Введение. При получении яблочных малоокисленных высококачественных вин наиболее ответственным технологическим процессом является процесс брожения сусла. Благодаря жизнедеятельности дрожжей формируются ароматические и вкусовые достоинства вина. В процессе спиртового брожения из глюкозы идет накопление главного продукта этилового спирта [1–4]. Химически он достаточно устойчив, но может окисляться под действием уксуснокислых бактерий и пленчатых дрожжей. При выдержке вин его концентрация снижается вследствие технологических потерь, а также при участии в реакциях окисления и этерификации [3–5]. В процессе получения вина в результате гидролиза метоксильных групп пектиновых веществ идет образование метанола. В больших дозах он токсичен, но в концентрациях, встречающихся в винах (до 0,35 г/дм3), не оказывает влияния на здоровье человека. Гораздо большую проблему представляют сивушные спирты. Значительно ухудшают вкус и аромат вин. Обладают сильным опьяняющим действием. В белых винах концентрация колеблется в пределах 0,15–0,4 г/дм3, более высокое содержание не желательно [4–5]. На образование вторичных продуктов, кроме исходного состава сусла и температуры брожения, могут оказывать влияние и другие технологические параметры. Например, известен способ сбраживания сусла в аппаратах с насадкой в условиях сверхвысокой концентрации дрожжей. В итоге виноматериалы лучше сохраняют сортовой аромат, в них выше содержание остаточного экстракта, увеличивается коэффициент выхода спирта. В качестве насадки используют разные материалы, такие как пластиковые кольца Рашига [6] (производятся из полимеров, устойчивых к различным температурам и агрессивным средам, разрешенных к применению в пищевой промышленности), древесные стружки [7, 8] и некоторые другие материалы [9]. В эксперименте применили специально подготовленную скорлупу кедрового ореха [10].
Цель исследования – изучение изменения состава органических кислот и летучих компонентов яблочного вина при брожении сока с использованием насадки из скорлупы кедрового ореха.
Задачи: оценить влияние насадок из скорлупы кедрового ореха на динамику изменения концентрации целевых компонентов (этанола и сахаров) бродящего сусла; изучить состав органических кислот сусла и готовых яблочных вин; оценить изменение содержания летучих компонентов вина, полученного при брожении с использованием насадки из скорлупы кедрового ореха.
Объекты и методы. Объектом исследования служили виноматериалы, которые получали сбраживанием свежего выжатого сока из мелкоплодных яблок сорта Красная гроздь. Яблочное сусло перед постановкой на брожение подвергали корректировке кондиций по сахару до 20 %. Массовая концентрация титруемых кислот в сусле составила 8,1 г/дм3. Брожение сусла осуществляли на чистой культуре винных дрожжей расы Salvio Champagne французского производства. Перед внесением в сусло проводили процесс восстановления гидратной оболочки сухих дрожжевых клеток. Затем, бродильную смесь подавали в емкость с насадкой в несколько приемов с целью достижения требуемой концентрации дрожжей. Температурный режим брожения сусла поддерживали на уровне 18–20 °С [11].
Подготовку насадки из скорлупы кедрового ореха осуществляли согласно схеме [10], включающей следующие стадии обработки: сортировку, пропитку водой, замораживание и щелочной гидролиз, который проводили путем многократного кипячения в растворе гидрокарбоната натрия.
Определение физико-химических показателей проводили по стандартным методикам [12]: массовую долю редуцирующих сахаров – фотоколориметрическим методом по ГОСТ 8756.13-87 [13]; массовую концентрацию титруемых кислот – потенциометрическим методом титрования по ГОСТ ISO 750-2013 [14]; летучие компоненты вина определяли в дистилляте газохроматографическим методом определения по ГОСТ 32039-2013 [15]; массовую концентрацию органических кислот определяли методом ВЭЖХ [16] с помощью спектрофотометрического детектора в ультрафиолетовой области спектра при длине волны 210 нм. Относительная погрешность метода составляет d ≤ 10 % при доверительной вероятности Р = 0,95.
Результаты и их обсуждение. В ходе эксперимента отслеживали изменение окислительно-восстановительного потенциала, накопление этилового спирта и снижение концентрации сбраживаемых сахаров в бродящем сусле (рис.).
|
|
|
|
а |
б |
|
Динамика изменения содержания компонентов бродящего сусла: а – концентрации сахаров; б – объемной доли этанола |
|
Из представленных диаграмм видно, что снижение концентрации сбраживаемых сахаров в сусле и накопление этанола в образце № 2 (при брожении на насадке из скорлупы кедрового ореха) протекало активнее, чем в образце №1 (контрольном). На поверхности насадки-сорбента создаются более благоприятные условия для активизации жизнедеятельности дрожжевых клеток вследствие увеличения поверхности контакта иммобилизованных клеток с субстратом и беспрепятственного протекания процесса массопередачи. В результате концентрации питательных веществ (продуктов автолиза дрожжей) на поверхности насадки, а также сорбции биологически активных веществ (ферментов, витаминов, аминокислот и других стимуляторов роста,микроорганизмов) наблюдалось сокращение продолжительности брожения до 12 суток (на 96 часов быстрее, чем в контроле).
Активная кислотность (рН) колебалась от 3,0 до 3,8 ед. Окислительно-восстановительный потенциал (Еh) сусла (345 мВ) после постановки на брожение с применением насадки резко снижался до 150 мВ (на 1-й день), а в конце брожения составил 160 мВ. В контрольном образце наблюдалось снижение до 175 мВ (на 3-й день), по окончании процесса брожения увеличение до 220 мВ. Очевидно, снижение величины Еh связано с уменьшением активности окислительных ферментов, что благотворно влияет на сохранение ароматобразующих и красящих соединений готового вина.
