Брожение виноградного сусла

В основе виноделия и других производств пищевой про­мышленности (пивоварения, винокурения) лежит сложный био­химический процесс превращения глюкозы в этиловый спирт — алкогольное или спиртовое брожение.

Несмотря на то, что человечеству с давних времен было известно удивительное превращение виноградного сусла в ви­но, долгое время не удавалось познать сущность этого процес­са. Наблюдавшему впервые в 1680 г. при помощи микроскопа осадок дрожжей в пиве и вине, его изобретателю А. Левенгуку не удалось установить причинной связи между дрожжами и алкогольным брожением.

Выяснить, кто является возбудителем этого процесса, смог лишь Луи Пастер в 1857 г., он экспериментально доказал, что сбраживание сахара осуществляется дрожжами и алкогольное брожение — биологический процесс, который им охарактери­зован как «жизнь дрожжей в отсутствие кислорода».

Позднее, в 1897 г. Бухнер окончательно вскрыл фермента­тивный характер алкогольного брожения, показав, что и экс­тракты, полученные им механическим путем из живых пив­ных дрожжей, в состоянии разлагать глюкозу в этиловый спирт и углекислый газ.

А. Н. Лебедевым, С. П. Костычевым, Нейбергом и другими выяснена сущность ферментативных реакций спиртового бро­жения. Ими показано, что это — процесс многостадийный, состоящий из отдельных промежуточных биохимических реак­ций, которые протекают в дрожжевых клетках и в питатель­ной среде, окружающей их. Катализаторами реакций являют­ся ферменты, или энзимы.

В начале брожения происходит переход молекулы глюкозы в оксиформу, способную к дальнейшему превращению. Из глю­козы под действием фермента гексокиназы образуется глюкопиранозо-6-фосфат, который превращается в фруктофуранозо-6-фосфат, из которого затем образуется фруктофуранозо-1,6-дифосфат. Последние реакции катализируются изомеразой и фосфофруктокиназой.

Под действием фермента альдолаза фруктофуранозо-1,6-дифосфат распадается на 3-фосфоглицериновый альдегид и фосфодноксиацетон. Последний превращается в 3-фосфоглицери­новый альдегид, который в результате ряда реакций окисляет­ся в 2-фосфоглицериновую кислоту. Из нее образуется фосфоэнолпировиноградная кислота (под действием фермента энолазы), а затем энолпировиноградная кислота (фермент фос- фотрансфераза). Последняя может превращаться в более ста­бильную кетоформу — пировиноградную кислоту.

Под действием фермента карбоксилаза пировиноградная кислота декарбоксилируется в уксусный альдегид. Восстановлением уксусного альдегида в этиловый спирт под действием алкогольдегидрогеназы — фермента, осуществ­ляющего перенос водорода с восстановленного НАД. Н2 на ук­сусный альдегид, завершается сложный процесс алкогольного брожения.

Если добавить в среду соль сернистой кислоты, например бисульфит натрия, то произойдет связывание уксусного альде­гида этой солью и восстановление его в спирт станет невоз­можным. В этом случае брожение осуществляется по схеме Нейберга, характеризующейся повышенным накоплением гли­церина.

Кроме этилового спирта и углекислого газа, при брожении образуются так называемые вторичные продукты брожения (из углеводов) и побочные продукты (из белков). Эти вещест­ва, наряду с компонентами виноградного сусла, обусловлива­ют вкус и букет вина.

Из вторичных продуктов брожения в создании вкусовых качеств вина участвуют: глицерин, янтарная, уксусная, ли­монная и молочная кислоты, уксусный альдегид, 2,3-бутилен-гликоль, диацетил, ацетоин, ацетон, эфиры, высшие спирты и др. Концентрация этих веществ во многом зависит от расы дрожжей, осуществляющих брожение, и условий, в которых оно проходит.

Дрожжевые клетки — возбудители спиртового брожения — широко распространены в природе: на ягодах, листьях, побе­гах виноградного растения, а также в почве виноградников. Вместе с дикими дрожжами и бактериями они попадают в сус­ло. Для подавления их развития применяется сернистый ан­гидрид, который вводится в сусло при отстаивании. В освет­ленное сусло задается чистая культура дрожжей, адаптиро­ванных к сернистому ангидриду.

Применение чистой культуры дрожжей спиртоустойчивых, кислотовыносливых, сульфитостойких рас особенно необходи­мо в годы, когда виноград накапливает много сахара или он недозрел, а также если сусло содержит большое количество SO2. Когда температура брожения неблагоприятна для этого процесса (низкая или высокая), положительный эффект дости­гается при использовании термоустойчивых рас дрожжей.

В нормальных условиях брожения природные дрожжи, ут­вердившие свою жизнеспособность в результате естественной селекции, могут успешно заменить чистую культуру дрожжей.

В Молдавии для производства белых столовых вин реко­мендована местная раса дрожжей — Кишиневская 341. Ши­роко применяется также Ленинградская раса.

Температурные условия оказывают значительное влияние на ход брожения. Так, в бочках температура бродящего сусла значительно ниже, чем в крупных резервуарах, где температу­ра сусла в результате брожения большого объема значительно повышается. Ведь одна грамм-молекула сахара (180 г) выде­ляет во время брожения 23,5 ккал тепла.

Сохранению высокой температуры бродящего сусла способ­ствует слабое излучение тепла в крупных резервуарах, особен­но железобетонных, обладающих низкой теплопроводностью. Это особенно заметно в годы, когда брожение сусла происхо­дит в теплую осень.

