательную и вкусовую ценность виноградного сока, сушеного винограда, концентрированного сусла и пищевых продуктов, получаемых на их основе.

В виноградных винах глюкоза и фруктоза – источники образования спирта, углекислоты и природной сладости. Добавление свекловичного сахара к вину нежелательно.

Олигосахариды состоят из небольшого числа (от 2 до 10) моносахаридных остатков. К ним относятся сахароза, мальтоза, раффиноза, мелибиоза и другие углеводы. Олигосахариды, особенно сахароза, играют важную роль в формировании вкуса многих продуктов переработки винограда.

Сахароза встречается и в винограде, особенно американских сортов: до 5г на 100 мл.

Во время нагревания кристаллической сахарозы при температуре выше 200^оС она плавится с выделением воды и образовании различных полимерных продуктов карамелизации темно-коричневого цвета.

Смесь сахара, воды и продуктов карамелизации под названием “колер” используют в коньячном и кондитерском производстве.

При нагревании с кислотами или под действием фермента В – фруктофуронозидозы сахароза гидролизуется, образуя смесь равных количеств глюкозы и фруктозы, называемую инвертным сахаром.

В винограде и продуктах его переработки имеются следующие полисахариды, гидролизуемые в обычных условиях: пентозаны, пектиновые вещества, камеди, декстраны, крахмал. Кроме того, есть не гидролизуемые при переработке, так называемые опорные полисахариды – целлюлоза и гемицеллюлозы, выполняющие роль наполнителей. Они создают механическую прочность ткани в ягодах свежего и переработанного на консервированные продукты винограда: в маринадах, компотах, варенье, сушеном винограде.

В составе полисахаридов сусла и вин доля пентозанов может достигать 2г/л. В клеточных стенках древесины дуба находится до 14% (по массе) пентозанов, и при многолетней выдержке вин и коньяков в дубовой таре они обогащаются экстрактивными веществами за счет гидролиза пентозанов дуба. Через 30 лет эксплуатации бочек и бутов содержание в древесине пентозанов снижается в 5-7 раз. Накопление пентозанов и продуктов их деградации придает винам мягкость и полноту.

Пектиновые вещества имеют большое значение в технологии переработки винограда. С их состоянием связана прежде всего отделение сусла, которое затруднено при наличии большого количества высокомолекулярных комплексов, связанных пектином. Скорость осветления и фильтрации сусла, соков и вин в значительной степени зависит от состояния пектиновых веществ. Ферментативная обработка мезги, сусла или вина положительно сказывается на прозрачности и устойчивости к обратимым коллоидным помутнениям. Вместе с тем полное удаление пектиновых веществ делает вкус соков и вин водянистым, жидким, увеличивает количество метанола.

Для соков с мякотью, виноградной пасты, джема, варенья из винограда, наоборот, необходимо максимальное сохранение пектиновых веществ от разрушения. С этой целью виноград бланшируют при температуре 96-98^оС, инактивируя гидрометические ферменты.

Содержание пектиновых веществ в винограде зависит от сорта, степени зрелости и обычно колеблется в пределах 0.5 – 2.0 г/л. В мускатных и столовых сортах винограда и следует перерабатывать на пектинсодержащие кондитерские изделия. Однако нужно учесть, что виноградный пектин обладает слабой желирующей способностью, способностью и поэтому технология производства виноградного мармелада предусматривает в своей основе использования яблочного цитрусового пектина.

Таким образом, в виноградной грозди представлен широкий набор углеводов. Они являются составной частью пищевых продуктов, получаемых из винограда, и определяют их разнообразия. Благодаря углеводам возникает спиртовое брожение, в значительной степени, в значительной степени формируются вкус, цвет, аромат и стабильность соков и вин, обеспечиваются игристые качества шампанского, физические и физико-химические свойства консервированного и сушеного винограда.

КИСЛОТЫ. В настоящее время в винограде найдены почти все кислоты цикла Кребса. Они активно участвуют в обмене веществ виноградного растения и имеют большое значение в продуктах переработки винограда. К ним относятся десятки наименований алифатических и ароматический кислот, в том числе летучих и нелетучих соединений гомологического ряда С₁-С₅, с общей формулой R-COOH. Как и углеводы, органические кислоты неравномерно распределены в структурных элементах грозди и внутри ягоды.

В наибольшем количестве (до 95%) в ягодах содержится винная и яблочная кислоты. Эти кислоты имеют и наибольшие технологическое значение.

Винная кислота и ее соли широко используются в пищевой, кондитерской, текстильной, радиоэлектронной отраслях промышленности, а также в хлебопечении, медицине, аналитической химии. Единственным источником получения винной кислоты является виноград и отходы его переработки.

Особенно много яблочной кислоты в незрелых ягодах: до 15г на 1кг винограда. Яблочная кислота активно участвует в дыхательных процессах, и к моменту достижения технической зрелости ее содержание снижается до 2-5г на 1кг винограда. Однако в более северных районах виноградарства и при холодной погоде осенью в южных районах виноград может быть излишне кислым из-за избытка яблочной кислоты.

Столовые вина из такого винограда имеют привкус так называемой “зеленой кислотности”. Под действием дрожжей и бактерий при благоприятных условиях происходит биологическое кислотопонижение, связанное с превращением яблочной кислоты в слабо диссоциированную молочную кислоту и другие продукты брожения.

