Теоретическое обоснование и совершенствование технологии красных вин путем регулирования состава фенольных веществ физико-химическими и биохимическими приемами

Размещено на http://www.allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КРАСНЫХ ВИН ПУТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОСТАВА ФЕНОЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ И БИОХИМИЧЕСКИМИ ПРИЕМАМИ

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

МАРКОСОВ Владимир Арамович

Краснодар 2010

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Северо-Кавказский зональный НИИ садоводства и виноградарства» Россельхозакадемии

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Агеева Наталья Михайловна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Соболев Эдуард Михайлович

доктор технических наук, профессор Панасюк Александр Львович

доктор технических наук, профессор Кишковская Светлана Альбертовна

Ведущая организация:

ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт виноградарства и виноделия им. Я.И. Потапенко Россельхозакадемии

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. Наук В.В. Гончар

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность проблемы

Отрасль виноградарства и виноделия является приоритетной в экономике Краснодарского края. Ее возрождение наблюдается сегодня в каждом виноградо-винодельческом хозяйстве: из года в год увеличиваются посадки виноградников, объем производимых виноматериалов, из которых в настоящее время более 55% составляет продукция, производимая из красных сортов винограда. Возросший интерес к красным винам, особенно столовым, по сравнению с белыми не случаен. В них содержится больше природных антиоксидантов, обладающих антиканцерогенными, антиалергенными, антисклеротическими и противовоспалительными свойствами, обеспечивающих профилактику многих заболеваний и корректирующих антиоксидантный статус человека. Все это определяет высокую значимость красных вин в рационе питания человека.

Определяющим фактором качества красных вин является содержание в них широкого спектра фенольных соединений (антоцианов, лейкоантоцианов, ароматических кислот, флавонолов, катехинов, процианидинов и стильбенов). Разнообразие полифенолов и многогранность их свойств требует постоянного внимания к этой группе химических компонентов вин. Фенольные соединения винограда сосредоточены преимущественно в кожице и других твердых структурных элементах грозди. В связи с этим для повышения эффективности их экстракции во время брожения применяют различные технологические приемы, направленные на увеличение степени извлечения полифенолов. Такие приемы используются как в технологии переработки красных сортов винограда (термовинификация, физико-химические и биохимические воздействия и т.п.), так и в агротехнике их выращивания (использование стимуляторов роста, удобрений, обеспечивающих накопление фенольных веществ и снижающих упругость кожицы ягоды винограда и т.п.). Между тем, многие вопросы биохимии фенольных веществ винограда и вина изучены недостаточно, отсутствуют технологии, обеспечивающие направленное регулирование компонентного состава фенольных соединений столовых и специальных красных вин. В связи с этим исследования, направленные на изучение состава фенольных соединений в различных красных сортах винограда в зависимости от места произрастания и приемов агротехники, интенсификацию процессов их извлечения из кожицы виноградной ягоды физико-химическими и биохимическими приемами и их сохранность в процессе хранения вина являются актуальными.

1.2 Связь работы с научными программами, планами, темами

Диссертация выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Россельхозакадемии по теме: «Разработать комплексные высокоэффективные типовые технологии производства и стабилизации виноградных вин с использованием новых и перспективных сортов винограда и новейших способов физико-химических воздействий», 2001-2005 гг., № госрегистрации 120309463.

1.3 Цель и задачи исследований

Цель работы - теоретическое обоснование и совершенствование технологии красных столовых и специальных виноградных вин путем регулирования состава фенольных веществ физико-химическими и биохимическими приемами. фенольный виноград красный вино

Основные задачи исследований:

? исследовать качественный состав и концентрации фенольных соединений в красных сортах винограда в зависимости от места их произрастания;

? оценить технологический запас фенольных соединений в винограде в зависимости от места произрастания и погодно-климатических факторов;

? выявить закономерности изменения количества фенольных веществ в виноградных ягодах в зависимости от агротехнических приемов выращивания винограда;

? изучить качественный состав и установить количество различных форм фенольных соединений в красных винах в зависимости от физико-химических и биохимических приемов в технологии их производства;

? установить закономерности изменения состава фенольных соединений в зависимости от технологических режимов переработки винограда, в том числе термовинификации и ферментации мезги;

? выявить изменение качественного состава и концентрации биоло-гически активных компонентов красных вин в процессе хранения;

? исследовать антиоксидантные и антирадикальные свойства красных вин в зависимости от физико-химических и биохимических приемов в технологии их производства;

? исследовать устойчивость антоцианового комплекса красных вин в процессе хранения;

? установить влияние технологии производства столовых и специальных красных вин на состав и концентрацию антоцианов и фенолкарбоновых кислот;

? исследовать медико-биологические особенности красных вин, оценить их антимикробное и антивирусное действие;

? теоретически обосновать и усовершенствовать технологию производства красных вин путем регулирования состава фенольных соединений физико-химическими и биохимическими приемами;

? провести апробацию усовершенствованной технологии в производственных условиях и разработать техническую документацию на красные вина;

? определить ожидаемый экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии в производство.

1.4 Научная концепция диссертационной работы

Заключается в решении проблемы повышения качества и биологической ценности красных виноградных вин на основе совершенствования технологии их производства, достижения оптимальных концентраций и качественного состава фенольных веществ путем направленного использования физических, биохимических и технологических приемов с учетом результатов исследования содержания фенольных соединений в красных сортах винограда в зависимости от места произрастания, почвенно-климатических условий и агротехнических приемов.

1.5 Научная новизна

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена усовершенствованная технология красных столовых и специальных виноградных вин на основе сочетания физико-химических и биохимических приемов, обеспечивающих возможность регулирования состава и концентраций фенольных соединений. Выявлены закономерности накопления компонентов фенольного комплекса в виноградной ягоде в зависимости от условий произрастания винограда, природно-климатических факторов и агротехнических приемов. Установлена корреляция между суммой активных температур и количеством компонентов фенольного комплекса - антоцианов, лейкоантоцианов, ароматических кислот, флавонолов, катехинов, процианидинов и стильбенов.

