CC BY
108
ДДИННОВАЦИОННЫ^ЕХНОЛОШИ
УДК 663.252.414.4
Аминокислотный состав красных столовых вин,
полученных с использованием штамма БассЬаготусез сегеу1Б1ае ВКПМ У-4270
С. Ц. Котенко, канд. биол. наук; Э.А. Халилова, канд. биол. наук; А.А. Абакарова; Д.А. Аливердиева, канд. биол. наук
Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, г. Махачкала Ю. Л. Пальян
Дербентский завод игристых вин
Постоянное совершенствование технологии для повышения качества и расширения ассортимента винной продукции - необходимое условие конкурентоспособности вин в условиях изменяющихся потребностей рынка. В благоприятных климатических условиях Дагестана произрастает виноград сорта Каберне, из которого получают качественные столовые вина. Каберне дает густоокрашенные, полные, бархатистые на вкус вина со средней крепостью 10 - 11 об% и кислотностью 7 - 8 г/дм3. Важное значение на стадии формирования
вина имеют азотистые соединения -главные составляющие процесса спиртового брожения. Содержание аминокислот винограда и вина составляет 50 % и более от общего содержания азота и зависит от сорта винограда, почвы, удобрений, климатических условий и штаммов дрожжей, которые используются в процессе брожения. Различная концентрация аминокислот в винах обусловлена индивидуальными особенностями штаммов.
Большой интерес для получения высококачественных красных вин
впал«!« | Т 1и
Subiunircota jMfiii Söll AS 2.1ЭИ iSSiitaoad UNA pv.psliä ¡rqwKr. inlcmil ииийоЗ 1рнг 1 --йимпч^а illtrnn
— jsiamalal UIUVH
Sukioarcts aurfoitt IIS nkiiKul RiiA ря^ stqume
нацмаДОню
I- №«i4dHI
mijultl (Ikn «М!г«агЭ1яш
tdlQiBjJiHiT
Sa«ksaT«icaiiHi*EtngCBS 117] ISnlweiHl RNA pw. vyxxc
Рис. 1. Филогенетическое положение штамма S. cerevisiae Y-4270
представляет сравнительным анализ биологической активности специальных селекционных региональных штаммов дрожжей, способных сбраживать среду с богатым комплексом фенольных, минеральных и ароматических компонентов и регулировать окислительно-восстановительные процессы [1, 2, 3, 4]. Чтобы сохранить специфику региональных вин и повысить их качество, в последнее время проводятся активные исследования вновь выделенных местных штаммов дрожжей.
Цель работы - изучение влияния штамма Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-4270 на аминокислотный состав красных столовых вин.
Объектами исследований стали: новый селекционный штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-4270 (опыт) и Saccharomyces cerevisiae Дербентская-19 (контроль), вина из винограда сорта Каберне урожая 2016 г. Селекция штамма и приготовление вина проводилось на ОАО «Дербентский завод игристых вин» в цехе микровиноделия по классической технологии столовых вин [5]. По окончании брожения были определены их физико-химические, биохимические и органолептические показатели по стандартным методам принятым в энохимии [6 - 11].
Аминокислотный состав определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на аминокислотном анализаторе «Biodnrom 30» (Япония) с колонкой 200,0х4,6 мм ULTROPAC 8 мкм при использовании цитратных буферов в качестве подвижной фазы [12]. Молекулярно-генетические исследования, идентификация и депонирование нового штамма с выдачей паспорта Y-4270 проведены в ВКПМ ГосНИИ Генетика (г. Москва). Таксономическая принадлежность штамма определена по фенотипическим признакам до вида по определителю Кудрявцева [13]. Видовая идентификация штамма Y-4270 осуществлена на основе анализа нуклео-тидных последовательностей ITSI-5 8S-INS2 региона на рДНК. Выделение ДНК и проведение ПЦР выполнялось по стандартной методике, описанной в работе. Для амплификации были использованы праймеры ITSIF (5-CTTGGTCATTTAGAGAACTA) и NL4 (5GGTCCCTGTTTCAAGCGG). Видовая идентификация осуществлялась сравнением полученных нуклеотид-ных последовательностей с данными, имеющимися в генбанке NCBI (www.ncbi.nlm.nik.dov) и базе данных CBS (www.cbs.knaw.nl).
