Углеводы являются основными органическими соединениями виноградной грозди. Они представлены в винограде моносахаридами, олигосахаридами и полисахаридами.
Моносахариды, или простые углеводы, классифицируются по нескольким признакам: в зависимости от числа атомов углерода в молекулах — на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т. д.; по наличию альдегидной или кетонной групп — на альдозы и кетозы; по пространственному расположению атомных групп у последнего асимметричного атома — на D- и L-ряды.
Моносахариды — твердые вещества, хорошо растворимые в воде, но склонные к кристаллизации, особенно фруктоза, что проявляется в концентрированных виноградных соках и в варенье из винограда.
В винограде из моносахаридов преобладают гексозы (D-глюкоза и D-фруктоза) и пентозы (D-ксилоза и L-арабиноза). Их общим свойством является способность легко восстанавливать оксид меди (II) в оксид меди (IV) при нагревании в щелочной среде. За это химическое свойство моносахариды называют восстанавливающими (редуцирующими) сахарами.
Пентозы, в отличие от гексоз, дрожжами не сбраживаются и остаются в сухих винах как несбраживаемые (остаточные) сахара в количестве до 0,3 г на 100 мл.
В условиях повышенной температуры и кислой среды, какой являются сусло и вино, пентозы дегидрируют, образуя альдегид фурфурол, имеющий характерный запах «корочки ржаного хлеба». Эта реакция проходит при уваривании сусла на бекмес, при тепловой обработке мезги для приготовления вин типа малага, портвейн, марсала, при дистилляции коньячных виноматериалов. Вступая во взаимодействие с аминокислотами, фурфурол образует меланоидины — окрашенные вещества с характерным привкусом.
Источником пентоз являются высокомолекулярные пентозаны твердых частей ягод и гребней. Однако вина и коньячные спирты при выдержке в дубовых емкостях могут накапливать арабинозу и ксилозу, образующиеся за счет медленного гидролиза древесины дуба.
D-глюкоза (виноградный сахар, декстроза) и D-фруктоза (плодовый сахар, левулёза) содержатся в большом количестве в пчелином меде, винограде и плодах.
Всем моносахаридам свойственно явление таутомерии, когда одно и то же соединение находится в водных растворах одновременно в нескольких структурных формах. Так, например, молекулы глюкозы, растворенные в воде, лишь на 1% состоят из открытой альдегидной нециклической формы (оксоформы). Остальные молекулы представляют собой таутомерные, циклические структурные формы, которые изображаются в виде проекционной формулы Фишера или перспективной формулы Хэуорса:
Нагревание глюкозы в кислой среде приводит к потере трех молекул воды и образованию альдегида оксиметилфурфурола, имеющего запах перезревших яблок. Оксиметилфурфурол обнаруживают в бекмесе, в кондитерских изделиях, приготовленных с уваренным виноградным суслом, и в некоторых сладких винах, подвергавшихся сильной тепловой обработке.
Фруктоза также встречается в открытой кетонной оксоформе и в циклических формах с пирановым (пятиуглеродистым) и фурановым (четырехуглеродистым) кольцом:
Благодаря сладости, калорийности и легкой усвояемости фруктоза и глюкоза составляют главную питательную и вкусовую ценность виноградного сока, сушеного винограда, концентрированного сусла и пищевых продуктов, получаемых на их основе.
В виноградных винах глюкоза и фруктоза — источники образования спирта, углекислоты и природной сладости. Добавление свекловичного сахара к вину нежелательно.
По степени сладости сахара резко различаются между собой.
Если сладость сахарозы принять за 1,0, то моносахариды выстроятся по следующей шкале: фруктоза—1,7; глюкоза — 0,7; ксилоза — 0,4.
В незрелом винограде отношение глюкозы к фруктозе >1; в стадии технической зрелости их количества примерно равны между собой; при перезревании и увяливании винограда отношение глюкозы к фруктозе <1. Поэтому очень зрелый виноград и продукты его переработки отличаются наиболее высокой сладостью.
Олигосахариды состоят из небольшого числа (от 2 до 10) моносахаридных остатков.
К ним относятся сахароза, мальтоза, рафиноза, мелибиоза и другие углеводы.
Олигосахариды, особенно сахароза, играют важную роль в формировании вкуса многих продуктов переработки винограда.
Так, сахарозу в виде ликера из свекловичного или тростникового сахара используют в производстве игристых и ароматизированных вин, а также при получении варенья, джемов, компотов, соков с мякотью.
Сахароза встречается и в винограде, особенно американских сортов: до 5 г на 100 мл.
Во время нагревания кристаллической сахарозы при температуре выше 200°С она плавится с выделением воды и образованием различных полимерных продуктов карамелизации темно-коричневого цвета.
Смесь сахара, воды и продуктов карамелизации под названием «колер» используют в коньячном и кондитерском производстве.
При нагревании с кислотами или под действием фермента β-фруктофуранозидазы (инвертазы, сахаразы) сахароза гидролизуется, образуя смесь равных количеств глюкозы и фруктозы, называемую инвертным сахаром.
Структурная формула сахарозы позволяет увидеть эфирную (через кислородный мостик), так называемую гликозидную связь двух молекул моносахаридов. На этом принципе построены все олигосахариды и полисахариды, причем аглюконом (присоединяемым веществом) могут быть разнообразные органические соединения, вплоть до фенольных и высокомолекулярных азотистых веществ.