Выявлены закономерности изменения состава фенольного комплекса красных вин, в том числе антоцианов, лейкоантоцианов, ароматических кислот, флавонолов, катехинов, процианидинов и стильбенов, в зависимости от условий и продолжительности их хранения.

Получены новые сведения об изменении компонентов фенольного комплекса, биологически активных веществ, антиоксидантной и антиради-кальной активности в процессе ферментации и термовинификации мезги различных сортов винограда.

1.6 Практическая значимость

Усовершенствована технология производства столовых красных вин с применением физико-химических и биохимических приемов на основе регулирования концентрации фенольных соединений, и техническая документация на красные столовые вина «Каберне», «Столовое красное», столовое розовое "Руслан". Усовершенствованная технология внедрена на предприятиях Краснодарского края: НПООО «Сады Кубани», ЗАО АФ "Мысхако", ООО АФ "Фанагория", ООО "Долина", АОО "Витязево" и ЗАО МПБК "Южная винная компания "Очаково" с суммарным экономическим эффектом более 10 млн. рублей в период с 1999 по 2008 гг.

1.7 Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на второй всесоюзной конференции по биохимии винограда и вина: "Вопросы биохимии винограда и вина"(г.Москва, 1975 г.); «Новации и эффективность производственных процессов в виноградарстве и виноделии (г.Краснодар, 2005г.); «Методологические аспекты создания прецизионных технологий возделывания плодовых культур и винограда» (г. Краснодар, 2006г.); «Здоровое питание - основа жизнедеятельности человека»(г. Красноярск, 2008г.); "Пища. Экология. Качество" (г.Новосибирск, 2008г.); "Перспективы развития виноградарства и виноделия в странах СНГ" (г.Ялта, 2008г.). В полном объеме работа доложена на расширенном заседании ученого совета ГНУ Северо-Кавказского зонального НИИ садоводства и виноградарства Россельхозакадемии (г. Краснодар,2009г.).

1.8 Публикации

По теме диссертации опубликовано 42 научных работ, в том числе 3 монографии, 20 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента РФ на изобретения.

1.9 Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из 5 глав, изложенных на 289 страницах компьютерного текста, включающего 52 таблиц, 53 рисунков, заключения, списка использованной литературы, включающего 429 источников, в том числе 217- иностранных авторов и приложения.

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований

В качестве объектов исследований использовали виноград красных сортов Каберне-Совиньон (далее по тексту Каберне), Мерло, Саперави, Красностоп анапский, Молдова, Изабелла, выращенный в различных зонах Краснодарского края (Анапский, Темрюкский районы, ЗАО АФ «Мысхако», г. Новороссийск, ЗАО АПФ «Геленджик») и республики Абхазия, сусло и виноматериалы, произведенные из указанных сортов винограда в лабораторных и производственных условиях.

2.2 Методы исследований

Концентрации основных компонентов химического состава винограда, мезги, сусла и виноматериалов определяли по методикам действующих ГОСТ и ГОСТ Р. Исследование качественного состава красящих веществ и процианидинов проводили методом высокоэф-фективной жидкостной хроматографии на приборе «Agilent Technologies». Выделение катехинов осуществляли в системе растворителей н-бутанол : уксусная кислота : вода (4 : 2 : 1), а хроматограммы проявляли реактивом ванилина. Для измерения величины антиоксидантной активности (АОА) в пересчете на TROLOX применяли амперометрический анализатор «ЦветЯуза-01-АА» (ОАО НПО «Химавтоматика», г. Москва). Для определения антирадикальных свойств использовали метод, основанный на принципе косвенного определения количества пероксидов. Измерение массовой концентрации витаминов, органических кислот и свободных аминокислот в соке ягод и виноматериалах проводили методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель-103Р». Концентрации летучих компонентов виноматериалов определяли на газожидкостном хроматографе «Кристалл 2000М» с пламенно-ионизационным детектором.

Медико-биологические исследования влияния различных сортов вин на метаболизм липидов и оксидантный статус гомогената печени и сыворотки крови крыс в состоянии стресса, а также иммунотропные эффекты вин проводили в Кубанском государственном медицинском университете. Антивирусные свойства красного вина изучали суспензией вируса табачной мозаики (ВТМ) методом половинок. Исследование влияния энотерапии на иммунитет здоровых пациентов проводили на базе санатория ЗАО "Лесная гавань", (г.Новороссийск).

Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием компьютерных программ Statistika и Coplot . Достоверность полученных данных подтверждается многократностью проведения опытов. Уровень вероятности 0,95. При планировании экспериментов (с целью сокращения их количества) использовался метод ротатабельных планов второго порядка Бокса-Хантера.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исследование качественного состава и концентрации фенольных соединений красных сортов винограда в зависимости от места их произрастания и природно-климатических факторов

Проведенные исследования показали, что при идентичности качественного состава концентрации различных групп фенольных соединений (ФС) изменяются в зависимости от сорта винограда и, особенно, от места его произрастания. Известно, что сумма активных температур в республике Абхазия выше, чем в Анапском и Темрюкском районах Кубани. Аналогичная тенденция прослеживается в величинах концентраций фенолкарбоновых кислот (рисунок 1): они имеют наибольшие значения как в винограде, так и в винах, приготовленных в Абхазии.

Рисунок 1- Значения концентрации фенолкарбоновых кислот в виноматериале Каберне в зависимости от места произрастания винограда

Выявлена наибольшая концентрация (+)катехина в ягодах винограда сорта Саперави, (-)эпикатехина - в сорте Мерло, выращенном в Краснодарском крае и республике Абхазия (таблица 1).

Исследования проведенные в период созревания винограда показали, что и в семенах и в кожице исследуемых сортов винограда содержится по пять катехинов: (-)эпигаллокатехин, (±)галлокатехин, (-)эпикатехин, (+)катехин и следы (-)эпикатехингаллата. В мякоти обнаружены следы (±) галлокатехина, (-) эпикатехина и (+) катехина.