По результатам проведенного анализа нуклеотидной последова-
тельности, кодирующей часть 18Б рРНК исследуемого штамма, установлено, что он наиболее близок к виду 5. сегеу'15':ае (99%) (рис. 1).
В диапазоне температур (27... 29 °С) и содержании диоксида серы в пределах 125 мг/дм3 брожение сусла и мезги на селекционном штамме осуществлялось более активно. Показатели продуцируемого спирта свидетельствовали о более высокой ферментативной активности и хорошей спиртообразующей способности штамма У-4270. В опытном образце содержание спирта 11,5 % об и остаточного сахара 0,15 г/100 см3 способствовало не только высокому качеству вина, но и сохранению в дальнейшем его микробиологической стабильности. Гармоничная кислотность в опытном образце, имеющая величину 7,0 г/дм3, влияла на биохимические свойства красного столового вина [14].
Одним из важных показателей качества вин является содержание в них аминокислот. Исследование аминокислотного состава вин, полученных с использованием штаммов 5. сегеу'15':ае У-4270 (опыт) и 5. сегеу'15':ае Дербенская-19 (контроль), показало идентичный качественный состав аминокислот, значительно отличающийся по содержанию (таблица). Обнаружено, что общая сумма аминокислот в опытном образце вина в 1,8 раза превышала контрольные показатели.
Идентифицировано по 20 аминокислот, среди которых:
• алифатические кислоты, в которые входят: монокарбоновые - глицин, аланин, валин, лейцин, изо-лейцин; оксиаминокислоты - серин, треонин; амиды моноаминодикарбо-новые - аспарагин, глутамин; серосодержащие - метионин; диамино-карбоновые - лизин, аргинин;
• ароматические кислоты - фе-нилаланин, тирозин, триптофан, гистидин;
• гетероциклические кислоты -триптофан, гистидин, пролин;
• иминокислота - пролин.
Обнаруженные аминокислоты повышают биологическую и пищевую ценность красных столовых вин и наряду с другими показателями прямо или косвенно участвуют в образовании аромата, вкуса и цвета вина. В исследуемых опытных образцах вина, приготовленных с использованием штамма У-4270, обнаружена высокая концентрация таких биологически ценных аминокислот, как пролин, глутаминовая и аспара-гиновая кислоты, аланин, аргинин, аспарагин, лейцин по сравнению с контролем. Среди идентифициро-
INNOVATIVE TECHNOLOGIES
ванных аминокислот по массовой концентрации превалирует пролин, важный белковый строительный материал клетки, достигающий 67 и 61 % от общей суммы в опыте и контроле соответственно. При брожении эта аминокислота не потребляется дрожжами, но в то же время контрольный вариант почти вдвое уступает опытному. Пролин в последнее время привлекает внимание многих физиологов и биохимиков, занимающихся проблемой адаптации, так как аккумуляция этой кислоты считается типичным стрессовым ответом клетки [13, 15]. Значительное накопление пролина в условиях стрессовых факторов производственного процесса (рН, температура, давление, химические соединения) отразилось на результатах наших исследований (таблица). Кроме того, известно, что аминокислоты аспарагин, аргинин, лейцин - важнейший строительный материал для клеток, они способствуют расщеплению холестерина в организме.
Аспарагиновая и глутаминовая кислоты вовлекают в метаболизм клеток почти весь азот, что обеспечивает поддержку азотистого баланса в среде; имеют важное значение в формировании комплексов металлозависимых ферментов. Причем в опытном вине их накопление составило на 27,5 и 15,5 % больше по сравнению с контрольным образцом. Аспарагиновая кислота действует в организме как гепа-топротектор. Аланин - составная часть витамина В5 (пантотеновой кислоты), наиболее эффективно защищает клеточные мембраны. Серин - единственная аминокислота, количество которой несколько меньше контрольного значения в опытных образцах вина. Общеизвестно, что серин тесно связан с обменом пировиноградной кислоты, и из него, как и из аланина, могут синтезироваться углеводы.
