Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Дрожжевое брожение виноградного сусла

Виноделие является биотехнологическим производством, связанным с жизнедеятельностью дрожжей, в основе которой лежат биохимические превращения углеводов (сахаров) и продуктов их первичного метаболизма.

Дрожжи

Дрожжи являются одноклеточными организмами группы эукариот, обладающих в отличие от бактерий (прокариот) ядром.

Основной единицей в классификации дрожжей является раса (штамм). Это чистая культура, выделенная из одной клетки. Расы объединяются в виды (species), виды - в роды (genus, genera), а роды - в семейства.

По сравнению с другими микроорганизмами дрожжи являются довольно крупными формами (длина - 1-10 мкм; диаметр - 1-8 мкм).

Большая поверхность клеток определяет интенсивность их метаболизма и процесса обмена веществ с окружающей средой. Масса дрожжевых клеток в 500 кг способна за сутки синтезировать 50 т белка, в то время как животное с равнозначной массой может произвести всего 0,5 кг.

Дрожжевая клетка имеет то же строение, что и клетки животных и растений - в коллоидном растворе цитоплазмы располагаются органеллм: ядро, хромосомы, митохондрии, вакуоли, аппарат Гольджи.

Наряду с органеллами в цитоплазме имеются эндоплазматический ретикулум (эндоплазматическая сеть) и включения, то есть временные образования углеводной и липоидной природы.

Между внутренней поверхностью клеточной стенки и внешней поверхностью цитоплазматической мембраны находится ряд ферментов. В основном это гидролитические ферменты, в том числе /? -фруктофуранозидаза (инвертаза) и кислая фосфатаза.

В химический состав клеточной стенки (оболочки) входят белково- полисахаридные комплексы, фосфаты и липиды.

Цитоплазматическая мембрана осуществляет несколько функций: действует как осмотический барьер, регулирует транспорт питательных веществ в клетку и удаление из клетки продуктов обмена, локализует на себе некоторые ферменты и рибосомы, выполняет биосинтез некоторых компонентов клеточной стенки.

Перенос в клетку необходимых для ее жизнеобеспечения веществ осуществляют с затратой энергии находящиеся на мембране белки-переносчики - пермеазы. Некоторые вещества проникают в клетку за счет самопроизвольной диффузии без затрат энергии.

Сбраживание сахаров дрожжами тесно связано с размножением и ростом клеток дрожжей. Поэтому они нуждаются в питании. Углеродное питание обеспечивают углеводы, органические кислоты, в ряде случаев СОг и углеводороды. Большинство видов винных дрожжей сбраживают глюкозу, фруктозу, мальтозу, сахарозу и галактозу; рафинозу используют частично, а лактозу, мелибиозу, пентозы, декстрины и крахмал совсем не сбраживаются.

Углеводородно-окисляющие дрожжи рода Candida могут активно потреблять парафины, что используются в технологии производства кормового белка.

Азотное питание связано с ассимиляцией аммонийных солей неорганических (Н2СО4, Н3РО4) и органических кислот, аминокислот и мочевины. Большинство дрожжей не усваивают нитраты.

Для питания дрожжей необходимы также неорганические элементы: фосфор, сера, калий, кальций и др. Рост бактерий стимулируют витамины, особенно витамины группы В, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания.

Виноградное сусло в отличие от пивного, сбраживаемого на селекционированных дрожжах, часто сбраживает самопроизвольно (спонтанно). В свсжсотжатом сусле присутствуют представители разных групп микроорганизмов, попадающие в него с поверхности ягод и гребней при переработке винограда. Большую часть микрофлоры составляют мицслиальные 1рибы (76-90%), дрожжи (9—22%) и значительно меньшую часть - неспоровые и споровые бактерии, актиноми- цеты и микобактерии.

Высокая кислотность виноградного сока (pH 2,7-3,8) создает неблагоприятные условия для жизнедеятельности большинства групп микроорганизмов, и поэтому в сусле они обычно не размножаются. Наиболее кислотовыносливыми являются дрожжи и мицелиальные грибы. Обедненное кислородом сусло и накопленный спирт подавляют развитие мицеллиальных грибов, но для жизнедеятельности дрожжей условия остаются благоприятными.

