Совершенствование технологии производства натуральных красных столовых вин путем регулирования в них состава компонентов полифенольного комплекса

Совершенствование технологии производства натуральных красных столовых вин путем регулирования в них состава компонентов полифенольного комплекса

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1. состав и химические свойства фенольных веществ винограда и вина

1.1 Фенолокислоты

.2 Флаванолы

.3 Катехины винограда и вина

.4 Лейкоантоцианы

.5 Антоцианы винограда и вина

2. физиологическая роль фенольных соединений

. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗНАЧЕНИЯ ФЕНОЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

4. МЕТОДЫ ЭКСТРАКЦИИ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

.1 Брожение на мезге

.1.1 Открытое брожение с плавающей шапкой

.1.2 Открытое брожение с погруженной шапкой

.1.3 Закрытое брожение с плавающей шапкой

.1.4 Закрытое брожение с погруженной шапкой

.2 Экстрагирование мезги

.3 Обработка теплом мезги или целых гроздей винограда до брожения

.4 Ферментация мезги

.5 Брожение мезги в условиях повышенного давления СО2

4.6 Брожение целых гроздей винограда

.7. Вибрационный способ воздействия на мезгу

.8. Метод холодной мацерации мезги (криомацерация)

.9. Сравнительная характеристика методов экстракции

.. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ФЕНОЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЧЕРЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

6.1 Правила техники безопасности при работе с компьютером

Выводы

Список цитируемой литературы

Введение

Виноград является ценным сырьем для получения целого ряда пищевых продуктов, благодаря высокому содержанию биологически активных компонентов. Биологическая ценность винограда обусловливается присутствием в нем минеральных солей, микроэлементов, аминокислот и других соединений. Особая роль в этом плане принадлежит фенольным соединениям, которые, обладая Р-витаминной активностью, антимикробным свойствам, участвуют в создании вкусовой основы и цветовой гаммы продуктов из винограда.

Фенольные соединения винограда сосредоточены преимущественно в кожице и других твердых структурных элементах грозди. В связи с этим для усиления их экстракции применяют различные технологические приемы, направленные на увеличение доступности биомембран кожицы. Такие приемы разрабатываются как в технологии переработки винограда, так и в агротехнике выращивания винограда. Между тем, многие вопросы остаются нерешенными. В связи с этим исследования, направленные на изучение фенольных соединений винограда и вина, интенсификацию процессов их извлечения из кожицы винограда и сохранность комплекса полифенолов в процессе длительного хранения являются актуальными.

Целью настоящей работы явилось научное обоснование и совершенствование технологии производства натуральных красных столовых вин путем регулирования в них состава компонентов полифенольного комплекса, позволяющее улучшить качество продукции и усилить их ценные свойства.

Для достижения поставленной цели были детально рассмотрены и изучены фенольные соединения винограда и вина, их свойства и биологическая активность. Осуществили ознакомление с основными методами экстракции фенольных веществ из винограда.

1. СОСТАВ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФЕНОЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ ВИНОГРАДА И ВИНА

Виноделы стран СНГ привыкли обозначать фенольные соединения термином дубильные вещества. Фактически же дубильные вещества - это только часть конденсированных фенольных соединений. Их еще обозначают термином танины, в состав которых входят конденсированные катехины и лейкоантоцианы.

Общее содержание фенольных веществ в винограде - 5-15 г/кг; в белом вине - 0,2-1,0 г/дм3; в красном вине - 1,5-5,0 г/дм3.

Общее содержание антоцианов в кожице красного винограда - 2,5-5,1 г/кг; в красном вине - 0,3-1,2 г/дм3 [1].

Фенольные вещества принято делить на негидролизуемые, или конденсированные, построенные на основе катехинов и лекоантоцианов, и гидролизуемые, состоящие из галловых и эллаговых фенольных веществ.

Фенольные соединения С6-С3-С6 или С15-подгруппы принято объединять под общим термином флавоноиды. Отдельные группы флавоноидов различаются по степени окисленности трехуглеродного фрагмента. Наиболее окисленной группой соединений являются флавонолы, наиболее восстановленной - катехины. Катехины, лейкоантоцианы - бесцветные, флаваноны и флавонолы окрашены в желтый цвет, антоцианы - в красный.

Для катехинов и лейкоантоцианов характерна способность к легкому окислению, прочие флавоноиды более устойчивы. Окислением или восстановлением можно осуществить переход одних фенольных соединений в другие. Так, восстановлением флаванонола получали лейкоантоциан, а восстановлением флавона, флаванона и флаванола - антоцианы. При окислении лейкоантоцианов образуются антоцианы.

Номенклатура флавоноидов неоднообразна. По официальной терминологии все агликоны должны оканчиваться на «ол», а гликозиды - на «озид», однако большинство ученых употребляют общепринятые окончания агликанов на «идин», а гликозидов на «ин» [2].

Существование до последнего времени в виноделии деление полифенольных соединений на красящие и дубильные вещества является не точным. Понятие «дубильные вещества» следует применять только к истинным дубильным веществам, т.е. для веществ вина, возникшим в результате полимеризации катехинов и лейкоантоцианов. Правильнее употреблять в этом случае термин «продукты окисления катехинов и лейкоантоцианов».

