CC BY
93
663.2:663.14.031.33.038.3
ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВИНОМА ТЕРИАЛОВ
М.М. ШАКУН, В.Т. ХРИСТЮК, Л.Н. УЗУН
Кубанский государственный технологический университет
В виноделии широкое применение находят физические способы воздействия на сырье и полупродукты [1]. Они перспективны благодаря регулированию времени воздействия, возможности полной механизации, автоматизации и организации поточного производства.
Ежегодный рост числа отечественных и зарубежных исследований по применению электрофизических методов обработки пищевых продуктов объясняется рядом их преимуществ перед другими способами [2].
Научный и практический интерес вызывает изучение использования электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона (ЭМП КНЧ). Мало исследовано применение этого способа физического воздействия к объектам растительного и животного происхождения. Работы [3, 4], проведенные в области использования ЭМП в свеклосахарном, масложировом производстве и виноделии, свидетельствуют о его перспективности. Возможность регулирования биохимических и микробиологических процессов с помощью ЭМП практически не изучена.
Важное преимущество электромагнитного воздействия - возможность регулирования физико-химических и биологических процессов в зависимости от технологической целесообразности.
Нами проведена работа в области изучения влияния ЭМП КНЧ на различные биологические объекты, в частности на дрожжи, уксуснокислые и молочнокислые бактерии, с целью регулирования технологических процессов, протекающих с их участием.
Исследовано влияние различной частоты и продолжительности воздействия ЭМП КНЧ на жидкую разводку ч.к.д. расы Шампанская-7 и сухих дрожжей расы IOC 18-2007 по следующей методике: разводку ч.к.д. указанных рас помещали в установку [5], где в течение 30 мин обрабатывали электромагнитным полем с величиной магнитной индукции В 0,9 мТл на различных частотах в диапазоне 3-30 Гц. Затем определяли количество микроорганизмов в камере Горяева через 1 сут.
Продолжительность обработки 30 мин была выбрана экспериментально. В качестве контроля использовали сусло с внесенной в него разводкой ч.к.д. без предварительной обработки ЭМП.
В ходе обработки были отмечены частоты 3 и 16 Гц, на которых наблюдался рост дрожжевых клеток (исключая частоту 3 Гц для расы Шампанская-7). Обработанные при указанных режимах дрожжи использовали для сбраживания сусла из белого винограда сорта Алиготе.
Таким образом, исследовали 6 образцов виномате -риалов: сброженных на расе Шампанская-7, обработанной при частоте 3 и 16 Гц (соответственно образцы Ш-3 и Ш-16) и необработанной - контроль (образец Ш-К); сброженных на расе 10С 18-2007, обработанной при тех же частотах (образцы 1-3 и 1-16) и необработанной - контроль (1-К). Изучали кинетику брожения, накопление спирта и остаточное содержание сахара. Наиболее быстрому и полному выбраживанию подверглись образцы 1-3 и Ш-16. Были проведены исследования полученных виноматериалов на содержание в них сложных эфиров, высших спиртов, летучих кислот, аминокислот; изучена также активность некоторых ферментов вина - эстеразы, О-дифенолоксидазы, Р-фруктофуранозидазы и пероксидазы.
Отмечено увеличение активности гидролитиче -ской функции эстеразы в образцах 1-16 и Ш-3. В этих же образцах наблюдалось максимальное накопление метилового спирта. Это связано, на наш взгляд, с повышенной активностью гидролитической функции эстеразы, приводящей к накоплению пектовой кислоты и метанола.
Синтетическая активность эстеразы в образце Ш-16 проявилась особенно четко. Эта функция эстера-зы катализирует реакции этерификации, при которых накапливаются сложные эфиры.
Наибольшая активность Р-фруктофуранозидазы отмечена в образце 1-3. Вероятно, воздействием этого фермента объясняется максимальное уменьшение содержания несбродивших сахаров в данном образце.
Активность пероксидазы была наибольшей в образцах Ш-16 и 1-3. Пероксидаза отвечает за окисли-
Таблица 1
Массовая концентрация сложных эфиров, мг/дм3
Образец Этилацетат Этилкаприлат Метил каприн ат Этиллактат Этилформиат Е
Ш-K Следы 4,46 0,50 Следы 4,96
Ш-3 » Следы » —
Ш-16 » 6,75 0,73 0,43 7,91
I-K 0,82 Следы Следы 0,82
I-3 1,89 1,69 10,78 » 14,36
I-16 1,22 Следы » 1,22
Таблица 2
Образец Массовая концентрация кислот и ароматических компонентов, мг/дм3
Пропионовая кислота Изомасляная кислота Е Ацетоин 2,3- Бутандиол 2-Фенилэтанол
Ш-К 3б,7 1,б 38,3 б,5 13,1 42,7
Ш-3 34,7 4,5 39,2 5,7 Сле ды 34,4
ш-16 45,6 2,0 47,б 1б,7 14,4 52,5
I-К 34,3 4,3 38,б Следы Сле ды 27,4
I-3 44,8 5,5 50,3 2,5 » 2б,2
I-16 47,8 5,8 53,б 2,4 » 28,1
тельно-восстановительные процессы, протекающие при производстве различных типов вин, и часто возникает потребность в их регулировании.