Высокая температура брожения оказывает отрицательное влияние на химический состав вина. При температуре броже­ния выше 25°С содержание летучих кислот повышается. Наи­меньшее количество летучих кислот образуется при темпера­туре брожения 15—25°С.

Следует также отметить, что при 20°С брожение проходит в оптимальные сроки — примерно в течение 2 недель. При температуре ниже 15°С оно чрезмерно затягивается, в то время как при 30°С проходит очень бурно. В последнем случае интенсив­но выделяются пузырьки углекислого газа, увлекающие с со­бой в атмосферу ряд ценных ароматических веществ вина.

Высокая температура брожения (выше 25°С) способствует интенсивному размножению дрожжей, а следовательно, и уси­ленному потреблению ими азота сусла. В конце процесса бро­жения, когда дрожжевые клетки отмирают, происходит выде­ление в среду азотистых веществ. В результате этого увеличи­вается склонность вин к белковым помутнениям.

Температура брожения оказывает также влияние на содер­жание титруемой кислотности в вине. При низкой температуре брожения вина получаются менее кислотными. С повышением температуры брожения содержание альдегидов, придающих столовым винам неприятную горечь во вкусе, возрастает, и, наоборот, концентрация спирта уменьшается.

Для производства марочных белых столовых и шампан­ских виноматериалов рекомендуется температурный режим брожения в пределах 15—18°С. Осуществлять регулирование температурного режима брожения, если оно проходит в от­дельных крупных резервуарах, довольно сложно. В случае сильного повышения температуры бродящего сусла применя­ют охлаждение его в трубчатом теплообменнике холодной во­дой.

Наиболее эффективен метод охлаждения бродящего сусла при помощи искусственного холода.

Благоприятные условия для надежной системы охлажде­ния создает непрерывное брожение сусла в потоке.

Бродильный аппарат непрерывного действия. Он предназначен для производства белых сухих виноматериа­лов в непрерывном потоке. Установка состоит из 6 вертикаль­ных бродильных резервуаров емкостью по 2 тыс. дал и 5 пере­точных горизонтальных баков емкостью 190 дал каждый.

Бродильные резервуары соединены между собой трубопро­водами: верхним — для перетока бродящего сусла и углекис­лого газа из резервуара в резервуар, нижним — для их запол­нения суслом.

Переточные баки установлены сверху на двух соединитель­ных патрубках бродильных резервуаров и используются как накопители сусла, выдавливаемого углекислым газом из бро­дильных резервуаров. Первый патрубок является продолжени­ем трубы для подъема сусла, он подает сусло из нижней части бродильных резервуаров в переточные баки, а второй — про­должением трубы гидрозатвора, предназначенного для герметизации установки при нарастании в ней избыточного давле­ния в процессе брожения.

На первом бродильном резервуаре установлено поплавко­вое реле, обеспечивающее автоматическую работу установки. В зависимости от уровня бродящего сусла в первом резервуа­ре реле включает или выключает питающий насос.

На втором и пятом переточных баках имеются два клапа­на выпуска углекислого газа, предназначенных для гермети­зации бродильного аппарата в момент перетока бродящего сус­ла из резервуаров в переточные баки и выпуска углекислого газа в момент слива его в последующие резервуары.

Под действием углекислого газа в установке обеспечивает­ся отъемно-доливной способ брожения в потоке. Движение бродящей жидкости осуществляется циклично, в два периода.

В первый период (а) в результате накопления углекислого газа и образования избыточного давления происходит выдав­ливание бродящего сусла из всех бродильных резервуаров в переточные баки, а во второй период (б) — свободный слив из них в соседние бродильные резервуары и поступление свежего сусла в первый резервуар.

Взаимодействие поплавкового реле с насосом и клапаном выпуска углекислого газа осуществляется следую­щим образом. Когда бродящее сусло под действием избыточно­го давления вытесняется из бродильных резервуаров и уровень жидкости в них понижается, поплавок опускается до тех пор, пока диск не нажмет кнопку «Пуск», которая подает электрический ток к питающему насосу и к электромагнит­ному клапану, последний открывает клапан и СО2 выходит в атмосферу. Падение давления в бродильных резервуарах до атмосферного вызывает свободный слив бродящего сусла из пере­точных баков в последующие бродильные резервуары, а све­жее сусло подкачивается в первый из них до тех пор, пока уровень его не достигнет верхнего предела и поплавковое реле через систему кнопок прекратит подачу электроэнергии к на­сосу и электромагниту. Таким образом установка герметизи­руется, прекращается подача свежего сусла и повторяется ре­жим первого периода.

Среднесуточная производительность установки при сахари­стости сусла 17 г/100 мл и остаточном сахаре в виноматериале 2,5 г/100 мл — 7000 дал.

Основное преимущество установки — значительное сокращение длительности брожения сусла. Это происходит по­тому, что свежее сусло, поступающее в бродящую массу с большим количеством жизнедеятельных дрожжевых клеток, сразу вступает в стадию активного брожения, минуя стадию разбраживания. Благодаря наличию надежной теплообменной системы обеспечивается проведение брожения в оптимальном температурном режиме. Кроме того, автоматическое питание установки свежим суслом обусловливает высокую производи­тельность.

К недостаткам установки следует отнести некоторое обога­щение сусла железом (в среднем на 5 мг/л).

В Молдавии установка БА-1 действует на многих винодель­ческих предприятиях (рис. 20).

Суточная производительность каждой секции — 3000 дал, общая производительность установки — 12 000 дал/сутки.