CC BY
16УДК 663.241
Оселедцева И. В., Резниченко К. В., Агеева Н. М., Гугучкина Т. И.
Oseledtseva I. V., Reznichenko K. V., Ageeva N. M., Guguchkina T. I.
ВЛИЯНИЕ ШТАММА ДРОЖЖЕЙ И ПОДКОРМОК АМИНОКИСЛОТАМИ НА НАКОПЛЕНИЕ ВЫСШИХ СПИРТОВ В КОНЬЯЧНЫХ ВИНОМАТЕРИАЛАХ
INFLUENCE OF YEAST STRAIN AND ADDITION OF AMINO ACIDS ON ACCUMULATION HIGHER ALCOHOLS IN COGNAC WINE MATERIALS
Проведены исследования, направленные на установление степени влияния типа дрожжей и подкормок аминокислотами на варьирование единичных показателей состава легколетучей фракции коньячных виноматериалов и вырабатываемых из них дистиллятов.
Экспериментально установлено, что концентрация изоамилового спирта во всех случаях независимо от используемого штамма дрожжей в несколько раз превышала уровень концентрации изобутанола, отношение концентраций изоамилол/изобутанол в опытных виноматериалах составило от 4,4 до 8,3. Такая зависимость была характерна и для других полупродуктов технологической схемы производства коньяка. Таким образом, ни один из использованных в эксперименте современных штаммов дрожжей не оказал существенного влияния на изменение отношения изоамилол/изобутанол.
Внесение в сусло перед брожением валина и аланина способствует увеличению концентрации изобутанола, но при этом также увеличивается концентрация изоамило-ла, образование обоих соединений происходит одновременно несколькими путями, при этом накапливаются они неравномерно. Однако даже при внесении аминокислоты в концентрациях более 100 мг/дм3 не происходит существенного изменения отношения изоамилол/изобутанол. Следовательно, в коньячных виноматериалах, выработанных с соблюдением установленных правил производства, уровень концентрации изоамилового спирта должен быть как минимум в 2 раза выше уровня концентрации изобутанола, что объясняется биохимическими особенностями процесса брожения, учитывая особенности процесса дистилляции такие же соотношения должны сохраняться в коньячных дистиллятах и, соответственно, коньяках.
Ключевые слова: коньячные виноматериалы, штамм дрожжей, аминокислоты, высшие спирты.
The study on establishing the degree of influence of the type of yeast and addition of amino acids on the variation of individual components of volatile fraction of cognac wine materials and produced from them distillates.
It was established experimentally that the concentration of isoamyl alcohol in all cases, irrespective of the yeast strain is several times greater than the concentration of isobutanol concentration ratio izoamilol / isobutanol in experimental wine materials ranged from 4.4 to 8.3. Such dependence was typical of other intermediates production scheme of cognac.Thus, none of the used in the experiment of modern yeast strains had no significant effect on the change of attitude izoamilol/isobu-tanol.
Adding to the must before fermentation valine and alanine increases the concentration of isobutanol, but also increases the concentration of izoamilol,formation of both compounds at the same time occur in several ways, thus they accumulate un-evenly.However, even when you make amino acids in concentrations greater than 100 mg/dm3 there is no significant change in attitude izoamilol / isobutanol.Consequently, in cognac wine materials, developed in compliance with the established rules of production, the level of concentration of isoamyl alcohol must be at least 2 times higher than the concentration of isobutanol, due to biochemical characteristics of the fermentation process, given the characteristics of the distillation process, the same ratio should be kept in cognac distillates and, accordingly, in cognacs.
Key words: cognac wine materials, yeast strain, amino acids, higher alcohols.
