Геок В.Н. – доцент кафедры виноделия и ТБП

Лекция «Обеспечение биологической стабильности

Натуральных столовых полусухих и полусладких вин»

(4 часа)

Геок В.Н. – доцент кафедры виноделия и ТБП

 

Столовые полусухие и полусладкие вина относятся к категории биологически неустойчивых вин, т. е. склонных к забраживанию.

КЕ =9*4,5+5=45,5

Для остановки брожения и обеспечения стабильности виноматериалов к забраживанию могут быть использованы следующие методы (в первичном виноделии):

1. Введение химических консервантов [43, 77];

2. Биологические методы:

2.1. Биологическое азотопонижение путем повторяющихся циклов забраживания и фильтрации [116, 117, 118];

2.2. Регулирование режима аэрации бродящего сусла

2.3. Внесение оптимальных доз засевных дрожжей.

3. Тепловые обработки:

3.1.охлаждение до температуры, при которой жизнедеятельность дрожжей прекращается (около 0⁰С) [43];

3.2. нагревание до температуры 60-70⁰С (пастеризация), приводящее к гибели дрожжей [48, 86, 104, 167];

4. Обработка сусла перед брожением или при остановке брожения оклеивающими веществами [81, 108, 130, 138];

5. Дробная сульфитацияпри переливках с декантацией с дрожжевого осадка и фильтрацией;

6. Физические методы отделения дрожжей:

   6.1.Центрифугирование, фильтрование через диатомит;

  6.2. Стерилизующая фильтрация после предварительной грубой фильтрации;

7. Создание в вине повышенной концентрации СО₂ за счет насыщения его углекислотой брожения или сатурации [34, 72];

Многие авторы указывают на то, что введение в вино консервантов –  сорбиновой кислоты, горчичного порошка, сернистой кислоты и других в дозах, гарантирующих биологическую стабильность отрицательно сказывается на вкусе и букете [36, 37, 43, 74].

1. Испытания современных химических консервантов показали, что при умеренной сульфитации (90 мг/дм³ общей и 7 мг/дм³ свободной Н₂SО₃) остаются стабильными и не приобретаютпосторонних оттенков в аромате и вкусе только образцы с применением 5-НФА, но в настоящее время использование препарата 5-НФА в пищевой промышленности запрещено. Юглон и плюмбагин можно применять только совместно с повышенной дозой сульфитации (до 24 мг/дм³свободной и 160 мг/дм³ общей Н₂SО₃). По этой причине биологические методы стабилизации столовых полусладких вин считаются более прогрессивными [6, 19, 27, 78].

2. Биологические методы  стабилизации полусухих и полусладких к забраживанию (методы биологического азотопонижения)

2.1. Метод биологического азотопонижения путем повторяющихся циклов забраживаний и фильтрований, который приводит к такому положению, когда дрожжи практически лишаются азотного питания, необходимого для их роста и размножения. Обедненная питательными веществами среда имеет повышенную устойчивость к забраживанию [117, 124].

2.2. Снижение массовой концентрации аминного азота путём регулирования режима аэрации бродящего сусла.

Из курса микробиологии известно, что в анаэробных условиях дрожжи превращают сахара (гексозы) через цепь сложных преобразований в этиловый спирт и сахара. В реакциях участвуют различные ферменты. На последних стадиях брожения образуется пировиноградная кислота, затем из неё – уксусный альдегид, из которого при помощи фермента алкогольдегидрогеназы образуется этиловый спирт и СО₂, т.е в анаэробных условиях проходит процесс брожения.

В аэробных условиях из пировиноградной кислоты по циклу трикарбоновых кислот (промежуточные продукты – органические кислоты: уксусная, лимонная, изолимонная, а-кетоглутаровая, янтарная, щавелево-уксусная) образуется СО₂ и Н⁺

СН₃СОСООН + 3Н₂О       3СО₂ + 10Н⁺ суммарная реакция

      ^{пируват}

Окисление происходит за счёт кислорода воды и отщепления атома Н⁺. Азот дыхания осуществляется путём ОВ-реакций между водородом, который в цикле Кребса отщепляется от карбоновых кислот молекулярным кислородом. Пока в бродящем сусле имеется растворённый кислород, параллельно с брожением осуществляется процесс дыхания.

В бродящем сусле с увеличением концентрации дрожжей скорость потребленитя кислорода на дыхание клеток возрастает и происходит обескислороживание среды.

В момент остановки брожения в недоброде содержится значительное количество углекислого газа. Изучением влияния избыточного СО₂ на рост и бродильную функцию винных дрожжей занималась С. А. Кишковская [83]. Она установила, что углекислый газ стимулирует рост и бродильную функцию дрожжей, но тормозит их размножение и дыхание. Однако усиление бродильной активности не столь велико, чтобы компенсировать падение скорости сбраживания виноградного сусла, которое вызвано слабым размножением дрожжей и высокой степенью их отмирания.

