CC BY
5в
естник АПК
Агроинженерия № 4(16), 2014 ■ ■
УДК 663.25; 663.253
61
Кушнерева Е. В.
Kushnereva E. V.
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА СОЗДАНИЕ СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА ВИН, СВОБОДНЫХ ОТ БИОГЕННЫХ АМИНОВ
METHODOLOGICAL APPROACHES AND TECHNOLOGICAL SOLUTIONS AIMED AT CREATING WAYS TO PRODUCE WINES FREE OF BIOGENIC AMINES
Проведен анализ рисков образования биогенных аминов в продуктах переработки винограда вследствие декар-боксилирования аминокислот под действием ферментных систем дрожжей и бактерий. Выявлены основные контрольные точки в производстве вина, в которых риски образования и накопления биогенных аминов наиболее значимы: виноград-сырье; спиртовое брожение, дображивание -яблочно-молочное брожение и хранение вина. Предложены методологические подходы по производству вин, свободных от биогенных аминов, основанные на полученных новых знаниях о влиянии качества сырья, условий спиртового брожения и биологического кислотопонижения. Разработано технологическое решение по удалению биогенных аминов из продуктов переработки винограда, учитывающее особенности физико-химического состава обрабатываемого продукта, а также природу биогенных аминов.
Ключевые слова: виноград, вино, безопасность, биогенные амины, дрожжи, бактерии, риски, мониторинг, методология, технологические решения.
The analysis of the risk of biogenic amines in foods as a result of processing grapes decarboxylation of amino acids by the action of the enzyme systems of yeast and bacteria. The basic control points in the production of wine, in which the risks of formation and accumulation of biogenic amines are the most important grapes, raw materials; alcoholic fermentation, secondary fermentation - malolactic fermentation and storage of wine. Methodological approaches for the production of wine, free of biogenic amines that is based on new knowledge about the impact of the quality of raw materials, conditions of alcoholic fermentation and biological acid. Developed a technological solution to remove biogenic amines from the products of grapes, especially taking into account physical and chemical composition of the product to be treated, and the nature of biogenic amines.
Key words: grapes, wine, safety, biogenic amines, yeast, bacteria, risks, monitoring, methodology, technology solutions.
Кушнерева Елена Викторовна-
кандидат технических наук, старший научный сотрудник Научного центра «Виноделие»
Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский
институт садоводства и виноградарства
г. Краснодар
Тел.: (861) 252-58-77
E-mail: kushnereva.elena@mail.ru
Kushnereva Elena Victorovna -
Ph.D. in Technical Sciences,
Senior Researcher
Research Center «Winemaking»,
North-Caucasian Zonal Research Institute of Horticulture
and Viticulture
Krasnodar
Tel.: (861) 252-58-77
E-mail: kushnereva.elena@mail.ru
Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации [1] формулирует основную цель отечественного производства как обеспечение населения качественными и безопасными продуктами, защита потребителя путем обеспечения высокого уровня безопасности пищевой продукции. Согласно Федеральному закону от 2 января 2000 г. № 29-ФЗ «О качестве и безопасности пищевых продуктов» [2] безопасность пищевых продуктов - состояние обоснованной уверенности в том, что пищевые продукты при обычных условиях их использования не являются вредными и не представляют опасности для здоровья нынешнего и будущих поколений. Согласно ст. 15 данного Закона, пищевые продукты, «предназначенные для реализации, должны удовлетворять физиологические потребности человека в необходимых веществах и энергии, соответствовать обязательным требовани-
ям нормативных документов к допустимому содержанию химических (в том числе радиоактивных), биологических веществ и их соединений, микроорганизмов и других биологических организмов, представляющих опасность для здоровья нынешнего и будущих поколений».
Ответственность за выпуск небезопасной винодельческой продукции лежит на производителе, направляющем ее в оборот. Каждый участник производства пищевых продуктов должен гарантировать, что безопасность выпускаемой им продукции не будет поставлена под угрозу ни на одном этапе ее жизненного цикла.
