В состав винограда и вина включены химические соединения различных классов: углеводы, органические и ароматические кислоты, фенолы и их гидроароматические производные, азотистые, минеральные и другие вещества.

Биохимия вина изучает сущность ферментативных процессов, происходящих при изготовлении вина. Знание механизма ферментативных реакций на стадиях формирования и образования вина позволяет управлять технологическими процессами.

9.1. Химический состав винограда и сусла

В ягодах винограда содержатся сахара, главным образом глюкоза, фруктоза и сахароза, органические кислоты, ферменты, витамины, азотистые и фенольные вещества – всего более 400 компонентов.

Самыми массоемкими представителями моносахаридов в ягодах винограда являются D-глюкоза и D-фруктоза (10-30% и более). В основном фотосинтез углеводов виноградной лозы осуществляется в зеленых листьях.

В начале формирования ягод винограда содержание моносахаридов составляет около 1% и представлено в основном глюкозой. Фруктоза появляется позже, и в период налива ягоды соотношение глюкозы к фруктозе приближается к единице.

Большинство штамов дрожжей предпочтительнее сбраживают глюкозу, хотя отдельные виды, например, сотернские дрожжи, лучше сбраживают фруктозу.

Из ряда олигосахаридов, включающих до 12 звеньев моносахаридов (полисахаридов I порядка), в винограде больше всего содержится сахарозы. В незначительных количествах присутствуют также мальтоза, целлобиоза и трисахарид рафиноза.

Азотистые вещества винограда состоят из органических и минеральных форм азота. К первым относятся белки, полипептиды, аминокислоты, амиды и амины, а ко вторым – нитраты, нитриты и аммиачные соли (всего 2,3-10,0 г/л сока).

Основная доля азота приходится на аминокислоты и полипептиды (38-78%). Минеральные формы азота составляют 5-15%.

В ягодах винограда содержится значительное количество органических кислот, представленных главным образом винной и яблочной кислотами. В небольших количествах присутствуют также уксусная, лимонная, янтарная, гликолевая, щавелевая и др. кислоты. Благодаря создаваемой ими кислотности в сусле подавляется развитие болезнетворных микроорганизмов и создаются благоприятные условия для деятельности винных дрожжей.

В растениях, в том числе в винограде, встречаются разнообразные фенольные соединения моно-, олиго- и полимерного характера.

Мономерные фенольные соединения подразделяются на соединения С₆–С₁-, С₆–С₃- и С₆–С₃–С ₆-рядов. Например:

Виноград содержит эфирные масла, придающие ему своеобразный аромат. В основном они сосредоточены в кожице и во внешних слоях мякоти винограда. При переработке винограда эфирные масла переходят в сусло, а затем в вино и участвуют в формировании букета напитка.

9.2. Биохимические процессы на стадии

приготовления сусла
Процесс образования вина состоит из следующих стадий: переработка винограда на прессах, ферментация сусла (сока с включением мякоти) и мезги, спиртовое брожение, формирование, созревание и старение вина (М.А.Герасимов, 1939 г.).

На стадии разрушения растительных клеток виноградный сок и мезга насыщаются кислородом. Ягоды винограда содержат ферментативные окислительные системы. Все это обусловливает прохождение окислительных процессов.

При выдержке сусла в аэробных условиях в течение 12 ч. содержание фенольных соединений заметно уменьшается, а количество хинонов увеличивается и достигает 10 мг/л.

По сравнению с катехинами антоцианы и антоцианиды окисляются в меньшей степени. Виноделие является биотехнологическим производством, связанным с жизнедеятельностью дрожжей, в основе которой лежат биохимические превращения углеводов (сахаров) и продуктов их первичного метаболизма.

Основную роль в обмене веществ дрожжевой клетки играют анаэробный и аэробный распад углеводов.

При сравнении бродильных свойств рас винных (S. vini) спиртовых (S. cerevisiae) и пивоваренных (S. carlsbergensis) дрожжей установлено, что винные дрожжи наряду с большей спирто­устой­чи­востью и способностью сбраживать более высокие концентрации сахаров, нуждаются в относительно большем доступе воздуха. При­чем, в ряду видов дрожжей, используемых в виноделии, дрожжи S. vini обладают наиболее высокой степенью анаэробиоза.

Виноградные ягоды ко времени созревания заселяются не только дрожжами, но и различными видами бактерий. Однако развитие бактерий в сусле и вине сильно подавляются в связи с высокой кислотностью и осмотическим давлением сахаров. Действие осмотического давления обусловлено тем, что высокая концентрация сахаров в сусле способствует обезвоживанию клеток бактерий.

Бактерицидное действие вина усиливается с повышением концентрации спирта и рН среды. Бактерии туберкулеза, тифа, холерные вибрионы и кишечная палочка погибают в нем, причем, в белом вине гораздо быстрее (за 15-20 мин.), чем в красном (2-4 час.).

В вине могут развиваться только бактерии, выдерживающие рН 2,5-4,5 и концентрацию спирта 12-18%. К ним относятся некоторые виды молочно-кислых бактерий, вызывающих молочнокислое, яблочно-молочное и маннитное брожение, а также отдельные штамы уксуснокислых бактерий.

Молочно-кислые бактерии делятся на гомоферментативные (L.plantarum, L.casei и др.) и гетероферментативные (палочки –L.вBuchneri, L. вrevis. L. hilgardii; кокки – Leuconostos mesenteroides, Leuc. Citrovorum, Leuc. vini, Leuc. gracile и др.).

Молочнокислому брожению подвергаются все типы вин: сухие столовые, полусладкие, десертные и в особенности крепкие, а также яблочные вина.

Типичные гомоферментативные бактерии превращают около 95% глюкозы в молочную кислоту обычным путем гликолиза.

Гетероферментативное молочнокислое брожение выражается общей схемой:

Пировиноградная кислота частично декарбоксилируется с образованием уксусного альдегида.

В результате превращений уксусного альдегида и пировиноградной кислоты образуется янтарная и уксусная кислоты.

Важным, а по мнению некоторых специалистов единственно полезным процессом, который осуществляется молочнокислыми бактериями в вине, является яблочно-молочное брожение (ЯМБ), вызывающее понижение кислотности в высококислотных винах. Превращение двухосновной яблочной кислоты в одноосновную – молочную кислоту снижает кислотность вина (рН повышается).

Уксуснокислые бактерии вызывают соответствующее брожение, суть которого заключается в окислении этанола в уксусную кислоту.

+ 489 кДж

9.5. Вопросы для самоконтроля

43. Покажите химический состав винограда и сусла. Какую функцию выполняют в виноматериалах фенольные соединения?

44. Какие биохимические процессы протекают на стадии приготовления виноградного сусла?

45. Опишите характерные признаки дрожжевого брожения сусла. Какие классы органических соединений образуются в виноматериале в результате брожения?

46. Какие виды бактериального брожения имеют место в виноматериалах и как они влияют на качество конечного продукта? Уксусное окисление и «цвель» вина.