Микрофлора винограда, плодов, сусла и вина

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

МИКРОФЛОРА ВИНОГРАДА, ПЛОДОВ, СУСЛА И ВИНА



Введение

Микробиология (от греческих слов mikros - маленький, bios - жизнь, logos - учение) изучает жизнь мельчайших, не видимых невооруженным глазом организмов, относящихся в основном к растительному миру (дрожжи, плесени, бактерии). Вследствие малых размеров (1-10 микрометров) отдельные микроорганизмы видны только в микроскоп с увеличением в 600-800 раз. Однако при определенных условиях присутствие больших скоплений микроорганизмов (микробов) становится видимым и невооруженным глазом. Так, при большой концентрации микробов в жидкости, например в бродящем виноградном соке, где концентрация дрожжей достигает 150 млн. клеток на 1 мл, жидкость становится мутной. Поэтому помутнение вина может служить признаком развития в нем микробов. Многие микробы образуют на поверхности жидкости (сусла, вина) плотную пленку.

Начало микробиологии как науки было положено А. Левенгуком, который в 1673 г. сконструировал первый примитивный микроскоп и с его помощью обнаружил целый мир неведомых до этого существ. За годы своего существования микробиология получила широкое развитие. В настоящее время выделились медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная и техническая микробиология, вирусология.

Способность микроорганизмов изменять химический состав окружающей их среды имеет огромное практическое значение и определяет направление технологических процессов виноделия. Винодел должен хорошо знать свойства и способности всех микроорганизмов, которые встречаются в вине и развиваются в нем, чтобы с помощью ряда технологических приемов (нагревания, охлаждения, фильтрации, облучения, введения консервантов и т. д.) воздействовать на эти микробы, стимулируя или ингибируя их жизнедеятельность, получать вина кондиционные, высокого качества.

Предметом настоящего учебного пособия является техническая микробиология, в частности микробиология виноделия, которая изучает вопросы промышленного использования микроорганизмов, условия стимулирования или ингибирования их жизнедеятельности в зависимости от требований производства.

Спиртовое брожение, как впервые было доказано работами Л. Пастера в 1857-1860 гг., вызывается дрожжами в процессе их жизнедеятельности. Позже было установлено, что основная роль при этом принадлежит комплексу ферментов, вырабатываемых дрожжами.

Проблемам микробиологии виноделия посвящены труды М. А. Ховренко, А. М. Фролова-Багреева, М. А. Герасимова, Н. Ф. Саенко, Е. И. Квасникова, Г. Ф. Кондо и др.

Биохимия (биологическая химия, физиологическая химия) изучает химический состав и химические превращения, происходящие в живых организмах и вырабатываемых ими физиологических жидкостях (молоко, плодовые и ягодные соки и т. д.). Особую роль техническая биохимия играет в таких производствах, как виноделие, хлебопечение, производство сыра, чая и пр. В СССР центром биохимических исследований стал основанный в 1935 г. А. Н. Бахом и А. И. Опариным Институт биохимии АН СССР. Ряд работ этого института посвящен биохимии винограда и вина.

Биохимия вина как главная составная часть химии вина получила широкое развитие. Благодаря применению таких специальных методов анализа, как хроматография и фотометрия, весьма расширились наши знания о веществах, входящих в состав винограда, его сока и вина, и об изменениях этих веществ - их возникновении, накоплении, распаде и т. д.

Биохимия и микробиология, в частности в применении к вину, теснейшим образом взаимосвязаны. Биохимические процессы, проходящие при сбраживании виноградного сока для получения из него вина, обусловлены действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами, причем их жизнедеятельность зависит от окружающей среды: ее состава, температуры и т. д. Способность микроорганизмов изменять химический состав окружающей их среды имеет огромное практическое значение и определяет направление технологических процессов виноделия.



Микрофлора винограда, плодов, сусла и вина

Распространение и круговорот дрожжей в природе

Дрожжи очень широко распространены в природе. Многих исследователей занимал вопрос, где находятся дрожжи в различное время: года и каким образом они попадают на плоды и, в частности, на виноград.

Еще в 1880 г. Э. Ганзен экспериментально доказал, что основным местом обитания дрожжей летом и осенью являются поврежденные сладкие, сочные плоды и ягоды. Дрожжи встречаются также на поверхности почвы и в ней самой до глубины 20-30 см во все времена года. Особенно много их обнаруживается в период созревания плодов и ягод.

Осенью после уборки урожая дрожжи, находящиеся на листьях, после их опадания также попадают в почву. В почве дрожжи находятся с осени до весны. Больше всего их в осенние месяцы. Затем их число убывает, так как условия существования становятся неблагоприятными (отсутствие пищи, низкая температура). При этом осуществляется естественный отбор, при котором выживают наиболее сильные расы. Поэтому почва виноградников, взятая весной (март), является наилучшим материалом для выведения местных рас чистых культур дрожжей.

Весной дрожжи выносятся на поверхность зимующими в почве насекомыми и попадают на медоносные цветы, где начинается их размножение. С цветов дрожжи переносятся на плоды, где их размножение продолжается. Наибольшие количества дрожжей накапливаются к моменту уборки урожая. На поверхности созревших плодов и ягод можно обнаружить не только винные дрожжи, но и различные виды диких дрожжей, уксусно- и молочнокислые бактерии, споры плесневых грибов.

Большое количество дрожжей скапливается на стенах подвалов, винодельческих помещений, аппаратуры и особенно на внутренних стенках винодельческой деревянной посуды. Дрожжи, живущие на стенах подвалов и винодельческих помещений, приспособились использовать для своей жизнедеятельности вещества в газовой фазе. На охлаждаемых поверхностях помещений часто конденсируется водяной пар с примесью паров спирта, эфиров, альдегидов, аммиака, сернистого ангидрида и других веществ, выделяющихся при брожении сусла и переливках вина.

Наконец, местом обитания дрожжей являются животные, особенно насекомые (пчелы, шмели, осы, мушка дрозофила и др.). Уксусная мушка (дрозофила), обладая исключительно развитым обонянием (она сразу же появляется там, где начинается брожение), является главным переносчиком не только уксуснокислых бактерий, но и многочисленных видов дрожжей. Анализируя дрожжевую флору пищеварительного канала уксусной мушки, исследователи выделили тридцать различных родов и видов дрожжей.

