автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологии выдержанных вин на основе использования иммобилизованных дрожжей

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

РГ6 од

',! ? *? ' На правах рукописи

УДК: 663.256.2.

СТОЛЯРОВА Елена Ивановна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫДЕРЖАННЫХ ВИН НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ ДРОЖЖЕЙ

Специальность 05.18.07 - Технология продуктов брожения, алкогольных и безалкогольных напитков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1995 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности (НИИ ПБ и ВП).

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор ПАНАСЮК А. Л.

Официальные оппоненты: член - корреспондент Россель-

хозакадемии,доктор биологических наук,профессор АВАКЯНЦ С. П.

кандидат технических наук, доцент ЯКОВЕНКО Н. И.

Ведущая организация: Государственно-кооперативное

объединение

"РОСВИНОГРАДПРОМ"

Защита состоится " " 1995 г. в ча-

сов на заседании диссертационного совета Д.020.81.01. при Российской Академии сельскохозяйственных наук по адресу: 119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научио-ксследоватгяьского института пивоваренной, безалкогольной к Екнадельчсской промышленности.

Автореферат разослан "

¿¿¿М, 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Кислякова О.В.

ОРЗДЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в винодельческом производстве большинства зарубежных стран заметна устойчивая тенденция увеличения доли высококачественных выдержанных вин в общем объеме выпуска винопродукции. Так, например, во Франции объем вин высоких категорий качества уже превышает 30%, в то время как в России и странах ближнего зарубежья сохраняется на уровне 2 - 5 %.

Среди причин крайне низкой доли выдержанных вин в общем объеме отечественной продукции следует прежде всего выделить экономическую неэффективность процесса длительной выдержки вин при сложившихся экономических условиях. В связи с этим являются актуальными исследования, направленные на создание новых технологий высококачественных вин за счет использования приемов, интенсифицирующих процессы созревания вина. К ним можно отнести использование дрожжевых автолизатов, экстрактов древесины дуба, кислородно-термическую обработку и др.

Одним из наиболее эффективных способов является применение иммобилизованных клеток винных дрожжей на стадиях технологического процесса, предшествующих или включающих процесс выдержки.

Современная технология высококачественных вин должна включать в себя использование технологических приемов, гарантирующих экологическую безопасность готовой продукции, в частности, предотвращающих наличие в ней пестицидов и ионов тяжелых металлов. Имеющиеся в литературе данные по сорбцион-ной способности дрожжей подтверждают актуальность исследований по повышению эффективности сорбции металлов и пестицидов клетками винных дрожжей путем их иммобилизации.

Таким образом, применение иммобилизованных дрожжей в винодельческом производстве позволит с одной стороны повысить качество выдержанных вин, а с другой - обеспечить их экологическую безопасность. . п •

Цель работы и задачи исследования. Основная цель работы состояла в разработке и внедрении в промышленность новой технологии производства выдержанных вин с использованием иммобилизованных дрожжей. При этом в задачи исследований входило: - изучение структурного ответа дрожжевых клеток на иммобилизацию в различных типах носителей и изменение физиоло-

гической активности клеток в целях их эффективного использования в виноделии;

- изучение влияния иммобилизованных клеток дрожжей на состав обрабатываемых виноматериалов;

- разработка оптимальных режимов обработки виноматериалов иммобилизованными клетками дрожжей с целью повышения их качества;

- изучение возможности использования иммобилизованных клеток дрожжей в качестве сорбентов тяжелых металлов и остаточных количеств пестицидов; ;

- разработка технологии производства виноградных выдержанных вин и специальных технологических приемов при производстве плодовых вин высокого качества.

Научная новизна. Впервые изучены структурные ответы клеток винных дрожжей в процессе сорбции тяжелых металлов и остаточных количеств пестицидов, которые проявляются в значительных внутриклеточных изменениях.

Установлено отрицательное влияние пестицидов, в первую очередь фосфорсодержащих, на дыхательную и бродильную активность клеток винных дрожжей.

Исследовано влияние дрожжевых клеток, включенных в полисахарвдные гели, на качество виноматериалов, предназначенных для выдержки. Как наиболее эффективный предложен для этой цели зостериновый гель.