Вместе с тем содержание незаменимых аминокислот при формировании красного вина составляло 63,53 мг / дм3, в то время как в контроле сравнительно ниже - 41,98 мг / дм3. Обнаружено, что количество всех идентифицированных незаменимых кислот (валин, гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, триптофан, р-фенилаланин) в опытном красном вине существенно больше (таблица, рис. 2). Так, дефицитная аминокислота лизин, содержание которой в опытном вине на 12 % выше, известна влиянием на функциональную деятельность нервной системы. Обнаружено вдвое повышенное
Аминокислотный
состав в красных столовых винах А
Штаммы Saccharomyces cerevisiae
Компоненты, мг /дм3 У-4270 Д-19
опытное вино контрольное вино
1 а-аланин 2,78 1,69
2 Аланин 28,32 25,53
3 Аргинин 26,57 11,85
4 Аспарагин 23,41 19,35
5 Аспарагиновая кислота 38,19 22,14
6 Валин 6,37 4,15
7 Гистидин 7,35 5,02
8 Глицин 9,73 8,19
9 Глутаминовая кислота 48,95 25,63
10 Глутамин 3,52 3,11
11 Изолейцин 4,56 2,95
12 Лейцин 10,53 5,92
13 Лизин 9,38 7,87
14 Метионин 8,29 6,51
15 Пролин 524,31 269,71
16 Серин 8,95 9,12
17 Тирозин 5,06 2,68
18 Триптофан 4,18 1,94
19 Треонин 4,15 4,07
20 р-фенилаланин 8,72 3,55
Сумма 783,32 440,98
Валин ■ Опыт
14 ■ Контроль
В-фенилаланин Гистидин
Ш
Изолейцин
Треонин ■■■ . . ^ 1 ^^Н
Триптофан Лейцин
Метионин Лизин
Рис. 2. Незаменимые аминокислоты в красных столовых
винах. Опыт - экспериментальное вино, контроль -
заводское
содержание р-фенилаланина, который дает начало коферментам, медиаторам и гормонам; способствует образованию 2-фенилэтанола и ацетатного эфира, придающих аромату вина богатый цветочный оттенок. Триптофан способствует утилизации витаминов группы В, участвует в образовании никотиновой кислоты [16]. Гистидин - один из важных регуляторов процесса адаптации к экстремальным условиям среды. Некоторые аминокислоты,
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
особенно серосодержащие, являются антиоксидантами. В нашем случае это метионин, содержание которого выше в опытном вине на 27%. Аминокислоты триптофан и фенилаланин являются антидепрессантами для живых организмов. Валин стимулирует умственную деятельность, изолейцин и лейцин снижают уровень сахара в крови при диабете. В совокупности с другими незаменимыми аминокислотами треонин принимает участие в формировании органолептических показателей вина.
Обладая широким спектром фармакологического действия аминокислоты красных вин могут придавать микроэлементам и другим веществам безвредную и легкоусвояемую форму, одновременно усиливая их действие [17]. Например, из тирозина образуется никотиновая кислота, содержание которой в опытном варианте выше на 52%, чем в контрольном [14].
Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что новый селекционный штамм 5. сегеу'15':ае У-4270 способствует улучшению биологической ценности вина за счет свободных аминокислот и формированию качественных орга-нолептических показателей в красных столовых винах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кишковский, З. Н. Химия вина/ З. Н. Кишковский, И. М. Скури-хин // Агропромиздат. - 1994. -254 с.
2. Коновалов, С.А. Биохимия дрожжей/ С.А. Коновалов // Пищевая промышленность. - 1980. - С. 142 - 170.