Вопрос о том, как попадают дрожжи на виноградные ягоды, является предметом многих исследований. В настоящее время считают, что основными переносчиками дрожжевых организмов на виноградные ягоды являются различные насекомые.

Дрожжи могут переноситься и частицами пыли при сильном ветре и брызгами дождя на ягоды, расположенные близ почвы.

Н. Ф. Саенко изучила круговорот дрожжей в условиях Южного берега Крыма. Ею доказано, что местные почвы неблагоприятны для развития дрожжей, особенно в летние месяцы, из-за сильного нагрева, светового воздействия, чередования дождя и засухи, губительно действующих на дрожжи. Она установила также, что кусты винограда и воздух Южного берега Крыма очень бедны дрожжами, особенно винными. На цветах и ягодах винограда винных дрожжей она не обнаружила.

Таким образом, в условиях Южного берега Крыма главным местообитанием дрожжей является пищевой канал насекомых, особенно мушки дрозофилы, а почва служит лишь для временного пребывания дрожжей.



Классификация дрожжей

Дрожжи относятся к классу сумчатых грибов (Ascomycetes - аскомицетов) к подклассу простейших сумчатых (Protoascales - протоасков). В основу классификации дрожжей положены способ размножения и некоторые физиологические признаки.

Главным систематическим признаком является способность к образованию спор. По этому признаку дрожжи делятся на две группы: спорогенные дрожжи - дрожжи, способные образовывать споры, и аспорогенные дрожжи - не образующие спор, т. е. не имеющие полового размножения.

По мнению некоторых исследователей, вторую группу дрожжей следует отнести к классу несовершенных грибов (Fungi imperfecti - фунги имперфекти), хотя потеря способности к половому размножению вторична, и они могут быть также отнесены к сумчатым грибам.

Классификация спорогенных грибов предложена в 1954 г. В. И. Кудрявцевым. В ее основу положен способ вегетативного размножения. В. И. Кудрявцев предлагает объединить все дрожжи в один порядок одноклеточных грибов (Unicellomycetales - уницелломицетов).

Спорогенные дрожжи он делит на три семейства по признаку вегетативного размножения:

Семейство Saccharomycetaceae (сахаромицетаце) - размножаются почкованием. К этому семейству относятся роды Saccharomyces (сахаромицес), имеющий наибольшее практическое значение, Pichia (пихия), Наsеnulа (ганзенула) и др. (всего 17 родов). Различаются они по форме спор и способу их образования и прорастания.

Семейство Schizosaccharomycetaceae (шизосахаромицетаце) - размножаются делением. К этому семейству относятся два рода: Schizosaccharomyces (шизосахаромицес) и Octosporomyces (октоспоромицес).

Семейство Saccharomycodaceae (сахаромикодаце) - размножение начинается почкованием и заканчивается делением. Главные роды этого семейства Saccharomycodes (сахаромикодес) и Наnsеniаsроrа (ганзениаспора).

Аспорогенные дрожжи классифицируются по системе Ж. Лоддер и Крегера ван Рий, предложенной в 1952 г. В основу классификации положены способность микроорганизмов образовывать ложный мицелий и способность к брожению.

Главными родами этой группы являются Саndidа (кандида) и Torulopsis (торулопсис).

Питание дрожжей

Для жизнедеятельности дрожжевой клетки необходим постоянный приток энергии, которую она получает в результате метаболизма (обмена веществ), т. е. превращения веществ.

Процесс питания, или ассимиляция, заключается в поступлении и усвоении пищи. Поскольку вещества пищи отличаются от веществ клетки по химическому составу, они подвергаются сложной переработке. Сначала они расщепляются на макромолекулы: белки, полисахариды, полинуклеотиды, которые в свою очередь распадаются на мономеры - аминокислоты, сахара, жирные кислоты. Эта сторона обмена веществ называется катаболизмом и осуществляется вне клетки под действием экзоферментов.

Образовавшиеся мономеры поглощаются клеткой и из них строятся вещества самой клетки. Этот обмен называется строительным или анаболизмом.

Для процессов метаболизма нужна энергия, которую клетка получает в результате окисления органических веществ. Эта сторона деятельности клетки называется энергетическим обменом, а окисление органических веществ - дыханием (диссимиляция).

Процессы питания и дыхания осуществляются одновременно и составляют две стороны обмена веществ. Энергия, освобождающаяся при дыхании, не выделяется в виде тепла, а аккумулируется в соединениях, богатых энергией, - макроэргических связях АТФ (аденозинтрифосфата).

Углерод. По типу усвоения углерода микроорганизмы делятся на автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы способны синтезировать органические вещества из неорганических. Они делятся на фототрофы и хемотрофы. Фототрофы питаются как зеленые растения, используя для синтеза органических веществ солнечную энергию. Таким образом могут питаться только окрашенные микроорганизмы - синезеленые водоросли и пурпурные серобактерии.

Хемотрофы используют для синтеза органических веществ химическую энергию, освобождающуюся в результате окисления неорганических веществ. Например, нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак в нитратную (азотную) кислоту, железобактерии окисляют закисное железо в окисное, бесцветные серобактерии окисляют сероводород до сульфатной (серной) кислоты.

Гетеротрофы питаются готовыми органическими веществами. Они делятся на сапрофиты (органотрофы) и паразиты (паратрофы). Сапрофиты питаются мертвой органической пищей, а паразиты способны питаться веществами живой клетки-хозяина.

Дрожжи по типу питания относятся к сапрофитам. В качестве источника углерода они используют углеводы: дисахариды (сахарозу и мальтозу) и моносахариды - гексозы (глюкозу и фруктозу). Дрожжи не могут усваивать крахмал, клетчатку, пентозы. Лактоза усваивается только дрожжами Saccharomyces lactis (сахаромицес лактис).

Опыты с мечеными атомами углерода показали, что некоторые дрожжи (Saccharomyces cerevisiae - сахаромицес церевизие) способны к ассимиляции углекислого газа как образованного ими при брожении, так и содержащегося в воздухе. Первым продуктом ассимиляции является щавелевоуксусная кислота.