Имеющиеся литературные данные говорят о том, что флавоноиды либо вообще не токсичны, либо имеют весьма малую токсичность.

1.1 Фенолокислоты

Из фенолкарбоновых кислот в винах встречаются в очень незначительных количествах салициловая кислота и в несколько больших количествах галловая кислота. П. Риберо-Гойон (1963) идентифицировал в кожице винограда и в вине семь фенолокислот и три оксикоричных кислоты в концентрациях от 0,1 до 30 мг/дм3. Красный виноград и вина из него более богаты фенолокислотами, чем белые. В винограде оксикоричные кислоты не обнаруживаются и определяются лишь в небольших количествах в вине. Хлорогеновые кислоты легко окисляются полифенолоксидазой через о-хиноны до темноокрашенных продуктов конденсации. Реагируя с железом, хлорогеновые кислоты дают сине-черное окрашивание в винах (черный касс). С белком они образуют осадки в винах [3].

п-Оксибензойная R=R'=H Салициловая R=R'=H

Протокатеховая R=OH, R'=H о-Пирокатеховая R=OH, R'=H

Ванилиновая R=OCH3, R'=H Гентизиновая R'=ОН, R=Н

Галловая R= R'=OH

Оксикоричные кислоты

п-Кумаровая R=R'=H

Кофейная R=OH, R'=H

Феруловая R=OCH3, R'=H

Синаповая R= R'= OCH3

1.2 Флавонолы

Наиболее богаты флавонолами гребни: общее содержание флавонолов в них в 2 раза больше, чем в кожице. Как в гребнях, так и в кожице и семенах большая часть флавонолов представлена гликозидами. Флавонолы обладают Р-витаминной активностью.

В вине происходит гидролиз гликозидов флавонолов и в красных винах можно обнаружить их агликоны [2].

Кемферол R=R'=H

Кверцетин R=OH, R'=H

Изорамнетин R=OCH3, R'=H

Мирицетин R= R'=OH

1.3 Катехины винограда и вина

Катехины имеют в своей молекуле два асимметрических атома углерода: С2 и С3, поэтому для каждого катехина известно четыре изомера и два рацемата. Так, для простейшего катехина (R=R1+H) известны следующие изомеры: (+)-катехин, (−)-катехин, (+)-эпикатехин, (−)-эпикатехин, а также рацематы: (±)-катехин и (±)-эпикатехин. Такое же количество стереоизомеров известно у галлокатехина, катехингаллата и галлокатехингаллата.

Помимо мономерных катехинов, в винограде присутствуют значительно более сложные конденсированные соединения, построенные на основе катехинов. Продукты полимеризации катехинов и лейкоантоцианов в виноделии принято называть танинами, которые входят в более широкое понятие - дубильные вещества. Под термином дубильные вещества, или танины, понимаются полифенольные вещества с вяжущим вкусов со сравнительно большой молекулярной массой - более 500, способные давать соединения с белком и дубить кожу.

Мономеры катехинов и лейкоантоцианов не дают соединений с белками и не являются дубильными веществами, не обладают вяжущим вкусом. Димеры катехинов и лейкоантоцианов уже обладают свойствами танинов, так как они имеют молекулярную массу выше 500. Когда степень полимеризации становится очень высокой, молекула становится слишком объемной, чтобы связываться с белками. Поэтому высококонденсированный танин, свыше 10 молекул, не обладает свойствами дубильных веществ.

Катехины в чистом виде имеют горький вкус, но под действием окислительных ферментов и термической обработки в результате эпимеризации и изомеризации вкус их становится приятным терпким, характерным для хорошего вина.

Катехин R=R'=H

Галлокатехин R=OH, R'=H

Галлокатехингаллат

Катехингаллат

1.4 Лейкоантоцианы (процианидины)

Лейкоантоцианы - аморфные бесцветные вещества, чрезвычайно легко окисляемые. Под действием солнечных лучей, нагревания с кислотой в присутствии кислорода они дают окрашенные антоцианы.

Лейкоантоцианидины легко полимеризуются и дают конденсированные танины, играющие важную роль в белых и особенно красных винах. Лейкоантоцианы в мономерной форме не обладают свойствами танина - не имеют вяжущего вкуса и не осаждают белки. Соединение мономеров в димеры, тримеры и полимеры до определенного размера приводит к приобретению свойств дубильных веществ. Дальнейшая полимеризация приводит к такому укрупнению молекулы, что она становится неустойчивой в растворе и выпадает в осадок.

Флавандиолы-3,4 могут быть в виде агликонов - лейкоантоцианидинов и гликозидов - лейкоантоцианов, соединенных с различными сахарами. Молекулярная масса лейкоантоцианов семян порядка 750-840.

Ответственным за окислительное побурение вин являются продукты конденсации лейкоантоцианов. Чем больше в вине лейкоантоцианов, тем большую склонность к окислению и побурению оно проявляет. В процессе брожения от 50 до 91% лейкоантоцианов теряется вследствие полимеризации и потери растворимости [3].