Оселедцева Инна Владимировна
кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник Научного центра «Виноделие» ГНУ СКЗНИИСиВ ФАНО России, г. Краснодар Тел.: (861) 252-58-77 E-mail: [email protected]
Oseledtseva Inna Vladimirovna -
Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor
Senior 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: [email protected]
Резниченко Кристина Вячеславовна -
кандидат технических наук, научный сотрудник Научного центра «Виноделие» ГНУ СКЗНИИСиВ ФАНО России, г. Краснодар Тел.: (861) 252-58-77 E-mail: [email protected]
Reznichenko Kristina Vyatcheslavovna -
Ph.D. in Technical Sciences,
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: [email protected]
в
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: [email protected]
Гугучкина Татьяна Ивановна -
доктор сельскохозяйственных наук, профессор,
заведующая Научным центром «Виноделие»
ГНУ СКЗНИИСиВ ФАНО России,
г. Краснодар
Тел.: (861) 257-57-04
E-mail: [email protected]
Агроинженерия
27
Ageeva Natalya Mikhailovna -
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: [email protected]
Guguchkina Tatiana Ivanovna -
Doctor in Agricultural Sciences, Professor, Head of Research Center «Winemaking» State Scientific Institution North-Caucasian Zonal Research Institute of Horticulture and Viticulture, Krasnodar
Tel.: (861) 257-57-04 E-mail: [email protected]
Легколетучая фракция коньячной продукции формируется в первую очередь за счет потенциала сырья - винограда, который является первичным источником эфиров, высших спиртов, терпеновых соединений и других веществ [1-4]. В процессе брожения при распаде углеводов образуются вторичные продукты, а из веществ, не являющихся углеводами и содержащихся в сбраживаемых субстратах (главным образом аминокислот), образуются побочные продукты брожения. На их концентрацию огромное влияние оказывают условия брожения, при этом велика роль типа используемых дрожжей [5]. В виноделии производственное значение имеют 7 видов дрожжей (по систематике В. И. Кудрявцева) семейства Saccharomycetaceae рода БассИаготу-сев [5]. Как правило, используют расы и штаммы следующих видов дрожжей: Sac-charomyceв vini (Б. ellipвoideuв), Saccharo-тусев cereviвiae, Saccharomyceв oviformiв (Б. bayanuв), а также межвидовые гибриды. Штаммы дрожжей, выделяемые по физиологическим признакам, различаются по способности к образованию ароматических продуктов, что оказывает влияние на формирование состава столовых виноматериалов и, соответственно, получаемых из них коньячных дистиллятов. Согласно полученным нами в результате многолетних исследований экспериментальным данным в коньячных дистиллятах и коньяках отношение концентраций изо-амилол/изобутанол варьирует в пределах от 2 до 6, такой диапазон характерен и для столовых (коньячных) виноматериа-лов. Учитывая тот факт, что величины коэффициентов испарения данных соединений достаточно близки, а коэффициент ректификации составляет >1, в услови-
ях проведения дистилляции они переходят, главным образом, в головную и среднюю фракции. Регулирование общего содержания высших спиртов в коньячном дистилляте путем изменения величины отбора головных фракций возможно и практикуется, но на изменение соотношения концентраций отдельных соединений в процессе перегонки (без ректификации) влиять практически невозможно.
При покомпонентном исследовании состава ряда образцов коньячной продукции сомнительного качества, поступающих на исследование в научный центр «Виноделие» ГНУ СКЗНИИСиВ Россельхозакадемии, отношение изоамилол/изобутанол составляло <1. Это обосновывается поставщиками использованием современных рас дрожжей, способствующих повышенному накоплению изобута-нола. В связи с вышеизложенным нами были проведены исследования, направленные на установление степени влияния типа дрожжей на варьирование единичных показателей состава легколетучей фракции коньячных вино-материалов и вырабатываемых из них дистиллятов.