Азот. Дрожжи хорошо усваивают азот как органических, так и неорганических веществ. Из неорганических форм азота они усваивают аммонийные соли фосфорной и сульфатной кислот, а также свободный аммиак. Дрожжи плохо используют нитриты и нитраты. Из органических форм они усваивают аминокислоты, пептиды и мочевину. Усвоение аминокислот сопровождается их дезаминированием и декарбоксилированием. В кислой среде усиливается процесс декарбоксилирования, а в щелочной - дезаминирования.

Дезаминирование может идти двумя путями в зависимости от условий. При окислительном дезаминировании (в присутствии кислорода) образуются кетокислота и аммиак:

R - СН(NH₂) - СООН + 0,5О₂ > R - СО - СООН + NН₃ ^ .

При восстановительном дезаминировании (в отсутствие кислорода) образуются альдокислота и аммиак:

R - СН(NH₂) - СООН + 2Н > R - СН₂ - СООН + NН₃ ^ .

При гидролитическом дезаминировании образуются оксикислота и аммиак:

R - СН(NH₂) - СООН + Н₂О > R - СНОН - СООН + NН₃ ^ .

Опытным путем доказано, что две аминокислоты лучше стимулируют размножение дрожжей и усиливают брожение, чем одна. Из этого напрашивается вывод, что одна аминокислота служит донатором водорода, а другая акцептором:

СН₂(NH₂)СООН + СН₃ - СН(NH₂) - СООН + Н₂О >

Глицин Аланин



> СН₃ - СООН + СН₃ - СО - СООН + 2NН₃ ^ .

Смесь аминокислот ускоряет прирост дрожжей: двух аминокислот - на 20 %, трех - на 28, восьми - на 50 % .

Если дрожжи обеспечить всеми необходимыми аминокислотами, то они усваивают их без предварительного дезаминирования. Если в среде отсутствует часть необходимых аминокислот, дрожжи дезаминируют их, чтобы получить аммиак, необходимый для их синтеза.

Синтез аминокислот происходит из кетокислот:

R - СО - СООН + NН₃ + НАДФ**Н₂ >

Кетокислота

> R - СН(NH₂)СООН + НАДФ + Н₂О.

Аминокислота

(*НАДФ - никотинамид-аденин-динуклеотид-фосфат - переносчик водорода).

Фосфор и сера. Фосфор является необходимым элементом для питания дрожжей. Он входит в состав ядра, протоплазмы, митохондрий, рибосом, волютина, содержится в нуклеиновых кислотах, ферментах. Фосфор входит в состав аденозинтрифосфата (АТФ):

Знаком ~ обозначены макроэргические связи; при их гидролитическом расщеплении выделяется большое количество энергии (фосфорилирование).

Фосфорилирование - единственный биологический процесс, при помощи которого организмы получают необходимую энергию.

Дрожжи быстрее усваивают неорганический фосфор, чем органический.

Сера необходима дрожжам, как и всем другим живым организмам. Она входит в состав некоторых белков, ферментов в виде сульфгидрильной группы -SH.

Сера нужна дрожжам для синтеза некоторых витаминов (В₁) и ростовых веществ (биотина, метионина).

В качестве источника серы дрожжи могут использовать сульфаты, сульфиты, сероводород и элементарную серу. Виноградные и плодовые соки содержат сульфаты. Кроме того, при брожении в соответствии с технологией используется диоксид серы. Может попасть в сусло и элементарная сера, стекающая с серных фитилей при окуривании тары. Элементарную серу дрожжи способны откладывать в своих клетках, но это приводит к изменению их формы.

Винные дрожжи

Винные дрожжи используются в виноделии как возбудители спиртового брожения. Они относятся к семейству Saccharomycetaceae роду Saccharomyces виду vini (по В. И. Кудрявцеву). Ранее этот вид назывался Ellipsoideus (эллипсоидеус), так как дрожжи имеют форму эллипса (рис.4).

Рис.4. Дрожжи Saccharomyces vini (Х2000).



В виноделии используются также дрожжи Saccharomyces oviformis (овиформис), характеризующиеся яйцевидной формой клеток (рис.5), большей спиртоустойчивостью по сравнению с винными дрожжами и способностью образовывать пленку при доступе воздуха, на чем основано их использование в производстве хереса.

Рис.5. Дрожжи Saccharomyces oviformis (Х2000).

Каждый вид дрожжей включает большое количество рас, мало различающихся по внешним признакам, но значительно - по ценным для производства физиологическим и биохимическим свойствам.

Одни расы дрожжей вызывают брожение не сразу, а лишь спустя некоторое время после их размножения; при разложении сахара они образуют вещества, придающие вину неприятный вкус и запах; после полного выбраживания сразу не оседают, а находятся во взвеси, что затрудняет осветление вина; очень чувствительны к химическим веществам - уксусной кислоте и сернистому ангидриду, а также к низкой и высокой температурам. Другие расы дрожжей быстро вызывают забраживание сусла, полностью разлагают сахар, образуя вещества, значительно улучшающие вкус вина. Они еще во время брожения оседают на дно, образуя плотный осадок; мало чувствительны к химическим и температурным воздействиям. Поэтому выбор рас дрожжей для виноделия имеет большое практическое значение.

Строение клеток винных дрожжей не отличается от строения клеток других дрожжей. Размножаются винные дрожжи почкованием и при помощи спор. Споры образуются при неблагоприятных условиях. Количество спор обычно от 2 до 4. Образуются споры бесполым путем. Ядро клетки делится на количество частей, соответствующее количеству образовавшихся спор. Каждое новое ядро окружается протоплазмой, покрывается оболочкой и превращается в спору, а клетка превращается в сумку, или аск. По сравнению с вегетативными клетками споры весьма устойчивы к неблагоприятным воздействиям.

Характерной особенностью винных дрожжей является их значительная спиртоустойчивость (до 16% об. у Saccharomyces vini и 18-19% об. - у Saccharomyces oviformis).

Бактерии

Форма, размеры и строение бактериальной клетки

К бактериям относятся микроскопические растительные организмы. Большинство их - одноклеточные организмы, не содержащие хлорофилла и размножающиеся делением.

По форме бактерии бывают шаровидными, палочковидными и извитыми. Шаровидные бактерии называют кокками. Они могут быть одиночными (кокки, микрококки), соединенными попарно (диплококки), группами по четыре (тетракокки), связанными в цепочку (стрептококки), пакетиками (сарцины) и иметь вид бесформенных скоплений шариков (стафилококки). Диаметр шаровидных бактерий колеблется от 0,5 до 1 мкм.