С. А. Кишковская установила, что под действием избытка СО₂ дрожжи перестраивают свой обмен на более анаэробный тип. Степень угнетения функции размножения дрожжей у разных рас неодинакова и зависит от степени их анаэробиоза. Наименьшим коэффициентом анаэробиоза обладает раса Феодосия 1-19.

В бескислородных условиях на небольшую биомассу расходуется и небольшое количество азотистых веществ, поэтому в таких виноматериалах содержание азота выше. Высокая потребность в аминокислотах при аэробном брожении приводит к получению виноматериалов с низким содержанием азотистых соединений [97, 124, т.к. усиливается функция размножения. В аэробных условиях происходит наращивание биомассы дрожжей и расходуются аминокислоты. В анаэробных – повышается потребление аминного азота единичной клеткой, повышается бродильная способность. Нами рекомендовано чередовать аэробный и анаэробный режим брожения.

Установлено, что в начале брожения при размножении клеток расход азотистых веществ значительно выше, так как они используются на построение дрожжевых клеток. В дальнейшем, вследствие повышения в среде спирта и углекислоты размножение замедляется, и азот расходуется только на поддержание жизнедеятельности и выполнение бродильной функции.

При выбраживании в потоке сусло попадает в среду, где размножение клеток затруднено (высокое содержание спирта и СО₂). Скорость брожения не меняется из-за работы дрожжевых клеток, которые уже находились в бродящем сусле. Потребление азота при поточном способе брожения снижается, и содержание его в виноматериалах, полученных таким способом в 2 раза выше, чем при периодическом сбраживании [33, 43].

Брожение сусла для белых столовых вин при пониженных температурах (14…18⁰С) приводит к пониженному содержанию общего и аминного азота  [43].

2.3. Метод биологического азотопонижения – внесение оптимальных доз засевных дрожжей.

Установлено, что дозы засевных дрожжей способствующие наибольшему снижению азота определяются интервалом значений от 10 до 40 г/дм³.

Л. Т. Ермачкова и А. А. Мартаков предложили регулировать содержание азотистых веществ в винах путём внесения определённых доз засевных дрожжей. Они определили, что дозировка дрожжей величиной 20 г/дм³ обеспечивает вывод из сусла за 1 генерацию практически возможного содержания азота в кратчайший срок [74]. Результаты исследований З. Ю. Бажаева подтвердили эти данные [19]. Такие дозы позволяют избежать обогащения виноматериалов азотистыми соединениями вследствие различного физиологического состояния дрожжевых клеток

 При приросте биомассы до 48 г/дм³, содержание общего азота достигает своего минимума. Затем концентрация общего азота начинает возрастать, что объясняется экстракцией азотистых веществ с поверхности клеток в условиях повышенных концентраций спирта. Содержание азота в среде быстро нарастает и тем интенсивнее, чем больше исходная доза дрожжей. Это может происходить также по причине автолиза дрожжей [34, 74].

Своевременным отделением дрожжевой массы от виноматериала-недоброда можно достичь наибольшего снижения концентрации азотистых веществ, а следовательно, и биологической стабильности вин.

3. Способ остановки брожения – тепловые обработки.

3.1. Охлаждение бродящего сусла до температуры 0…-2⁰С. Дрожжи при такой температуре прекращают жизнедеятельность и выпадают в осадок. Охлаждение не оказывает существенного отрицательного влияния на качество вин.

3.2. Тепловая обработка виноматериалов-недобродов способствует остановке брожения, так как дрожжевые клетки при температуре выше 36⁰С приостанавливают свою жизнедеятельность, а при температуре выше 40⁰С вовсе погибают [136].

Некоторые авторы для подавления жизнедеятельности различных микроорганизмов, в том числе дрожжей, предлагают тепловую обработку [86, 104]. Кроме того, нагревание мезги, сусла и виноматериалов позволяет снизить содержание белкового и аминного азота. При нагревании происходит денатурация белка. Аминный азот снижается в результате сахароаминных реакций, в результате которых происходит образование различных ароматических веществ и меланоидинов. Это приводит к появлению карамельных тонов и потемнению среды [87]. Внесение сернистой кислоты приостанавливает ход меланоидинообразования, защищая вино от появления карамельных тонов, но не прекращает образования промежуточных продуктов в начальный период сахароаминной реакции. Следовательно, расход аминокислот на эту реакцию не снижается, диоксид серы только препятствует течению реакции до конечных продуктов [47, 87]. При этом достаточно небольшой дозы сульфитации – 50 мг/дм³ общей сернистой кислоты. При аэрации возможно окислительное дезаминирование аминокислот. 