Больше всего лейкоантоцианов содержится в семенах, затем в гребнях и кожице, меньше всего их в мякоти. Белые столовые вина содержат 0,2-0,3г/дм3 лейкоантоцианов, красные столовые - 1,0-3,3 г/дм3. В состав лейкоантоцианов винограда входят лейкодельфинидин, лейкоцианидин и лейкопеларгонидин.

Установлено что молодые красные вина в процессе аэрации усиливают свою окраску, при этом содержание антоцианов повышается [2]

Лейкопеларгонидин R=R'=H

Лейкоцианидин R=OH, R'=H

Лекодельфинидин R= R'=OH

1.5. Антоцианы винограда и вина

Антоцианы являются красными пигментами ягод винограда. Они находятся в растениях в основном в виде гликозидов. Агликоны антоцианов называются антоцианидами.

Кроме основных антоцианидинов - пеларгонидина, цианидина, пеонидина, дельфинидина, петунидина и мальвидина (энидина или сирингидина), известно еще семь. Относительная распространенность трех основных типов антоцианидинов такова: цианидин - дельфинидин - пеларгонидин.

Гидролиз антоцианов с 20%-ной HCI приводит к образованию антоцианидинов (агликонов) и какого-либо сахара, смеси сахаров или смеси последних с органическими кислотами. Из сахаров может быть глюкоза, галактоза, рамноза, арабиноза, реже гентибиоза и другие сахара; из кислот: малоновая, п-кумаровая, п-бензойная, кофейная и хлорогеновая.

Основная часть антоцианов принадлежит к 3-моногликозидам, реже встречаются 3,5-дигликозиды и совсем редко 3-биозиды.

В основном встречаются гликозиды, в которых сахара связаны с агликоном полуацетальной связью через атом кислорода.

Гликозиды в зависимости от количества сахаров, положения и порядка присоединения делятся на моногликозиды, биозиды, дигликозиды и смешанные гликозиды. Из них монозиды относятся к более простым соединениям; биозиды при одном и том же наборе сахаров могут различаться последовательностью и порядком присоединения сахаров, величиной окисных циклов и конфигураций гликозидных связей. Далее, усложняясь биозиды переходят в триозиды и олигозиды до шести остатков сахаров в цепи. У антоцианов в олигозидах сахара могут сочетаться в прямые и разветвленные цепи. Окраска антоцианов также сильно зависит от рН среды, что объясняется образованием псевдооснования или хиноидных форм.

В кислой среде цианидин представляет собой форму, имеющую красный цвет. В слабокислой среде с увеличением рН окраска ослабевает. Если среду подкислить, то окраска возобновляется.

При рН меньше 6 окраска антоцианов красная различной интенсивности, при рН 6 - фиолетовая, при рН 8 - синяя и при рН 10 - зеленая вследствие образования фенолятов. При рН 8-10 окраска очень неустойчива, наибольшая устойчивость наблюдается при рН 1-2.

Таком образом, усиление окраски при подкислении красных вин происходит не за счет перехода лейкоантоцианов в антоцианы, которое также происходит в кислой среде, но требует длительного нагрева, а вследствие перехода неокрашенных псевдооснований в окрашенные формы антоцианов. Окраска антоцианов в кислом растворе усиливает в присутствии различных органических и неорганических веществ. Органические примеси, усиливающие окраску, носят название копигментов. Различные копигменты неодинаково влияют на окраску, наиболее важные из них :флавоны и катехины.

Установлено, что этанольные растворы чистых антоцианов имеют максимум абсорбции в видимой области спектра при следующих длинах волн: моногликозиды дельфинидина и петунидина при 550 нм, моногликозид мальвидин при 540-550 нм, моногликозид пеонидина при 530 нм. Агликон мальвидина имеет максимум абсорбции также при 550 нм. [5].

Пеларгонидин R=R'=H

Цианидин R=OH, R'=H

Пеонидин R=OCH3, R'=H

Дельфинидин R= R'=OH

Петунидин R=ОH, R'= OCH3

Мальвидин R=R'= OCH3

2. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

фенольный виноград мезга экстракция

Фенольные соединения оказывают большое влияние на человека, направленное на укрепление и защиту организма. Подробнее, влияние фенольных соединений на организм человека, мы рассмотрим в разделе (4).

Фенольные вещества регулируют прорастание семян, рост и развитие растений, окраску плодов, участвуют в репродукции. Фенольные вещества также участвуют в дыхании, фотосинтезе и в образовании иммунитета. Так, например, антоциановым пигментам отводится определенная роль в защите растений от различного рода вредных влияний и в первую очередь от бактериальных заболеваний.

Фенольные вещества могут адсорбироваться дрожжами и неблагоприятно влиять на дрожжевые клетки. Под действием полифенолов дрожжи могут приостанавливать брожение. Полифенолы тормозят развитие нежелательных микроорганизмов в винах, ввиду чего красные вина микробиологически более устойчивы, чем белые.