Палочковидные бактерии бывают двух видов: бактерии и бациллы. Основным признаком, отличающим эти формы, является способность к спорообразованию. Бациллы образуют споры, в то время как бактерии не обладают этой способностью. Палочковидные бактерии также могут быть соединены попарно или в цепочку. Толщина этих бактерий 0,2-2,0, длина - 1-7 мкм.

Извитые бактерии имеют изогнутую форму и по числу завитков делятся на вибрионы, имеющие форму запятой (возбудитель холеры), спириллы с двумя - тремя завитками и спирохеты с многочисленными завитками. Размеры этих бактерий те же, что и палочковидных.

Бактериальная клетка (рис.13) состоит из клеточной оболочки и содержимого - цитоплазмы (протоплазмы).

Рис.13. Схема строения бактериальной клетки:

1 - клеточная оболочка; 2 - цитоплазма; 3 - цитоплазматическая мембрана; 4 - ядерное вещество; 5 - рибосомы; 6 - жировые капельки; 7 - мезосома; 8 - капсула; 9 - гранулы полисахарида; 10 - жгутики.

Клеточная оболочка определяет форму клетки и предохраняет ее от внешних воздействии. Она обладает полупроницаемостью, т. е. сквозь нее проходят одни вещества (низкомолекулярные) и не проходят другие (высокомолекулярные соединения). Она играет важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. По новейшим данным, в ней происходит множество химических реакций, вплоть до синтеза полисахаридов и, возможно, белков.

При помощи электронной микроскопии стало возможным более детальное изучение строения оболочки. Ее каркас образован полимером муреином, в котором отлагаются другие вещества.

На различии в составе клеточной оболочки основывается их отношение к окраске по Граму - важный отличительный признак. У грамположительных бактерий муреиновый скелет однослойный, содержит липопротеиды, полисахариды и фосфаты. Грамотрицательные бактерии имеют многослойный муреиновый скелет, содержат мало белка, а полисахариды или отсутствуют, или их мало.

Наружный слой цитоплазмы, прилегающий к клеточной оболочке, называется цитоплазматической мембраной. Она трехслойная, содержит липиды и белки, а также большое количество различных ферментов, участвующих в обмене веществ.

Цитоплазматическая мембрана выполняет роль осмотического барьера. Она контролирует поступление веществ в клетку и выведение их наружу. Предполагают, что белковые мостики в липидном слое служат порами для движения тока веществ. Регулируется это движение ферментами, локализованными внутри или на поверхности мембраны. В цитоплазматической мембране происходит, по-видимому, синтез веществ клеточной оболочки и ферментов.

Цитоплазма, заполняющая всю полость клетки, - живое вещество в полужидком состоянии. Ее главная составная часть - белок. В ней находятся также запасные питательные вещества в виде жиров и жироподобных веществ.

В цитоплазме находятся рибосомы и мезосомы. В рибосомах происходит синтез белков. В одной клетке содержится 5-50 тыс. рибосом. В них сосредоточено 80-85 % всей РНК клетки. В мезосомах сконцентрированы окислительно-восстановительные ферменты. Тут происходят окислительно-восстановительные процессы, в результате которых клетка получает необходимую энергию.

У бактерий отсутствует оформленное ядро. Ядерное вещество, состоящее из ДНК и РНК, локализовано в хроматиновых тельцах.

У некоторых бактерий клеточная оболочка способна ослизняться, в результате чего клетка покрывается слизистой капсулой. При сильном ослизнении клетки склеиваются в сплошную слизистую массу зооглея.

Вследствие малых размеров бактерии подвержены броуновскому движению. Собственное движение бактерий осуществляется при помощи жгутиков, состоящих из нескольких волокон, закругленных спирально вокруг осевой нити и прикрепляющихся при помощи особых дисков под цитоплазматической мембраной. Жгутики очень тонкие, так что не видны в оптический микроскоп без специальной окраски, но по длине во много раз превышают длину клетки.

По числу и расположению жгутиков бактерии делятся на монотрихи (с одним жгутиком), лофотрихи (с пучком жгутиков на конце) и перитрихи (жгутики покрывают всю поверхность клетки).

Скорость движения бактерий зависит от возраста и условий. Молодые клетки более подвижны, чем старые. При благоприятных условиях клетка проходит за 1 с расстояние, равное ее длине.

Классификация бактерий

Единой классификации бактерий пока нет. Еще в Советском Союзе была признана классификация, данная советским ученым И. А. Красильниковым. Он относит бактерии к простейшим организмам, не содержащим хлорофилла, и делит их на четыре класса:

I класс - Асtinоmусеtеs (актиномицеты)

II класс - Eubacteriae (настоящие бактерии)

III класс - Myxobacteriae (миксобактерии)

IV класс - Spirochaetae (спирохеты)

Actinomycetes, или лучистые грибы, являются переходной группой между бактериями и грибами. Они имеют тонкий ветвистый одноклеточный мицелий, длина которого достигает нескольких сантиметров. Некоторые актиномицеты размножаются спорами. Они живут преимущественно в почве.

В этом классе есть много микробов антагонистов. Так, к Actinomycetes относятся туберкулезная палочка и живущая в почве Streptomyces (стрептомицес), вырабатывающая антибиотик стрептомицин, уничтожающий туберкулезную палочку.

Eubacteriae - это наиболее обширный класс бактерий. Он объединяет кокко-, палочковидные и извитые бактерии (кроме спирохет). К ним относятся неподвижные и подвижные, спорообразующие и бесспоровые бактерии. Среди них есть сапрофиты и паразиты (возбудители инфекционных заболеваний). К ним относятся возбудители гниения и брожения, например молочнокислого.

Myxobacteriae - слизистые бактерии. Они отличаются от настоящих бактерий наличием оформленного ядра и реактивным движением. Размножаются перешнуровыванием. Образуют плодовые тела, представляющие собой скопления клеток. К ним относится возбудитель болезни вина (ожирения) Васillus viscosus vini (бациллус вискозус вини).

Spirochaetae - бактерии с многочисленными завитками, напоминающие штопор. Движутся змеевидно. Есть среди них сапрофиты и паразиты - возбудители болезней.