Исследования Е. С. Дрбоглава и Н. И. Глониной показали, что в процессе тепловой обработки, даже в присутствии достаточного количества кислорода, признаков окисления не наблюдается до тех пор, пока в нём имеется свободный сернистый ангидрид. Следовательно, если при тепловой обработке вино нужно максимально предохранить от окисления, то в процессе всей обработки в нём следует поддерживать определённый уровень содержания свободного сернистого ангидрида [71]. При нагревании концентрация Н₂SО₃ в сусле или вине снижается

4. Значительного снижения содержания азотистых веществ удаётся добиться обработкой сусла перед брожением или при остановке брожения оклеивающими веществами, тепловой обработкой и внесением ферментных препаратов [16, 88]. Наибольший эффект удаления общего, аминного и белкового азота получен при оклейках сусла бентонитом, ПВП [48, 130, 133, 187].

Длительный контакт сусла с бентонитом придаёт продукту землистый привкус и вызывает кальциевые помутнения. Ускорения осаждения можно достичь использованием полиакриламида (ПАА) [16, 74, 133, 217]. Однако, при этом удаляется большая часть фенольных веществ, что нежелательно для красных вин. К тому же высокое содержание фенольных веществ вызывает существенное увеличение дозы оклеивающих веществ.

 Полиэтиленоксид (ПЭО), полиакриламид (ПАА) и альгинат натрия являются малоэффективными реагентами для удаления дрожжевых клеток. Хорошие флокулянты клеток – натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Nа-КМЦ), поливинилпирролидон (ПВП), поливинилполипирролидон (ПВПП), а также минеральные гидроколлоиды (бентонит, продукт АК). Высокая эффективность сильных анионных полиэлектролитов кажется неожиданной из-за наличия у клеток отрицательного заряда. Однако она объясняется присутствием на поверхности клеток адсорбированных молекул питательных веществ среды [16].

Хорошие результаты по удалению микроорганизмов даёт комбинированное осветление по схеме флокулянт + сепарирование, при котором возможно быстрое отделение биомассы и получение плотных осадков [16, 56, 192]. При отделении биомассы можно использовать диатомитовую фильтрацию.

Обработка сусла и мезги комплексными ферментными препаратами пектолитического действия рекомендуется для белых сортов винограда, содержащих повышенное количество пектиновых и белковых веществ, в сочетании с обработкой бентонитом [21, 24, 28, 49, 76, 105, 125]. При внесении ферментных препаратов (Пектофоетидин П10Х) при приготовлении белых полусладких натуральных вин в целом показатели качества продукции улучшаются, но в ферментированном сусле увеличивается количество аминокислот [107].

5. Дробная сульфитация при переливках с декантацией с дрожжевого осадка или фильтрацией.

Литературные данные свидетельствуют о подавляющем действии на микроорганизмы свободной формы сернистой кислоты. Увеличение общего её содержания в виноматериале на жизнедеятельность микроорганизмов, в том числе дрожжей, заметного влияния не оказывает [49, 136].

Изучение возможности замены сернистой кислоты на безвредную для здоровья человека аскорбиновую кислоту показало, что эффективность её действия зависит от физико-химических показателей виноматериала и от температуры. При повышенном содержании солей железа, кислорода, пониженной кислотности, высоком значении рН и повышенных температурах происходит снижение качества вин. Образующаяся при окислении аскорбиновой кислоты перекись водорода обусловливает снижение содержания свободной сернистой кислоты. Присутствие перекисей интенсифицирует окисление компонентов вина, которые не реагируют непосредственно с растворённым кислородом [84].

6. Физические методы отделения дрожжей.

6.1. Центрифугирование и фильтрация.

Грубую фильтрацию можно осуществлять на пластинчатых фильтр-прессах с использованием плотной фильтрующей ткани – бельтинга.

Однако это очень трудоёмкий процесс, т.к. бельтинг быстро забивается. Кроме того, это приводит к большим потерям виноматериалов. Лучше для отделения дрожжей в бродящем сусле использовать дисковый намывной фильтр. В качестве фильтрующего материала для сусла рекомендуется использовать перлит, а для виноматериалов –диатомит.

6.2. Стерилизующая фильтрация (или обеспложивающая после грубой фильтрации. Осуществляется через мелкопористый фильтр-картон для обеспложивающей  фильтрации.

7. Создание в виноматериале после остановки брожения повышенной концентрации СО₂ за счёт насыщения его углекислотой брожения или сатурации. Пузырьки углекислого газа, адсорбируясь на поверхности дрожжевых клеток, препятствуют поступлению в них питательных веществ. Это и способствует стабилизации виноматериалов к забраживанию. Ёмкости плотно закрывают. Однако, для сохранения сахаров, виноматериал требуется хранить при низких температурах. При хранении виноматериалов углекислый газ способствует стабильности к микробиальным помутнениям [72].