3. Маркосов, В. А. Биохимия, технология и медико-биологические особенности красных вин. Монография/ В.А. Макросов, Н. М. Агеева // Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия (Краснодар). - 2008. -224 с.
4. Родина, С. В. Особенности производства и экспертизы красных натуральных вин/С.В. Родина // Виноделие и виноградарство. - 2003. - № 6. -С. 16 - 19.
5. Валуйко, Г. Г. Виноградные вина: монография/ Г. О. Валуйко // «Пищевая промышленность». - 1978. - С. 158 - 168.
6. Продукция алкогольная и сырье для ее производства. Метод определения объемной доли этилового спирта. ГОСТ 32095 - 2013. Введ. - 2014.07.01. -«Стандартинформ». - 2014. Москва. -2017. - 5 с.
7. Вина, виноматериалы и коньяки. Метод определения сахаров. ГОСТ
13192 - 73. Введ. - 1975.01.01. - «Стандартинформ». - 1975. Москва. - 2017. -9 с.
8. Продукция алкогольная и сырье для ее производства. Метод определения массовой концентрации летучих кислот. ГОСТ 32001 - 2012. Введ. -2014.01.07. - «Стандартинформ». -2014. Москва. - 2017. - 5 с.
9. Продукция алкогольная и сырье для ее производства. Метод определения массовой концентрации свободного и общего диоксида серы. ГОСТ 32115 - 2013. Введ. - 2014.07.01. -«Стандартинформ». - 2014. Москва. -2017. - 4 с.
10. Продукция алкогольная и сырье для ее производства. Методы определения массовой концентрации титруемых кислот. ГОСТ 32114 - 2013. Введ. -2014.07.01. - «Стандартинформ». -2014. - Москва. - 2017. - 5 с.
11. Методы технологического контроля в виноделии. Под. ред. Гержико-вой В.Г. 2-ое изд. Симферополь. Таврида. - 2009. - 23 с.
12. Родопуло, А.К. Биохимические методы/А.К. Родопуло [и др.] // Наука. -1980. - С. 165 - 169.
13. Кудрявцев, В. И. Систематика дрожжей/В. И. Кудрявцев // М.: Изд. АНССР. - 1954. - 426 с.
14. Котенко, С. Ц. Новый штамм для производства красных столовых вин/С.Ц. Котенко и др.] // Виноделие и виноградарство. - 2017. - № 4. -С. 18 - 21.
15. Шевякова, Н.И. Стрессовый ответ клеток Nicotiana sylvestris L. на засоление и высокую температуру. 1. Аккумуляция пролина, полиаминов, бетаинов и сахаров/ Н. И. Шевякова [и др.] // Физиология растений. - 1994. - Т. 41. -С. 558 - 565.
16. Гусейнова, Б. М. Техно-биохимические свойства плодово-ягодного сырья Дагестана и получение из него продуктов питания функциональной направленности/Б. М. Гусейнова, Т.И. Даудова // Монография. Махачкала: ДГУНХ. - 2012. - С. 113.
17. Яппо, Т. А. «Лекарства» от ожирения/ Т.А. Яппо // Здоровье. -1986. - № 10. - С. 9.
REFERENCES
1. Kishkovskij, Z. N. Himija vina/ Z. N. Kishkovskij, I. M. Skurihin // Agropromizdat. - 1994. - 254 p.
2. Konovalov, S. A. Biohimija drozhzhej/S.A. Konovalov // Pishhevaja promyshlennost'. - 1980. - P. 142 -170.
3. Markosov, V.A. Biohimija, tehnologija i mediko-biologicheskie osobennosti krasnyh vin. Monografija/V. A. Makrosov, N.M. Ageeva // Izd.: Severo-Kavkazskij federal'nyj nauchnyj centr sadovodstva,
vinogradarstva, vinodelija (Krasnodar). -2008. - 224 p.
4. Rodina, S.V. Osobennosti proizvodstva i jekspertizy krasnyh natural'nyh vin/S.V. Rodina // Vinodelie i vinogradarstvo. - 2003. -№ 6. -P. 16 - 19.