Получены новые экспериментальные данный по изменению химического состава виноматериалов в процессе производства вин с использованием иммобилизованных клеток дрожжей. Показано, что при обработке виноматериалов иммобилизованными клетками дрожжей протекают интенсивные восстановительные процессы, что приводит к снижению концентрации летучих кислот, повышению восстановительной способности вина, величины приведенного экстракта, значительному изменению состава органических кислот и летучих компонентов.

Выявленные физиологические изменения дрожжевых клеток, происходящие при иммобилизации, указывают на усиление функциональной активности, что объясняет их преимущество перед использованием для аналогичных целей флуктуирующих клеток дрожжей.

Разработана! новая технология выдержанных вин на основе использования иммобилизованных клеток дрожжей (патент СССР №1668385). !

Практическая значимость работы. На основании проведенных исследований разработана и освоена промышленными пред-

приятиями технология производства виноградных выдержанных вин трех марок. Применение этой технологии позволяет получить высококачественные вина при сокращении срока выдержки с 3 лет до 6 месяцев.

Разработана и внедрена технология производства высококачественных яблочных вин с использованием иммобилизованных дрожжей.

Новые технологии обеспечивают получение экологически безопасной продукции, предотвращая наличие пестицидов в готовых винах.

Утверждена нормативно-техническая документация: на виноградное выдержанное вино "Боспор" (красное) - ТИ 10 РСФСР 21-191-90; "Боспор" (белое и розовое) - ТИ 10-05031531-321-92; на производство плодового вина "Подмосковное" ТИ 10 РСФСР -90 и плодового вина "Таганрогское" ТИ 10 РСФСР 19-91.

Технология внедрена в винсовхозе "Мирный" Краснодарского края, Экспериментальном предприятии "Ильинское - Усо-во" Московской области, на промкомбинате г. Таганрога Ростовской области.

Апробапия работы. Основные положения диссертации были доложены и одобрены:

- на Всесоюзной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы возделывания и переработки винограда" (Ялта, 1990г.);

- на Международной научно-технической конференции по винопроизводству (Болгария, 1990 г.);

- на Выставке достижений народного хозяйства СССР Москва, 1991 г.) с вручением золотой медали ВДНХ СССР;

- на заседаниях Ученого Совета НИИ ПБиВП (1989 - 1994).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10

печатных работ, в том числе получен 1 патент СССР на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 35 таблиц и 13 рисунков. Список литературы включает 167 источников, из них 69 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертации, излагаются цели и основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость работы. : ь

В обзоре литературы рассматриваются различные способы ускорения созревания виноматериалов, как физические, так и биологические, разработанные у нас в стране и за рубежом. Проведен анализ литературных источников, касающихся вопросов использования в виноделии иммобилизованных клеток микроорганизмов, способов иммобилизации, применения различных типов носителей. На основании критического? анализа литературных данных сформулированы цели и задачи исследований.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Методы и Qfoesm исследований

Объектами исследований являлись виноградные и плодовые вина, сырье для их получения: виноградное сусло, сухие виноградные виноматериалы, яблочные сброженные соки и сброжен-но-спиртованные виноматериалы.

Объектом микробиологических исследований служили дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae штаммов В КПМ У-712 и К-17. ■■ ' --.с. " ■

Исследования проводили в НИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности, Институте биохимии и физиологии микроорганизмов РАН, на винзаводе "Мирный" Краснодарского края и Экспериментальном предприятии "Ильин-ское - Усово" Московской области. *

Анализ физико-химического состава соков, виноматериалов и вин проводили в соответствии с общепринятыми в энохимии методами и со стандартными методиками. . • Л

Ароматические вещества, ■ органические кислоты и глицерин определяли газохроматографическим методом на хроматографе фирмы "Шимадзу" (Япония), аминокислоты - на анализаторе фирмы "Биотроник" (Германия),; характеристики цветности - на спектрофотометре СФ-4А,

Иммобилизацию дрожжей проводили методом адсорбции на полиэтиленовом носителе и методом включения в гелеобразные носители.

Измерение концентрации АТФ производили на люмино-метре 1250 фирмы ЛКВ (Швеция) люциферин-люциферазным методом. 8

Биологическую ' стабильность виноматериалов определяли прямым микроскопированием и посевом на чашки Петри.

Микроскопические исследования проводили методом электронной микроскопии. Ультратонкие срезы просматривали на электронном микроскопе ЕМ-100 В (Япония). ,

Пестициды определяли методом газожидкостной хроматографии на хроматографе "Цвет 550" с предварительной их экстракцией хлористым метиленом и хлороформом.