Среди различных семейств, родов и видов дрожжей существуют сложные конкурентные взаимоотношений, поэтому в процессе спонтанного брожения виноградного сусла постоянно меняется состав активной дрожжевой флоры.

К концу брожения жизнедеятельными остаются только спирто- выносливые виды дрожжей. Однако продукты обмена всех дрожжей, участвующих в брожении, оказывают влияние на качество вина.

В начале брожения в сусле доминируют апикулятусы, составляющие 90-95% всей микрофлоры. После накопления в бродящем сусле 2-4% (об.) спирта апикулятусы прекращают свою жизнедеятельность, а винные дрожжи - сахаромицеты - продолжают размножаться и доводят брожение до конца.

Дрожжевая флора винограда в различных регионах Земли чрезвычайно разнообразна, но даже флора сусел одного и того же района неодинакова.

Большинство дрожжей, применяемых в бродильной промышленности для получения вина, принадлежит к роду Saccharomyces Меуеп, включающему 18 видов. Они хорошо сбраживают растворы сахаров и накапливают этанол до 18% (об.).

В виноградном соке хорошо развиваются чистые культуры S. Oviformis, сбраживая почти полностью содержащиеся в нем сахара и образуя около 18% спирта. К этому виду принадлежат дрожжи шампанского производства.

Технология игристых вин, связанная со сложными биохимическими процессами, требует правильного выбора чистых культур дрожжей и режимов их культивирования. При производстве шампанского дрожжи находятся в более жестких условиях, чем при сбраживании виноградого сусла. Они начинаются размножаться в вине при относительно низких температурах (10-12°С) при объемной доле спирта 10- 12% и содержании сернистой кислоты 80-120 мг/дм3. Процесс развивается при р 3,1-2,9 и требует применения кислотовыносливых рас дрожжей.

Понижение температуры в процессе шампанизации способствует насыщению вина углекислым газом и формированию высококачественных органолептических свойств. Давление ССЬ достигает 5-6 кг/см" (5 бар), для чего нужно сбродить 20-24 г/л сахарозы. При давлении 7 кг/см2 брожение уже невозможно.

Давление СО2 оказывает сильное ингибирующее действие на рост дрожжей и замедляет скорость сбраживания. Накопление в бродящем сусле спирта также тормозит размножение дрожжей, и при достижении его концентрации порядка 12% размножение прекращается.

Для насыщения напитков углекислым газом в ряде случаев используют процесс яблочно-молочного брожения.

В производстве хересных вин используют разновидности дрожжей S. Oviformis, способные образовывать на поверхности вина пленку. На первом этапе они вызывают брожение сахаров с накоплением спирта до концентрации 17,6%. По окончании брожения в общей массе дрожжи продолжают развиваться на поверхности вина в виде пленки. При этом осуществляется окисление спирта в ацетальдегид (до 700 мг/л), сопровождающееся накоплением ацеталей и летучих эфиров, в результате чего вино приобретает хересный тон. Процесс протекает при 18-20°С в условиях доступа кислорода воздуха.

Наиболее распространенным видом дрожжей для сбраживания соков плодов и ягод является Saccharomyces vini Meyen, а при производстве спирта в пивоварении и в хлебопекарной промышленности применяют Saccharomyces cerevisiae Meyen (S. cerevisiae).

Дрожжевая флора плодово-ягодных сусел и вин идентична микрофлоре виноградных виноматериалов: в начале самопроизвольного процесса брожения преобладают апикулятусы, а затем дрожжи- сахаромицеты. Главное различие этих бродильных систем заключается в том, что в плодово-ягодных соках часто размножаются дрожжи Schizosaccharomyces acidodevoratus, которые разлагают яблочную кислоту и вызывают нежелательный процесс кислотоснижения.

Дрожжи рода Pichia вызывают заболевание столовых вин («цвель») и помутнение вин, разлитых в бутылки. Порчу вин вызывают также мицелиальные (плесневые) грибы. К ним относят микроскопические грибы-сапрофиты, питающиеся веществами отмерших растительных остатков и образующие на их поверхности налеты. В вине мицелиальные грибы не размножаются, но вино, налитое в тару со следовыми количествами и запахом плесени, становится испорченным.

В виноделии нашли применение некоторые ферментные препараты, продуцируемые грибами рода Aspergillus, с целью интенсификации биохимических процессов при созревании вин.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>