Для обеспечения выпуска гарантированно безопасной и качественной биотехнологической продукции необходимо проанализировать производство с целью выявления рисков, связанных в первую очередь с контаминацией, и сформировать целостный системный подход, охватывающий все этапы цепочки создания этой продукции. К контаминантам пище-
62
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Ставрополья
научно-практическии журнал
вых продуктов в настоящее время относится достаточно большой спектр веществ химической (токсичные элементы, пестициды, ни-трозоамины, полихлорированные бифенилы и т. д.), биологической (плесневые микроскопические грибы и микотоксины, бактерии и бактериальные токсины, дрожжи, токсины морепродуктов и пр.) и физической природы, при этом на одно из первых мест выходят микробиологические риски.
Виноделие имеет ряд особенностей, которые делают вино опасным продуктом с точки зрения микробиологических рисков. Исследованиями зарубежных ученых установлены факторы, влияющие на образование биогенных аминов в процессе хранения и в процессе производства [3]. Основными из изученных факторов являются возможность протекания в процессе производства и хранения микробного декарбоксилирования, а также качество сырья и наличие в составе пищевого продукта свободных аминокислот.
Биогенные амины представляют собой азотсодержащие органические соединения с алифатической (путресцин, кадаверин, спермин и спермидин), ароматической (тирамин и фени-лэтиламин) или гетероциклической (гистамин и триптамин) структурой [4]. Одни из них обладают высокой биологической активностью (ги-стамин, серотонин, допамин и тирамин), другие (путресцин и кадаверин) усиливают токсичное действие гистамина на организм человека [5]. К наиболее часто идентифицируемым в вине биогенным аминам относятся гистамин, метиламин, фенилэтиламин, путресцин, кадаверин.
В связи с отсутствием в Российской Федерации аттестованных в установленном порядке МВИ по определению содержания биогенных аминов в винодельческой продукции и слабоалкогольных напитках брожения и ввиду трудоемкости и энергозатратности существующих методов, действующих на территории стран ЕС, в научном центре «Виноделие» сКзНИИСиВ был разработан метод определения содержания биогенных аминов посредством капиллярного электрофореза[6].
Анализ содержания биогенных аминов в различных алкогольных напитках (вина столовые белые, розовые, красные, вина ликерные, вина игристые) стран Европы, Австралии, Новой Зеландии [5,7] свидетельствует о том, что интервалы варьирования содержания ги-стамина лежат в пределах от 0 до 15 мг/дм3, путресцина 0-32 мг/дм3, кадаверина 0-2,7 мг/дм3, тирамина 0-6 мг/дм3, 2-фенилэтиламина 0-3 мг/дм3.
Учеными [8] предложен верхний предел содержания гистамина в пищевом продукте, составляющий 100 мг/кг и гистамина в алкогольном напитке - 10,0 мг/дм3.
Ввиду отсутствия требований к технологическим процессам производства винодельческой продукции, свободной от содержания биогенных аминов, разработка методологических
подходов и технологических решений, основанных на создании научно обоснованной системы мониторинга рисков образования биогенных аминов, их обнаружения и удаления в производстве вина, является актуальной задачей, решение которой направлено на обеспечение безопасности потребителя.
Цель - разработка методологических подходов и технологических решений, направленных на создание способов производства вин, свободных от биогенных аминов.
Безопасность вина, в первую очередь, обеспечивается безопасностью сырья - винограда. Известно, что источником биогенных аминов в вине могут выступать сами ягоды винограда [9].
Результаты исследований свидетельствуют о том, что в виноградном сусле присутствуют различные биогенные амины, содержание которых зависит от сорта винограда. В винограде присутствуют путресцин, кадаверин, гистамин и фенилэтиламин (табл. 1). Наличие биогенных аминов в виноградном сусле можно объяснить протеканием физико-химических процессов во время созревания виноградной ягоды и присутствием на ее поверхности диких штаммов дрожжей и молочнокислых бактерий.