Исследотащге гелеобщрто иоси-гелей

для обработки виноматериалов иммобилизованными клетками дрожжей

В некоторых отраслях промышленности, в том числе в пищевой, успешно используют метод иммобилизации микроорганизмов путем включения в гелеобразные носители. Исследовалась эффективность использования гелеобразных носителей для иммобилизации клеток винных дрожжей в целях их последующего применения для обработки виноматериалов. Для иммобилизации использовали гели Са-альгината, хитозана, Ка-зостерина.

С целью интенсификации процесса увеличение концентрации клеток осуществляли путем подращивания дрожжей в гранулах после иммобилизации. При этом прирост биомассы в единице объема носителя значительно выше, чем при росте в свободном состоянии. Максимальное количество биомассы достигалось в гранулах через 24-36 часов и составляло 6,2 мг/мл, что примерно, в 2 раза меньше, чем в гранулах. Ф

Периодическое, определение АТФ во внутригелевой популяции позволило оценить состояние иммобилизованных клеток дрожжей. Если после 24-часового подращивания удельное содержание АТФ в иммобшшзованных( клетках; составляло 10,2 нмоль/мг, то после - обработки . виноматериалов ее содержание снижалось до 4,4 нмоль/мг, что, вероятно, связано с частичной утратой жизнеспособности клеток в гранулах, к

При обработке виноматериалов дрожжами, включенными в Са-альгинатный гель, было установлено снижение содержания летучих кислот, что говорит об усилении восстановительной способности клеток при иммобилизации (рис. 1) .

Рис. 1 Влияние обработки виноматериала дрожжами в Са-альгинатных гранулах на изменение массовой концентрации летучих кислот и восстановительную способность вина.

В - восстановительная способность, сек., (О);

ЛК - массовая концентрация летучих кислот, г/дм3, (А);

П - продолжительность работы, сутки;

1 - свежие гранулы;

2 - подращенные гранулы;

3 - свободные клетки (контроль)

Результаты исследования сравнительной эффективности обработки сухих виноматериалов дрожжами, иммобилизованными в Са-альгинате, хитозане и зостерине, представленные на рис.2, показали преимущество зостерина перед остальными гелеобраз-ньгми носителями.' В то же время при разработке технологии выдержанных вин дальнейшие исследования проводились с полиэтиленовым носителем, что позволило эффективно осуществить промышленное внедрение полученных результатов.

Разработка технологии производства выдержанных виноградных вин с использованием иммобилизованных дрожжей.

В работе исследовали виноматериалы разных винодельческих зон, включая Краснодарский край, Крым, Модцову.

Рис. 2. Сравнительная эффективность обработки виномате-риалов дрожжами, иммобилизованными в гелеобразных носителях.

I I - контроль N I - хитозан

ЁШ! - Са-альгинат 1[|ЦЦ||||| - зостерин .

В - восстановительная способность, сек А - содержание альдегидов, мг/дм3 Л. к. - содержание летучих кислот, г/дм3

С целью интенсификации процессов созревания полученные виноматериалы обрабатывали путем пропускания через установку с иммобилизованными клетками винных дрожжей.

При выборе расы дрожжей использовали дрожжи вида Бас-сИаготусез сеге^ае различных штаммов.1 Исследования показали, что восстановительные процессы протекают более интенсивно при обработке виноматериалов дрожжами ВКПМ У-712.

Различная функциональная активность предполагала возможные изменения в структурном строении ¡клеток при иммобилизации. Были проведены исследования по изучению влияния иммобилизации на структурные изменения дрожжевых клеток.

Проведенные электронно-микроскопические исследования иммобилизованных и флуктуирующих клеток дрожжей показали, что свободные клетки отличаются от иммобилизованных меньшим количеством митохондрий, меньшей плотностью цитоплазмы, менее выраженным фестончатым контуром цитоплазматической мембраны. Иммобилизованные клетки обладают большей поверхностью мембраны за счет большего числа чашевидных углублений и щелевидных инвагинаций.