Эксперименты проводили на сусле (купаж), полученном путем переработки смеси сортов винограда Алиготе и Рислинг «по-белому» способу. Брожение сусла осуществляли согласно установленным правилам с применением современных штаммов дрожжей видов Saccha-romyces cerevisiae (штаммы: X5 Zymaflor BLANC (LAFFORT, Франция); X 16 Zymaflor BLANC (LAF-FORT, Франция); IOC Prestige (Институт Эно-логии Шампани (Франция); Actiflore cerevisiae (LAFFORT, Франция); ФРАНС СУПЕРСТАРТ (ООО «Юнайтед Бевериджис Груп», Франция); Oenoform C2 («Erbsloch Geisenheim AG», Германия), Saccharomyces oviformis (S. Bayanus (Институт Энологии Шампани (Франция), Sac-charomyces vini (жидкая разводка расы Шампанская 7-10С) и спонтанной микрофлоры. Вы-
работанные столовые виноматериалы были подвергнуты дистилляции. Дистилляцию осуществляли на аппаратах двойной сгонки ша-рантского типа с вместимостью нагревательного куба 20 и 80 дм3. Объемная доля этилового спирта в спирте-сырце составляла 30-32 %. Головную фракцию отбирали в количестве 2 и 3 % от содержания безводного спирта в навалке; отбор коньячного дистиллята прекращали при объемной доле этилового спирта в дистилляте 40 и 50 %. Сводные данные по составу высших спиртов и 2-фенилэтанола в опытных образцах столовых виноматериалов и молодых коньячных дистиллятов, выработанных в условиях микровиноделия, представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Данные по составу высших спиртов
и 2-фенилэтанола в опытных образцах столовых виноматериалов и молодых коньячных дистиллятов, выработанных в условиях микровиноделия
Компонент, мг/дм3 Столовые (коньячные) виноматериалы Коньячные дистилляты
1-Пропанол 8,9-16,4 176,5-259,6
2-Пропанол Менее 0,1-5,4 Менее 0,1-11,1
Изобутанол 12,0-35,4 130,0-306,5
1-Бутанол Менее 0,1-2,6 3,3-9,1
Изоамилол 76,6-176,5 930,0-1436
1-Гексанол 0,1-4,2 23,0-60,0
2-Фенилэтанол 5,9-22,0 5,9-11,1
Известно, что высшие спирты присутствуют в винограде в виде следов, но их содержание заметно увеличивается в процессе брожения виноградного сусла [4]. Высшие спирты могут быть отнесены как к вторичным, так и к побочным продуктам брожения, так как они образуются из углеводов и аминокислот [5]. Метанол, бутанол, амилол и гексанол микроорганизмами не синтезируются, и их концентрация в первую очередь зависит от сорта винограда и технологических факторов, тогда как н-пропанол, изо-бутанол и изоамиловый спирты синтезируются большей частью в процессе спиртового брожения, их концентрация во многом зависит от типа дрожжей [б].
Полученные в ходе эксперимента данные свидетел ьствуют о том, что в зависимости от используемого штамма дрожжей уровень концентрации отдельных соединений высших спиртов изменяется, так концентрация изобутилово-го спирта варьирует в диапазоне 12,0-35,4 мг/ дм3, а концентрация изоамилового спирта составляет от 76,6 до 154,0 мг/дм3. В результате проведенных исследований установлено, что наибольшее количество высших спиртов синтезируется дрожжами видов Э. Ьауапиэ, использование разных штаммов дрожжей вида Э. сег-еу1э1ае способствует накоплению более низких концентраций высших спиртов, в особенности изоамилового, который оказывает наибольшее влияние (с учетом пороговой концентрации) на органолептические свойства продукции. Самый
низкий уровень концентрации высших спиртов был установлен в образце, полученном с использованием универсального спиртоустой-чивого штамма ФРАНС СУПЕРСТАРТ; следует отметить также более низкий по сравнению с дрожжами видов Э. Бауапиэ и Э. Сегеу1э1ае уровень концентрации высших спиртов в винома-териалах, полученных с применением штамма универсальных термотолерантных дрожжей Оепо^гт С2 и жидкой разводки расы Шампанская 7-10С, а также в виноматериале, полученном брожением на спонтанной микрофлоре. Основываясь на полученных экспериментальных данных можно сказать, что все использованные в эксперименте штаммы дрожжей способствовали синтезу 2-фенилэтанола, за исключением жидкой разводки расы Шампанская 7-10С: уровень концентрации 2-фенилэта-нола после завершения спиртового брожения практически не изменился. Экспериментально установлено, что концентрация изоамило-вого спирта во всех случаях независимо от используемого штамма дрожжей в несколько раз превышала уровень концентрации изобутано-ла, отношение концентраций изоамилол/изо-бутанол в опытных виноматериалах составило от 4,4 до 8,3. Такая зависимость была характерна и для других полупродуктов технологической схемы производства коньяка (Таблица 2). Таким образом, ни один из использованных в эксперименте современных штаммов дрожжей не оказал существенного влияния на изменение отношения изоамилол/изобутанол.