С целью увеличения урожайности в процессе созревания винограда применяются микро- и макроудобрения. Проведение внекорневых подкормок удобрениями повышает продуктивность побега от 5 до 23 % в сравнении с контролем, в среднем снижает кислотность на 13 % и повышает сахаристость винограда на 6 % [10]. Однако применение удобрений способствует также увеличению в виноградной ягоде содержания аминокислот, являющихся предшественниками биогенных аминов.
Применение удобрений при выращивании винограда повышает риск образования биогенных аминов за счет увеличения концентрации аминокислот. Известно, что биогенные амины образуются в процессе реакции декарбоксилирования из предшественников-аминокислот под воздействием ферментной системы дрожжей и/или бактерий. Спиртовое брожение виноградного сусла является сложным микробиологическим процессом, характеризующимся образованием основного продукта - этанола, и вторичных продуктов, играющих определяющую роль в формировании потребительских свойств вина. В сусле во время спиртового брожения наряду с искусственно внесенным штаммом винных дрожжей развивается остаточная микрофлора винограда, которая, с одной стороны, является неотъемлемым элементом сырья, а сдругой - может создать микробиологические риски. Исследования ученых показывают, что отдельные штаммы вида БассЬаготусев сегеу1в1ае обладают декарбок-силазной активностью и способны образовывать биогенные амины [11].
Вестник АПК
Агроинженерия № 4(16), 2014 ■ ■
Таблица 1 - Содержание биогенных аминов в винограде
Сорт винограда Массовая концентрация, мг/дм3
Путресцин Кадаверин Гистамин Фенилэтиламин Тирамин
Каберне 3 0,2 0,2 0,5 0,02
Мерло 4,5 0,8 0,02 0,4 0,1
Саперави 5,2 0,1 0,8 0,1 0,1
Шардоне 3,2 1,8 0,2 0,3 0,1
Алиготе 7 1,6 0,3 0,4 0,02
Совиньон 7,5 2,2 0,8 0,1 0,1
Каберне Совиньон 5,8 2 0,02 0,2 0,01
Каберне Фран 5,9 1,6 0,3 0,1 0,1
Каберне АЗОС 2,4 0,1 0,3 0,3 0,1
Пино блан 1,9 0,5 1 0,4 0,03
Виорика 6,8 2,5 1 0,1 0,06
Рислинг 1,5 2,4 1 0,6 0,03
В результате анализа дрожжевой микрофлоры виноградного сусла урожая 2013 г. молекулярно-генетическим методом определения таксономического положения выявлены такие популяции диких дрожжей, как Saccharomycescerevisiae, Hanseniasporau-varum, Candidazemplinina, Mechnikowiapul-cherrima. Установлено, что из всех идентифицируемых штаммов диких дрожжей декарбоксилазной способностью обладает Mechnikowiapulcherrima.
В условиях современного виноделия с целью ингибирования дикой микрофлоры винограда применяют консервант диоксид серы [12]. Исследования показали, что введение в свежее виноградное сусло диоксида серы в концентрации 60 мг/дм3 и использование в качестве винных дрожжей коммерческих штаммов ZymaflorX 16 производства «Лаффорт энолоджи» (Франция) и IOC 182007 «Институт Энологии в Шампани» (Франция) позволяет управлять процессом декарбоксилиро-вания с помощью ингибирования микробного роста дикой микрофлоры винограда (табл. 2).
Таблица 2 - Влияние консерванта на процесс декарбоксилирования аминокислот
Вариант опыта дикий штамм дрожжей Mechnikowiapulcherrima Коммерческий штамм дрожжей ZymaflorX 16 Коммерческий штамм дрожжей IOC 18-2007
Декарбоксилирование аминокислот в среде
Сусло Совиньон + + +
Сусло Совиньон + диоксид серы 60 мг/дм3 - - -
Сусло Мерло + + +
Сусло Мерло + диоксид серы 60 мг/дм3 - - -
Ранее проведенные исследования [6] позволили установить, что на интенсивность процесса декарбоксилирования влияют значения рН среды, содержание винной и яблочной кислот. Преобладание в среде яблочной кислоты и увеличение значения рН среды до 3,6-3,9 способствует ускорению метаболизма молочнокислых бактерий, активации ферментов и интенсификации процесса декарбоксилирования.
