Биологические катализаторы

_{5 4}

ОН

Хинон

9.

Глютатион -2H Глютатион

окисленный восстановленный

+2Н

2. Необратимые системы

1. +O₂

СН₃-СН=О СН₃-СООН

ацетальдегид уксусная кислота

2. -H₂

Н₂О₂ О₂

3. +1/2O₂

H₂SO₃ H₂SO₄

4. -e

Fe²⁺ Fe³⁺

5. -e

Cu⁺ Cu²⁺

Каждая система имеет свою степень восстановления. Самый высокий ОВ-потенциал у системы полифенол-хинон, самый низкий - этанол-ацетальдегид.

Большое значение имеет система винная кислота - диоксифумаровая - дикетоянтарная, яблочная -щавелевоуксусная, Fe²⁺ - Fe³⁺. Предполагают, что системы винная кислота - диоксифумаровая кислота являются фактором, предопределяющим созревание вин.

В результате исследований было установлено, что при превращении терпеновых спиртов - гераниола и линалоола реакции окисления протекают интенсивнее при температуре 40^ОС. Наибольшим изменениям они подвергаются в присутствии дрожжей.

По современным представлениям терпеноиды обусловливают сортовой аромат виноматериалов. Если ставится задача сохранения сортового аромата в винах, следует не допускать окисления терпенов, выдержку производить при пониженной температуре, сокращать срок выдержки вина, исключать тепловую обработку.

От интенсивности протекания ОВ-процессов зависит скорость созревания вина.

Как уже отмечалось выше, для каждой категории вина требуется определенное количество кислорода.

Рассмотрим следующий график:

Процесс ассимиляции кислорода вином в сутки

С, кислород, (мг/ дм³)

IV сильно окисленные

III окисленные

II слабоокисленные

I неокисленные

t, сут

Т.е., чем больше скорость ассимиляции кслорода, тем более окисленными получаются вина.

Работы кафедры также показали, что ОВ-процессы в вине носят характер осциллограммы с постепенным падением концентрации восстановленного вещества:

С, катехин

Н₂О₂

Н₂О₂

Редуктон

Редуктон Н₂О₂

t, сутки

ОВ-реакции имеют очень сложный характер, и оказывают решающее значение в формировании качетсва вина.

Наряду с ОВ-реакциями существуют еще 3 процесса.

6.2. Реакции этерификации

Реакция этерификации- это реакция взаимодействия кислот со спиртами. В вине реакции этерификации могу протекать ферментативным путем (при брожении и выдержке) и неферментативным путем (реакции идут очень медленно). Созревание вина в присутствии дрожжей протекает при хересовании и шампанизации, при этом процессы этерификации катализируются ферментами эстеразами (гидролазы эфиров карбоновых кислот). По данным Э.Пейно в вине этерифицируется 30-40% кислот, остальные считаются неэтерифицированными даже после 20-30 лет выдержки.

Следует отметить, что винная кислота в реакции этерификации не вступает.

В вине могут образовываться средние и кислые эфиры (см. раздел “Эфиры”). Большая часть эфиров обладает сильным запахом и заметно влияет на формирование букета и вкуса вина.

Изучение механизма этерификации кислот, содержащих меченный кислород О¹⁸, показало, что процесс идет путем замещения водорода в спиртовом гидроксиле на ацильную группу кислоты. Реакция катализируется ионом водорода или недиссоциированным протоном органической кислоты и является обратимой.

Сложные эфиры в винах образуются на стадии брожения. При брожении эфиры образуются в результате взаимодействия спиртов с ацильными производными кислот, накапливающихся в вине при биосинтезе высших жирных кислот.

В процессе выдержки вина отмечается дальнейшее протекание реакций этерификации под действием эстераз дрожжей и катализаторов химической природы. Изменение концентрации эфиров при выдержке в направлении равновесия обусловливает потерю сортового аромата и оказывает непосредственное влияние на формирование букетистых свойств вина.

Реакции этерификации тесно связаны с ОВ-процессами: интенсивная аэрация вызывает улетучивание многих эфиров. Экспериментальные данные свидетельствуют, что при введении кислорода в вине образуются соединения, инициирующие реакции этерификации.