Таблица 2 - Диапазон варьирования отношения Изоамилол/Изобутанол в опытных образцах
Штамм дрожжей Столовый винома-териал Спирт-сырец Головная фракция Коньячный дистиллят
X5 Zymaflor BLANC 6,4 8,1 6,7 8,6
X 16 Zymaflor BLANC 8,3 7,3 5,8 7,4
IOC Prestige 4,5 7,4 5,2 7,7
Actiflore cerevisiae 5,1 6,7 4,7 6,9
S. Bayanus 4,4 6,0 4,2 6,3
ФРАНС СУПЕРСТАРТ 6,4 6,6 4,6 6,8
Oenoform C2 5,2 5,9 4,1 5,9
Жидкая разводка расы Шампанская 7-10С 4,5 6,0 5,7 7,1
Спонтанная микрофлора 7,7 6,5 4,3 6,7
Согласно литературным данным, уровень концентрации отдельных компонентов высших спиртов зависит от содержания определенных аминокислот [4,5,7]. При брожении аминокислоты активно поглощаются дрожжами главным образом в начальной стадии брожения, при этом дрожжи потребляют отдельные аминокислоты по-разному [8]. Согласно полученным нами данным наиболее интенсивное потребление аргинина наблюдалось дрожжами штаммов IOC Prestige и Actiflore cerevisiae (вид
в
Агроинженерия
29
S. Cerevisiae) и S. Bayanus; лейцин и метио-нин наиболее активно расходовались при брожении с использованием дрожжей X 16 Zyma-flor BLANC (вид S. Cerevisiae), жидкой разводки расы Шампанская 7-10 С и спонтанной микрофлоры; валин и треонин - при использовании штаммов X5 Zymaflor BLANC и IOC Prestige (вид S. Cerevisiae).
Согласно литературным данным добавление в бродящую среду некоторых аминокислот приводит к повышенному образованию отдельных высших спиртов, в результате чего может измениться соотношение между ними [4]. Исследованиями Грачевой И. М. показано, что при добавлении в сусло валина происходит значительное увеличение концентрации изобута-нола [8]. Согласно данным А. Раппа и Г. Франка [9] введение в среду аланина также приводит к увеличению изобутанола. Следовательно, путем введения в сусло перед брожением аланина и валина можно изменить отношение изо-амилол/изобутанол за счет значительного прироста изобутанола. В результате проведенных нами исследований, направленных на определение степени влияния вводимых в сусло перед брожением аланина и валина на изменение отношения изоамилол/изобутанол установлено, что при внесении аланина независимо от используемого штамма дрожжей наблюдается повышение концентрации изобутанола, однако при этом также значительно повышается и концентрация изоамилового спирта. При внесении аланина в концентрации 10 мг/дм3 прирост изоамилового спирта выше, чем прирост изобутанола, кроме того зависимость между количеством вносимой кислоты и количеством образовавшегося спирта отсутствует. При увеличении вносимого количества аланина доля образующего изобутанола по сравнению с образующимся изоамилолом повышается, однако даже при внесении аланина в количестве 100 мг/дм3 отношение изоамилол/изобутанол составляет 3,2-4,8 (Таблица 3). Таким образом, при внесении аланина повышается концентрация обоих компонентов. Это может быть связано с тем, что а-кетоизовалериановая кислота, из которой в результате декарбоксиирования образуется изомасляный альдегид, восстанавливающийся до изобутанола, может превращаться также в а-кетоизокапроновую кислоту при взаимодействии с ацетил-КоА, которая при декарбоксилировании превращается в изова-лериановый альдегид, восстанавливающийся до изопентанола. Кроме того, увеличение концентрации изоамилового спирта при внесении аланина может происходить в результате реакции переаминирования, когда при взаимодействии аланина с кетокислотой, имеющей более длинную углеродную цепь, происходит образование новой аминокислоты. Таким образом, из аланина может быть получен валин, а из валина - лейцин, из которого путем гидролитического дезаминирования по механизму Ф. Эрли-ха образуется изоамиловый спирт.