Физико-химические показатели полученных вин представлены в таблице 1.
Таблица 1
Физико-химические показатели готовых вин
|
Показатель |
Норма по ГОСТ 33806-2016 [17] (для сухих вин) |
Образец №1(контроль) |
Образец №2(брожение на насадке) |
|
Объемная доля этилового спирта, % |
6,0–15,0 |
11,8 |
11,9 |
|
Массовая концентрация сахаров, в пересчете на инвертный, г/дм3 |
не более 4,0 |
0,5 |
0,5 |
|
Массовая концентрация титруемых кислот, в пересчете на яблочную, г/дм3 |
не менее 4,0 |
7,9 |
7,5 |
|
Массовая концентрация летучих кислот, в пересчете на уксусную, г/дм3 |
не более 1,2 |
0,4 |
0,2 |
Примечание: Расхождение между значениями показателей (средние данные трех параллельных измерений) не превышало 7 %.
Объемная доля этилового спирта в образцах вин составила 11,8 и 11,9 %, при концентрации остаточного сахара 0,5 г/100 см3. По мере накопления этанола наблюдали незначительное понижение массовой концентрации титруемых кислот (с 8,1 до 7,5 г/дм3), очевидно, связанное с изменением их состава (табл. 2).
Таблица 2
Массовые концентрации органических кислот сусла и вин, г/дм2
|
Показатель |
Сок |
Образец №1 |
Образец №2 |
|
Массовая концентрация лимонной кислоты |
0,96 |
1,49 |
0,94 |
|
Массовая концентрация винной кислоты |
0,00 |
0,02 |
0,04 |
|
Массовая концентрация яблочной кислоты |
9,63 |
7,79 |
6,31 |
|
Массовая концентрация янтарной кислоты |
0,18 |
1,19 |
1,38 |
|
Массовая концентрация молочной кислоты |
0,86 |
1,61 |
1,66 |
Примечание: Расхождение между значениями показателей (средние данные двух параллельных измерений) не превышало 5 %.
При брожении на насадках содержание лимонной кислоты на 36,3 % ниже, чем в контрольном, причиной может быть использование молочнокислых бактерий в качестве источника углерода или сорбция на насадке, что требует дополнительных исследований. Концентрация янтарной кислоты на 13,8 % выше. Известно, что янтарная кислота – это вторичный продукт спиртового брожения, имеет солоноватый вкус, является биологически активной [5], в организме человека при стрессе нормализует обмен веществ. Таким образом повышает физиологическую ценность виноматериала. Молочная кислота образуется при спиртовом и яблочно-молочном брожении. Увеличение ее содержания на 3 % в образце, бродившем на насадке, свидетельствует о более благоприятных условиях для прохождения яблочно-молочного брожения. Молочная кислота по отношению к яблочной имеет более мягкий вкус, соответственно органолептическая оценка виноматериала возрастает. Из полученных данных видно, что винная кислота в соке отсутствует, в контроле ее концентрация в 2 раза ниже, одной из причин может быть активность молочнокислых бактерий. Концентрация летучих кислот в образцах не превышала 0,4 г/дм3.
Качественный и количественный состав летучих компонентов в образцах вин приведен в таблице 3.
Таблица 3
Состав летучих компонентов в образцах яблочных вин
|
Компонент |
Массовая концентрация, мг/дм3 |
|
|
Образец №1 |
Образец №2 |
|
|
Метанол |
0,02 |
0,02 |
|
Ацетальдегид |
20,00 |
20,10 |
|
Высшие спирты: |
368,40 |
270,10 |
|
пропанол-1 |
14,70 |
44,60 |
|
пропанол-2 |
Не обнаружено |
Не обнаружено |
|
бутанол-1 |
4,10 |
0,70 |
|
изобутанол |
95,60 |
45,20 |
|
изоамиловый |
254,00 |
179,60 |
|
Эфиры: |
49,50 |
47,00 |
|
этилацетат |
48,70 |
44,50 |
|
метилацетат |
0,80 |
2,50 |
Из представленных в таблице 3 данных видно, что применение насадки из скорлупы кедрового ореха в процессе брожения сусла не оказывает значительного влияния на концентрацию метанола и ацетальдегида в готовом вине. При брожении на насадке уменьшается содержание эфиров с 49,5 до 47,0 мг/дм3 и высших спиртов с 368,4 до 270,1 мг/дм3, концентрация которых не должна превышать рекомендованную норму (400 мг/дм3). Среди высших спиртов в большем количестве обнаружен изоамиловый спирт, а в меньшем – пропанол-1. Источником образования высших спиртов в винах являются аминокислоты и сахара. Поэтому меньшее содержание высших спиртов в образце, полученном с применением насадки, можно объяснить сокращением продолжительности брожения и соответственно контакта с дрожжевыми клетками, являющимися дополнительным источником аминокислот [3–5].
Готовые яблочные вина по нормируемым показателям соответствовали требованиям ГОСТ 33806-2016. «Вина фруктовые столовые и виноматериалы фруктовые столовые. Общие технические условия» [17].
Заключение. Полученные результаты исследования показали, что продолжительность процесса брожения виноматериала с использованием насадки из скорлупы кедрового ореха сократилась на 96 часов относительно контрольного образца. В готовом продукте наблюдали уменьшение накопления высших спиртов (на 98,3 мг/дм3), которые при высокой концентрации придают вину неприятный сивушный тон. Отметили снижение концентрации эфиров на 5 % и увеличение концентрации биологически активной янтарной кислоты на 16 % по сравнению с контролем.
Таким образом, результаты проведенного исследования позволяют рекомендовать применение насадки из скорлупы кедрового ореха в производстве малоокисленных яблочных вин.
