автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Совершенствование технологии соков и столовых вин с применением янтарной кислоты и ее солей

/

V-/ ' ' ' « ' - / Г'

Российская академия сельскохозяйственных наук

На правах рукописи

Дымшевский Владимир Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОКОВ И СТОЛОВЫХ ВИН С ПРИМЕНЕНИЕМ ЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ И ЕЕ СОЛЕЙ

05.18.07 - Технология алкогольных и безалкогольных пищевых продуктов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: кандидат технических наук, с.н.с. Агеева Н.М. кандидат химических наук, профессор Музыченко Г.Ф.

Краснодар 1999г.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ТЕРМИНОВ................ 4

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................. 5

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................... 9

1.1. Особенности химического состава

винограда и вина и их влияние на организм человека................. 9

1.2. Технологическое значение органических кислот

и их изменение в производстве соков и вин................................. 15

1.3. Биолого-технологическая оценка роли

янтарной кислоты в продуктах питания........................................ 22

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ................................ 28

2.1. Объекты исследований.................................................................... 28

2.2. Методы исследований..................................................................... 29

2.3. Объекты и методы медицинских исследований........................... 30

3. ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ В ХОДЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА СОКОВ И ВИН................................................ 33

3.1. Содержание янтарной кислоты в винограде и винах................... 33

3.2. Влияние способа дробления винограда и осветления сусла

на концентрацию янтарной кислоты ............................................. 38

3.3. Изменение концентрации янтарной кислоты в зависимости

от количества диоксида серы.......................................................... 40

3.4. Синтез янтарной кислоты в ходе алкогольного брожения.......... 42

3.4.1. Скрининг рас дрожжей по способности

синтезировать янтарную кислоту................................................... 42

3.4.2. Влияние способа брожения на изменение

концентрации органических кислот.............................................. 46

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК ЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ И ЕЕ СОЛЕЙ НА БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СОКОВ И ВИН................ 49

4.1. Изучение антиоксидантного действия янтарной кислоты и ее солей.................................................................................................. 49

4.1.1. Изменение активности о—дифенолоксидазы..............................................................49

4.1.2. Динамика окислительно-восстановительного потенциала..................51

4.1.3. Изменение концентрации витаминов........................................................................................54

4.2. Влияние янтарной кислоты и ее солей на биохимические процессы при сбраживании сусла....................................................................................................66

4.2.1. Активность ферментных систем.................................................... 66

4.2.2. Физиологическое состояние винных дрожжей............................. 72

4.2.3. Динамика брожения виноградного с сусла................................... 78

4.2.4. Накопление биомассы дрожжей..................................................... 81

4.2.5. Синтез глицерина............................................................................. 84

4.2.6. Образование летучих компонентов................................................ 86

4.2.7. Изменение липидного комплекса виноматериалов

и дрожжей......................................................................................... 88

4.2.8. Состав органических кислот........................................................... 92

4.3. Химический состав столовых виноматериалов, приготовленных с применением янтарной кислоты и ее солей............ 96

4.4. Влияние янтарной кислоты и ее солей

на устойчивость вин к кристаллическим помутнениям.............. 97

5. МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ СУКЦИНАТОВ................................................... 102

5.1. Особенности метаболизма этанола................................................ 102

5.2. Влияние сукцината натрия на эмоциональный стресс у животных.......................................................................................... 105

6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА СОКОВ И ВИН С ПРИМЕНЕНИЕМ