Таблица 3 - Образование высших спиртов дрожжами Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces vini
Массовая концентрация, мг/дм3 Контроль С добавлением а-аланина
Без добавок + 10 мг/дм3 + 30 мг/ дм3 + 100 мг/дм3
Штамм Oenoform C2
Изобутанол 19,8 25,9 30,4 45,2
Изоамилол 104,1 175,2 184,7 215,0
Отношение Изоамилол/ Изобутанол 5,2 6,8 6,1 4,8
Штамм Actiflore cerevisiae
Изобутанол 25,7 28,1 41,1 54,1
Изоамилол 131,5 153,6 180,2 211,1
Отношение Изоамилол/ Изобутанол 5,1 5,5 4,4 3,9
Раса Шампанская 7-10С
Изобутанол 24,4 28,0 43,0 60,2
Изоамилол 110,5 133,6 159,2 190,6
Отношение Изоамилол/ Изобутанол 4,5 4,8 3,7 3,2
Штамм Oenoform C2
Изобутанол 19,8 44,5 56,2 82,5
Изоамилол 104,1 167,7 165,8 168,0
Отношение Изоамилол/ Изобутанол 5,2 3,8 3,0 2,1
Штамм Actiflore cerevisiae
Изобутанол 25,7 58,4 70,1 96,0
Изоамилол 131,5 170,0 168,1 182,0
Отношение Изоамилол/ Изобутанол 5,1 2,9 2,4 1,9
Раса Шампанская 7-10 С
Изобутанол 24,4 42,1 53,2 89,8
Изоамилол 110,5 156,5 186,2 200,2
Отношение Изоамилол/ Изобутанол 4,5 3,7 3,5 2,2
При введении в сусло перед брожением валина также установлено повышение концентрации обоих анализируемых спиртов. Однако, прирост концентрации изобутанола значительно существеннее, прироста концентрации изоамилового спирта: по мере увеличения доли вносимой аминокислоты отношение изоамилол/изобутанол уменьшается и при внесении 10 мг/дм3 составляет 2,9-3,8; а при внесении 100 мг/дм3 - 1,9-2,2. Однако следует отметить, что существенного сдвига отношения не наблюдается даже при внесении 1 г/дм3, при этом общий уровень концентрации высших спиртов увеличивается только при внесении аминокислоты в концентрациях до 100 мг/дм3, при внесении большего количества аминокислоты прироста высших спиртов не наблюдалось.