Высокие дозы фенольных веществ замедляют размножение дрожжей, однако в количестве до 5 г/дм3 они заметно не препятствуют нормальному ходу брожения виноградного сусла [6].

В США предлагается способ борьбы с серой гнилью, основанный на том, что виноград опрыскивается 1,5%-ным раствором танина, экстрагированного из каштана и мимозы. Это приводит к быстрому заживлению трещин в кожице винограда и прекращает распространение серой гнили.

Было установлено, что добавление 1,5-2 г/дм3 танина, выделенного из свежей виноградной выжимки белых и красных сортов, полностью подавляет гидролиз пектина в сусле. Это объясняется инактивированием пектолитических ферментов.

Антоцианы винограда как гликозиды, так и агликоны в дозах 300 мг/дм3 и выше замедляют жизнедеятельность винных дрожжей и пленчатых дрожжей Candida micoderma.

Наиболее активным ингибирующим действием обладает пеонидин как моногликозид, так и его агликон. Мальвидин, петунидин и дельфинидин менее активны. Гликозиды антоцианов в указанных дозах не задерживают развитие молочно-кислых бактерий, тогда как агликоны тормозят их жизнидеятельность, причем агликон пеонидина более активен.

Моногликозиды антоцианов тормозят развитие Botrytis cinerea. Агликон пеонидина ингибирует рост B. сinerea, а агликоны дельфинидина, петунидина и мальвидина даже несколько стимулируют развитие этого гриба.

Галловая кислота в дозах 800 мг/дм3 задерживает брожение и угнетает Candida micoderma. В дозах 1600 мг/дм3 она полностью ингибирует рост этих микроорганизмов.

Молочные бактерии хорошо развиваются в присутствии гликозидов антоцианов, тогда как агликоны задерживают их развитие от 3 (для мальвидина) до 30 дней (для пеонидина) [7].

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗНАЧЕНИЯ ФЕНОЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Фенольные вещества и продукты их преобразований оказывают влияние на вкус, аромат, цвет и прозрачность виноматериалов и вин. Влияние фенольных соединений на аромат винограда, виноматериалов и вин проявляется прямо или косвенно. В первом случае такое влияние обусловлено содержанием в материале ароматических альдегидов, спиртов и летучих фенолов.

Среди веществ, характеризующих аромат вина, идентифицировано более чем 20 летучих фенолов, с которыми связано формирование разных оттенков в букете красных вин (сафьяновый тон в аромате и вкусе вин из сорта Каберне - Совиньон).

Доказано, что ряд летучих фенолов вина (γ-лактон, винил и др.) являются продуктами бактериального метаболизма некоторых составных веществ дубовых клепок. Некоторые фенолы имеют запах гвоздики, другие - ванильный оттенок [8].

Косвенное влияние фенольных соединений на аромат и букет вин проявляется в том, что вследствие их участия в окислительном дезаминировании аминокислот образуются различные альдегиды с приятным запахом.

Фенольные соединения оказывают большое влияние на вкус вина. Их излишек в вине проявляется излишней терпкостью и грубостью. С другой стороны - их недостаток в винах приводит к отсутствию определенной полноты, характеризующей вина как пустые и жидкие напитки [6].

Вкусовые и другие качественные показатели вина зависят не только от общего содержания фенольных веществ, но и от их физико-химического состояния. В большинстве случаев молодым винам присуще высокое содержание неокисленных форм танина, придающего им сильный вяжущий вкус и терпкость. В результате окисления танинов при выдержке вин, их вкус становится более мягким с бархатным оттенком.

Такой важный качественный показатель вин как цвет определяется содержанием в них моно- и полимерных фенольных соединений, переходящих из винограда при его переработке. Интенсивность окраски молодого вина и образование разных его оттенков зависит от качества антоцианов, их физико-химического состава, рН среды, содержания SO2 и других факторов.

В период спиртового брожения виноградного сусла появляются полимерные пигменты характерные для красных вин. После яблочно-молочного брожения их количество достигает 15%, при хранении вина в бочках - 33%. В молодом вине из полимерных пигментов больше всего содержится комплексов танин-антоцианы (до 50%). Часть всех пигментов в молодом вине может составить 40%, в вине десятилетнего возраста - до 80% общего содержания разных форм антоцианов.

Окраску старого красного вина обуславливают конденсированные формы танина, а также соединения танин-антоцианы. Такие полимеры менее чувствительны к изменению рН, чем свободные антоцианы, и стойкие к обесцвечиванию диоксидом серы. Наибольшая полимеризация антоцианов приводит к образованию осадков.

Доказано, что критерием степени старения красных вин может быть содержание полимерных форм фенольных соединений. Введены понятия „химический возраст” (мера измерения степени зрелости красных вин) и показатели химического возраста, показывающие преимущество полимерных форм пигментов. Для молодого вина такой показатель равен 0,03 %, для старого - 0,6% [3].

Установлено, что фенольные соединения принимают активное участие в процессах, происходящих на всех этапах изготовления вина, т. е. в окислительно-восстановительных реакциях, в реакциях с азотистыми веществами, альдегидами и углеводами [2].