Наибольшая активность ферментов ß-фруктофура-нозидазы, О-дифенолоксидазы, гидролитической
функции эстеразы отмечена в образце Ш-3, при этом наблюдается накопление тех или иных веществ, на которые действуют данные ферменты.
Известно, что дрожжи, сбраживая сахара виноградного сусла, расщепляют их на этанол и углекислый газ, образуя помимо этого ряд вторичных и побочных продуктов - глицерин, янтарную кислоту, уксусную кислоту, ацетальдегид, 2,3-бутиленгликоль, ацетоин, лимонную кислоту, изоамиловый спирт, эфиры и др. [2]. Эти продукты играют важную роль в формировании вкуса и аромата вина.
Методы газожидкостной хроматографии позволили определить качественный и количественный состав сложных эфиров (табл. 1), кислот и ароматических компонентов (табл. 2), высших спиртов (табл. 3) в полученных образцах вина.
В исследуемых виноматериалах определяли содержание уксусной, пропионовой, изомасляной кислот. Существенные изменения наблюдались по уксусной кислоте и ацетальдегиду. Содержание уксусной кислоты в виноматериале Ш-3 более чем в 3 раза ниже ее содержания в двух других образцах. При этом содержание уксусного альдегида увеличилось по сравнению с контрольным образцом также в 3 раза. По-видимому, это объясняется переходом уксусной кислоты под влиянием окислительно-восстановительных ферментов в альдегид, так как активность О-дифенолоксидазы возрастает под действием электромагнитного поля в 1,6 раза по сравнению с контрольным образцом [5].
Из ароматических спиртов удалось идентифицировать 2-фенилэтанол, ацетоин и 2,3-бутандиол, которые оказывают смягчающее действие на вкус вина (табл. 2).
Минимальное количество летучих кислот содержится в образце Ш-3.
Высшие спирты участвуют в формировании аромата вин. Особенно значительное влияние оказывают изобутиловый и изоамиловый спирты, поскольку их количество превышает пороговые концентрации (табл. 3). Так, гексанол при разбавлении придает фруктовый аромат, напоминающий запах энантового эфира. Содержание высших спиртов в образце Ш-3 уменьшилось, а в образце Ш-16 практически не изменилось. Наибольшее содержание сивушных масел отмечено в образце 1-3 (табл. 3).
Среди обнаруженных компонентов в исследуемых виноматериалах идентифицированы ацетальдегид, этилацетат, этиллактат, этилкаприлат, метилкапринат. В образцах Ш-16 и 1-3 накапливается большее количество этиллактата и этилкаприлата, что благоприятно сказывается на органолептических показателях вина. Эти вещества являются составляющими энантового эфира и придают продукту фруктовый аромат.
Изучаемые виноматериалы были подвергнуты ка -пиллярному электрофорезу на установке Капель 103Р. Проведенный анализ позволил обнаружить в винома-териалах аминокислоты: глицин, пролин, Р-фенилала-нин, триптофан и аспарагиновую кислоту (табл. 4).
Аминокислоты участвуют во многих реакциях, протекающих в вине. В основном это реакции дезаминирования, декарбоксилирования, меланоидинообра-зования. Аминокислоты являются источником альдегидов жирного ряда, отвечающих за запах «корочки ржаного хлеба», что важно для вин типа мадера, портвейн, токай. В шампанском производстве аминокислоты вина способствуют накоплению связанных форм углекислоты, влияющих на его пенистые и игристые свойства. Таким образом, высокое содержание аминокислот оказывает в целом благоприятное воздействие на сложение букета и вкуса вина.
