ВЛИЯНИЕ НОВЫХ РАС ДРОЖЖЕЙ НА СОСТАВ АЗОТИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ВИНОГРАДНЫХ СТОЛОВЫХ ВИНАХ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Вестник АПК

Агроинженерия -; № 3(15), 2014 " "

УДК 663.223.3

Агеева Н. М., Даниелян А. Ю., Толмачева Е. Н., Сосюра Е. А. Ageeva N. M., Danielian A. Yu., Tolmacheva E. N., Sosyura E. A.

ВЛИЯНИЕ НОВЫХ РАС ДРОЖЖЕЙ НА СОСТАВ АЗОТИСТЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ВИНОГРАДНЫХ СТОЛОВЫХ ВИНАХ

EFFECT OF YEAST NEW RACES ON THE COMPOSITION OF NITROGENOUS COMPOUNDS IN GRAPE TABLE WINES

В процессе сбраживания виноградного сусла винными дрожжами происходит формирование химического состава вина, обусловленное биосинтетическими функциями винных дрожжей. Цель работы - установить изменение концентрации азотистых соединений в столовых виноматериалах при использовании новых рас активных сухих дрожжей- Actiflore F33, VitilevureCsmYseo, Excellence XR, ExcellenceXP. В качестве контроля использовали расу дрожжей Шампанская 7-10С.

Массовую концентрацию аминного азота определяли методом Серенсена (формольное титрование), иона аммония - методом капиллярного электрофореза (Капель 105М), общего азота - с применением реактива Несслера, белка - методом Шахтерле и Поллак, активность проте-аз - по трансформации субстрата - белка альбумина.

Анализ полученных нами данных свидетельствует о том, что дрожжи обладают различной способностью к потреблению азотистых веществ. В результате проведенных исследований установлено изменение концентрации азотистых соединений - аминного, аммонийного, общего азота и белка - при сбраживании виноградного сусла различными расами активных сухих дрожжей. Выделены дрожжи, обеспечивающие снижение количества азотистых соединений на стадии активного брожения - Excellence XR и Excellence XP. Показано, что эти расы дрожжей могут быть использованы для проведения биологического азотопо-нижения с целью стабилизации белых столовых вин против коллоидных помутнений.

Ключевые слова: винные дрожжи, брожение, амин-ный, аммонийный, общий азот, белок, протеаза.

In the process of fermentation of grape juice by wine yeast is the formation of the chemical composition of the wine due to the biosynthetic functions of wine yeast. Purpose of work - establish the change in concentration of nitrogen compounds in the table wine materials using new races of active dry yeast - Actiflore F33, VitilevureCsmYseo, Excellence XR, Excellence XP. Used as the control race Champagne 7-10C.

Mass concentration of amino nitrogen was determined by Sorensen (Formalin titration), ammonium ion - by capillary electrophoresis (Capel 105M), total nitrogen - using Nessler reagent, protein - by Shahterle and Pollack, protease activity - to transform the substrate - protein albumin.

Analysis of our data shows that yeast have different ability to consume nitrogenous substances. The studies found the change in concentration of nitrogen compounds - amine, ammonia, total nitrogen and protein - in the fermentation of grape must, different races of active dry yeast. Are highlighted yeast that reducethe amount of nitrogen compounds under active fermentation - Excellence XR and Excellence XP. It is shown that these races yeast can be used to carry out biological reduction of nitrogen to stabilize the white table wines against colloid opacities.

Key words: wine yeast, fermentation, amine, ammonia, total nitrogen, protein, protease.

Агеева Наталья Михайловна -

доктор технических наук, профессор,

главный научный сотрудник

Научного центра «Виноделие»

ГНУ СКЗНИИСиВ

ФАНО России,

г. Краснодар

Тел.: (861) 252-58-77

E-mail: ageyeva@inbox.ru

Даниелян Армен Юрьевич -

аспирант лаборатории виноделия ГНУ СКЗНИИСиВ ФАНО России, г. Краснодар Тел.: 8928-33-33-243 Е-mail: dar@abraudurso.ru

Толмачева Екатерина Николаевна -

кандидат технических наук, ассистент кафедры виноградарства Кубанский государственный аграрный университет, г. Краснодар Тел.: 8918-339-86-25 Е-mail: ageyeva@inbox.ru