5. Valujko, G. G. Vinogradnye vina: monografija/ G. 0. Valujko // Pishhevaja promyshlennost'. - 1978. - P. 158 - 168.
6. Produkcija alkogol'naja i syr'e dlja ee proizvodstva. Metod opredelenija ob#emnoj doli jetilovogo spirta. G0ST 32095 - 2013. Vved. - 2014.07.01. -«Standartinform». - 2014. Moskva. -2017. - 5 p.
7. Vina, vinomaterialy i kon'jaki. Metod opredelenija saharov. G0ST 13192 - 73. Vved. - 1975.01.01. - «Standartinform». -1975. Moskva. - 2017. - 9 p.
8. Produkcija alkogol'naja i syr'e dlja ee proizvodstva. Metod opredelenija massovoj koncentracii letuchih kislot. G0ST 32001 - 2012. Vved. - 2014.01.07. -«Standartinform». - 2014. Moskva. -2017. - 5 p.
9. Produkcija alkogol'naja i syr'e dlja ee proizvodstva. Metod opredelenija massovoj koncentracii svobodnogo i obshhego dioksida sery. G0ST 32115 - 2013. Vved. -2014.07.01. - «Standartinform». - 2014. Moskva. - 2017. - 4 p.
10. Produkcija alkogol'naja i syr'e dlja ee proizvodstva. Metody opredelenija massovoj koncentracii titruemyh kislot. G0ST 32114 - 2013. Vved. - 2014.07.01. -«Standartinform». - 2014. - Moskva. -2017. - 5 p.
11. Metody tehnologicheskogo kontrolja v vinodelii. Pod. red. Gerzhikovoj V.G. 2-oe izd. Simferopol'. Tavrida. - 2009. - 23 p.
12. Rodopulo, A. K. Biohimicheskie metody/A.K. Rodopulo [et al] // Nauka. -1980. - P. 165 - 169.
13. Kudrjavcev, V. I. Sistematika drozhzhej/ V.I. Kudrjavcev // M.: Izd. ANSSR. - 1954. - 426 p.
14. Kotenko, S. C. Novyj shtamm dlja proizvodstva krasnyh stolovyh vin/ S. C. Kotenko [et al]// Vinodelie i vinogradarstvo. - 2017. -№ 4. -P. 18 - 21.
15. Shevjakova, N. I. Stressovyj otvet kletok Nicotiana sylvestris L. na zasolenie i vysokuju temperaturu. 1. Akkumuljacija prolina, poliaminov, betainov i saharov / N. I. Shevjakova [i dr.] // Fiziologija rastenij. - 1994. - T. 41. -P. 558 - 565.
16. Gusejnova, B. M. Tehno-biohimicheskie svojstva plodovo-jagodnogo syr'ja Dagestana i poluchenie iz nego produktov pitanija funkcional'noj n apra vle n n osti / B. M. Gusejnova, T.I. Daudova // Monografija. Mahachkala: DGUNH. - 2012. - P. 113.