Описанная структурная перестройка дрожжевой клетки обусловливает проявление функциональной активности ферментных систем клетки, что способствует усилению перехода биологически активных соединений в обрабатываемую среду, а это, в свою очередь, ускоряет биохимические процессы, идущие при формировании и созревании вина. ■

Установлены оптимальные параметры обработки виноматериалов в установке с иммобилизованными | дрожжами: скорость потока - не более 0,3 сут*1, температура - 14 - 16 °С, доза сернистого ангидрида - не более 200 мг/дм3.. ;

Исследование состава виноматериалов. обработанных иммобилизованными клетками дрожжей.

В лабораторных и производственных условиях обработке иммобилизованными клетками дрожжей подвергали сухие виноматериалы. Обработку проводили непрерывным потоком со скоростью 0,3 сут"1 при температуре 14 - 16 °С. ■

Как видно из табл. 1, при контакте с иммобилизованными дрожжами заметно меняется состав виноматериалов.' Снижается содержание летучих кислот, альдещцов, фенольных соединений, тяжелых металлов, ' ОВ-потенциал. В то же время возрастает содержание приведенного экстракта.

Изменение основных физико-химических показателей при обработке красного сухого виноматериала иммобилизованными клетками дрожжей

Наименование Содержание

показателей до обработки после обра-

ботки

Спирт, % об. 10,8 10,8

Сахара, г/дм3, 1,9 1,0

из них фруктоза 0,64 0,15

глюкоза 0,40 0,15

сахароза 0,32 0,06

Титруемые кислоты, г/дм3, 2,6

из них винная 2,6

яблочная 0,12 следы

молочная 1,3 1,3

янтарная 0,40 0,41

лимонная 0,11 0,10

рН 3,5 3,6

Летучие кислоты, г/дм3 0,82 0,66

Альдегиды, мг/дм3 97 78

Восстановительная способность, сек 5,0 3,0

ОВ-потенциал, мВ 170 110

Приведенный экстракт, г/дм3 27 28

Глицерин, г/дм3, 7,6 8,3

Полифенолы, мг/дм3, 1590 1470

Показатели окраски: И 0,86 0,75

Т 0,47 0,38

Металлы, мг/дм3,

железо 9,3 6,2

медь 0,35 0,23

цинк 0,17 0,10

В результате обработки иммобилизованными клетками дрожжей увеличивается содержание аминокислот. Обогащение аминокислотного состава играет важную роль в развитии органо-лептических свойств вина. Подтверждением этому может служить сравнительный анализ табл. 2 и 3. Из таблиц видно, что повышение содержания аминокислот, в частности, фенилаланина, сопровождается увеличением концентрации ароматических соединений

и, в том числе, р-фснилэтанола, одного из основных компонентов аромата вина, образующегося при дезаминировании фенилалани-на.

Следует отметить снижение содержания ацетальдегида, диацетила, изобутанола, н-бутанола, суммы изоамиловых спиртов, оказывающих негативное воздействие на органолептические свойства вин.

Таблица 2

Изменение содержания аминокислот при обработке виноматериала иммобилизованными дрожжами

Аминокислоты Содержание

до обработки после обработки

Аспарагиновая кислота 19,1 29,1

Серии 12,4 16,9

Глютаминовая кислота 43,8 66,7

Глицин 17,6 25,4

Алании 38,5 56,4

Гистидин 95,2 153,0

Лизин 10,9 15,8

Аргинин 107,0 166,0

Треонин 9,7 12,8

Пролин 256,0 401,0

Лейцин следы 9Д

Валин 7,6 12,1

Тирозин 16,1 23,5

Фенил аланин 15,1 22,6

Всего: 648,7 1010,0

Отмеченные изменения проходят в винах при длительной выдержке, поэтому можно говорить о том, что обработка иммобилизованными клетками дрожжей способствует ускорению процессов, протекающих при формировании и созревании вина.

Учитывая результаты работы, проведенной с красными ви-номатериалами, были проведены исследования по созданию новых марок белых и розовых выдержанных вин. Полученные результаты легли в основу технологии приготовления выдержанных натуральных виноградных вин "Боспор" белый, розовый, красный.