В результате взаимодействия фенольных веществ с белками появляются продукты, выпадающие в осадок, который приводит к помутнениям вин. Аналогично, реакция фенольных веществ с металлами и фосфорной кислотой также может вызвать помутнение вина. Участие фенольных соединений в окислительно-восстановительных процессах способствует формированию специфического вкуса и аромата мадеры и некоторых вин других типов [3].

Установлено, что фенольные вещества могут исполнять роль антиоксидантов и предотвращать лишнюю окисленность красных вин [7].

4. МЕТОДЫ ЭКСТРАКЦИИ ФЕНОЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Красные вина - это вина получаемые в результате длительного контакта сусла с мезгой, называемого мацерацией. Именно настаивание на мезге является основной характеристикой виноделия по красному способу, которая отличает его от виноделия по белому способу. На данное время существует достаточное количество методов экстракции фенольных веществ, каждый из которых имеет как свои преимущества так и недостатки.

4.1 Брожение на мезге

В зависимости от используемого бродильного чана брожение бывает:

4.1.1 Открытое брожение с плавающей шапкой

Открытый сверху бродильный чан наполняют мезгой на 4/5 его емкости. Затем прибавляют 1,5 - 2% разводки селекционированных чистых культур дрожжей. До наступления брожения рекомендуется накрыть чан деревянной крышкой, а в незаполненное пространство ввести сернистый газ, во избежание развития бактерий уксусного скисания. Если температура сусла благоприятна для развития дрожжей, то уже на следующий день после наполнения чана начинается брожение. Внешние признаки брожения: выделение углекислого газа, сопровождающееся шипением и образованием шапки, и повышение температуры мезги. Выделение углекислого газа при этом происходит весьма энергично. По этому в бродильных помещениях нужна хорошая вентиляция.

В открытом чане еще до начала брожения более легкая кожица винограда начинает всплывать наверх. С началом брожения выделяющиеся из жидкости пузырьки углекислого газа увлекают за собой плавающие в сусле твердые части мезги (кожицу, семена, гребни). По мере развития брожения твердые части мезги поднимаются непрерывным потоком углекислого газа кверху, где они образуют скопление, называемое шапкой.

Защита мезги от скисания путем перемешивания шапки по-настоящему эффективна только в период бурного брожения в результате выделения углекислого газа. Таким образом, система открытого чана возможна исключительно при непродолжительном брожении на мезге, примерно несколько дней. Спуск чана нужно проводить до окончания выделения углекислого газа.

Другим недостатком контакта с воздухом является потеря спирта, которая может достигать 0,5% об. Эти потери тем больше, чем больше площадь контакта с воздухом по отношению к объему.

Преимуществом открытого чана особенно заметны в жаркие годы и для сусел с высоким содержанием сахара. Благодаря лучшему контакту с воздухом брожение протекает быстрее, оно продолжается лучше даже при большой спиртуозности. Не очень высокая температура вследствие большой площади охлаждения и аэрации также облегчает брожение. Однако в холодный год чан с трудом набирает тепло, брожение идет медленно и трудно. Недостаточной также может быть и экстракция красящих веществ [9].

4.1.2 Открытое брожение с погруженной шапкой

При этом способе применяют открытые чаны с деревянной решеткой, которую укрепляют на расстоянии 1/3 высоты чана от верхнего края. Решетку делают целой или разборной; при загрузке чан наполняют мезгой до ее уровня. Образующееся при брожении шапка удерживается решеткой от подъема, а сусло, поднимаясь, проходит через отверстия решетки и покрывает шапку. Таким образом, устраняется отрицательное влияние плавающей шапки, и многократное перемешивание чана становится ненужным. Чаны такого устройства имеют большие преимущества перед чанами открытого брожения с плавающей шапкой.

По мнению некоторых авторов, здесь мацерация проходит лучше, чем в открытых чанах, потому что мезга остается все время в погруженном состоянии. По данным других авторов, она проходит хуже вследствие уплотнения шапки. В действительности диффузия веществ, содержащихся в мезге, не всегда бывает такой хорошей, как это может показаться, и нужно практиковать перекачки, так чтобы сусло проходило сквозь мезгу [10].

4.1.3 Закрытое брожение с плавающей шапкой

Для закрытого брожения применяют чаны с монолитной крышкой в которую вставлен люк для внесения мезги. Этот люк может закрываться герметически, если установить бродильный затвор, который не мешает выделению углекислого газа, но препятствует доступу воздуха внутрь чана. Таким образом, плавающая шапка в закрытом чане находится все время в атмосфере углекислого газа, который препятствует ее окислению. Другим преимуществом этого типа брожения является испарение и, следовательно, потери спирта и ароматических веществ которое намного меньше, чем в открытом чане. Также следует отметить облегчение хода яблочно-молочного брожения [11].

К основным недостаткам брожения в закрытом чане следует отнести более трудный ход и завершение спиртового брожения, происходящего без доступа воздуха. Известен определенный риск остановки брожения вследствие отмирания дрожжей, что может повлечь анаэробные изменения, вызываемые бактериями. Также, в закрытых чанах происходит значительное повышение температуры, которое в отсутствии воздуха создает трудности в завершении спиртового брожения. Следовательно, такие чаны должны иметь приспособления для охлаждения бродящего сусла [12].