Ageeva Natalya Mihaylovna -

Doctor in Technical Sciences, Professor,

Chief Researcher of Scientific Center «Winemaking»

State Scientific Institution

North-Caucasian Zonal Research Institute

of Horticulture and Viticulture,

Krasnodar

Tel.: (861) 252-58-77 E-mail: ageyeva@inbox.ru

Danielian Armen Yur^evich -

Ph.D. student of Department of winemaking State Scientific Institution North-Caucasian Zonal Research Institute of Horticulture and Viticulture, Krasnodar

Tel.: 8928-33-33-243 E-mail: dar@abraudurso.ru

Tolmacheva Ekaterina Nikolaevna -

Ph.D. in Technical Sciences, Assistant of Department of Viticulture Kuban State Agrarian University, Krasnodar Tel.: 8918-339-86-25 E-mail: ageyeva@inbox.ru

8

,,„ „„„„, Jj Ставрополья

научно-практическии журнал

Сосюра Елена Алексеевна -

старший преподаватель кафедры производства

и переработки продуктов питания

из растительного сырья

Ставропольский государственный

аграрный университет,

г. Ставрополь

Тел.: 8-903-41-949-42

Е-таИ: elena_st_86@mail.ru

Sosyura Elena Alexeevna -

Senior Lecturer of Department of the production and processing of food from plant material Stavropol State Agrarian University, Stavropol

Tel.: 8903-41-949-42 E-mail: elena_st_86@mail.ru

В процессе сбраживания виноградного сусла винными дрожжами происходит формирование химического состава вина, обусловленное биосинтетическими функциями винных дрожжей. При брожении существенное изменение претерпевает коллоидная фракция сусла: согласно данным [1, 2] на начальном этапе брожения концентрация азотистых соединений уменьшается, а в период стационарной фазы развития дрожжевых клеток - увеличивается за счет их перехода из дрожжевой клетки. Интенсивность процессов синтеза-гидролиза азотистых соединений зависит от активности ферментных систем, катализирующих процессы образования и разрушения высокомолекулярных соединений, в том числе белков и их комплексов. В свою очередь, активность ферментных систем определяется спецификой физиолого-биохимических свойств рас дрожжей, применяемых для сбраживания сусла. В связи с этим цель работы - установить изменение концентрации азотистых соединений в виноматериалах при использовании новых рас дрожжей.

Объекты и методы исследований. В качестве объекта исследований использовали сусло из белого сорта винограда Шардоне. Для сбраживания виноградного сусла из белых сортов винограда, применяли новые расы активных сухих дрожжей, имеющие следующие характеристики:

- ActifloreF33, производитель - фирма LAFFORT, вид Saccharomycescerevi-siae: дрожжи спиртоустойчивы до 16 % об.исульфоустойчивы, обладают кисло-топонижающей способностью;

- VitilevureCsmYseo, производитель -YSEOprocess, предназначены для выработки фруктовых, плодовыхи виноградных вин. Специально селекционированный штамм L 6885. Проводят частичное расщепление яблочной кислоты, обладают высокой толерантностью, спиртоустойчивы. Обеспечивают низкое накопление летучих кислот и сернистых производных;

- ExcellenceXR, производитель -LAMOTHE-ABIET: универсальная раса дрожжей вида Saccharomycescerevisiae, спирто- и суль-фоустойчивы;

- Excellence XP, производитель - LAM-OTHE-ABIET, вид Saccharomyces cerevi-

э1ае. Рекомендуется для производства высококачественных столовых вин, легко забраживают, не образуют недобро-дов.

Брожение проводили в анаэробных условиях с применением гидрозатворов.

Массовую концентрациюаминного азота определяли методом Серенсена (формольное титрование), иона аммония - методом капиллярного электрофореза (Капель 105М), общего азота - с применением реактива Несслера, белка - методом Шахтерле и Поллак,активность протеаз - по трансформации субстрата - белка альбумина [3, 4].

Результаты и обсуждение. Анализ полученных результатов, представленных в таблице 1, показал различную концентрацию азотистых соединений в зависимости от расы дрожжей.