Влияние обработки иммобилизованными клетками дрожжей на содержание ароматических соединений в виноматериале

Наименование Массовая концентрация,

мг /дм3

соединений до обработки после обработки

1 2 3

Ацетальдегид 27,8 14,2

Этилформиат+метилацетат 6,7 9,8

Этилацетат 36,8 20,3

Метилэтилкетон+метилпропионат 38,2 46,4

Изопропилацетат 14,1 17,8

Диацетил 3,6 1,0

Метилбутират 1,9 2Д

2-бутанол 0,3 0,3

н-пропанол 2,4 4,7

Этилбутират+неизвестный 40,1 36,2

Изоамилацетат 0,2 2,4

Этилвалерат • 1Д 0,2

н-бутанол 2,0 1,9

Амилацетат 1,6 2Д

Изоамилол 148 126

Этилкапронат 0,6 0,9

Гексилацетат 0,2 2,2

Изоамилбутират 0,7 1,6

Метиллакгат 1,4 0,4

Этиллактат 106 134

н-гексанол 1,3 1,2

Метилвалерат 2,3 1,8

Пропиллактат 1,6 1,4

Этилкаприлат+неизвестный 50,1 64,7

Изобутиллактат . 1,8 1,9

Бензальдегид 0,02 0,03

Линалоол 0,02 0,03

Изоамиллакгат 0,1 0,1

Фенилацетат 0,2 0,4

Этилбензоат 0,8 1,0

Гераниол 0,03 0,01

Бензиловый спирт 0,01 0,02

Этиллаурат 0,02 0,04

1 ; 2 3

р-фенилэтанол 120 131

Диэтилмалат 5 0,2 0,4

О-этилфенол 1 0,4 0,5

ш-крезол 0,5 0,3

Эвгенол г 0,1 0,2

Каприловая кислота 16,2 11,6

Дибутилфталат 0,6 0,6

Для выработки виноградного выдержанного красного вина "Боспор" виноград сортов Каберне и Мерло собирают при сахаристости не ниже 18 г/100 см3 и перерабатывают отдельно по сортам. Мезгу сульфитируют до содержания сернистой кислоты 100200 мг/дм3 и собирают в чаны, куда вносят 2% разводки чистой культуры дрожжей с регулярным перемешиванием. При остаточной сахаристости бродящего сусла 3-5 г/100 см3 его отделяют от мезги. Самотечные и прессовые фракции собирают вместе и направляют на дображивание.

По окончании спиртового и яблочно-молочного брожения вино-материалы купажируют: Каберне - не менее 60% от общего объема купажа, Мерло - до 40%. Купаж обрабатывают известными способами для придания стабильности и пастеризуют.

Осветленный виноматериал пропускают через аппарат с дрожжами, иммобилизованными на насадке из дуба, бука или полиэтилена. Аппарат представляет собой вертикальный резервуар, выполненный из нержавеющей стали с отношением диаметра к длине 1:3, оснащенный рубашкой для поддерживания постоянной температуры.

Дрожжевую разводку предварительно готовят на питательной среде: смеси виноматериала и виноградного свежего сусла в отношении 2:1, с содержанием спирта 7% об., сахара - 6 г/100 см3. Концентрация дрожжевых клеток в аппарате должна составлять 300-600 млн. в 1 мл.! Температура поступающего виноматериала 1520 °С. Скорость потока поддерживается дозирующим насосом 0,30,5 сут"1.

Аппаратурно-технологическая схема производства красного выдержанного вина "Боспор" представлена на рис. 3.

При получении белых и розовых вин марки "Боспор" ви-номатериалы вырабатывают по традиционным схемам производства белых и розовых натуральных вин. Обработку иммобилизованными дрожжами проводят по аналогии с обработкой красных виноматериалов.

Технология внедрена в винсовхозе "Мирный" Краснодарского края. В 1990-1994 гг. выработано 320 тыс. дал вин.

Усовершенствование технологии приготовления яблочных вин

Учитывая опыт повышения качества виноградных вин при использовании иммобилизованных клеток винных дрожжей проведены подобные исследования на яблочных виноматериалах.

Сравнивали эффективность чистых культур дрожжей вида ЗассЬаготусев сеге^ае штаммов К-17, используемых в плодовом виноделии и спиртоустойчивых дрожжей штамма ВКПМ У-712, используемых в шампанском производстве.

Дальнейшие исследования и их производственная проверка позволили предложить режим обработки плодовых вин путем непрерывного пропускания виноматериала через установку с иммобилизованными дрожжами концентрацией 250-300 млн./мл с коэффициентом разбавления 0,2-0,5 сут-1 и внесении перед обработкой в виноматериалы сахарозы из расчета 10 г/дм3.