Продолжительный по времени процесс до-браживания молодого вина, сопряженный с вероятностью протекания спонтанного биологического кислотопонижения при участии диких штаммов молочнокислых бактерий, повышает опасность микробиологических рисков в виноделии.
Таким образом, можно выделить следующие основные контрольные точки в производстве вина, в которых риски образования и нако-
пления биогенных аминов наиболее значимы: виноград-сырье; спиртовое брожение, добра-живание - яблочно-молочное брожение и хранение вина.
Технологические решения, направленные на разработку способов удаления биогенных аминов, должны учитывать особенности физико-химического состава обрабатываемого продукта, а также природу биогенных аминов, которые являются азотистыми органическими основаниями с низкой молекулярной массой.
Предложен способ удаления биогенных аминов, основанный на процессах деструкции под действием фермента трансглутаминазы. Суть технологического решения заключается в следующем: применение фермента трансглутаминазы вызывает коагуляцию биогенных аминов, образование конгломератов, а одновременное внесение желатина и фермента увеличивает
64
,,„ „„„,„,„,„„,„„. Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
скорость коагуляции биогенных аминов, аминокислот и полипептидов. Внесение бентонита позволяет увеличивать скорость сорбции коагулированных белковых веществ [13].
Таким образом, в результате проведенных исследований выявлено, что в виноградном сусле присутствуют различные биогенные амины, содержание которых зависит от сорта виногра-да.Установлено, что высокие значения рН сусла, некоторые штаммы дрожжей и молочнокислых бактерий могут способствовать образованию умеренного уровня биогенных аминов. Процессами образования и накопления биогенных аминов в вине в процессе спиртового брожения
Литература
1. Доктрина продовольственной безопасности РФ [Электронный ресурс]. URL: http:// base.garant.ru/12172719/#block_1000
2. О качестве и безопасности пищевых продуктов [Электронный ресурс] : федеральный закон от 2 января 2000 г. № 29-ФЗ. URL: http://base.garant.rU/12117866/1/#block _100#ixzz3CEX70MvK
3. Silla Santos M. H. Biogenic amines: their importance in foods // Int. J. Food Microbiol. 1996. № 29 (2/3). Р. 213-231.
4. Биохимия : учеб. для вузов / под ред. Е. С. Северина. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2003. С. 512-514.
5. Les amines bioge'nes du vin. Me'tabolisme et toxicite / T. Bauza, P. L.Teissedre, A. Blaise, J. C. Cabanis, G. Kanny, D. A. Moneret-Vautrin [et al.] // Bulletin de l'OIV. 1995. № 68 (767768). P. 42-67.
6. Кушнерева Е. В. Биогенные амины в винодельческой продукции: причины образования и методы идентификации. Краснодар : Экоинвест, 2012. 156 с.
7. Sou fieros E., Barrios M., Bertrand A. Content of biogenic amines and other wine compounds // American Journal of Enology and Viticulture. 1999. № 34. Р. 245-265.
8. Brink ten B., Damink C., Joosten H., Occurrence and formation of biologically active amines in foods // Int. J. Food Microbiol. 1990. № 11. Р. 73-84.
9. P. Margarida Fortes Studyo fpolyamines dur-inggraperipeningindicateanimportantroleof-polyaminecatabolism / C. Agudelo-Romero, M. Bortolloti, A. Salomé Pais, A. Fernandez Tiburcio // Plant Physiology and Biochemistry. 2013. № 67. Р. 105-119.
10. Микроудобрения в виноградарстве / К. А. Серпуховитина, Э. Н. Худавердов, А. А. Красильников, Д. Э. Руссо. Краснодар : ГНУ СКЗНИИСиВ, 2010. С. 128
11. Torrea-Go~niD.T.,Anc'in-AzpilicuetaC. Influ-enceofyeaststrainonbiogenicaminecontentin-wines: Relationship with the utilization of ami-no acids during fermentation // Am. J. Enol. Vitic. 2001. № 52. Р. 185-190.