Кислоты винограда определяют один из важнейших элементов вкуса – кислотность сока, вина и других продуктов переработки. При избытке кислот их удаляют различными способами, при недостатке (что бывает значительно реже) подкисляют сусло или вино лимонной или винной кислотой, а также купажируют их с более высококислотными партиями.

Достаточно высокая кислотность винограда предотвращает развитие вредной бактериальной микрофлоры, инактивирует окислительные ферменты, придает белым столовым вином и шампанским виноматериалом необходимую свежесть во вкусе, способствует лучшему проявлению цвета розовых и красных соков и вин, а наличие винной кислоты обеспечивает созревание марочных вин.

АЗОТИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА. Азотистые вещества винограда входят в состав жизненно важных соединений виноградного растения: белков, ферментов, витаминов, аминокислот, нуклеиновых кислот, хлорофилла, глюкозидов и др. Они содержаться и в продуктах переработки винограда (сушеном винограде, соке, вине), но основное значение имеют в процессах первичного и вторичного виноделия. Азотистые вещества винограда состоят из минеральных и органических форм азота (табл. 2.1.2).

Широкие колебания в содержании азотистых веществ обусловливаются сортом винограда, степенью зрелости и экологическими условиями произрастания.

В настоящее время в виноградном сусле найдено 32 аминокислоты, причем содержание отдельных аминокислот в винограде может колебаться в широких пределах. Аминокислоты являются основным питательным субстратом для дрожжей; в результате брожения до 50% аминокислот переходит в дрожжевую массу и затем отделяется от вина.

Белки винограда состоят в основном из протеидов и содержат в среднем 14.3% азота. Белки накапливаются к стадии полной зрелости винограда. Содержания их в ягодках зависит от сорта винограда и почвы. Белки относятся к самым изменяющимся веществом винограда, поэтому в процессе его переработки они могут изменять свои свойства, при нагревании свертываться и выпадать в осадок, быть причиной помутнений соков и вин.

В отдельных случаях белки вина могут выступать в роли защитных коллоидов и, наоборот, задерживать выпадение в осадок кристаллов солей винной кислоты или других неустойчивых коллоидов.

Азотистые вещества винограда играют важную роль в формировании цвета, букета, вкуса вина, подвергающегося тепловой обработке. В шампанском производстве они способствуют накоплению связанных форм углекислоты. В состав белковых веществ винограда входят и ферменты, значение которых в технологических процессах очень велико.

ЭФИРНЫЕ МАСЛА.В винограде эфирные масла представлены легколетучими углеводами, спиртами, карбонильными соединениями, а также высококипящими терпеноидами, жирными летучими веществами, но сортовой аромат определяют в основном терпеноиды. Благодаря эфирным маслам проявляются сортовые качества многих сортов винограда, формируются привлекательные особенности ягод, сока и вин, приготовленных из них.

Эфирные масла сосредоточены в основном в кожице винограда и во внешних слоях мякоти. Общее содержание их весьма незначительно: 50 – 140 мкг на 1кг ягод. Содержание же отдельных компонентов составляет 0.3-5.0 мкг/кг, и каждый из них имеет свою ароматическую ноту: ландыша, розы, сирени, цитрона, фиалки, гвоздики и т.д.

При перезревании винограда содержание легколетучих компонентов эфирных масел у всех сортов падает.

ЛИПИДЫ. Как и эфирные масла, они влияют на сортовые особенности винограда. Липиды представлены летучими жирными кислотами (капроновая, каприловая, эконтовая и др.), а также фосфолипидами.

Общее содержание липидов в винограде достигает в стадии полной зрелости 0.23% сухой массы. Они переходят в сок и вино, особенно после длительного настаивания мезги, и могут влиять на характер коллоидных помутнений вин.

ВОСКИ.Входят в состав воскового налета ягод – прюина. Прюин представляет собой жироподобное вещество, температуре плавление которого 70-73^оС. В состав прюина входят тритерпены, спирты С₂₄-С₂₈, жирные кислоты С₁₈-С₂₈, сложные эфиры этих спиртов и кислот, альдегиды и парафины С₂₃-С₃₁, углеводы С₂₅Н₅₂.

Липиды и воски предохраняют ягоду от неблагоприятных метеорологических воздействий, чрезмерного испарения влаги, болезней, вызываемых микроорганизмами.

МИНЕРАЛЬНЫЕ ВЕЩЕСТВА. Общее содержание минеральных веществ (зальных, несгораемых элементов) в винограде колеблется в широких пределах и зависит от экологических факторов и степени зрелости винограда. По усредненным данным, их количество в стадии технической зрелости составляет 3-5г/л, а при перезревании винограда может достигать 6-8г/л.

Минеральные вещества влияют на вкус винограда и продуктов его переработки, действуя непосредственно и косвенно – через нейтрализацию кислот. Они необходимы для питания дрожжей, некоторые катионы (железо, медь, марганец) входят в состав многих жизненно важных ферментов и участвуют в обмене веществ. Особенно ценится наличие в винограде полезных микроэлементов(бор, фтор, рубидий, молибден и др.) Примерное содержание в виноградном сусле основных минеральных веществ показано в табл. 2.1.3.

Избыточное содержание некоторых микроэлементов (хлор, SO₃, SO₄, цинк, медь, свинец и др.) нежелательно по санитарно – гигиеническим соображениям, а содержание кальция, железа, алюминия, меди ограничивается также по технологическим причинам – чтобы исключить переокисление или помутнение готовой продукции.