Большое влияние на содержание азотистых веществ в сусле имеет способ переработки винограда. В технологии многих столовых вин, особенно красных, предусматривается контакт сусла с мезгой для перехода в сусло из виноградной ягоды ароматических и фенольных веществ. При длительном контакте с твёрдой фазой в сусло переходит большое количество азотистых веществ. С другой стороны, белки адсорбируются на твёрдых поверхностях, образуя комплексы с нерастворимыми полисахаридами (например. с целлюлозой). При брожении мезги в технологии красных виноматериалов отмечается снижение азота [51].

Биологическая стабильность готового вина может быть достигнута инактивированием микроорганизмов следующими способами:

а) пастеризация. В настоящее время под пастеризацией понимают нагревание вина в бутылках при определенном режиме путем прохождения его через туннельный пастеризатор;

б) горячий розлив. При этом методе вино нагревается до необходимой температуры непосредственно перед розливом;

– внесение химических консервантов;

– обработка ультразвуком, инфракрасными и ультрафиолетовыми лучами;

– стерилизующая фильтрация (мембранный фильтр «Zeitr-10» или использование фильтр-картона для обеспложивающей фильтрации) [205, 222, 226, 227].

Из всех методов достижения биологической стойкости полусладких вин наиболее приемлемы с точки зрения безвредности для здоровья человека тепловая обработка готового вина и стерильная обеспложивающая фильтрация [109]. Эти методы не оказывают отрицательного влияния не только на здоровье человека, но и на качество вина. Обработка вин теплом имеет повсеместное распространение в силу доступности и дешевизны.

Г. Д. Ратушный указывает, что холодный розлив с бутылочной пастеризацией позволяет получать столовые полусладкие вина, стойкие к биологическим помутнениям без заметного ухудшения вкуса и аромата. По мнению автора, недостатком горячего розлива является появление в винах уваренных тонов за счёт продолжительного действия тепла и аэрации при розливе.

Для бутылочной пастеризации используются теплообменники непрерывного действия.

 Хороший способ придания биологической стойкости бутылочному вину – стерильный розлив, который не изменяет его состава и вкусовых свойств [48, 174, 205].

Установлена зависимость температуры пастеризации от объёмной доли спирта в вине [95]: Т₀= 75-1,5Q, где Т₀- температура, необходимая для гибели вредной микрофлоры для вина – дрожжей, бактерий; 75 – температура стерилизации сусла; 1,5 – эмпирический коэффициент, показывающий зависимость температуры пастеризации от содержания в винах спирта. Повышение содержания спирта в вине на 1% об. позволяет понизить температуру его пастеризации на 1,5⁰С; Q – крепость вина, % об. [95].

Горячий розлив наиболее целесообразно использовать для биологической стабилизации красных столовых вин, но можно применять и для белых. Бутылочную пастеризацию следует применять для стабилизации белых тонких столовых полусладких вин.

Для биологической стабилизации готовых столовых вин применяется мембранная фильтрация. Использование мембран с порами 0,3 мкм и менее даёт гарантированную стабильность вин к микробиальным помутнениям. Мембраны с порами от 0,3 до 0,45 мкм полностью задерживают дрожжи, но пропускают уксусно-кислые бактерии. Разработаны методы баромембранной технологии (обратный осмос, ультра- и микрофильтрование) [119, 134, 135, 204, 227]. Но эти методы фильтрации виноматериалов широкого распространения не получили из-за дороговизны и быстрой забиваемости мембран.

Для отделения микроорганизмов используется также мелкопористая (обеспложивающая) фильтрация [106, 140, 204].

Спирт, кислотность и танин вина так же, как и температура, способствуют уничтожению микроорганизмов [95]. Красные виноматериалы микробиологически более стойкие, чем белые. Фенольные вещества адсорбируются дрожжевыми клетками и негативно влияют на них.

Большое число научных работ касается применения для биологической стабилизации инфракрасных, ультрафиолетовых и ультразвуковых волн [5, 98, 99, 204, 213]. Под воздействием лучей микроорганизмы погибают. Однако отмечено ухудшение качества виноматериалов, подвергавшихся воздействию ультрафиолетовых лучей [5, 43, 58, 124]. К тому же лучи не проникают в глубокие внутренние слои жидкости, а воздействуют только на внешние.

Использование электромагнитных полей сверхвысокой частоты (СВЧ) позволяет обрабатывать одновременно весь объём продукции. Испытания СВЧ – обработки в сочетании с инертными газами дали положительные результаты [55].