Обработка иммобилизованными клетками дрожжей оказывает влияние на химический состав и органолептические свойства плодовых виноматериалов: повышается содержание аминокислот, экстрактивных компонентов, снижается концентрация летучих кислот и альдегидов.

По этой технологии производятся плодовые вина специального типа "Подмосковное" и "Таганрогское".

Влияние обработки иммобилизованными дрожжами на экологическую безопасность вина

Из литературных источников известно о способности микроорганизмов извлекать из среды катионы металлов, а сухих осадочных дрожжей и биосорбентов из дрожжевых концентратов -удалять из вина пестициды. Поэтому представляло интерес изучить поглотительную способность иммобилизованных дрожжей по отношению к металлам и пестицидам.

В работе исследовали степень и механизмы сорбции металлов свободными и иммобилизованными клетками. Работу проводили на виноматериалах и модельных растворах, содержащих отдельные металлы - медь, железо, цинк, свинец и комплекс всех перечисленных металлов. Данные представлены в табл. 4.

Сорбция металлов из модельной среды иммобилизованными клетками дрозкжей

Катионы металлов Содержание , мг/дм3

контроль свободные клетки иммобилизованные клетки

Железо 17,0 12,8 11,7

Медь 5,44 4,38 3,01

Цинк 0,96 0,9 0,75

Свинец 0,38 0,35 0,30

Полученные результаты свидетельствуют о снижении содержания металлов в растворах, сорбция металлов иммобилизованными клетками дрожжей во всех случаях выше, чем свободными клетками.

Проведенные электронно-микроскопические исследования показали, что клетки дрожжей, которыми обрабатывали растворы, содержащие металлы, имели значительные цитологические отличия от дрожжевых клеток, которые находились в растворе без металлов.

Эти отличия заключались в появлении в цитоплазме опытных клеток эндоцитозных включений, усилении гликогенеза, ми-тохондрио- и мембраногенеза, в дифференцировке ядерного материала на нуклеоплазму и периферические зоны хроматина (рис. 4).

Результаты влияния обработки иммобилизованными клетками дрожжей на содержание металлов в виноматериалах представлены в табл. 5.

Следует отметить, что при переходе с модельных растворов на вино сорбционный эффект несколько снижается. Это, видимо, связано с конкурентным связыванием металлов с комплексообра-зователями, присутствующими в вине.

Рис.3 Аппаратурно-технологическая схема производства красного выдержанного вина "БОСПОР"

1 - бункер-питатель 10,14,20 - вертикальные резервуары

2 - центробежная дробилка-гребнеотделитель 12 - купахер

3,6 - мезгонасосы 16,26 - фильтрпрессы

4 - сульфитодозатор 18 - пастеризатор

5 - бродильный резервуар , 21 - насос-дозатор

7 - стекатель 22 - дроххегенератор

8 - пресс 24 - установка для обработки иммобилизован-

- центробежные насосн 28-. ^«ш. дрожжей

30 - горизонтальный резервуар

Таблица 5

Влияние обработки иммобилизованными дрожжами на содержание металлов в винах

Железо, Медь, Цинк, Свинец,

мг/дм3 мг/дм3 мг/дм3 мг/дм3

Винома- ДО после до после до после До после

териалы обра- обра- обра- обра- обра- обра- обра- обра-

ботки ботки ботки ботки ботки ботки ботки ботки

Каберне 11,4 8,3 0,13 0,11 0,23 0,17 0,03 0,01

Мерло 6,0 4,2 0,36 0,25 0,17 0,10 0,01 не об-

наруж

Пино

блан 7,2 5,7 0,17 0,14 0,2 0,18 0,02 0,01

Совиньон 8,4 6,4 0,24 0,18 0,15 0,12 0,025 0,01

С целью изучения влияния пестицидов на физиологическое состояние дрожжей и активность брожения сбраживали условно "чистое" сусло, не содержащее пестицидов (контроль), а также сусло с предварительно добавленными в него фосфор- и хлорсо-держащими пестицидами: фосфамидом в концентрации 1,2 мг/дм3 (что в 3 раза превышает ПДК), байлетоном - 0,15 мг/дм3 (3 ПДК). Брожение проводили как периодическим способом, так и с применением дрожжей, иммобилизованных на полиэтиленовой насадке в стеклянных колонках, вместимостью 1 дм3 при концентрации дрожжевых клеток 300-400 млн./мл и температуре 20 °С (непрерывный способ).