Плесневые грибы

Строение грибов

Грибы принадлежат к низшим споровым растениям. Низшими они называются потому, что не имеют органов (корней, стеблей, листьев), а споровыми потому, что размножаются при помощи спор. Грибы не содержат хлорофилла, поэтому питаются готовыми органическими веществами (гетеротрофы). Некоторые ведут паразитический образ жизни, но большинство сапрофиты.

Тело гриба состоит из тонких длинных нитей, названных гифами. Сплетением гиф образуется грибница, или мицелий. Гифы могут быть одноклеточными и многоклеточными, неразветвленными или разветвленными (рис.18). Их толщина 1-15 мкм. Растет гифа своей вершиной. У некоторых грибов гифы отсутствуют и их тело состоит из одной клетки (дрожжи).

Рис.18. Гифы грибов:

а - одноклеточные; 6 - многоклеточные.

Мицелий может развиваться на поверхности субстрата (экзогенный) или в его толще (эндогенный). Эндогенный мицелий встречается чаще, так как развитие гриба внутри субстрата лучше обеспечивает его питательными веществами и предохраняет от неблагоприятных условий. В таком случае на поверхность субстрата выходят гифы, служащие для размножения. Иногда гифы плотно срастаются, образуя плодовые тела (шляпочные грибы).

Клетки грибов имеют такое же строение, как у большинства других растений. Клеточная оболочка состоит из углеводов, близких по строению к клетчатке, и азотистых веществ, сходных с хитином. В качестве запасных питательных веществ грибы откладывают гликоген, волютин, капельки жира. Клетки могут быть одноядерными и многоядерными. Среди грибов многоядерность - обычное явление.

Размножение грибов

Грибы размножаются вегетативным путем и при помощи спор. Вегетативное размножение осуществляется кусочками мицелия. Иногда гифы распадаются на отдельные клетки (оидии), служащие для размножения.

Споры бывают двух видов: бесполые и половые. Образованию бесполых спор не предшествует слияние клеток. Бесполые споры могут быть внутренними (эндогенными) и наружными (экзогенными) (рис.19).

Рис.19. Органы бесполого размножения грибов:

а - оидии; б - конидии; в - спорангии; 1 - конидиеносец; 2 - стеригмы; 3 - конидиоспоры; 4 - спорангий; 5 - спорангиоспоры.

Эндогенными спорами являются спорангиоспоры. Они расположены в спорангиях, сидящих на длинных ножках - спорангиеносцах. Наружными спорами являются конидиоспоры. Они расположены цепочками на ножках - конидиеносцах. Конидиеносцы имеют разную форму. Верхушка может быть булавовидно утолщена (Aspergillus - аспергиллус), разветвлена (Реnicillium - пенициллиум, Botrytis - ботритис); конидиоспора может превратиться в зооспорангий, в котором образуются многочисленные зооспоры (споры, снабженные жгутиками).

Половые споры образуются в результате слияния двух клеток. Слияние может быть изогамное (слияние одинаковых клеток) и оогамное (слияние женской и мужской половых клеток). В первом случае возникает зигоспора, или зигота, во втором - ооспора.

У грибов наблюдается своеобразный половой процесс, состоящий в слиянии ядер (кариогамия). Процесс начинается с двухъядерной клетки (дикарион). После слияния ядер начинается деление слившегося ядра на 4 или 8 спор (рис.20). Таким путем образуются аскоспоры и базидиоспоры. Аскоспоры являются внутренними спорами. Они образуются по восемь в сумках или асках. Базидиоспоры являются наружными спорами и возникают по четыре, каждая на ножке (стеригмы).

Рис.20. Органы полового размножения грибов:

а - зигота; б - сумка (аск); в - базидия.

У большинства грибов имеются и бесполые, и половые споры, и только грибы, относящиеся к классу несовершенных грибов, лишены половых спор.

У грибов, имеющих оба вида спор, наблюдается чередование бесполого и полового способа размножения. Бесполые споры менее устойчивы к неблагоприятным факторам, поэтому они образуются при благоприятных условиях и служат для распространения вида. Половые споры более устойчивы. Они образуются в меньшем количестве и служат для сохранения вида (например, для перезимовывания).

У некоторых грибов для размножения служат склероции - твердые образования из уплотненных гиф - и хламидоспоры - уплотненные, покрытые толстой оболочкой участки гиф. Эти образования достаточно устойчивы и способны перезимовывать.

Биохимические превращения при созревании винограда

Созревание винограда (общие понятия)

Процесс развития виноградных ягод до момента их сбора включает три периода: роста, собственно созревания и перезревания.

Период роста начинается с момента завязывания ягод. В этот период ягоды увеличиваются в объеме и массе, но остаются твердыми и зелеными. В них происходят энергичные окислительные процессы. В период роста в ягодах содержится мало сахара (2-3 %), но в несколько раз больше, чем в зрелом винограде, кислот (2-3 %). Этот период продолжается 40-45 дней.

Созревание начинается с размягчения ягод и продолжается до наступления их полной зрелости.

Различают три степени зрелости винограда: физиологическую, полную и техническую.Физиологической называется степень зрелости виноградной ягоды, при которой семена уже способны к прорастанию. Полной называется такая степень зрелости, при которой прекращается поступление питательных веществ из листьев в ягоду. Технической называется степень зрелости, при которой виноград имеет состав (кондиции), необходимый для приготовления данного типа вина.

Эти три степени зрелости могут совпадать (например, при направлении винограда на приготовление сладких и крепких вин) или не совпадать (например, виноград, направляемый на приготовление шампанских и коньячных виноматериалов, собирают в стадии технической зрелости, наступающей в данном случае раньше полной и физиологической).

В период созревания происходят качественные изменения в химическом составе ягод. Активность окислительных процессов снижается, происходит быстрое увеличение сахаристости сока (за счет притока сахара из листьев), ягода становится мягкой и полупрозрачной вследствие перехода нерастворимого протопектина в растворимый пектин. Хлорофилл из кожицы ягод исчезает почти полностью. В кожице красных сортов винограда происходит образование красящих веществ. Виноград достигает физиологической степени зрелости, когда его можно уже собирать для приготовления определенных типов вин (коньяка, шампанского). Этот период продолжается от 15 дней до 2 мес. Дата сбора урожая определяется направлением его использования. Так, для приготовления коньячных виноматериалов его собирают при сахаристости сока 15%, для шампанских - 17-19%.