При настаивании и ферментировании мезги происходит ферментативный гидролиз полисахаридов, в результате чего содержание в сусле олигосахаридов (мальтозы, рафинозы и др.) возрастает до 1,4 г на 100 мл. Это положительно влияет на полноту вкуса, величину приведенного экстракта получаемых столовых и десертных вин.
Полисахариды (полиозы, гликаны) высокомолекулярные углеродсодержащие биополимеры, имеющие в молекуле от 10—15 до нескольких тысяч моносахаридных остатков, связанных О-гликозидными связями и образующих линейные или разветвленные цепи.
В винограде и продуктах его переработки имеются следующие полисахариды, гидролизуемые в обычных условиях: пентозаны, пектиновые вещества, камеди, декстраны, крахмал. Кроме того, есть негидролизуемые при переработке, так называемые опорные полисахариды — целлюлоза (клетчатка) и гемицеллюлозы, выполняющие роль наполнителей. Они создают механическую прочность ткани в ягодах свежего и переработанного на консервированные продукты винограда: в маринадах, компотах, варенье, сушеном винограде.
Пентозаны — полисахариды, построенные из остатков пентоз. Основные из них в виноградной ягоде — это арабаны и ксиланы, являющиеся наряду с целлюлозой скелетным материалом растительных клеток. При ферментативном или кислотном гидролизе из них образуются L-арабиноза и D-ксилоза.
В составе полисахаридов сусла и вин доля пентозанов может достигать 2 г/л. В клеточных стенках древесины дуба находится до 14% (по массе) пентозанов, и при многолетней выдержке вин и коньяков в дубовой таре они обогащаются экстрактивными веществами за счет гидролиза пентозанов дуба. Через 30 лет эксплуатации бочек и бутов содержание в древесине пентозанов снижается в 5—7 раз. Накопление пентозанов и продуктов их деградации придает винам мягкость и полноту.
Пектиновые вещества — полисахариды, молекулы которых состоят из остатков D-галактуроновой кислоты в циклической форме пиранового строения, связанных гликозидной связью, и частично этерифицированных метанолом карбоксильных групп.
При ферментативном гидролизе они распадаются на молекулы галактуроновых кислот и свободные метильные группы, превращающиеся в метиловый спирт, что нежелательно с гигиенической точки зрения.
Пектины — это гелеобразные аморфные вещества, которые входят в состав клеточных стенок и соединительных пластинок виноградной ягоды.
Благодаря своей гибкости они обеспечивают растяжение клеточных стенок при наливе ягод; удерживают большое количество воды и в зависимости от структурного состояния делятся на фракции: нерастворимый в воде жесткий протопектин (связан с другими полисахаридами), растворимый пектин, пектиновую кислоту и ее соли (пектинаты), пектовую кислоту и ее соли (пектаты).
Пектиновые вещества имеют большое значение в технологии переработки винограда. С их состоянием связано, прежде всего, отделение сусла, которое затруднено при наличии большого количества высокомолекулярных комплексов, связанных пектином.
Скорость осветления и фильтрации сусла, соков и вин в значительной степени зависит от состояния пектиновых веществ. Ферментативная обработка мезги, сусла или вина положительно сказывается на прозрачности и устойчивости к обратимым коллоидным помутнениям. Вместе с тем полное удаление пектиновых веществ делает вкус соков и вин водянистым, жидким, увеличивает количество метанола.
Для соков с мякотью, виноградной пасты, джема, варенья из винограда, наоборот, необходимо максимальное сохранение пектиновых веществ от разрушения. С этой целью виноград бланшируют при температуре 96 —98°С, инактивируя гидролитические ферменты.
Для получения достаточно плотного желе в кондитерских изделиях требуется около 58% сахаров и 1% пектина при рН в пределах 2,6—3,1.
Содержание пектиновых веществ в винограде зависит от сорта, степени зрелости и обычно колеблется в пределах 0,5— 2,0 г/л. В мускатных и столовых сортах винограда пектина больше — до 4—5 г/л. Именно эти сорта винограда и следует перерабатывать на пектинсодержащие кондитерские изделия. Однако нужно учесть, что виноградный пектин обладает слабой желирующей способностью, и поэтому технология производства виноградного мармелада предусматривает в своей основе использование яблочного и цитрусового пектина.
В вине после брожения, выдержки и обработки остается примерно 0,1—0,6 г/л пектиновых веществ. Продукты превращения пектиновых веществ могут оказывать влияние на аромат и вкус вин, ответственны за появление коллоидных, а иногда и кристаллических помутнений.
Камеди являются высокомолекулярными кальциевыми, магниевыми, калиевыми солями уроновых кислот, связанных с пентозами, гексозами, а декстраны — слизистые вещества, высокомолекулярные полимеры глюкозы с молекулярной массой более 1 млн. Они обладают свойствами защитных коллоидов и придают виноградному соку и вину своеобразную мягкость вкуса при содержании 0,5—3,0 г/л.
Таким образом, в виноградной грозди представлен широкий набор углеводов. Они являются составной частью пищевых продуктов, получаемых из винограда, и определяют их разнообразие. Благодаря углеводам возникает спиртовое брожение, в значительной степени формируются вкус, цвет, аромат и стабильность соков и вин, обеспечиваются игристые качества шампанского, физические и физико-химические свойства консервированного и сушеного винограда.