В процессе переработки винограда в виноматериал переходят простые катехины. Галлированная форма катехинов - (-)эпикатехингаллат, содержащийся в семенах и кожице в виде следов, в виноматериалах не обнаружен. По-видимому, в процессе переработки винограда (-)эпикатехингаллат под воздействием окислительных ферментов окисляется и осаждается из раствора. Исследование красных столовых вин сорта Каберне свидетельствует о том, что независимо от места произрастания винограда и технологии производства виноматериалы характеризуются идентичным качественным составом катехинов. Различие состоит лишь в количественном переходе их в виноматериал.

Таблица 1- Содержание катехинов в ягодах различных красных сортов винограда

Место произрастания винограда	Массовая концентрация, мг/дм3
	(+)катехин	(-)эпикатехин	(-) эпигаллокатехин
Каберне-Совиньон
Краснодарский край, Анапский р-н	239	105	56
Краснодарский край, Темрюкский р-н	202	88	65
Республика Абхазия	210	58	92
Мерло
Краснодарский край, Анапский р-н	356	250	99
Краснодарский край, Темрюкский р-н	218	180	66
Республика Абхазия	260	288	103
Саперави
Краснодарский край, Анапский р-н	427	265	130
Краснодарский край, Темрюкский р-н	386	220	104
Красностоп Анапский
Краснодарский кр, Анапский р-н	459	210	148

При обработке мезги пектолитическими ферментными препаратами количественное содержание всех катехинов в соке возрастало.

Исследования показали, что в начале созревания при появлении красных оттенков в окраске ягод при концентрации сахаров 9-10%, технологического запаса антоцианов 119 мг/дм³, первыми из антоцианов появляются моногликозиды мальвидина, дельфинидина, петунидина, а затем пеонидина. По мере созревания (15-16% сахаров) ягоды приобретают яркую окраску, а сумма антоцианов увеличивается до 500 мг/дм³, в составе антоцианов появляются ацилированные формы. При дальнейшем сахаронакоплении (до 19-24%), а антоцианов до 920-970 мг/дм³ концентрация ацилированных антоцианов увеличивается. При накоплении сахаров до 26% содержание антоцианов снижается до 820 мг/дм³.

Исследования антоцианов в красных винах (таблица 2), приготовленных в Краснодарском крае и в республике Абхазия, показали существенное различие их качественного состава и концентраций отдельных компонентов.

Таблица 2 - Концентрации антоцианов в винах, приготовленных из различных красных сортов винограда

Массовая концентрация компонентов мг/дм3	Каберне-Совиньон, Краснодар. край	Каберне-Совиньон, Абхазия	Гаме черный, Абхазия	Мерло Абхазии	Мерло Краснод. край	Саперави Краснодар. край	Красностоп анапский	Изабелла Краснод. край	Изабелла, Абхазия	Молдова Красн.. край	Молдова Абхазия
Дельфинидин-3,5-О-дигликозид	0	0	3	0	0	2	0.8	1	0.5	4	4
Цианидин-3,5-О-дигликозид	0	0	1	0.5	0	2.4	2	1	3	14	2
Петунидин-3,5-О-дигликозид	0	0	0.9	0	0	0.6	0	0	12	7	14
Дельфинидин-3-О-гликозид	25	0.7	0.5	1.6	0	23	22	7	19	0	4
Пеонидин-3,5-О-дигликозид	0	0	1	0	0	0	0	0	0	29	27
Мальвидин-3,5-О-дигликозид	1,7	0	0	0.5	0	4	6	3	253	114	402
Цианидин-3-О-гликозид	15	0	0.7	0	0	0	0	0	0	0	0
Петунидин-3-О-гликозид	25	2	4	4	0.8	44	24	7	10	2	10
Пеонидин-3-О-гликозид	21	2	20	5	1.2	37	14	11	1	1	1
Мальвидин-3-О-гликозид	105	52	133	53	36	244	99	51	34	8	48
Дельфинидин-3-О-(6'-ацетил-гликозид)	20	2	3	4	2	3	3	2	0.3	0	0.4
Мальвидин-3-О-(6'-ацетил-гликозид)	32	28	6	18	20	18	22	17	20	15	46
Мальвидин -3-О-(6'-п-кумароил-гликозид)	0.7	5	14	6	5	29	13	4	5	1	10
Общее содержание антоцианов	244.7	97.7	194.1	100.6	74	417	216.8	116	385.8	225	599.4

Полученные данные свидетельствуют о том, что наибольшее количество антоцианов было в виноматериалах, произведенных из сортов винограда Изабелла и Молдова, выращенных в Абхазии. Высокая концентрация антоцианов обнаружена в виноматериале из сортов Саперави и Красностоп анапский (Краснодарский край). Что же касается наиболее популярных сортов винограда, то в Каберне накапливается больше антоцианов, чем в Мерло независимо от места их произрастания.

В связи с тем, что лейкоантоцианы составляют основную часть фенольных соединений, изучение их количественного содержания необходимо для полной характеристики дубильных веществ, входящих в состав винограда и вина. Результаты наблюдений за динамикой лейкоантоцианов в винограде показали, что по мере созревания их содержание как в семенах, так и в кожице, постепенно снижается: в семенах и кожице в начале созревания было 140 мг/г и 127 мг/г, в зрелом винограде - 96 мг/г и 83 мг/г соответственно. Количество лейкоантоцианов в семенах на всем протяжении созревания винограда было выше, чем в кожице. Использование ферментно-теплового воздействия при производстве специальных красных вин интенсифицировало экстракцию лейкоантоцианов из структурных элементов виноградной ягоды.

Известно, что основным показателем для определения времени сбора винограда принято считать содержание в нем сахара и кислот. Однако в производстве красных вин не меньшее значение имеет содержание в винограде красящих и дубильных веществ. На основании многолетних наблюдений установлены оптимальные сроки сбора винограда сорта Каберне для приготовления столовых и десертных вин. Для красных столовых оптимальными показателями срока сбора являются содержание технологического запаса красящих веществ около 1000 мг/дм³ при массовой концентрации сахаров 19-20% и неизменяющейся более титруемой кислотности.