4.1.4 Закрытое брожение с погруженной шапкой

Погружение шапки в закрытом чане производится при помощи деревянной решетки, которая укреплена примерно на расстоянии 1/3 высоты чана от верхнего дна.

При загрузке чана открывают люк в верхней крышке, решетку разбирают и чан загружают виноградной мезгой до уровня решетки. Вслед за этим решетку собирают, закрывают люк и вставляют бродильный шпунт. Закрытый чан после его загрузки не открывают до конца брожения.

Многие виноделы считают этот способ лучшим из всех, так как при нем шапка полностью погружается, что вполне предохраняет ее от окисления, температура в различных частях чана распределяется более равномерно и брожение проходит более правильно. Кроме того, брожение в закрытых чанах требует значительно меньшей затраты труда, так как при нем нет необходимости проводить перемешивание [9].

4.2 Экстрагирование мезги сброженным виноматериалом

Проводят в специальных экстракторах, которые могут работать в двух разных режимах в зависимости от технологических условий. Первый режим предусматривает заполнение экстрактора мезгой, отбор из экстрактора сусла-самотека в количестве 50 дал с 1 т винограда, сбраживание отобранного сусла в отдельных бродильных установках и затем экстрагирование свежей мезги сброженным суслом, которое многократно подают насосом через разбрызгиватель в верхнюю часть экстрактора - на шапку. Второй режим работы экстрактора состоит в следующем: мезгу после загрузки оставляют в покое до забраживания и начала формирования шапки, затем проводят экстрагирование путем перекачивания бродячего сусла насосами из нижней части экстрактора в верхнюю [13].

Продолжительность процесса экстрагирования мезги зависит от ее предварительной обработки. Если мезгу подогревали до 40-50ºС, то для экстрагирования требуется 2-4 ч, без термической обработки - 8-10 ч. [8].

4.3 Обработка теплом мезги или целых гроздей винограда до брожения

Обеспечивает получение достаточно сильно окрашенного сусла. Это сусло затем сбраживают по способу, принятому в производстве белых вин. В результате тепловой обработки улучшается процесс экстрагирования фенольных и других веществ, разрушаются окислительные ферменты, повышается стойкость вина к оксидазному кассу. Важным преимуществом термообработки является исключение трудоемкого процесса брожения на мезге. При обработке теплом целых гроздей получаются красные столовые вина более высокого качества, чем при обработке мезги.

Обработку гроздей теплом проводят различными способами: погружением на 3-5 мин в кипящее сусло или воду, обработкой острым паром, горячим воздухом, инфракрасными лучами и др. В результате такой обработки клетки кожицы погибают, происходит их плазмолиз, нарушается структура стенок клеток. Вследствие этого обеспечивается достаточно быстрая диффузия антоцианов и дубильных веществ из кожицы в сусло (5-15 мин). Однако при чрезмерном прогреве мякоти ягод в сусле и вине появляются уваренные тона, не свойственные столовым винам, инактивируются пектолитические ферменты и некоторые другие биологически важные вещества, в результате чего могут получаться вина с устойчивой мутью, освободиться от которой трудно.

Более рациональным способом термической обработки гроздей является такой, при котором прогревается только кожица ягод до температуры 60ºС, достаточной для мацерации клеток тканей кожицы и обеспечения беспрепятственного перехода из нее в сусло красящих веществ. При этом температура мякоти ягоды существенно не изменяется. К обеспечению таких условий приближается кратковременная обработка винограда перегретым паром или горячим воздухом.

Более простым способом по сравнению с тепловой обработкой целых гроздей является обработка теплом мезги. В производстве красных вин применяют четыре технологических приема тепловой обработки мезги: нагревание всей мезги без отделения сусла-самотека; нагревание стекшей мезги; экстрагирование мезги горячим суслом; комбинированную термообработку мезги с экстрагированием фенольных соединений в процессе подбраживания мезги. Каждый из этих приемов имеет недостатки. Виноматериалы, полученные нагреванием всей мезги при высоких температурах, трудно осветляются. При нагревании только стекшей мезги не обеспечивается полный переход в сусло компонентов ягоды. При экстрагировании мезги горячим суслом теряется окраска вследствие воздействия оксидаз.

Производственный опыт показывает, что технологическим требованиям в наибольшей мере удовлетворяет способ, основанный на термической обработке все мезги в условиях оптимальной температуры. Для получения хорошо окрашенного сусла мезгу достаточно нагревать до температуры 70ºС в течение 30 мин. Однако при таком режиме не всегда достигается необходимая полнота вкуса в связи с недостатком в вине дубильных веществ. Более высокая температура тепловой обработки мезги нежелательна, так как уже при 80ºС происходит тепловая деградация красящих веществ винограда - антоцианов, в результате чего количество их уменьшается, а содержание фенольных веществ увеличивается. Поэтому температуру не повышают, а увеличивают продолжительность контакта сусла с мезгой. При высокой температуре нагрева мезги красящие вещества, переходящие в сусло, отличаются малой стойкостью и во время брожения, а затем хранения вина выпадают в осадок [6].