При сбраживании сусла установлено ингибирующее влияние пестицидов на активность брожения дрожжей (табл. 6).

Активность брожения в присутствии пестицидов существенно снижалась по сравнению с контролем, особенно при сбраживании периодическим способом. При этом продолжительность брожения сусла, содержащего пестициды, увеличивалась в 1,5 раза в варианте с добавлением байлетона и в 2 раза - с добавлением фосфамида, как при периодическом, так и непрерывном сбраживании.

С целью изучения эффективности удаления остаточных количеств пестицидов виноматериалы с содержанием фосфамида 1,2 мг/дм3 и байлетона - 0,15 мг/дм3 обрабатывали свободными и иммобилизованными клетками дрожжей. В табл. 7 представлены данные об изменении массовой концентрации пестицидов в опытных виноматериалах.

Рис. 4 Ультраструктура иммобилизованных клеток дрожжей Saccharomyces cerevisiae после воздействия свинца ( х 120000). ЦПМ - цитоплазматическая мембрана, Кс I, Кс II, Rc III - последовательные слои клеточной стенки, В - вакуолярный компарта-мент, ЧУ - чашевидные углубления, ЭнР - эндоплазматический ретикулум, КлБез - везикулы, Клвцм - внутрицитоплазматические мембраны.

Влияние пестицидов на активность брожения дыхания дрожжей

Активность Активность Дыхатель- Продолжи-

Показатели брожения, дыхания, ный коэф- тельность

мкл/ч мкл/ч фициент брожения,

0 со2 Оо2 0 со?/0 о2 суг.

Способ

Не- Пе- Не- Пе- Не- Пе- Не- Пе-

Образцы пре- рио- пре- рио- пре- рио- пре- рио-

рыв- ди- рыв- ди- рыв- ди- рыв- ди-

ный че- ный че- ный че- ный че-

ский ский ский ский

Сусло

(контроль) 324 178 188 122 1,7 1,5 3 6

Сусло+фосфа-

мид

(1,2 мг/дм3) 174 98 108 74 1,6 1,3 6 11

Сусло+

байлетон

(0,15 мг/дм3) 194 106 123 78 1,6 1,4 5 9

Таблица 7

Влияние обработки дрожжами на содержание в виноматериалах пестицидов

Содержание пестицидов

Содержание после обработки, мг/дм3

Обрабатываемый пестицидов Обработка обработка им-

виноматериал до обработки, свободными мобилизованн

мг/дм3 клетками ыми клетками

Виноматериал +

фосфамид 1,2 0,11 0,063

Виноматериал +

байлетон 0,15 .0,105 0,096

Данные показывают, что обработка дрожжами выводит из виноматериалов пестициды. При этом, иммобилизованные клетки удаляют большее их количество по сравнению со свободными.

Как показали электронно-микроскопические исследования, это связано с тем, что включение пестицидов в клеточный метаболизм приводит к ультраструктурным перестройкам дрожжевой клетки, отражающие происходящие в ней изменения биохимических процессов и энергетического обмена.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Исследован процесс включения винных дрожжей в поли-сахаридные гели. Предложено применение для этих целей эффективного препарата - зостерина. Разработаны оптимальные технологические режимы использования дрожжей, включенных в зосте-риновый гель, для повышения качества виноматериалов, снижения содержания летучих кислот.

2. Электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что при иммобилизации в клетках дрожжей происходит структурная перестройка, которая обусловливает повышенную функциональную активность ферментных систем клетки, обеспечивает адаптационный и защитный механизм клетки при иммобилизации, способствует усилению перехода биологически активных соединений в обрабатываемую среду, что приводит к изменению ее физико-химического состава и, как следствие, ускоряет в обработанных материалах биохимические процессы, идущие при формировании и созревании вина.

3. Изучено воздействие иммобилизованных клеток дрожжей на качество и химический состав обрабатываемых виноматериалов. Показано, что в результате обработки снижается содержание летучих кислот, ацетальдегида, фенольных соединений, величина ОВ-потенциала. Одновременно имеет место повышение восстановительной способности, величины приведенного экстракта, в том числе глицерина, увеличение содержания аминокислот и ароматических соединений.