Наибольшее количество дубильных веществ отмечалось в начале созревания и наименьшее - в фазе полной технологической зрелости (таблица 3).

Более сухое и жаркое лето 1985 г. привело к значительно большему накоплению в винограде дубильных веществ. На содержании антоцианов это не сказалось. Аналогичные наблюдения за изменением красящих и дубильных веществ были проведены при приготовлении специальных (десертных) вин типа кагора.

Таблица 3 - Содержание дубильных и красящих веществ в винограде сорта Каберне поступающем на переработку, и их изменение в процессе производства и хранения десертных вин

Объект исследования	1985 г.	1998 г.	2002 г.
	Дубильные вещества	Красящие вещества	Дубильные вещества	Красящие вещества	Дубильные вещества	Красящие вещества
	мг/дм3
Технологический запас в поступившем винограде	3900	1120	5400	1176	3420	558
После отделения сусла от мезги	2750	810	3500	774	2500	350
После трех месяцев хранения вина	2580	615	3323	550	2397	258
После шести месяцев хранения вина	2490	475	3210	420	2097	205
После двенадцати месяцев хранения вина	2180	258	2774	220	1880	145

Учитывая, что при созревании винограда количество красящих веществ, достигнув максимума, начинает снижаться, мы считаем оптимальными показателями срока сбора винограда для десертного виноделия содержание красящих веществ около 1100 мг/дм³ и сахара не ниже 23-24% при не изменяющейся титруемой кислотности. В зависимости от метеорологических условий года сроки достижения таких кондиций, а, следовательно, и время сбора винограда могут значительно колебаться.

Проведенные исследования показали, что наибольшее количество флавонолов (49,7-52,3 мг/дм³) выявлено в виноматериалах из винограда сортов Каберне и Мерло, произраставших в Абхазии, Каберне и Саперави (Краснодарский край) - 45,7 и 52,3 мг/дм³ соответственно, а наименьшее - в виноматериале из сорта винограда Изабелла (Абхазия) - 5,3 мг/дм³. В целом, можно отметить более высокое накопление флавонолов в виноматериалах, произведенных в республике Абхазия.

Установлено (таблица 4), что процианидины являются «компонентом местности», а их количество существенно зависит от генетических особенностей сорта винограда. Можно выделить также тот факт, что в винограде Абхазии накопление процианидина В₁ меньше, чем в районах Краснодарского края. Аналогичная закономерность характерна и для двух других процианидинов, но разница менее существенна.

Таблица 4 - Содержание олигомерных процианидинов в столовых виноматериалах (средние данные за2003-2008гг. при Р=0,95)

Краснодарский край,република Абхазия	Процианидины, мг/дм3
	В1	В2	В3
Каберне-Совиньон
Краснодарский край	18	23	12
Абхазия	26	18	13
Мерло
Краснодарский край	104	23	44
Абхазия	19	14	12
Саперави, Краснодарский край
Анапский район	66	24	22
Темрюкский район	58	28	44
Изабелла
Краснодарский край	23	23	18
Абхазия	26	18	13
Молдова
Краснодарский край	162	20	48
Абхазия	54	15	30
Красностоп анапский
Краснодарский край	84	42	18

3.2 Исследование закономерностей изменения состава и количества фенольных веществ в ягодах винограда и вине в зависимости от агротехнических приемов выращивания винограда

Содержание фенольных веществ (катехинов и процианидинов) в винограде зависит от четырех основных агроэкологических факторов: сорта винограда, степени зрелости, условий и места его произрастания, агротехнологии. При этом наибольшее влияние агроэкологические факторы оказывают на концентрацию таких полифенолов, как катехингаллат и антоцианидины.

На примере виноградарских хозяйств Краснодарского края выявлена корреляция между степенью зрелости винограда и массовой концентрацией антоцианов: установлено, что наибольшее количество антоцианов в винограде достигается при концентрации сахаров 18,4-20,0 г/100 г/см³. При повышении сахаристости ягод наблюдалось увеличение суммы фенольных соединений (ФС), однако количество антоцианов стабилизировалось или возрастало незначительно (на 3-5%). Накопление танинов коррелировало с изменением суммы ФС: чем больше сумма ФС, тем больше содержание танинов.

Проведенные в течение 2000-2006 г.г. исследования показали, что концентрация компонентов фенольного комплекса также существенно варьирует в зависимости от урожайности виноградного растения (таблица 5).

Таблица 5 - Изменение фенольных веществ в зависимости от урожайности виноградного куста

Вариант	Урожай-ность,кг/куст	Концентрация, мг/дм3	Дегустационная оценка вина, балл
		суммы ФС	антоцианов
1	1,8	3540	260	8,2
2	2,4	3200	200	8,0
3	3,3	2680	144	7,8
контроль	3,8	2330	146	7,6

Выявлено существование корреляции между урожайностью виноградного куста и суммой фенольных соединений в виноградной кожице. Полученные результаты подтверждают тезис, что виноградное растение получает определенную долю солнечной энергии, которую затем «самостоятельно распределяет». Следовательно, чем больше нагрузка виноградного куста урожаем, тем меньшая доля энергии, в том числе фотосинтетической, «достается» каждой грозди, тем меньшее количество фенольных соединений синтезируется.

В результате проведенных исследований установлено, что обработка винограда растворином, теллурой и кристалоном способствует увеличению концентрации как суммы ФС, так и антоцианов. Учитывая специфику образования ФС, можно считать, что использование перечисленных препаратов способствует интенсификации процессов фотосинтеза, при активном протекании которого синтезируется наибольшее количество соединений фенольного комплекса.