4.4 Ферментация мезги

Предусматривает комбинированное воздействие на мезгу пектолитических ферментных препаратов, сульфитации, нагревания до невысокой температуры и кратковременного настаивания на мезге. Иногда ферментацию применяют для сокращения сроков настаивания брожения на мезге.

Поточный способ производства красных столовых вин с применением пектолитических ферментных препаратов состоит в следующем. Мезгу подогревают до температуры 35ºС в мезгоподогревателе, затем сульфитируют из расчета 100-150 мг/л, вводят пектолитический ферментный препарат активностью 5000ед. в количестве 0,05% и ферментируют при постоянном перемешивании в течение 2 ч. Мезгу, прошедшую ферментацию, прессуют и полученное сусло сбраживают по способу, принятому в производстве белых вин. В результате ферментации мезги повышаются выходы сусла и содержание в нем ароматических веществ, улучшается стабильность вин [14].

4.5 Брожение мезги в условиях повышенного давления СО2

Брожение при давлении СО2 (до 30-40 кПа) осуществляют в специальных бродильных резервуарах. Брожение проводят 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. 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 исключается доступ кислорода воздуха, аппаратное оформление процесса брожения усложняется [15].

4.6 Брожение целых гроздей винограда

Этот способ дает вина очень высокого качества. Способ предусматривает загрузку неповрежденных гроздей в чаны без внесения диоксида серы и проведения перемешивания. Под давлением верхних слоев гроздей ягоды в нижних слоях частично раздавливаются и вытекающий из них сок забраживает. Сбраживание проходит на природных дрожжах в анаэробных условиях и длится обычно в течение 2 недель. Этот способ отличается высокой трудоемкостью и в нашей стране не применяется [16].

4.7 Вибрационный способ воздействия на мезгу

Интенсификация процессов массообмена с помощью вибрации достигается в результате увеличения поверхностей контакта фаз и уменьшения диффузионных сопротивлений. С этой целью к взаимодействующим в аппарате

средам подводится энергия путем наложения на них низкочастотных колебаний. При воздействии низкочастотных механических колебаний в процессе экстрагирования участвует практически вся поверхность экстрагируемого вещества, происходит интенсивное обновление межфазной поверхности [17]. Отмечается, что создание режима псевдоожижения позволяет вовлечь в процесс экстрагирования всю поверхность твердой фазы в условиях интенсивного перемешивания обеих фаз. Аппараты, в которых используется низкочастотное вибрационное воздействие, характеризуются высокой эффективностью за счёт того, что подводимая внешняя энергия может равномерно распределяться по поперечному сечению и по высоте аппарата. Из анализа проведенных ранее исследований следует, что в аппаратах, снабженных виброприводами, удается создать гидродинамический режим, близкий к идеальному смешению, что позволяет значительно интенсифицировать процесс экстрагирования [18].

4.8 Метод холодной мацерации мезги (криомацерация)

Целью холодной мацерации является разрушение клеточной структуры для экстракции красящих и ароматических соединений из ягод еще до начала брожения. Это достигается кратковременным настаиванием в течении 2-4 суток при температуре 15ºС или более продолжительным (до 10 суток)при температуре 5ºС. Этот метод сопряжен с трудностями, возникающими при перемешивании мезги и, как следствие, обогащение сусла взвесями, что крайне не желательно. Кроме того после настаивания необходимо снова нагреть мезгу до начала брожения, что требует больших энергозатрат. Для охлаждения поддержания заданной температуры используются жидкая и твердая углекислота [19].

У европейских производителей высококачественных вин этот метод положительно себя зарекомендовал. При этом обработка мезги осуществляет путем введения в резервуар с виноградом жидкой СО2 для образования сухого льда (СО2). Процесс проводится на установке, в состав которой входит, резервуар с виноградом, где происходит их отделение от гребней, и резервуар для жидкой СО2. При этом образование сухого льда происходит в результате подачи жидкого СО2 под давлением 2-4 МПа через патрубок, расположенный в верхней части емкости. Достоинства данного аппарата: отсутствие механизмов или подвижных устройств. Недостатки: высокие энергетические расходы на циркуляцию хладагента.

Результаты исследований показали, что в результате криомацерации без перемешивания мезги, красных сортов винограда, в сусло переходит в среднем 60-65% от технологического запаса фенольных веществ и 65-75% антоцианов. Некотором повышению концентрации фенольных веществ и антоцианов способствует перемешивание мезги в процессе криомацерации. Т.о. метод является эффективным, однако внедрение и использование данного метода в промышленности сдерживается его высоким энергопотреблением [20].