12. Сборник основных правил, технологических инструкций и нормативных матери-
можно управлять путем добавления консервантов для биологической стабилизации.
При переработке винограда необходимо соблюдение санитарных требований, предотвращение переработки гнилого винограда или пораженного болезнями и вредителями, снижение уровня рН путем применения разрешенных методов, необходима сульфитация сусла до максимально возможных пределов. Спиртовое брожение необходимо проводить с помощью дрожжей, свободных от декарбоксилаз-ной активности. Разработан способ удаления биогенных аминов из продуктов переработки винограда.
References
1. Food Security Doctrine of the Russian Federation [electronic resource]. URL: http://base. garant.ru/12172719/#block_1000
2. Quality and food safety [electronic resource]: a federal law of 2 January 2000. Number 29-FZ.URL: http://base.garant.ru/12117866/1/#bl ock_100#ixzz3CEX70MvK
3. Silla Santos M. H. Biogenic amines: their importance in foods // Int. J. Food Microbiol. 1996. № 29 (2/3). Р. 213-231.
4. Biochemistry: Proc. for universities / Ed. E. S. Severin. M. : GEOTAR Media, 2003. P. 512-514.
5. Les amines bioge'nes du vin. Me'tabolisme et toxicite / T. Bauza, P. L. Teissedre, A. Blaise, J. C. Cabanis, G. Kanny, D. A. Moneret-Vautrin [et al.] // Bulletin de l'OIV. 1995. № 68 (767-768). P. 42-67.
6. Kushnereva E. V. Biogenic amines in wine production: the causes of education and methods of identification. Krasnodar : Ekoinvest, 2012. 156 p.
7. Soufleros E., Barrios M., Bertrand A. Content of biogenic amines and other wine compounds // American Journal of Enology and Viticulture. 1999. № 34. Р. 245-265.
8. Brink ten B., Damink C., Joosten H., Occurrence and formation of biologically active amines in foods // Int. J. Food Microbiol. 1990. № 11. Р. 73-84.
9. P. Margarida Fortes Study of polyaminesdur-inggraperipeningindicateanimportantroleof-polyaminecatabolism / C. Agudelo-Romero, M. Bortolloti, A. Salomé Pais, A. Fernández Tiburcio // Plant Physiology and Biochemistry. 2013. № 67. Р. 105-119.
10. Micronutrient fertilizers in viticulture / K. A. Ser-puhovitina, E. N. Khudaverdi, A. A. Krasil'nikov, D. E. Rousseau. Krasnodar : GNU SKZNII-SiV, 2010. Р. 128.
11. Torrea-Go~niD.T., Anc'in-Azpilicueta C. In-fluenceofyeaststrainonbiogenicaminecon-tentinwines: Relationship with the utilization of amino acids during fermentation // Am. J. Enol. Vitic. 2001. № 52. Р. 185-190.
12. The Rules technological instructions and regulatory materials for the production of wine products / Edited by Academician N. G. Sar-ishvili. M. : Pishchepromizdat, 1998. Р. 22.
в
естник АПК
Ставрополья
№ 4(16), 2014
алов по производству винодельческой продукции / под ред. академика Н. Г Са-ришвили. М. : Пищепромиздат, 1998. С. 22.
13. Патент РФ на изобретение № 2483103 от 19.04.2012 г. (заявка № 2012115893) «Способ удаления биогенных аминов из винодельческой продукции», авторы: Гугуч-кина Т. И., Агеева Н. М., Кушнерева Е. В., М. Г. Марковский.
Агроинженерия
65
13. Patent RF № 2483103 from 19.04.2012 (application number 2012115893) «A method for removing biogenic amines from wine products,» the authors: Guguchkina T. I., Ageeva N. M., Kushnereva E. V., Markovskiy M. G.