Результаты исследований (1998-2004 г.г.) показали, что количество различных форм ФС зависит от вида примененного пестицида и действующей системы защиты виноградного растения от вредителей и болезней. Особенно заметным влияние пестицидов было на антоцианы, катехины и флавонолы через 15 суток с момента их использования. Такое снижение концентраций полифенолов можно объяснить по-разному. Во-первых, попадание пестицидов на ягоду, их проникновение в сок приводит к снижению активности многих ферментных систем и фотосинтеза в целом. Во-вторых, фенольные вещества проявляют «защитное» действие, предохраняя многие компоненты (аминокислоты, витамины и т.п.) сока от трансформации под действием пестицидов. Сравнительный анализ показал, что при технической зрелости винограда концентрация антоцианов изменялась от 79,6 мг/100г при использовании бордосской смеси до 92,4 мг/100г при обработке виноградников по схеме метаксил 2,5 кг/га + тиовит 8 кг/га. Наибольшее количество лейкоантоцианов выявлено также при обработке по схеме метаксил 2,5 кг/га + тиовит 8 кг/га. Обработка виноградников по схеме метаксил 2,5 кг/га + фалькон 0,4 л/га привела к увеличению количества катехинов и флавонолов. Таким образом, полученные результаты позволяют считать, что правильно и в срок примененные средства защиты винограда не только не снижают содержание фенольных соединений в виноградной ягоде, но и активируют их накопление.

3.3 Изменение состава и концентрации фенольных соединений в красных винах в зависимости от физико-химических и биохимических приемов, условий переработки винограда и продолжительности хранения вина

В последние годы разработаны новые ферментативные композиции, обладающие сильным мацерирующим эффектом и способствующие насыщению мезги, сусла или виноматериала фенольными веществами. В связи с этим для проведения экспериментов с целью производства столовых красных вин были выбраны ферментные препараты лафаза НЕ, лафаза 60 и экстрализ (Франция), обладающие пектолитической, протеолитической и в-глюканазной активностями. Исследования проводили по нескольким технологическим схемам столовых и специальных вин, включающим настаивание мезги с ферментацией и без нее, брожение мезги с предварительным внесением ферментных препаратов, термовинификацию с ферментацией и без нее. Данные исследований показали, что использование ферментного препарата лафаза НЕ способствует быстрому и достаточно полному экстрагированию фенольных составляющих кожицы, в том числе суммы полифенолов и антоцианов (рисунок 3).

Существенно увеличивается также концентрация в виноматериале катехинов, способных придать напитку терпкость и даже горчинку. Менее активны относительно экстракции фенольных веществ лафаза 60 и, особенно, экстрализ, содержащий активную в-глюканазу. Аналогичная динамика роста концентрации ФС наблюдалась при использовании и других ферментных препаратов. Разница состояла только в том, что при применении препарат экстрализ продолжительность ферментации была значительно больше, что объясняется особенностью структуры фермента.

Рисунок 3 - Концентрация полифенолов в виноматериале в зависимости от дозировки ферментного препарата лафаза НЕ

Выявлены следующие закономерности изменения различных фракций полифенолов в зависимости от типа ферментного препарата: для ферментных препаратов тренолин руж и экзаром (контрольные варианты) характерно увеличение всех исследуемых фракций фенольного комплекса с возрастанием дозировки препарата; однако при внесении тренолин руж экстрагируется большее количество катехинов и танинов; применение препарата лафаза НЕ обеспечило наибольший прирост как суммы, так и отдельных фракций ФС, особенно катехинов и танинов; при этом наибольший прирост количеств ФС наблюдался при увеличении дозировки препарата с 3 до 4-х г/100кг мезги; при использовании ферментного препарата лафаза 60 закономерно увеличиваются количества всех исследованных компонентов фенольного комплекса; внесение препарат экстрализ обеспечило умеренный прирост количеств ФС при увеличении дозировки фермента.

Установлено (таблица 6), что с увеличением дозировки ферментных препаратов закономерно уменьшается концентрация в экспериментальных вариантах виноматериалов высокомолекулярных соединений - белка, полисахаридов и суммы коллоидов, которые способны гидролизоваться под действием использованных ферментных препаратов.

Таблица 6 -Влияние ферментных препаратов на концентрацию высокомолекулярных соединений в виноматериале

Дозировка ферментного препарата	Массовая концентрация, мг/дм3
	белка	общего азота	полисахаридов	суммы коллоидов
1. Контроль, без ферментов	34,6	1228	965	1246
2 Тренолин руж (контроль)
2.1 мл/100 кг мезги: 1,0	28,6	1186	966	1056
2.2 1,5	24,2	1098	910	986
2.3 2,0	22,8	1134	864	934
3 Лафаза НЕ
3.1 г/100 кг: 2,0	21,8	1056	882	1012
3.2 3,0	17,0	988	816	896
3.3 4,0	15,4	964	756	862
3.4 5,0	12,6	1010	688	818
4 Лафаза 60
4.1 г/100 кг: 1,0	22,8	1160	874	964
4.2 2,0	16,2	1228	786	792
4.3 3,0	11,6	1340	710	786
5 Экстрализ
5.1 г/100кг: 3,0	18,4	1234	912	1020
5.2 4,0	6,6	1267	836	984
5.3 6,0	4,8	1316	766	886

На наш взгляд, начало увеличения концентрации общего азота свидетельствует о завершении гидролиза сложных комплексов белок-полисахарид или белок-полифенол с образованием белков и последующем их ферментативном разрушении. Сравнение полученных результатов подтвердило эффективность использования ферментных препаратов, особенно группы лафаза, для снижения концентраций высокомолекулярных соединений и тем самым для пролонгирования устойчивости виноматериалов к коллоидным помутнениям.

Исследование термообработки при производстве столовых вин показало, что при нагревании мезги до 55-60^оС содержание красящих веществ было в 1,3-1,6 раза больше, чем в образцах без тепловой обработки. Содержание суммы ФС веществ во всех опытных винах с применением ферментных препаратов и непродолжительного нагрева было на 15-30% выше, чем в контрольных образцах.

Эксперименты по применению ферментативного катализа в технологии специальных вин свидетельствуют об активации процесса экстрагирования различных групп полифенолов с помощью внесенных ферментных препаратов. Наибольший прирост полифенолов, особенно, антоцианов, в сравнении с контролем обеспечило внесение препаратов лафаза НЕ и лафаза термо.