4.9 Сравнительная характеристика методов экстракции

Нами были сопоставлены различные методы экстракции фенольных и красящих веществ на примере сортов винограда Мерло и Каберне-Совиньон. Результаты приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Степень экстракции фенольных и красящих веществ при использовании различных методов экстракции (в долях от технологического запаса)

По данным таблицы, можно сделать вывод, что наиболее эффективная экстракция фенольных и красящих веществ наблюдается при обработке мезги ферментными препаратами, в частности Trenolin opti и Trenolin Color DF. Обработка ферментными препаратами позволяет извлечь более 90% фенольных и не менее 70% красящих (от технологического запаса) веществ. Причем большей эффективностью обладает ферментный препарат Trenolin Color DF, после которого виноматериалы имели массовые концентрации фенольных веществ и антоцианов выше в среднем на 1-3% по сравнению с виноматериалами полученными после обработки мезги ферментным препаратом Trenolin opti [21]. Также, следует отметить, что экстрактивное действие ферментов (также как и других методов экстракции) на различные сорта винограда не однозначно. Так, на сорт винограда Мерло методы экстракции оказывали большее воздействие нежели на сорт Каберне-Совиньон.

5. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ФЕНОЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА

Сцент-Дьерди было доказано каппиляроукрепляющее действие некоторых фенольных веществ. Исследования показали, что Р-витаминной активностью обладают соединения, относящиеся преимущественно к группе флавоноидов. К ним принадлежит рутин, кверцетин, изокверцитрин и др.

Катехины повышают резистентность стенок кровеносных сосудов и способствуют усвоению аскорбиновой кислоты организмом человека и животных. Установлена (Валуйко, Филиппов, 1970) Р-витаминная активность антоцианов винограда.

К числу важнейших биологических свойств катехинов относится их антимикробное действие. Катехины чая обладают бактерицидной и бактериостатической активностью. Эти свойства обуславливают лечебное действие отвара зеленого чая, который успешно применяется против дизентерии.

Маскелье и Дженсен (1953), обнаружили что мальвидин, выделенный из винограда и переходящий в красные вина, бактерицидный против Escherichia coli [22].

Фенольные вещества винограда, включая флавоноиды и полифенолы винограда, вина и виноградных семян, обладают антиоксидантными свойствами, поглощают свободные радикалы и предотвращают возникновение цепных реакций. Кроме того, антиоксидантные свойства полифенолов превосходят другие известные антиоксиданты (витамин С, витамин Е и бета-каротин) в несколько раз. Клинические испытания подтвердили, что антиоксидантные свойства олигомеров процианидинов виноградных семян в 20 раз сильнее витамина С и в 50 раз - витамина Е. Кроме антиоксидантного воздействия, полифенолы из виноградных семян ингибируют некоторые ферменты, катализирующие выброс в кровь гистамина, обуславливающего воспаление и аллергические реакции.

Исследования показали, что виноград, вино и виноградные семена ингибируют окисление липопротеинов с низкой плотностью. Активность в качестве ингибиторов окисления этих веществ в вине, разбавленном в 1000 раз, значительно превосходила аналогичные значения для витаминов С и Е. Было экспериментально доказано in vitro, что полифенолы красного вина замедляют процессы окисления липопротеидов с низкой плотностью, предотвращают агрегацию тромбоцитов, предотвращая тем самым коронарные заболевания сердца.

Фенольные вещества защищают витамины от раннего окисления и позволяют им выполнять свои функции там, где это необходимо.

Процианидины влияют на синтез и выброс в кровь многих веществ, вызывающих воспаление: гистаминов, протеаз серина, простагландинов и лейкотриенов. Процианидины также ингибируют действие гиалуроназы, фермента, влияющего на ткани во время воспалительных процессов. Это действие связано с антигистаминным эффектом и способностью к усилению клеточных мембран базофилов и гепариноцитов, содержащих аллергены, предупреждая гиперчувствительность к пыльце и пищевым аллергиям.

Процианидины предупреждают повреждение слизистой желудка путем поглощения и нейтрализации кислородосодержащих и пероксидных радикалов, тем самым оказывая положительно действие на слизистую желудка.

Исследование канцерогенов проведённое Янгом, показало, что резерватрол, натуральное вещество, выделяемое из винограда, ингибирует новообразование, развитие и прогрессирование раковых клеток. Результаты показали, что:

. Резерватрол выступает в качестве антиоксиданта и антимутагена и индуцирует фазу 2 ферментов (антиинициационное действие)

. Способствует противовоспалительному действию и ингибирует функцию циклооксигеназы и гиперпероксидазы (действие против развития раковых клеток)

. Индуцирует дифференциацию клеток человеческой лейкемии (антипрогрессивное действие)

. Ингибирует развитие предраковых симптомов у мышей, больных раком молочной железы и ингибирует развитие рака кожи у мышей [23].

6. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЧЕРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

6.1 Правила техники безопасности при работе с компьютером

При работе на ПК необходимо соблюдать технику безопасности, поскольку установлено неблагоприятное действие электромагнитного поля на организм человека. Рентгеновское излучение на рабочем месте пользователя неотличимо от фонового. Персональный компьютер оказывает значительное влияние на формирование аэроионной обстановки в воздухе помещения. Основная причина ухудшения аэроионной установки при работе ПК - электростатическое поле у экрана монитора.