17. Jappo, T. A. «Lekarstva» ot ozhirenija / T. A. Jappo // Zdorov'e. -1986. - № 10. - P. 9.
INNOVATIVE TECHNOLOGIES
Аминокислотный состав красных столовых вин, полученных с использованием штамма Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-4270
Ключевые слова
аминокислоты; биотехнология; виноград сорта Каберне; генетика; дрожжи; красные вина
Реферат
Большой интерес для получения высококачественных красных вин представляет сравнительный анализ биологической активности специальных селекционных региональных штаммов дрожжей, способных сбраживать среду с богатым комплексом фенольных, минеральных и ароматических компонентов, а также потенциальной способности регулировать окислительно-восстановительные процессы. В последнее время проводятся активные исследования вновь выделенных местных штаммов дрожжей для производства региональных вин с целью сохранения их специфики и улучшения их качества. Цель наших исследований - изучение влияния штамма Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-4270 на аминокислотный состав красных столовых вин. По результатам проведенного анализа нуклеотидной последовательности, кодирующей часть 18S рРНК исследуемого штамма, установлено, что он наиболее близок к виду S. cerevisiae (99 %). В опытном образце содержание спирта и остаточного сахара составляло 11.5% об и 0.15 г/100 см3 способствует не только высокому качеству вина, но и сохранению в дальнейшем его микробиологической стабильности. Гармоничная кислотность в опытном образце, имеющая величину 7.0 г/дм3, будет также влиять на биохимические свойства красного столового вина. Определен качественный и количественный состав свободных аминокислот в красных столовых винах, полученных из винограда сорта Каберне, произрастающего на территории Дагестана, и с использованием нового селекционного штамма Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-4270. Обнаружено 20 компонентов, в числе которых алифатические, ароматические, гетероциклические аминокислоты и аминокислота пролин. Установлено, что экспериментальное вино значительно отличалось повышенной биологической ценностью за счет ценных незаменимых аминокислот: валина, ги-стидина, изолейцина, лейцина, лизина, метионина, триптофана, треонина и фенилаланина.
Авторы
Котенко Светлана Цалистиновна, канд. биол. наук, Халилова Эсланда Абдурахмановна, канд. биол. наук, Абакарова Аида Алевдиновна, Аливердиева Динара Алиевна, канд. биол. наук Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН, 367000, Россия, Республика Дагестан, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, д. 45, cotenco@mail.ru Пальян Юлия Леонидовна,
Дербентский завод игристых вин, 368000, Россия, Республика Дагестан, г. Дербент, ул. К. Маркса, д. 47, dziv 2007@ mail.ru.
Amino acid composition of red table wines obtained using the strain Saccharomyces cerevisiae VKPM Y-4270
Key words
amino acids; biotechnology; Cabernet grape variety; genetics; red wines; yeast
Abstracts
A comparative analysis of the biological activity of special selective regional yeast strains able to ferment a medium rich in phenolic, mineral, and aromatic components as well as the potential capability to adjust oxidation-reduction processes is of great interest for producing the high-quality red wines. Recently, novel strains isolated from indigenous yeast have been actively researched in order to preserve the specificity and to improve the quality of regional wines. The aim of our analysis is to define the influence of Saccharomyces cerevisiae Y-4270, identified by RNCIM (Russian National Collection of Industrial Microorganisms), on amino acid composition of red table wines. According to results obtained from the analysis of a nucleotide sequence encoding the fragment of 18S rRNA, the strain under study is determined to be the closest to species S. cerevisiae (99%). In the test sample, the content of ethanol and residual sugar is 11.5% and 0.15 g/100 cm3, that contributes not only to the high quality of wine but also to the preservation of its microbiology stability further. A harmonious acidity in the test sample, which is 7.0 g/dm3, will also influence on biochemical properties of red table wine. The quantitative and qualitative composition of amino acids has been determined in samples of red table wines produced from Cabernet grape variety, growing in Daghestan, and fermented by new selective strain Saccharomyces cerevisiae Y-4270, RNCIM. In analyzed samples, there are identified 20 components including aliphatic, aromatic, heterocyclic amino acids and imino acid prolin. It is detected that the test wine is characterized by an enhanced biological value owing to essential amino acids: valine, histidine, isoleusine, leusine, lysine, methionine, tryptophan, threonine, and phenylalanine.
Authors
Kotenko Svetlana Tsalistinovna, Candidate of Biological Sciences, Khalilova Eslanda Abdurakhmanovna, Candidate of Biological Sciences, Abakarova Aida Alevdinovna,
Aliverdieva Dinara Alievna, Candidate of Biological Sciences Caspian Institute of Biological Resources of Dagestan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 367000, Russia, Republic Dagestan, t. Makhachkala, st. Gadszieva, 45, cotenco@mail.ru Paliyan Julia Leonidovna,
Derbent sparkling wine factory, 47»b», st. K. Marx, Derbent, Daghestan Republic, Russia, 368000, dziv 2007@ mail.ru.