Контроль за созреванием винограда ведется по основным показателям (содержанию сахара и титруемой кислотности) на каждом участке представителями совхоза и завода первичного виноделия. Он необходим для правильного определения даты сбора урожая.

Период перезревания характеризуется дальнейшим накоплением в соке сахара, что бывает необходимо для получения, например, ликерных вин.

В этот период гребни подсыхают и не могут уже проводить соки из листьев в ягоду, поэтому абсолютное накопление сахара прекращается, но увеличение концентрации сахара в соке может продолжаться за счет испарения воды через кожицу ягод. Поэтому для перезревания используют обычно сорта винограда с тонкой кожицей.

При длительном перезревании происходит увяливание и частичное заизюмливание ягод. Концентрация сахара в соке может достичь 30-35% и более.

Перезревание винограда на кустах сопровождается обычно значительными потерями урожая.

Углеводы винограда, их образование и превращения

Углеводы являются важной составной частью всех растений. Они образуются в зеленых растениях в результате процесса фотосинтеза из углекислого газа и воды под действием световой энергии. При этом углерод из неорганической формы переходит в органическую.

По современным представлениям фотосинтез представляет собой цепь окислительно-восстановительных реакций. Суммарное уравнение фотосинтеза имеет вид

6СО₂ + 6Н₂О > С₆Н₁₂О₆ + 6О₂



Механизм этого процесса следующий: при фотосинтезе происходит разложение воды, и образующийся при этом водород идет на восстановление углекислого газа. гриб виноград углевод масло

В процессе фотосинтеза происходит превращение кинетической лучистой энергии солнца в потенциальную химическую энергию, которая аккумулируется сложными органическими веществами.

Фотосинтез имеет огромное биологическое значение: благодаря ему ежегодно связывается около (15ч20)*10¹⁰ т углерода и выделяется в атмосферу 4*10¹¹ т кислорода.

Фотосинтез имеет место в хлорпластах - клеточных органоидах, главной составной частью которых является хлорофилл.

Главными продуктами фотосинтеза являются углеводы (гексозы). Они образуются в листьях виноградного куста, откуда транспортируются в ягоды.

Основными углеводами виноградной ягоды являютсямоносахариды (монозы) состава С₆Н₁₂О₆ - глюкоза и фруктоза. Это кристаллические вещества с молекулярной массой 180, хорошо растворимые в воде и спирте. Плоскость поляризации глюкоза вращает вправо, а фруктоза влево. Оба сахара хорошо сбраживаются дрожжами.

Фруктоза примерно вдвое слаще глюкозы, поэтому соотношение этих сахаров в сусле и вине имеет практическое значение при производстве сладких вин. Найдено, что отношение фруктоза/глюкоза зависит от степени зрелости винограда. В начале созревания оно может быть равно 0,5-0,8, к моменту зрелости - около 1, а в перезрелом винограде - 1,2-1,3. Это отношение зависит и от сорта винограда.

Пентозы - сахара состава C₅H₁₀О₅. Содержатся в соке винограда в небольших количествах (до 1 г/л). Пентозы не сбраживаются дрожжами и без изменения переходят из сусла в вино. Они восстанавливают фелингову жидкость (это надо учитывать при анализе сухих вин). В красных винах пентоз обычно вдвое больше, чем в белых, так как они переходят в сусло при гидролизе пентозанов твердых частей грозди.

Из полисахаридов первого порядка практическое значение имеет дисахарид сахароза (С₁₂Н₂₂О₁₁). Она содержится не во всех сортах и сравнительно в небольших количествах. Хорошо растворима в воде и спирте. Под действием фермента в-фруктофуранозидазы (инвертазы) пли при нагревании с кислотами (в точном соответствии с концентрацией в растворе водородных ионов) сахароза превращается в инвертный сахар, т. е. в смесь равных количеств глюкозы и фруктозы.

При температуре 180°С сахароза плавится, а при более высокой температуре дает так называемый колер - смесь продуктов коричневого цвета, применяемую для подкрашивания коньяков.

Кроме сахарозы в винограде содержатся в небольших количествах и другие полисахариды первого порядка: мелибиоза, мальтоза, рафиноза.

Из полисахаридов второго порядка, содержащихся в винограде, практическое значение имеют пентозаны, пектиновые вещества, камеди, декстраны и целлюлоза (клетчатка).

Пентозаны (C₅H₈О₄)_n содержатся в твердых частях виноградной грозди, в основном в семенах (4,0-4,5% от всей массы), гребнях (1,0-2,8%), кожице (1,0-1,6%). В соке ягод практически их нет. В ягоде в целом их содержится 0,4-0,5% и при настаивании на мезге и брожении в вино переходит до 2 г/л.

Целлюлоза (С₆Н₁₀О₅)_n является основой твердых частей ягоды. Состоит из большого числа (до 10000) остатков глюкозы. В воде нерастворима.

Пентозаны, лигнин и клетчатка, а также гемицеллюлоза составляют основу твердых частей виноградной грозди. От их количества зависит такая важная для виноделия величина, как выход сусла с тонны винограда.

К группе пектиновых веществ относятся высокомолекулярные полиозы (полисахариды второго порядка), имеющие в основе полигалактуроновую кислоту, соединенную с сахарами (пентозами), некоторыми металлами и метоксильными группами. Они имеют большую молекулярную массу и обладают ясно выраженными коллоидными свойствами.

При созревании винограда нерастворимый протопектин переходит в растворимый пектин, чем и обусловлено в основном размягчение ягод. Пектин мало растворим в спирте, поэтому при брожении, а особенно при спиртовании сусел, он частично выпадает в осадок.

При спиртовом брожении происходит отщепление от пектина метоксильных групп, образующих метиловый спирт. Поэтому содержание последнего прямо пропорционально времени контакта сусла с мезгой при брожении. Еще больше метилового спирта в выжимочном спирте. Пектин дает нерастворимые соединения с кальцием, что используется при его количественном определении.

Пектиновая кислота представляет собой высокомолекулярную полигалактуроновую кислоту, частично (на 40-80%) этерифицированную метиловым спиртом. В состав ее входят около 200 остатков галактуроновой кислоты. Сама пектиновая кислота в воде растворима слабо, но ее щелочные соли растворимы хорошо.

В составе пектовой кислоты найдены пектиновые кислоты, обладающие коллоидными свойствами, свободные от метоксильных групп. Пектовая кислота содержит около 100 остатков галактуроновой кислоты.