ЯНТАРНОЙ КИСЛОТЫ ИЛИ ЕЕ СОЛЕЙ................................... 117

ВЫВОДЫ.................................................................................................... 121

ЛИТЕРАТУРА............................................................................................ 123

ПРИЛОЖЕНИЯ.......................................................................................... 136

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

ЯК — янтарная кислота

ЯК№ — сукцинат натрия

якк — сукцинат калия

ЖСа — сукцинат кальция

якын4 — сукцинат аммония

АцА — ацетальдегид

АДГ — алкогольдегидрогеназа

АлДГ — альдегиддегидрогеназа

А — адреналин

НА — норадреналин

5-ОТ — серотонин

ЭЭ — эндогенный этанол

ОДФО — о-дифенолоксидаза

ОВ — окислительно-восстановительный

гхцг — гексахлорциклогексан

ГЗФДГ — глицерин-3-фосфатдегидрогеназа

сдг — сукцинатдегидрогеназа

вэжх — высокоэффективная жидкостная

хроматография

БФФ — Р-фруктофуранозидаза

гжх — газо-жидкостная хроматография

ВВЕДЕНИЕ

Новая социально-экономическая ситуация, складывающаяся в стране в связи с переходом к рыночным отношениям, приводит к обострению социальных проблем. Проблема качественного питания является многогранной и включает в себя социально-экономический, медико-биологический, научно-технический и производственный аспекты. Разработка экономического и медико-биологического обоснования научных исследований в перерабатывающих отраслях агропромышленного комплекса (АПК), в том числе и в виноделии, невозможны без привлечения сведений о потребности населения в том или ином виде продукции, химическом составе и структуре пищи, сбалансированности по элементам питания. Первоочередными задачами пищевой отрасли АПК являются [1] обеспечение населения достаточным количеством биологически полноценных, экологически чистых, качественно безопасных, натуральных продуктов питания. В связи с этим к числу приоритетов развития науки в пищевом и перерабатывающем подкомплексе АПК относят следующие направления [1]:

- разработка технологий экологически безопасных продуктов питания лечебно-профилактического направления с учетом медико-биологических требований;

- разработка технологий пищевых продуктов с использованием пищевых добавок;

- создание технологий пищевых продуктов за счет интенсификации микробиологических процессов.

Особенно целесообразным и перспективным представляются исследования, направленные на максимальное сохранение естественных биологически ценных компонентов продуктов питания, обеспечивающих и

проявляющих лечебно-профилактическое, диетическое и даже защитное (в случае радиации) действие.

Натуральные вина и соки, как и другие продукты питания, представляют собой сложную композицию биологически активных веществ. Доступность этих веществ - отсутствие токсического эффекта, объясняют интерес исследований к продуктам переработки винограда как веществам, способствующим нормализации жизненного тонуса и оздоровлению организма [2].

Современные представления об особенностях воздействия виноградных вин на организм человека базируются на многочисленных сведениях о наличии в них различных химических соединений, способствующих проявлению лечебных и профилактических свойств.

По мнению Луи Пастера «...вино с полным правом может считаться самым здоровым и самым гигиеническим напитком».

Гален, Пруст, Гатье в своих работах [2] указывали, что вино является возбудителем пищеварительного тракта, антидепрессантом, «хранилищем» микроэлементов, а содержащимися в нем солями, восстанавливает все траты организма.

Значительный вклад в развитие исследований химического состава винограда и вина, как диетических и лечебных продуктов, внесли: Дурми-шидзе C.B. [3], Валуйко Г.Г. [1], Родопуло А.К. [4], Датунашвили E.H. [5], Запрометов М.Н. [6], Ежов В.Н. [7], Авакянц С.П. [8], Бурьян Н.И. [9], Синицкий В.Н. [10], Арпентин Г.Н. [11].

Авторы [12] установили эффективность красных столовых вин при лечении больных, пострадавших в Чернобыле. Известно применение энотерапии для лечения центральной нервной системы, в том числе в тех случаях, когда применение сильнодействующих препаратов вызывает нежелательные реакции у больных. Более того, "...в таких случаях вино действенно, а медикаменты бессильны" [13].