Анализ результатов свидетельствует, что винома -териал, полученный брожением на дрожжах расы
Таблица3
Образец Массовая концентрация высших спиртов, мг/дм3
1-Пропанол Изобутанол Изоамиловый спирт 1-Гексанол Е
Ш-К 15,3 37,2 74,5 0,6 127,6
Ш-3 13,3 31,5 б3,0 Следы 107,9
Ш-16 15,9 35,б 79,4 0,7 131,б
I-К 37,1 25,5 88,0 0,7 151,3
I-3 44,9 30,9 9б,2 0,9 172,9
I-16 42,3 28,7 90,9 0,8 1б2,7
Таблица 4
Массовая концентрация аминокислот, мг/дм3
Образец Глицин Пролин Аспарагиновая кислота р-Фенил-р-аланин Фенилаланин Трипто- фан Е
Ш-К 10,8 363,8 Следы 0,4 0,4 375,4
Ш-3 Следы 357,0 » 0,5 0,7 358,2
Ш-16 » 207,0 » Следы 0,3 207,3
І-К » 350,3 » 0,8 2,3 353,4
І-3 15,9 438,1 5,7 0,6 Следы 2,6 463,0
І-16 4,1 404,6 Следы 0,4 0,9 410,0
Шампанская-7, обработанных при частоте 16 Гц (образец Ш-16) имеет слаженный и гармоничный вкус. В этом виноматериале наблюдается накопление сложных эфиров, ацетоина, 2,3-бутандиола, 2-фенилэтано-ла, придающих вину более полный аромат. Для сухих дрожжей расы 10С 18-2007 можно рекомендовать частоту обработки 3 Гц (образец 1-3). Виноматериал обладает приятным вкусом и ароматом за счет большего накопления сложных эфиров, ацетоина, аминокислот по сравнению с другими образцами.
Были также проведены эксперименты по изучению влияния ЭМП в диапазоне частот 3-30 Гц на уксуснокислые (УКБ) и молочнокислые бактерии (МКБ). Эти микроорганизмы вызывают заболевания вин, снижая тем самым качество продукта.
Разводку УКБ и МКБ обрабатывали ЭМП в течение 30 мин с величиной магнитной индукции В 0,9 мТл на частотах 3, 6, 9, 12, 16, 20, 24, 27, 30 Г ц. Каждые сутки после обработки определяли количество микроорганизмов в камере Горяева.
В результате при частоте обработки 30 Гц уже после 1 сут была отмечена низкая активность клеток УКБ и торможение их развития. На 3-и сут количество живых клеток в этом образце снизилось вдвое. Под воздействием частот 9-27 Гц по прошествии 1 сут УКБ развивались приблизительно с той же интенсивностью, что и в контроле (рис. 1).
На первом этапе исследований (1-2 сут) при частоте обработки 3 и 16 Гц отмечена максимальная активность роста бактериальных клеток, однако в дальнейшем они быстро погибли. Количество живых микроорганизмов на 6-е сут после обработки образцов ЭМП КНЧ резко сократилось: живые клетки единичны. Максимальное количество мертвых клеток было в образце, обработанном при 30 Гц, тогда как в контроль-
□ Живые □ Мертвые
ном образце клетки УКБ продолжали интенсивно развиваться.
В аналогично обработанных образцах МКБ суще -ственных различий по накоплению биомассы на 2-е сут эксперимента на всех частотах не наблюдалось (рис. 2). На 3-и сут в образцах, обработанных при 3, 16 и 30 Гц, отмечено значительное сокращение живых микроорганизмов. А на 6-е сут в образце, обработанном при 30 Гц, остались лишь единичные живые клетки. В контрольном образце на протяжении всего эксперимента МКБ продолжали размножаться.
В ходе эксперимента установлено, что частота ЭМП 30 Гц является угнетающей для УКБ и МКБ. Вероятно, это связано с переориентацией дипольных молекул воды, входящей в состав их клеток, под действием электромагнитного поля, что приводит к деформации клетки и ее последующей гибели.
Полученные данные имеют практическое значение в винодельческой отрасли для стабилизации виномате-риалов, их устойчивости перед заболеваниями, вызываемыми патогенными микроорганизмами.
Таким образом, установлено, что результаты воздействия ЭМП КНЧ зависят от расы дрожжей и частоты обработки. Лучшие показатели развития микроорганизмов для расы Шампанская-7 достигаются при обработке частотой 16 Гц, а для расы 10С 18-2007 - 3 Гц. В зависимости от частоты обработки можно регулировать как кинетические характеристики процесса брожения, так и физико-химические показатели получаемого виноматериала. Электромагнитное поле крайне низкочастотного диапазона оказывает также влияние на патогенную микрофлору виноматериалов, в частности на развитие уксуснокислых и молочнокислых бактерий.