6.3. Сахароаминные реакции (карбониламинные, меланоидинообразования)

Эта реакция протекает при тепловой обработке вин, при перегонке виноматериалов на коньячный спирт, при длительной выдержке. Характерными признаками являются: снижение содержания сахаров и азота аминных групп, потемнение цвета вина, накопление различных ароматических веществ. Установлено, что реакции меланоидинообразования интенсифицируются при повышенной температуре, однако имеются данные, что и при низких температурах происходит взаимодействие сахаров и АМК, но продукты их образования отличаются от продуктов, полученных при высоких температурах.

По схеме Ходжа реакции меланоидинообразования протекают в три стадии:

1 стадия. Образуются бесцветные продукты, не поголощающие в ультрафиолетовой части спектра. На этой стадии сахара и АМК конденсируются и образуются гликозиламины:

Сахара + АМК Гликозиламины

2 стадия. Образуются вещества, обладающие максимумом поглощения при 280 нм, т.е. в ультрафиолетовой части спектра. Таким максимумом поглощения обладают вещества с ненасыщенными связями.

D

УФ часть спектра

l, нм

280 нм

В результате происходит:

1. Дегидратация сахаров с образованием гетероциклических альдегидов (фурфурола, метилфурфурола, оксиметилфурфурола), кетонов, альдегидов и др.

2. Распад АМК с образованием ароматических альдегидов, СО₂ и NH₃

3 стадия. Образуются темноокрашенные соединения коричневого цвета, имеющие максимум поглощения в видимой части спектра (400-700 нм). Здесь происходят сложные реакции полимеризации и поликонденсации с образованием гетероциклических азотистых соединений.

В связи с тем, что продукты меланоидинообразования имеют окраску, эти продукты играют большую роль в формировании окраски мадеры, портвейна, коньяков.

В результате реакции меланоидинообразования, помимо вышеперечисленных, образуется большое число ( более 50) веществ: спирты, кетоны, амины, кислоты. Считают, что меланоидины отрицательно сказываются на качестве белых столовых вин и шампанского. В реакции меланоидинообразования вместо сахара могут участвовать различные карбонильные соединения, такие как альдегиды, кетоны, а также и соединения, содержащие -NH₂-группу. Отсюда название - карбониламинные реакции. В последние годы обнаружено участие полифенолов в этих реакциях. Вместо АМК в реакциях могут участвовать пептиды и белки. Ряд веществ, такие как органические кислоты, ускоряют реакции меланоидинообразования; другие вещества, и особенно сильно сернистый ангидрид, тормозят развитие реакции. Это свойство используется в технологии, поэтому для производства мадеры, портвейна нельзя допускать сильно сульфитированные виноматериалы. А белые столовые вина и шампанские виноматериалы обязательно следует сульфитировать в случае выдержки при повышенных температурах (для предотвращения реакций меланоидинообразования).

Органические кислоты (винная, фумаровая, пировиноградная) ускоряют превращения углеводов. Аскорбиновая кислота, дегидрируясь и взаимодействуя с АМК, интенсифицирует потемнение вина. Экстрактивные вещества (особенно полифенолы и азотистые вещества), ионы железа, наличие кислорода, перекисей ускоряют формирование тонов тепловой обработки. Дозирование 20-80 мг/ дм³ сернистого ангидрида ингибирует эти процессы. особенно ускоряется меланоидинообразование при повышении температуры. Вместе с тем нельзя не учитывать карбониламинных реакций при длительной выдержке вина при низких температурах 10-20 ^ОС. Структура продуктов реакции в этих условиях совсем иная, однако их влияние на органолептические качества игритсых, столовых и крепленых вин нельзя исключать.

6.4. Реакции полимеризации и поликонденсации

В этих реакциях участвуют продукты распада сахаров и АМК. При этом образуются темноокрашенные соединения неизученной природы - меланоидины (см. выше).

В реакциях полимеризации наиболее активно участвуют фенольные вещества. В результате полимеризации полифенолов образуются олигомерные и полимерные соединения. Олигомерные производные катехинов и лейкоантоцианов называются процианидолами.