Употребление вина и алкогольных напитков является одним из распространенных способов купирования состояния эмоционального стресса. При этом хронический алкоголизм при употреблении вина развивается значительно медленнее в сравнении с другими алкогольными напитками, например, водкой [14-16]. Это объясняется тем, что в вине содержатся различные химические соединения, снижающие проявление токсического воздействия этанола на организм. К числу таких соединений относится янтарная кислота, которая согласно данным [17] обладает адаптогенным действием на организм при эмоционально-стрессовых ситуациях, мобилизует энергетические ресурсы человека, регулирует деятельность периферических и центральных звеньев симпатико-адреналовой гомеостатической системы.

Однако исследованию наличия янтарной кислоты в винограде и продуктах его переработки не уделялось достаточного внимания, а имеющиеся в литературе данные не многочисленны и не систематизированы.

В связи с этим целью настоящей работы было определение янтарной кислоты в винограде и продуктах его переработки, изучение процессов превращения янтарной кислоты в винограде, сусле и вине в ходе технологических процессов производства, научное обоснование технологии соков и вин, приготовленных с применением янтарной кислоты и ее солей.

В процессе выполнения работы основными направлениями были:

- исследование янтарной кислоты столовых и технических сортов винограда;

- изучение динамики янтарной кислоты при переработке винограда, включая дробление ягод, стекание и прессование мезги, осветление и брожение сусла, последующие обработки соков и вин;

- обоснование эффективности и необходимости добавок янтарной кислоты и ее солей при производстве соков и столовых вин;

- медико-биологические аспекты применения янтарной кислоты *

и ее солей.

Представляемая работа является частью комплексных исследований, выполняемых отделом виноделия Северо-Кавказского зонального НИИ садоводства и виноградарства, и выполнена по тематическому плану Российской академии сельскохозяйственных наук (РАСХН) «Разработать комплексные высокоэффективные технологии производства и стабилизации виноградных вин с использованием новых и перспективных сортов винограда и новейших способов физико-химических воздействий» и теме Кубанского государственного технологического университета № 2.13.00.4.1 «Реакции фуранов и их методология в направленных синтезах новых циклических и алициклических полифункциональных соединений многоцелевого практического значения».

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Особенности химического состава винограда и вина и их влияние на организм человека

Многочисленные ценные для питания компоненты, входящие в состав виноградных вин, дают полное право рассматривать их как полезную пищу, а не только как алкогольный напиток. Разнообразие типов вин по их составу и органолептическим свойствам, различия у людей в восприимчивости к этиловому спирту, кислотности, содержанию дубильных веществ вызывают значительное дифференцирование и индивидуализацию в потреблении виноградных вин [18].

Вино способствует процессам пищеварения, прежде всего стимулирует аппетит, так как органические кислоты и дубильные вещества являются возбуждающим средством для желез. Кроме того, вино ослабляет умственную напряженность и освобождает желудочно-кишечный тракт от напряжения [18].

Столовые вина — гетерогенная среда, в состав которой входят химические соединения различной природы. Роль этих соединений и их воздействие на организм человека не равноценны.

Глицерин, витамины, некоторые аминокислоты, органические кислоты, отдельные представители фенольных соединений оказывают благоприятное воздействие. Важное физиологическое значение имеют многоатомные спирты, содержащиеся в вине и винограде: глицерин применяют для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний; ксилит и сорбит -являются эффективными заменителями сахара. Под действием микрофлоры желудка в присутствии сорбита и ксилита повышается синтез витаминов [19]. Многоатомные спирты винограда и вина обладают фитонцидным действием, а также проявляют антиоксидантные свойства [20].

Виноград и вина богаты органическими кислотами, среди которых »

преобладают: винная, яблочная, янтарная, молочная [21-24].

Установлено [25], что органические кислоты и их соли, в частности, тартраты участвуют в регуляции окислительного потенциала кислотности желудка, играют важную роль в предотвращении бактериальных заболеваний и способствуют активации ферментативных процессов в органах пищеварения.

Минеральные вещества винограда и вина активно катализируют окислительно-восстановительные процессы в желудочно-кишечном тракте, обеспечивают постоянство осмотического давления клеток и тканей, участвуют в передаче нервных импульсов [26].