Данная обработка может привести к сокращению производственного цикла процесса брожения за счет ускоренного накопления биомассы дрожжей и стиму-
50-
"8 «'
'Ъ 4°" 35 ■
Р 30’
I 25'
о 20-
КЗ 6 9 12 16 20 24 27 30 £ Гц
□ Живые □ Мертвые
II, — ; —Г — ;
— ; — ; — ; —: — ■ — ; ::
: ш 1 її ■ :■ |
Рис. 1
Рис. 2
лирования активности ферментов. Воздействие электромагнитным полем на сырье и дрожжи позволит регулировать накопление веществ, отвечающих за органолептические характеристики, а также осуществлять профилактику заболеваний, вызываемых уксуснокислыми и молочнокислыми бактериями.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гандзюк М.П., Соколенко А.И., Степанец И.Ф. Влияние физических воздействий на процесс биосинтеза дрожжей: Обзор. информ. - М.: ЦНИИТЭИПищепром, 1975. - 21 с.
2. Герасимов М. А. Технология вина. - Пищевая
пром-сть, 1964. - 352 с.
3. Остапенко А.М. Воздействие электромагнитных полей на объекты пищевых производств и перспективы их использования в пищевой промышленности: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Москва, 1979.
4. Бажал И.Г., Воропова Л.И., Купчик М.П. Очистка сахар -ных растворов в электрическом поле // Пищевая пром-сть. - 1983. -№ 4. - С. 24-26.
5. Узун Л.Н. Разработка и обоснование технологии производства вин и напитков с использованием электромагнитного воздействия: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Краснодар, 2003. - 24 с.
Кафедра технологии и организации виноделия и пивоварения
Поступила 20.01.05 г.
663.223.002.2
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИГРИСТЫХ ВИН
Э.М. СОБОЛЕВ, М.В. МИШИН
Кубанский государственный технологический университет
Краснодарская научная школа технологии виноделия всегда уделяла большое внимание вопросам производства вин пересыщенных диоксидом углерода. Формирование типичных свойств таких вин зависит от концентрации в виноматериале поверхностно-активных веществ (ПАВ), обеспечивающих замедленное га-зовыделение диоксида углерода из шампанского и усиление его пенообразующей способности в результате их адсорбции на поверхности двусторонней пленки пузырька газа и концентрирования в поверхностном слое на границе раздела фаз жидкость-газ [1].
Сравнительный анализ значений показателя пенообразующей способности Е шампанских виноматериа-лов КГУП «Абрау-Дюрсо» (рис. 1), подвергшихся различной технологической обработке, свидетельствует о синусоидальном характере изменений Е и снижении концентрации ПАВ в вине, в результате чего происходит резкое ухудшение его типичности.
-Р,С 20 15 10 5
о
□ Пино-фран □ Алиготе
□ Шардоне ШИ Купаж
□ Купаж, обработанный холодом □ Готовая продукция
Рис. 1
Необработанные шампанские виноматериалы из винограда сортов Алиготе, Пино-Фран и Шардоне имеют высокие начальные характеристики пенообразующей способности. Их последующий ассамбляж в сочетании с комплексной оклейкой приводит к существенному снижению (в 2 раза) пенообразования, что объясняется коагуляционным взаимодействием оклеивающих веществ с ответственными за пенообразова-ние ПАВ виноматериала. Сочетание в купаже (тираже) шампанских виноматериалов с различной поверхностно-активной характеристикой усиливает их пенообразующую способность. Это можно объяснить наличием синергетического эффекта у ПАВ разных групп, который приводит к взаимному усилению их действия.
Обработка купажа холодом понижает пенообразующую способность за счет деструкции и выпадения в осадок холодонестойких макромолекул белковых веществ, обладающих значительной поверхностной активностью.
Процесс вторичного брожения улучшает пенообра-зование и в целом пенистые свойства игристого вина, но из-за существенного влияния постадийных обработок готовая продукция не обладает выраженной способностью к образованию пены шампанского.
Анализ пенообразующей способности дешампани-зированных вин различных предприятий РФ (табл. 1) свидетельствует о недостаточном внимании со стороны виноделов-шампанистов к процессу сохранения и накопления в шампанизированном вине нативных ПАВ - главного фактора типичности игристых вин.
Так как молекулы ПАВ первого и второго рода участвуют в процессах образования связанных форм диоксида углерода, обеспечивая тем самым замедленную кинетику его газовыделения из шампанского, необходимость максимального сохранения и накопления этих веществ в шампанизированном вине становится очевидной.
На кафедре технологии и организации виноделия и пивоварения КубГТУ проведены исследования, направленные на разработку технологических приемов,