В винограде и винах содержатся все группы пектиновых веществ. В сусле растворимый пектин составляет примерно 50 %, пектиновая кислота 30%, пектовая кислота - 20%.

Из других полисахаридов винограда практическое значение могут иметь камеди (в сусле 0,3-0,4 г/л), обладающие хорошо выраженными свойствами защитных коллоидов.

Декстраны - высокомолекулярные полимеры глюкозы с молекулярной массой около 1 млн. и более. Обладают свойствами защитных коллоидов. Оказывают влияние на полноту и мягкость вкуса вин. Особенно много декстранов в винах, приготовленных из винограда, пораженного Botrytis cinerea.

Органические кислоты, их образование и превращения

Органические кислоты образуются в процессе дыхания растений за счет неполного окисления углеводов, а также по пути синтеза аминокислот.

Связь между углеводами, аминокислотами и органическими кислотами имеет следующий вид:

Органические кислоты образуются и при фотосинтезе, главным образом в листьях, откуда они транспортируются в ягоды винограда.

Главными кислотами винограда являются винная и яблочная.

Ж. Риберо-Гайон и П. Риберо-Гайон, изучив механизм синтеза винной кислоты, установили, что она образуется из глюкозы по схеме:

Глюкоза	Кето-5- глюконовая кислота	Альдегид винной кислоты	Гликолевый альдегид	Винная кислота

Синтез яблочной кислоты происходит несколькими путями. Один из них - карбоксилирование пировиноградной кислоты:

СН₃ - СО - СООН + СО₂ > СООН - СН₂ - СО - СООН

Пировиноградная Щавелевоуксусная кислота

СООН - СН₂ - СО - СООН + НАД*Н₂ >

> СООН - СН₂ - СНОН - СООН + НАД

Яблочная кислота

Яблочная кислота Яблочная кислота образуется также через цикл ди- и трикарбоновых кислот (цикл Кребса).

При помощи радиоактивного изотопа углерода ¹⁴С было изучено дальнейшее превращение органических кислот винограда. Было доказано, что винная кислота расходуется главным образом на дыхание, тогда как яблочная кроме дыхания идет на образование сахаров, других органических кислот и аминокислот.

Винная кислота (Н₂С₄Н₄О₆) - наиболее постоянная и важная часть сусла и вина.

В соке зрелого винограда в зависимости от его сорта и района произрастания ее содержится 40-95% от суммы всех кислот. В сортах винограда, в которых преобладает винная кислота, в ходе созревания величины титруемой кислотности ниже, но более постоянны и не так зависят от метеорологических условий года.

Винная кислота винограда имеет правое вращение. В винограде и вине она может находиться в трех формах: свободной, в виде гидротартрата калия (кислого виннокислого калия) КНС₄Н₄О₆ и в виде средней калиевой соли (К₂С₄Н₄О₆) Свободная винная кислота и средняя калиевая соль хорошо растворимы в воде и спирте; кислый виннокислый калий ограниченно растворим в воде и почти нерастворим в спирте. Значительное его количество выпадает при брожении и спиртовании в осадок, из которого затем извлекают винную кислоту.

В ходе созревания винограда содержание винной кислоты и ее солей непрерывно снижается. По величине титруемой и активной кислотности, так же как и по содержанию сахара, судят о степени зрелости винограда. Виноград собирают при величине титруемой кислотности 8-11 г/л.

В ходе созревания винограда содержание яблочной кислоты (H₂C₄H₄О₅) снижается значительно быстрее винной и в некоторых сортах винограда ее может вовсе не остаться. Но обычно в зрелом винограде при сборе на столовые вина яблочной кислоты остается 20-50% от всех кислот. В некоторых сортах, например Саперави, даже вполне зрелых, яблочная кислота преобладает над винной. Снижение содержания яблочной кислоты происходит особенно сильно при высоких температурах воздуха в период созревания. Сорта винограда с преобладанием яблочной кислоты имеют сильно варьирующую, неустойчивую титруемую кислотность.

Яблочная кислота относится к веществам, довольно легко окисляемым. В ходе яблочно-молочнокислого брожения она превращается в молочную кислоту.

Кроме винной и яблочной кислот в винограде содержатся в незначительных количествах и другие органические кислоты.

Лимонная кислота (Н₃С₆Н₅О₇) содержится во многих сортах винограда в количестве 0,2-0,5 г/л, галактуроновая (НС₆Н₉О₇) - до 500 мг/л, янтарная (Н₂С₄Н₄О₄) - до 0,3 г/л, щавелевая (НООС-СООН) - до 0,15 г/л, пировиноградная кислота и кетоглютаровая - до 40 мг/л. В незначительных количествах имеются фумаровая, гликолевая, глиоксалевая.

Некоторые кислоты в заметном количестве образуются только в винограде, пораженном плесневым грибом Botrytis cinerea. Это прежде всего глюконовая кислота СН₂ОН(СНОН)₄СООН. В обычном винограде ее найдено до 120 мг/л, а в пораженном (и вине из него) - до 2, а иногда даже до 10 г/л. Глюкуроновой кислоты (СНО-(СНОН)₄-СООН) в пораженном винограде содержится до 1,3 г/л, слизевой (СООН-(СНОН)₄-СООН) - до 0,5 г/л. Последняя образует нерастворимую кальциевую соль и может явиться причиной одного из видов помутнений вин.

Все кислоты винограда в чистом виде - твердые кристаллические вещества.

Эфирные масла винограда

Эфирными маслами (ЭМ) называют большую группу (около 1500) органических веществ растительного происхождения, весьма различных по химическому составу, но имеющих одно общее свойство - они обладают выраженным, обычно приятным, запахом.

В состав ЭМ каждого растения обычно входит 6-10 и более компонентов, т. е. различных химических веществ, сочетание которых и придает растению характерный запах (сирень, жасмин, ландыш и др.).

ЭМ обладают некоторыми общими свойствами. Они плохо растворимы в воде, хорошо растворимы в спирте, серном и петролейном эфире. Перегоняются с водяным паром, что и лежит в основе их промышленного получения и очистки. Хорошо адсорбируются активным углем. Обычно в состав ЭМ входят вещества с невысокой точкой кипения.