Наряду с этим в реакциях полимеризации и поликонденсации участвуют полифенолы. Установлено, что в молодых винах молекулярная масса полифенолов составляет 200-500, тогда как в выдержанных винах их масса увеличивается до 1000 и более. Это свидетельствует о том, что фенольные вещества при созревании вин полимеризуются.

Существуют несколько точек зрения по механизиму реакций полимеризации и поликонденсации. По данным работ Дурмишидзе более вероятным является механизм Френденберга, который установил, что происходит разрыв пиранового кольца полифенолов.

Исследования кафедры позволяют заключить, что красящие вещества, выделенные из вина, включают полифенольные, углеводные и ароматические компоненты. По всей видимости, молекулы флавонов сязаны между собой с молекулами антоцианов через “ацетальдегидный мостик”, т.е. при созревании вина происходит сополимеризация фенольных соединений с ацетальдегидом, причем наиболее активно трансформируется мальвидин-3-гликозид. Именно такие комплексы ответственны за бордово-коричневые оттенки окраски выдержанных вин.

В изменении оркаски красных столовых вин при созревании можно выделить три стадии. На первой стадии в результате взаимодействия антоцианов с реакционноспособными флавонами образуются полимерные соединения с минимумом поглощения при 460 нм и плечом при 520 нм, которые имеют красно-коричневую окраску. На второй стадии протекает окислительная полимеризация полифенолов с образованием соединений, имеющих максимум поглощения при 460 нм, плечо при 520 нм в спектре вина исчезает, цвет вина становится бордово-коричневым. на третьей стадии вещества, образовавшиеся на первой и второй стадиях, выпадают в осадок и остаются только полимерные олигомеры, не имеющие максимума поглощения в видимой области, и обладающие красной окраской.

Использование метода ЯМР позволяет предположить следующие механизмы образования полимеров. При поликонденсационном процессе присоединяющаяся молекула полифенола может вступать во взаимодействие с кольцом А (наиболее вероятный механизм) или кольцом С (менее вероятный):

О О

+

n

В результате этой реакции образуется димер с молекулярной массой 514.

Образующиеся полимеры полифенолов содержат от 2 до 10 молекул флавоноидов. Эти вещества плохо растворимы в вине, кроме того они легко взаимодействуют с другими высокомолекулярными соединениями в вине, например, с белками и протеидами и образуют комплексы, дающие осадки или “рубашки” вина. Большое количество мономеров полимеров обычно не обнаруживается, т.к. полимер с 10 мономерами плохо расворяется в вине и выпадает в осадок.

Существует еще одно современное представление на образование полимеров:

Ct(катехин) активизируется Ct*

Ct* + Ct* Димер (Dm)

На трансформацию и полимеризацию полифенолов оказывают существенное влияние ОВ-реакции.

Реакции полимеризации полифенолов имеют очень важное значение. Они влияют на вкус, цвет вина. Многие мономеры имеют горький вкус, который при полимеризации снижается. Мономеры антоцианов имеют красно-фиолетовую окраску, которая в результате реакции полимеризации превращается в кирпичную.

интенсивность вкусовых ощущений 4 вкусовых ощущения

горький - полифенолы (окисляются, полимеризуются, выпадают в осадок)

кислый - кислоты (выпадают в осадок, окисляются, этерифицируются)

сладкий - сахара (вступают в реакции меланоидинообразования)

соленый - соли (Na, K -соли), (выпадают в осадок)

продолжителность выдержки

В молодом вине вкус ощущается более интенсивно. В выдержанных винах присутствуют менее интенсивные, слаженные тона.

6.5. Реакции гидролиза

При созревании вин гидролизу подвергаются полисахариды, из которых образуются моносахара; белки, полипептиды и пептиды, из которых образуются АМК; и, возможно, гликозиды, из которых образуются сахара и агликоны (вещества неуглеродной природы, обычно полифенолы).

Возможно, что гидролизу подвергаются ацилированнын пигменты, т.е. ацилированные формы антоцианов. Гидролизу подвергаются также эфиры.

Как видно из приведенных положений, процесс созревания вина характеризуется сочетанием и взаимным влиянием большого числа реакций: ОВ-реакций, этерификации, карбониламинных, полимеризации и поликонденсации и других, еще недостаточно изученных.

6.6. Химические превращения компонентов вина при созревании и старении