На основании проведенных исследований установлена оптимальная концентрация ФС, обеспечивающая получение столовых виноматериалов с нарядной окраской и высокими органолептическими достоинствами, составляет: при использовании ферментации - суммы фенольных соединений 2230-2610 мг/дм³, антоцианов - 270-340 мг/дм³; при термовинификации - суммы фенольных соединений 2780-3240 мг/дм³, антоцианов - 420-580 мг/дм³.

Оптимальная концентрация фенольных соединений, обеспечивающая получение высококачественных специальных виноматериалов составляет: при использовании ферментации - суммы фенольных соединений 3040-3700 мг/дм³, антоцианов - 470-580 мг/дм³; при термовинификации - суммы фенольных соединений 2890-3500 мг/дм³, антоцианов - 420-580 мг/дм³.

Проведен корреляционный анализ взаимосвязи между дегустационной оценкой вин и концентрациями фенольных соединений. Полученная модель зависимости дегустационной оценки столового и специального виноматериалов от накопления различных форм полифенолов при множественном коэффициенте детерминации R² = 64 % выражается следующими уравнениями (таблица 7) в зависимости от типа ферментного препарата. В представленных уравнениях: у - дегустационная оценка; х₁ - массовая концентрация суммы ФС, г/дм³; х₂ - массовая концентрация танинов, г/дм³; х₃ - массовая концентрация катехинов, г/дм³; х₄ - массовая концентрация антоцианов, г/дм³.

В результате анализа многофакторной системы установлено, что на органолептическую оценку столовых красных вин наибольшее положительное влияние оказали антоцианы и их совместное воздействие с суммой полифенолов, далее - танины. Отрицательное влияние оказали кислоты, в том числе летучие, и, особенно, катехины. Несколько иные результаты получены при исследовании взаимосвязи между концентрациями полифенолов и дегустационной оценкой специальных вин (рисунок 4).

Таблица 7 - Результаты корреляционного анализа между дегустационной оценкой вин и концентрацией фенольных соединений

Столовый виноматериал	Специальный виноматериал
Лафаза НЕ
18% 24% 17% 23% y =5,5+0,37х1+1,06х2-0,28х3 +0,30х4	20% 10% 18% 24% y = 4,7+1,12х1+1,05х2-0,28х3 +0,55х4
Лафаза 60
21% 17% 20% 22% y = 6,1+0,17х1+0,26х2 -0,27х3 +0,28х4	20% 9% 17% 24% y = 4,3+1,17х1+1,12х2-0,32х3 +0,53х4
Экстрализ
18% 22% 22% 24% y = 5,7+0,17х1+0,26х2 -0,27х3 +0,18х4	20% 12% 16% 22% y = 4,9+0,88х1+1,00х2-0,18х3 +0,22х4

Достаточно близкое влияние на ее величину оказали сумма фенольных соединений, антоцианов и танинов, а катехины, как и в случае столовых вин, оказали отрицательное влияние на качество специального вина. Неучтенные факторы (около 7%) имели значительно меньшую долю влияния в сравнении со столовыми винами. Очевидно, это обусловливается наличием в специальном вине высокой концентрации сахаров, которые смягчали влияние как катехинов, так и (особенно) органических кислот.

Рисунок 4 - Влияние различных фенольных соединений на дегустационную оценку специальных вин

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о существенном влиянии компонентов фенольного комплекса на дегустационную оценку как столовых, так и специальных красных вин.

На рисунке 5 на примере виноматериала Каберне наглядно отображено влияние технологии производства вина, в том числе ферментативного катализа на накопление в нем процианидинов. Показано что тренолин руж и флюдаза в наибольшей степени влияют на величину концентрации процианидина В₂, в остальных вариантах наблюдаются близкие величины приростов концентрации процианидинов всех исследованных групп. Установлено, что продолжительная мацерация мезги, длительное брожение при температуре 18 - 25 ^оС способствует повышению количества всех групп процианидинов.

Рисунок 5 - Влияние технологии производства вина Каберне на концентрацию процианидинов, мг/дм³

При последующем хранении вин в анаэробных условиях может происходить спонтанный гидролиз С-С- связей процианидинов в результате чего карбоксильные катионы вступают в реакцию с другими полифенолами с образованием окрашенных конденсированных форм, имеющих устойчивую окраску. В результате таких процессов при хранении концентрация процианидинов снижается.

Представленные в таблице 8 материалы (средние данные за 3 года) исследований свидетельствуют о том, что содержание ресвератрола в красных винах изменяется в зависимости от сорта винограда и места его произрастания. Наибольшее количество ресвератрола характерно сорту Саперави, что, скорее всего, определяется генотипическими особенностями сорта и его фотосинтезирующим аппаратом. Выявлена корреляция между суммой активных температур и накоплением исследуемого вещества - наибольшее количество ресвератрола было в районе Мысхако, где наблюдали и наибольшее значение суммы активных температур за анализируемый период времени. Установлена динамика накопления ресвератрола в зависимости от технологии производства вина. Полученные сравнительные результаты показали, что при брожении мезги в производстве столового вина накопление ресвератрола протекало равномерно за весь период наблюдения. При изготовлении специального вина заметное увеличение его количества произошло после внесения этилового спирта.

Таблица 8 - Массовая концентрация ресвератрола в различных красных сортах винограда, мг/дм³

Сорт винограда	Район произрастания винограда
	Темрюкский	Анапский	Мысхако
Каберне-Совиньон	0,35	0,54	0,90
Мерло	0,66	0,66	0,86
Саперави	0,82	0,86	1,02

Статистическая обработка полученных результатов исследований показала следующее распределение доли влияния различных факторов на количество ресвератрола в столовых винах: продолжительность контакта - 42%; ферментация - 26%; перемешивание - 18%; прочие факторы - 14%.

В специальном вине на динамику извлечения ресвератрола существенное влияние оказывают не только ферментация и продолжительность контакта мезги и жидкой фракции, но и температура, а также введение этилового спирта. В связи с этим рассчитанные доли влияния факторов имеют следующий вид: продолжительность контакта - 32%; ферментация - 20%; спиртование - 22%; перемешивание - 18%; прочие факторы - 8%.