Изучение ЭМ винограда начато сравнительно недавно - во второй половине прошлого века. Значительные успехи достигнуты за последние десятки лет благодаря применению методов хроматографии и спектрометрии.

Трудность исследования ЭМ винограда заключалась в следующем. Общее содержание их в виноградной ягоде весьма незначительно, порядка 60-120 мг/кг. Содержание же отдельных компонентов не превышает 18 мг/кг, обычно же 0,3-3,0 мг/кг; соотношение ЭМ винограда различно в различных сортах; они легко изменяются в процессе их выделения; долгое время не было практического способа их разделения, даже суммарное определение не практиковалось из-за отсутствия надежной методики.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом проведен целый ряд исследований по изучению ЭМ винограда, его сока и вина. В результате стало известно более 80 компонентов, составляющих ЭМ.

Состав ЭМ зависит от сорта винограда. В отдельных сортах найдено от 20 до 50 компонентов, при этом качество винограда как сырья для вин пропорционально сложности состава ЭМ. Найдены одноатомные спирты, одноосновные кислоты, дающие эфиры, а также альдегиды, терпены, некоторые вещества циклического строения, в частности в-фенилэтиловый спирт, линалоол.

ЭМ винограда содержатся преимущественно в кожице. Этим объясняется старый прием виноделия - настаивание сусла на мезге при приготовлении вин из ароматичных сортов винограда, особенно мускатов.

ЭМ вина при перегонке переходят в отгон и являются существенной составной частью коньяков.

Легкая окисляемость ЭМ заставляет в приготовлении мускатных (и других ароматичных) вин тщательно беречь их от окисления на всех стадиях производства, используя SO₂.

Сравнительно небольшое количество сортов винограда (мускаты) имеет ярко выраженный аромат. Многие винные сорта винограда, особенно рекомендуемые для шампанских вин (группа Пино, Рислинг, Траминер и др.), имеют не сильный, но тонкий аромат, передаваемый ими вину. Наконец, многие американские сорта и их гибриды, в частности Изабелла, Лидия, Ноа, обладают ярко выраженным тоном земляники, обязанным метиловому эфиру антраниловой кислоты. Это вещество сохраняет свой аромат в соке и сладком вине, но при спиртовом брожении значительно видоизменяется и придает сухим винам малоприятный «лисий» тон.

ЭМ винограда, переходя в вина как в неизменном, так и в измененном виде, составляют существенную часть его аромата (букета), оцениваемую при дегустации.

Содержание ЭМ винограда зависит также от зрелости последнего. У ряда шампанских сортов максимум накопления ЭМ наступает при технической зрелости (16-18% сахара). У других сортов винограда этот максимум наступает при сахаристости 20-23%. При перезревании содержание ЭМ у всех сортов падает.

Механизм биосинтеза эфирных масел пока мало изучен. Предполагают, что исходными веществами могут служить продукты распада белков и углеводов.

Азотистые вещества винограда

Азотистые вещества винограда и его сока представлены органической и неорганической формами.

Органические азотистые вещества - белки, полипептиды, амины, амиды и др. - входят в состав каждой живой клетки. Они содержатся во всех частях виноградной грозди (табл.1).

Таблица 1

Содержание органического азота в винограде
Группы веществ	Количество в переводе на азот, мг/л	Отношение к общему количеству азота, %
Аминокислоты Амиды Полипептиды Белки Другие азотистые вещества Общее количество	100-600 10-40 100-400 7-100 30-100 300-1300	30-60 1-4 20-40 2-12 5-10 -

Белки. Делятся на две основные группы: протеины (простые белки, составленные только из аминокислот) и протеиды (сложные белки, в состав которых кроме аминокислот входят еще вещества небелковой природы). В зависимости от химической природы небелковой (простетической) группы протеиды делятся на липопротеиды, гликопротеиды, хромопротеиды и нуклеопротеиды.

В состав протеинов входят альбумины, глобулины, проламины, глютеины (различие по растворимости). Белковые вещества винограда и вина представлены в основном протеидами. В состав их белковой фракции входит 17 аминокислот, среди которых преобладают лизин (6-14%) и аспарагиновая кислота (12- 20%) . Белки винограда обладают относительно невысокой молекулярной массой. Основное их содержание (60-90%) - это низкомолекулярная фракция с молекулярной массой около 10 000 и меньшее количество с молекулярной массой 24-47 тыс. Изоэлектрическая точка белков винограда лежит в пределах рН 2,8-4,2 и зависит от сорта винограда.

Белки накапливаются к стадии полной зрелости винограда. Содержание их в ягоде зависит от сорта винограда и почвы.

Белки относятся к числу самых лабильных веществ винограда, поэтому в процессе его переработки они могут подвергаться значительным изменениям, в частности, свертываясь при повышении температуры, они могут быть причиной помутнений соков и вин.

Сравнение количества белковых веществ в 11 сортах винограда из двух районов Крыма (Южный берег и Предгорье) показывает, что в зависимости от сорта иногда белков больше в одном районе, иногда в другом, однако в среднем виноград с Предгорья имеет больше белков (в мг/л):

	ЮБК	Предгорье
Минимум Максимум Среднее	40 270 124	40 350 173

Белки винограда значительно адсорбируются бентонитом - на этом основано применение бентонита для стабилизации вин против белковых помутнений.

Механизм биосинтеза белка был раскрыт только во второй половине ХХ в. в связи с успехами молекулярной биологии. Синтез белка осуществляется при участии нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты подразделяются на рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые. Они были так названы по содержанию углеводов - рибозы в РНК и дезоксирибозы в составе ДНК. Нуклеиновые кислоты являются высокомолекулярными соединениями. Молекулярная масса РНК колеблется от 30-50 тыс. до 2 млн., а ДНК достигает 5-8 млн.

Синтез белков происходит в рибосомах с информационной рибонуклеиновой кислотой (иРНК), которая синтезируется на матрице ДНК (носитель наследственности). Перенос активированных аминокислот осуществляется при помощи транспортной РНК (тРНК).

Изучение нуклеиновых кислот винограда показало, что в листьях и виноградной лозе они представлены только РНК, тогда как в семенах винограда удалось обнаружить и ДНК.

Полипептиды. Представляют собой полимеры аминокислот; твердые вещества с молекулярной массой менее 10 000. Составляют около 30% азотистых веществ винограда и вина. Гидролизуясь, дают аминокислоты.

...