Таблица 1 - Массовая концентрация азотистых соединений в зависимости от расы дрожжей

Показатели Наименование дрожжей

Контроль ExcellenceXR Excel-lenceXP VitilevureCsmYseo Actif-loreF33

азотистые вещества, мг/дм3

аммоний 6,7 4,5 4,0 5,1 6,1

аминный азот 336 428 308 406 385

общий азот 1100 980 1230 1320 1020

белок 30,2 23,6 27,4 30,7 28,6

Следует отметить, что наиболее близкие результаты получены по концентрации аммонийного азота. Аммонийный азот, в том числе соли аммония - наиболее активная, подвижная и реакционноспособная форма азотистых соединений, хорошо усваиваемая винными дрожжами и участвующая в химических реакциях. Наименьшая концентрация аммонийного азота в пересчете на аммоний-ионбыла в образцах, полученных при использовании расы ЕхсеИепсеХр, наибольшая - в контроле (Шампанская 7-10С).

Количество аминного азота варьировало от 308 мг/дм3 (расаЕхсе11епсеХР) до 428 мг/дм3 (ЕхсеПепсеХЯ). Это свидетельствует о том, что при использовании рас дрожжей Ехсе11епсеХР и ЕхсеИепсеХЯ происходит наиболее существенное вовлечение азотистых соединений в процессы метаболизма клеток и ферментативные реакции.

в

: № 3(15), 2014

Агроинженерия

9

Концентрация общего азота варьировало в широких пределах -от 980 мг/дм3 (Ехсе1-!епсеХР) до 1320 мг/дм3 (VitilevureCsmYseo). Учитывая, что для проведения экспериментов использовано одно и то же виноградное сусло, а брожение проводили в одинаковых условиях, можно считать, что такое различие объясняется спецификой метаболизма клеток винных дрожжей, в том числе активностью таких ферментных систем, как протеазы и пептидазы.

Белок играет важную роль в сложении физико-химических и органолептических свойств вин, особенно игристых и ликерных. Они являются поверхностно-активными веществами и основными стабилизаторами пены; продукты гидролиза белков участвуют в реакциях типизации ликерных вин. В тоже время высокие концентрации белкав готовой продукции провоцируют коллоидные помутнения. Анализ полученных экспериментальных данных свидетельствует о том, что концентрация белка в опытных вариантах имела близкие значения, но наименьшее его количество выявлено в вино-материале, полученном при сбраживании сусла расой Ехсе!!епсеХЯ.

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что дрожжи обладают различной способностью к потреблению азотистых веществ. Однако для того чтобы определить азотопони-жающие свойства дрожжей, необходимо проведение дальнейших исследований, которые позволили бы установить оптимальный период контакта биомассы дрожжей и виноматери-ала для установления режимов времени максимального азотопонижения.

Известно[5, 6], что дрожжевые клетки используют азотистые вещества для построения тканей и клеточной структуры, поддержания жизнедеятельности, а также высокой дыхательной и бродильной активности. Важнейшим предшественником потребляемого органического азота является аммиак или аммонийный азот, который дрожжи вида Saccharomycescer-evisiae усваивает в первую очередь и только потом потребляют аминный азот. Поэтому для активации клеток АСД предусматривается внесение подкормки в виде азотистого питания. В своих экспериментах азотистую подкормку мы не вносили с целью изучения потребления дрожжами тех азотистых соединений, которые присутствуют в среде.

Для проведения эксперимента использовали виноградное сусло со следующими концентрациями азотистых веществ, мг/дм3: общего азота - 1010, аминного азота - 226, белка - 46,4. Дрожжи исследуемых рас дрожжей вносили в одинаковом количестве - 3,0 млн. клеток/см3. Наблюдение проводили в течение 10 суток, чтобы не допустить угнетения дрожжей и отследить начало автолиза клеток.

Полученные результаты (таблица 2) показали, что наибольшее снижение суммы азотистых соединений наблюдалось на 3-4 сутки с момента начала брожения независимо от расы

дрожжей, однако динамика изменения концентрации общего азота и его остаточная концентрация на 10 сутки существенно зависела от расы дрожжей. Так, наименьшее количество общего азота, а, следовательно, наибольшая азо-топонижающая способность были характерны для расы ExcellenceXP (110 мг/дм3), далее следует ExcellenceXR (150 мг/дм3). Активное потребление дрожжами аминного азота начиналось уже на первые сутки брожения и продолжалось до шести суток, затем снижение концентрации азота несколько замедлялось, что свидетельствовало о снижении бродильной активности и частичного перехода клеток в угнетенное состояние.