4. Показано, что иммобилизованные клетки дрожжей при сбраживании и обработке сорбируют из виноматериала тяжелые металлы и пестициды, существенно повышая тем самым экологическую безопасность вина. Экспериментально доказано, что на ультраструктурном уровне ответ дрожжевых клеток заключается в перестройках эндоцитозной активности, включающей усиление гликогенеза, мембрано- и митохондриогенеза, связанной с включением защитных механизмов клетки.

5. Методом электронной микроскопии изучено влияние фосфор- и хлорсодержащих пестицидов на физиологию и морфологию клеток винных дрожжей. Установлено значительное сниже-

ние бродильной и дыхательной активности дрожжевых клеток, особенно в присутствии фосфорсодержащих пестицидов.

6. На основе полученных экспериментальных данных разработана технология приготовления выдержанных вин с использованием иммобилизованных дрожжей, обеспечивающая получение высококачественных вин после 6 месяцев выдержки. Утверждены и освоены производством новые марки вин "Боспор" (белое), "Боспор" (розовое) и "Боспор" (красное).

7. Разработана технология получения высококачественных сброженно-спиртованных плодовых виноматериалов и вин на их основе с использованием иммобилизованных дрожжей. Утверждены и освоены производством новые марки вин "Подмосковное" и "Таганрогское".

Автор выражает глубокую благодарность академику Россель-хозакадемии, доктору технических наук, профессору Саришвили Н. Т., оказавшему неоценимую помощь при подготовке диссертационной работы к защите.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации:

1. Панасюк А. Л., Славская С. Л., Сенькина 3. Е., Линец-кая А. Е., Столярова Е. И. Производство уксуса из плодово-ягодного сырья. АгроНИИТЭИПП, серия 15 Винодельческая промышленность, выпуск 3, Москва, 1987, с. 30.

2. Столярова Е. И., Панасюк А. Л., Сенькина 3. Е., Линец-кая А. Е., Мизюк О. Я. Производство высококачественных столовых вин. АгроНИИТЭИПП, серия 15 Винодельческая промышленность, выпуск 7, Москва, 1989, с. 28.

3. Саришвили Н. Г., Панасюк А. Л., Столярова Е. И., Кулагина Л. Л., Персианов В. И. Технология красных сухих вин с использованием иммобилизованных дрожжей. Пищевая промышленность, 1990 г. № 12, с. 37-38.

4. Панасюк А. Л., Саришвили Н. Г., Столярова Е. И. Ис-ползуване на имобилизирани клетки на винените дрожди за полу-чеване на висококачествени вина. Резюмета Шеста Българска на-учно-теническа конференция о международно участие по вино-производство под ещцата на 01У, 1990, с.9.

5. Столярова Е. И. Изменение структурно-функциональных характеристик дрожжей ЗассЬагошусев уш при биосорбции тяже-

лых металлов. Тез. докл. Всесоюзной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Актуальные проблемы возделывания и переработки винограда", г. Ялта, 1990, с. 161-163.

6. Панасюк А. Л., Липович Л. М., Чухрова Т. Р., Максимова М. А., Познанская Е. В., Столярова Е. И. Использование винных дрожжей для повышения качества вин. АгроНИИТЭИПП, серия 15 "Винодельческая промышленность", выпуск 8, Москва,

1991, с. 36.

7. Саришвили Н. Г., Панасюк А. Л., Столярова Е. И, Ко-щеенко К. А., Гулевская С. А. Сорбция тяжелых металлов дрожжами 8. уип. Прикладная биохимия и микробиология, вып. 3,

1992, с. 402-408.

8. Панасюк А. Л., Столярова Е. И. Использование иммобилизованных дрожжей для повышения качества плодовых вин. Виноград и вино России, № 5, 1992, с 9-12.

9. Саришвили Н. Г., Панасюк А. Л., Карась И. Г., Щербина Г. П., Персианов В. И., Линецкая А. Е., Столярова Е. И. Патент СССР №1668385 (1991). Способ созревания виноматериалов при производстве красных столовых вин.

10. Саришвили Н. Г., Панасюк А. Л., Сенькина 3. Е., Столярова Е. И. Пути снижения содержания пестицидов в продуктах виноделия. АгроНИИТЭИПП, серия "Винодельческая промышленность", выпуск 1, Москва, 1995, с. 24.