а

б

Рисунок 5 - Изменение антиоксидантной активности красных столового (а) и специального (б) вин сорта Каберне при хранении 1 год:

1 и 7 - традиционная технология; 2 и 8 - ферментация тренолин руж; 3 - брожение мезги при 14 до 18^оС; 4 - брожение мезги с орошением «шапки»; 5- брожение мезги с перемешиванием CО₂; 6 - брожение мезги при 14 до 18^оС с ферментом тренолин руж; 9- термовинификация мезги при 40-45^оС, подбраживание и спиртованием при 22-28^оС; 10- подбраживание мезги (14-18^оС), тренолин руж; 11- настаивание мезги (14-18^оС); 12 - ферментация мезги препаратом тренолин руж, настаивание мезги (14- 18^оС), подбраживание и спиртование.

В процессе хранения наблюдается трансформация ресвератрола: его количество снижается более чем в 2 раза, особенно в столовом вине. Таким образом, для применения в энотерапии следует рекомендовать молодые красные вина, в которых велика концентрация ресвератрола, или кагоры в год их производства.

Графическое изображение наглядно показало снижение и изменение антиоксидантной активности в обоих типах вин (рисунки 5 а и б). В столовых винах их значения в целом меньше, чем в специальных (рисунок 5б), о чем свидетельствует большая площадь внешнего шестиугольника. Эти результаты позволяют считать, что для эффективного применения в энотерапии рекомендуются красные вина, не подвергающиеся выдержке или продолжительному хранению.

На основании исследования физико-химических и биохимических превращений фенольных соединений в ходе технологической переработки винограда и хранения вина мы получили возможность совершенствовать технологию производства красных вин путем использования мацерации и применения ферментных препаратов.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КРАСНЫХ ВИН ПУТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ СОСТАВА ФЕНОЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ И БИОХИМИЧЕСКИМИ ПРИЕМАМИ

Главная технологическая задача в производстве красных вин сводится к обеспечению благоприятных условий для извлечения из твердых элементов виноградной грозди красящих и ароматических веществ и сохранение их на отдельных стадиях формирования и созревания вина. Методологические подходы к созданию современных технологий производства красных вин представлены на рисунке 6. Для обеспечения достаточного экстрагирования фенольных, ароматических и других веществ не только из кожицы, но и из семян, брожение на мезге проводят при температуре 28-30^oС при многократном перемешивании бродящей массы. При брожении мезги наиболее полно выделяется энотанин семян, который принимает участие в образовании окраски и придает мягкость вкусу. Кроме того, «шапка» мезги контактирует с воздухом и в ней протекают окислительные процессы с образованием и накоплением сложных эфиров, составляющих основу букета вина. Брожение мезги в условиях повышенного давления СО₂ осуществляют в специальных бродильных резервуарах при перемешивании шапки внутри резервуара диоксидом углерода, который забирают компрессором из газовой камеры и вновь подают тем же компрессором в резервуар через барботер под шапку.



Рисунок 6 - Современные подходы к технологии красных вин

При этом способе обеспечиваются хорошие условия для экстрагирования антоцианов и дубильных веществ, регулирования температуры брожения и исключения инфекции. Однако обогащение вина ароматическими веществами происходит в меньшей степени, поскольку минимален доступ кислорода воздуха, аппаратурное оформление процесса брожения усложняется.

Обработка мезги теплом обеспечивает получение хорошо окрашенного сусла и осуществляется тремя способами. Нагрев мезги горячим суслом осуществляется по замкнутому контуру аппарат - теплообменник - аппарат, что создает непрерывный процесс мацерации мезги. Режим тепловой обработки мезги выбирается с помощью номограмм. При экстрагировании мезги горячим суслом теряется окраска вследствие воздействия оксидаз.

Важным преимуществом термообработки является исключение трудоемкого процесса брожения на мезге, легкость контроля и регулирования накопления ФС семян, придающих особую мягкость и бархатистость вкусу вина.

Комбинированная обработка мезги с экстрагированием красящих веществ в процессе ее подбраживания позволяет получить сильно окрашенное сусло, которое после сбраживания обеспечивает получение типичных красных виноматериалов высокого качества.

Материалы исследований позволяют сформулировать основные положения перспективной технологии производства столовых и специальных красных вин. В основу разработанной технологии положены принципы интенсификации процесса экстракции компонентов фенольного комплекса в зависимости от типа вина (столовое или специальное) с учетом максимального сохранения биологически ценных компонентов виноградной ягоды включая, антиоксиданты.

Для осуществления разработанных решений предложен технологический комплекс (рисунок 7). Комплекс предусматривает технологические устройства для производства столовых и специальных вин. При этом в технологии столовых вин производится орошение бродящей мезги подогретым суслом в резервуаре.

Для интенсификации процесса экстракции фенольного комплекса и стимуляции процесса брожения предусматривается, начиная с 4-5-х суток брожения, отделение самотечной фракции бродящего сока, его смешивание с гомогенизированными винными дрожжами и 2-3х-кратное орошение бродящего виноградного сырья этой смесью, при этом смесь бродящего сока и винных дрожжей нагревают в теплообменнике 12 до температуры 35-40^оС и дополнительно в нее вводят смесь диоксида серы и диоксида углерода из расчета 50-70 мг/дм³ диоксида серы и диоксида углерода из расчета создания избыточного давления 0,07-0,1 МПа.

При производстве столовых вин в начале процесса происходит забраживание мезги за счет ферментов ягоды. Такой процесс продолжается 3-4 суток. Поэтому начиная с 4-х-5-х суток возможно отделение забродившей массы от твердых частей виноградного сырья. Недостаток ферментных систем приводит к замедлению и даже остановке брожения и образованию недоброда. Для предупреждения этого отделяют самотечную фракцию бродящего сока и смешивают с гомогенизированными винными дрожжами.