Увеличение концентрации изобутанола при внесении валина происходит в результате де-заминирования и гидратирования соответствующего амина, образующегося при декарбокси-лировании валина. Повышение концентрации изоамилового спирта при внесении валина может происходить в результате реакции переа-минирования валина, в результате чего образуется лейцин, являющийся прямым источником образования изоамилола.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что внесение в сусло перед брожением валина и аланина способствует увеличению концентрации изобутанола, но при этом также увеличивается концентрация изоамилола, образование обоих соединений
происходит одновременно несколькими путями, при этом накапливаются они неравномерно. Однако даже при внесении аминокислоты в концентрациях более 100 мг/дм3 не происходит существенного изменения отношения изоами-лол/изобутанол. Следовательно, в коньячных виноматериалах, выработанных с соблюдением установленных правил производства, уровень концентрации изоамилового спирта должен быть как минимум в 2 раза выше уровня концентрации изобутанола, что объясняется биохимическими особенностями процесса брожения; учитывая особенности процесса дистилляции такие же соотношения должны сохраняться в коньячных дистиллятах и, соответственно, коньяках.
Литература
1. Билько М. В., Аникина Н. А. Влияние технологических приемов производства вина на соотношение форм терпенов // Виноград и вино России. 1999. № 2. С. 20-21.
2. Петросян И. А., Восканян А. В. Использование новых селекционных, технических сортов винограда в коньячном производстве // Проблемы и перспективы развития виноградовинодельческого комплекса Республики Молдова. Кишинев, 1992. С. 135-136.
3. Датунашвили Е. Н. Исследование ароматических веществ винограда // Тр. ВНИИ-ВиВ «Магарач». 1958. Т. 6. Вып. 2. С. 16-23.
4. Егоров И. А., Родопуло А. К. Химия и биохимия коньячного производства. М. : Аг-ропромиздат, 1988. 193 с.
5. Бурьян Н. И. Микробиология виноделия. 2-е изд., доп., подготовленное Институтом винограда и вина «Магарач». Симферополь : Таврия, 2002. 433 с.
6. Хиабахов Т. С. Сырьевая база коньячного производства // Виноделие и виноградарство. 2002. № 2. С. 12-14.
7. Usseglio-Tomasset L. Der a-Phenil-äthylalkohol in Weinen // Riv. Viticolt. 1967. 20. P. 10-19.
8. Кишковский З. Н., Скурихин И. М. Химия вина. М. : Пищевая промышленность, 1976. 310 с.
9. Rapp A., Frank H. Uber die Bildung von Etanol und einigen Aromastoffeu bei Modellginversuchen in Abhingigheit von der Amino-saurenkonzentration. Vitis., 1971. Bd 9, № 4. P. 299-309.
References
1. Bilko M. V., Anikina N. A. Effect of processing methods for the production of wine forms the ratio of terpenes // Grapes and wine in Russia. 1999. № 2. C. 20-21.
2. Petrosyan I. A., Voskanyan A. V. Using the new selection, wine grapes in cognac production // Problems and Prospects of grape and winemaking complex of the Republic of Moldova. Chisinau, 1992. P. 135-136.
3. Datunashvili E. N. Study of aromatics grapes // Proc. Institute of Vine and Wine «Magarach». 1958. V. 6. Is. 2. P. 16-23.
4. Egorov I. A., Rodopulo A. K. Chemistry and biochemistry of cognac production. M. : Agropromizdat, 1988. 193 p.
5. Burian N. I. Wine Microbiology. 2nd edition, supplemented by the Institute of Vine and Wine «Magarach». Simferopol : Tavria, 2002. 433 p.
6. Hiabahov T. S. Resources base of cognac production // Winemaking and Viticulture. 2002. № 2. P. 12-14.
7. Usseglio-Tomasset L. Der a-Phenil-äthylalkohol in Weinen // Riv. Viticolt. 1967. 20. P. 10-19.
8. Kishkovsky Z. N., Skurihin I. M. Chemistry of wine. M. : Food Industry, 1976. 310 p.
9. Rapp A., Frank H. Uber die Bildung von Etanol und einigen Aromastoffeu bei Modellginversuchen in Abhingigheit von der Amino-saurenkonzentration. Vitis., 1971. Bd 9, № 4. P. 299-309.