Многочисленные данные свидетельствуют, что усвоение кальция, железа, хрома из продуктов питания происходит практически полностью, так как в винограде и вине отсутствуют факторы, препятствующие их всасыванию [27].

Ягоды винограда богаты витаминами (А, С, Р, В, Вь В2, В6, РР, С и др.) и минеральными веществами (калий, натрий, кальций, магний, фосфор, сера, железо и др.).

Известно, что минеральный состав виноградных вин близок к минеральному составу плазмы крови [26]. Виноград и вино содержат ряд микроэлементов: алюминий, литий, рубидий [28], играющих важную роль в регуляции психических процессов [Необязательным условием ассимиляции винограда и вина является разборка сложных структур до простых соединений, которая происходит обычно в процессе пищеварения.

Основной отличительной чертой винограда и вина является преобладание в составе мономерных соединений, в частности, моносахаридов (глюкозы, фруктозы, уроновых кислот), кислот цикла Кребса, аминокислот и т.д., что сокращает процесс усвоения нутриентов. Легкому усвоению ор-

ганизмом питательных компонентов способствуют три интегральных по»

казателя состава вина: рН 3,0, близкая по величине к рН желудочного сока; высокая буферная емкость; относительно низкое осмотическое давление.

В подтверждение этому [26] Joyeux (1985) показал, что по количественному и качественному составу незаменимых аминокислот вино приближается к человеческой крови.

Углеводы участвуют в формировании органолептических качеств вина, во многом обусловливая их вкус, аромат, цвет и стабильность вина [20]. Из Сахаров, основное значение имеют глюкоза и фруктоза, наиболее ощущаемые на вкус. Глюкоза и фруктоза винограда легко усваиваются организмом и быстро включаются в обмен веществ.

Органолептические свойства и пищевая ценность винограда и продуктов его переработки во многом обусловлены присутствием таких компонентов, как фенольные соединения. Они, а также продукты их превращений влияют на вкус, аромат, цвет и прозрачность вина [20]. Это проявляется в том, что вследствие участия фенольных соединений в окислительном дезаминировании аминокислот, карбониламинных реакциях, образуются различные альдегиды с приятным запахом. Значительное влияние оказывают фенольные вещества на вкус вина. При их избытке в винах появляются излишняя грубость и терпкость, а недостаток приводит к отсутствию должной полноты, что делает вина пустыми, жидкими [20].

Интерес к этой группе веществ определяется широким спектром их реакционной способности, наличием значительного количества их в растительных продуктах. По данным ФАО/ВОЗ с пищевыми продуктами человек ежедневно должен потреблять до 4г фенольных соединений различной природы.

На вкусовые свойства вина оказывают влияние и некоторые высшие полисахариды, в частности, декстраны и пектиновые вещества. Особая мягкость токайских вин [20], по-видимому, обусловлена повышенным со-

держанием в них декстранов. Существовавшее мнение о сходном влиянии на органолептические свойства вин пектиновых веществ в настоящее время не подтверждено.

Пектиновые вещества обладают комплексным благотворным действием: радиопротекторным, антивоспалительным, кровоостанавливающим и противосклеротическим [28, 29]. Благодаря своим ценным свойствам виноград издавна применяется как лечебное средство; научно обоснован метод лечения виноградом - ампелотерапия, заключающийся в потреблении от 0,5 до 2,5 кг ягод в день [28].

Важное значение в производстве вина играют превращения углеводов и, в первую очередь, их сбраживание до этанола и вторичных продуктов. Присутствие этанола в вине ставит проблемы с точки зрения гигиены и токсикологии питания. В связи с этим представляет интерес анализ биохимических эффектов этанола, имеющих прямое отношение к установлению роли вина в питании человека.

Этиловый спирт является нормальным продуктом обмена веществ у человека. В крови и тканевых жидкостях человека он содержится в пос