Таблица 2 - Изменение массовой

концентрации азотистых веществ при брожении в зависимости от расы дрожжей

Продолжительность брожения, сутки Наименование расы дрожжей

Контроль Excel-lenceXR Excel-lenceXP Vitilevure-CsmYseo ЬгеРЭЭ

Массовая концентрация общего азота, мг/дм3

1 980 940 930 940 950

2 830 780 810 800 810

3 690 530 590 710 680

4 480 420 480 630 450

6 320 300 330 520 340

8 250 260 220 340 290

10 210 150 110 270 250

Массовая концентрация аминного азота, мг/дм3

1 210 196 200 212 212

2 192 170 182 200 197

3 170 153 162 184 180

4 156 126 134 169 162

6 122 98 118 148 134

8 94 66 80 124 122

10 62 44 62 96 100

Массовая концентрация белка, мг/дм3

1 42,4 42,0 41,3 40,6 40,2

2 38,6 34,2 31,8 37,2 38,6

3 30,2 21,8 25,6 31,6 30,2

4 24,4 15,5 16,2 25,2 24,4

6 19,6 10,3 9,4 21,5 19,6

8 16,8 8,8 10,2 17,3 16,8

10 18,2 8,2 10,8 14,7 18,2

Наименьшее количество аминного азота на десятые сутки с момента начала брожения выявлено в виноматериалах, полученных с применением расы ExcellenceXR (44 мг/дм3). Одинаковый результат получен при использовании рас ExcellenceXP и Шампанская 7-10С (62 мг/дм3).

Анализ тенденций изменения массовой концентрации белка свидетельствует о том, что наименьшее его значение, в первые сутки брожения, было у рас VitilevureCsmYseo и А^-^огеР33.

10

Ежеквартальный

научно-практический

журнал

В

С увеличением продолжительности брожения наибольшая трансформация белка наблюдалось при использовании рас ЕхсеИепсеХЯ и Ехсе11епсеХР. Их применение обеспечило наименьшую концентрацию остаточного белка в виноматериалах (8,2 мг/дм3 и 10,8 мг/дм3 соответственно).

Полученные результаты показали, что лучшей азотопонижающей способностью обладают различные расы ЕхсеПепсеХЯ и Ехсе11епсеХР, которые можно рекомендовать для применения в технологи белых столовых вин с целью азото-понижения.

Лизис клеток наблюдался только на десятые сутки с начала момента брожения. Он выявлен в виноматериалах, приготовленных в применением рас дрожжей Ехсе11епсеХР, Шампанская 7-10С и VitilevureCsmYseo: обнаружено незначительное увеличение массовой концентрации белка.

Такое различие в потреблении азотистых веществ исследуемых рас дрожжей можно объяснить различными факторами, среди которых важнейшее значение имеют накопление биомассы клеток и активность протеолитических ферментов.

Известно, что количество азотистых соединений и их изменение в процессе брожения обусловливается активностью протеолитических ферментов, в том числе винных дрожжей [6, 7]. Их наличие в сусле и виноматериалах играет большую роль в процессах формирования качества вина и достижения розливостойкости, так как они осуществляют гидролиз белков, комплексов биополимеров на их основе, пептидов до простейших соединений, а при брожении сусла, в том числе и аминокислот. В связи с этим исследовали активность протеаз при брожении виноградного сусла из сорта Шардо-не с использованием экспериментальных рас дрожжей АсШ1огеР33, VitilevureCsmYseo, Ехсе1-1епсеХЯ, Ехсе11епсеХР.

Проведенные эксперименты (рисунок)по-казали, что наибольшая величина активности наблюдалось на 3-4 сутки у всех исследованных рас дрожжей. По нашему мнению, это объясняется тем, что дрожжи переходят в стадию активного физиологического состояния. Этот период соответствует завершению экспоненциальной стадии развития клеток, когда количество жизнедеятельных физиологиче-

ски активных дрожжей достигает максимума. В дальнейшем высокая величина активности протеаз сохраняется, однако у дрожжей Vitile-vureCsmYseo и ЕхсеИепсеХЯ незначительно возрастает, для других (АсШ1огеР33, Ехсе11епсеХР) стабилизируется и даже несколько снижается. Сравнительный анализ показал, что наибольшая величина активности протеаз характерна для расы ЕхсеПепсеХЯ: ее максимальная величина была на 4-6 сутки.