При этом гомогенизацию проводят до достижения однородной сметанообразной консистенции. Это способствует частичному разрушению клеток дрожжей и гидролиз их содержимого, благодаря чему происходит подкормка дрожжей естественными компонентами клеток, а не искусственно введенными солями металлов. 2-3х-кратное орошение бродящего виноградного сырья этой смесью обеспечивает повреждение поверхности твердых частей виноградного сырья, усиление экстракции и растворения фенольных веществ кожицы винограда, переход в среду различных антиоксидантов, в том числе фенольной природы.

Осуществлена статистическая обработка экспериментальных данных о влиянии различных технологических приемов на качество красных столовых и специальных вин и их антиоксидантное действие (АОА). Обобщены данные по 6 хозяйствам Краснодарского края - АФ "Южная", ЗАО "Мысхако", ООО "Кубань-Вино", ЗАО АФ "Фанагория", АФ "Кавказ" и СПК "Геленджик".

Рисунок 7 - Усовершенствованная аппаратурно-технологическая схема производства красных виноматериалов: 1-бункер-питатель; 2_дробилка-гребнеотделитель; 3- сульфитодозатор; 4, 8, 15 мезгонасос; 5, 6, 16 - стекатель; 7- емкость для обработки мезги горячим суслом; 9 - емкость для сусла; 10- насос ВЦН-10; 11- насос для перекачки горячего сусла; 12- теплообменник для подогрева сусла; 13 - подогреватель мезги, 14- термосбраживатель; 17_пресс; 18- термоемкость для охлаждения сусла.

Влияние различных природно-климатических факторов обобщены под наименованием "хозяйство", агротехнических приемов и генетических особенностей винограда - сорт винограда. В табл.9 представлены доли влияния различных факторов на величину антиоксидантной активности и органолептическую оценку Д, балл.

Исследования показали, что на антиоксидантную активность столовых вин наибольшее влияние оказали концентрация биологически активных веществ (БАВ), многие из которых участвуют в формировании окислительно-восстановительной системы вина; далее следуют сортовые факторы и условия брожения, а наименьшее - концентрация антоцианов.

Доля влияния различных факторов на дегустационную оценку столовых вин распределилась иначе: сорт винограда>сумма полифенолов >хозяйство> концентрация антоцианов. Кроме того, важное значение имели условия брожения и ферментативный катализ.

Таблица 9 - Доля влияния различных факторов на АОА и дегустационную оценку красных вин, %

Фактор	Столовые вина	Специальные вина
	АОА	Д	АОА	Д
1. Хозяйство	8,0	14,9	8,0	21,2
2. Сорт винограда	12,2	16,3	14,8	23,8
3. Брожение	12,8	10,8	3,4	1,4
4. Ферментативный катализ	11,6	10,2	15,6	13,2
6. Диоксид серы	6,4	6,0	1,2	3,6
7.Сумма фенольных веществ	10,6	16,2	16,6	18,8
8.Количество антоцианов	4,2	13,4	6,2	19,6
9. Количество БАВ	18,5	5,8	14,2	1,2
10. Количество мономерных форм полифенолов	12,5	3,2	12,5	6,2
11.Прочие факторы	3,2	3,2	4,3	9,8

Проведенная статистическая обработка показала, что формирование качества специальных вин зависит, прежде всего от условий выращивания винограда, в том числе его сортовых особенностей.

Сопоставление полученных данных показало, что ферментативный катализ более эффективен в производстве специальных вин, в то время как условия брожения при выработке столовых вин.

Методом корреляционного анализа оценено влияние различных факторов на концентрацию различных форм фенольных веществ (таблица 10). Установлено, что концентрация суммы полифенолов в наибольшей степени обусловливается условиями брожения и ферментативным катализом, далее следуют сортовые особенности винограда. На накопление в столовом вине антоцианов примерно в равной степени влияли как технологические приемы - брожение, применение диоксида серы, ферментативного катализа, так и особенности сорта винограда и агротехника выращивания. Катехины и танины - это компоненты фенольного комплекса, в наибольшей степени зависящие от сортовых особенностей винограда и условий его выращивания. Среди технологических факторов наибольшее значение имеют условия брожения.

Долевое влияние отдельных факторов на количество БАВ: сорт винограда > хозяйство > концентрация диоксида серы. Среди технологических факторов именно концентрация диоксида серы является ведущим.

Таблица 10 - Доля влияния различных факторов на состав фенольного комплекса красных столовых вин, %

Фактор	Наименование компонентов фенольного комплекса
	сумма ФВ	антоцианы	катехины	танины	БАВ
1. Хозяйство	6,2	15,6	22,8	22,4	21,7
2. Сорт винограда	16,4	17,9	26,2	28,0	26,4
3. Брожение	28,8	18,8	16,2	18,6	14,6
4. Ферментативный катализ	28,3	18,4	16,0	13,5	16,0
6. Диоксид серы	14,8	16,8	14,7	14,7	18,6
7. Прочие факторы	5,5	10,5	4,1	2,8	2,7

Возможно, это объясняется тем, что многие БАВ склонны к окислению, а наличие и, особенно, высокие концентрации диоксида серы обеспечивают их сохранность.

Анализ данных рисунка 8 свидетельствует о том, что в процессе производства специальных вин доля влияния различных факторов на концентрацию компонентов фенольного комплекса идентична: термовинификация > ферментативный катализ > сортовые особенности. Закономерно возросла роль термовинификации, т.к. действие высоких температур приводит к усилению экстракционных процессов из твердых элементов ягоды, благодаря чему формируется типичность вина, в том числе его окраска. В сравнении со столовыми винами в среднем возросла роль такого фактора, как сортовые особенности. Возможно, в этом отражается значимость механических свойств кожицы, ее прочность, от которых зависит экстрагируемость компонентов фенольного комплекса и, в первую очередь, антоцианов, при повышении температуры или использование ферментативного катализа.

На величину антиоксидантной активности (АОА) красных вин существенное влияние оказали технология производства и продолжительность хранения. Наибольшее значение АОА имели варианты столовых вин, произведенные с применением ферментативного катализа кожицы. В целом, следует

Рисунок 8 - Доля влияния различных факторов на концентрацию фенольных веществ в специальных красных винах