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

усл.ед

Vitilevure Csm Yseo

Рисунок - Динамика изменения активности

протеаз в зависимости от расы дрожжей

Наименьшая активность протеаз выявлена у расы дрожжей АсШ1огеР33, что согласуется с материалами исследования представленных в предыдущем разделе.

Образовавшаяся в виноматериалах биомасса клеток дрожжей была отделена от виномате-риала путем центрифугирования с целью определения активности протеаз в клетках винных дрожжей исследуемых рас.

В результате эксперимента установлена наибольшее значение активности протеаз у клеток рас дрожжей ЕхсеИепсеХЯ и Ехсе11епсеХР составляющая 134 усл.ед. и 128 усл.ед соответственно.

Эти данные говорят о том, что в процессе последующего хранения виноматериалов на дрожжевом осадкевозможна секреция протеаз из клетки в виноматериал, которая может привести как к снижению, так и увеличению белка в виноматериале.

Таким образом, для пролонгирования устойчивости столового виноматериала к коллоидным помутнениям необходимо использовать ту расу дрожжей, которая обеспечивает более глубокий гидролиз азотистых соединений. Согласно полученным данным это расы Ехсе1-1епсеХЯ и Ехсе11епсеХР.

Actiflore F33

Excellence XP

Excellence XR

Литература

1. Теория и практика виноделия. Т. 3. Способы производства вин. Превращения в винах / Ж. Риберо-Гайон, Э. П. Пейно, П. Риберо-Гайон, П. Сюдро ; пер. с франц., под ред. Г Г. Валуйко. М. : Пищ. пром-сть, 1980. 480 с.

2. Агеева Н. М., Аванесьянц Р. В. Биохимические особенности производства коньячных виноматериалов. Краснодар : Просвещение-Юг, 2011. 135 с.

References

1. The Theory and practice of winemaking. T. 3. Methods of production of wines. Transformation into wine / J. Ribeiro-Gayon, P. E. Payne, P. Ribeiro-Gayon, P. Sudre ; Translated from the French., Ed. G. Valuyki. M. : Food Industry, 1980. 480 p.

2. Ageeva N. M., Avanesyants R. V. Biochemical features production brandy of wine materials. Krasnodar : Education-South, 2011. 135 p.

в

: № 3(15), 2014

3. Методы технохимического и микробиологического контроля в виноделии. М. : Пищ. пром-сть, 1980. 49 с.

4. Методы технохимического контроля в виноделии / под ред. д-ра техн. наук В. Г Гер-жиковой. Симферополь : Таврида, 2002. 258 с.

5. Агеева Н. М. Физико-химические и биотехнологические основы повышения качества и устойчивости вин к помутнениям : автореф. диа ... д-ра техн. наук. Краснодар, 2001. 50 с.

6. Бурьян Н. И. Микробиология виноделия. Ялта : ВНИИВиВ «Магарач», 1997. 400 с.

7. Абдулабекова Д. А., Кишковская С. А., Бурьян Н. И. Метаболизм белка и аминно-го азота дрожжами Sсhizosaccharomyces. М. : АгроНИИТЭИПищепром. Деп. рук. № 1725-88 от 27.11.88.

Агроинженерия

11

3. Methods technochemical and microbiological control in winemaking. M. : Food Industry, 1980. 49 p.

4. Technochemical control methods in the wine / Ed. Dr. tehn. Sciences V. G. Gerzhiko-voy. Simferopol : Tauris, 2002. 258 p.

5. Ageeva N. M. Physical and chemical and biotechnological bases to improve the quality and stability of wines to turbidity: Author. dic ... Drs. tehn. Sciences. Krasnodar, 2001. 50 p.

6. Burian N. I. Microbiology of winemaking. Yalta : VNIIViV «Magarach», 1997. 400 p.

7. Abdulabekova D. A., Kishkovsky S. A., Burian N. I. Metabolism of protein and amino nitrogen Sshizosaccharomyces yeast. M. : AgroITEIPischeprom Dep. hands. № 172588 of 11/27/88.