Углеводы винограда и вина

 
1.2.2 Полисахариды второго порядка.

Из полисахаридов второго порядка, содержащихся в винограде, практическое значение имеют пентозаны, пектиновые вещества, камеди, декстраны. Кроме того, есть негидролизуемые при переработке, так называемые опорные полисахариды — целлюлоза (клетчатка) и гемицеллюлозы, выполняющие роль наполнителей. Они создают механическую прочность ткани в ягодах свежего и переработанного на консервированные продукты винограда: в маринадах, компотах, варенье, сушеном винограде.

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.  
         При настаивании и ферментировании мезги происходит ферментативный гидролиз полисахаридов, в результате чего содержание в сусле олигосахаридов (мальтозы, рафинозы и др.) возрастает до 1,4 г на 100 мл. Это положительно влияет на полноту вкуса, величину приведенного экстракта получаемых столовых и десертных вин.

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

 

 

Фрагмент молекулы целлюлозы.

 

      Крахма́л — полисахариды  амилозы 10% и амилопектина 90%,  мономером которых является альфа-глюкоза. Формула крахмала:(C₆H₁₀O₅)n.

Фрагмент молекулы крахмала.

              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.

        Пектиновые вещества — полисахариды, молекулы которых состоят из остатков D-галактуроновой кислоты в циклической форме пиранового строения, связанных гликозидной связью, и частично этерифицированных метанолом карбоксильных групп;

   Это высокомолекулярные углеводные соединения. В состав пектиновых веществ входит более 200 до некоторой степени метокси-лированных остатков галактуроновой кислоты, которые соединены между собой 1,4-эфирными связями.

 n

   Пектины - это гелеобразные аморфные вещества, которые входят в состав клеточных стенок и соединительных пластинок виноградной ягоды. Благодаря своей гибкости они обеспечивают растяжение клеточных стенок при наливе ягод; удерживают большое количество воды и в зависимости от структурного состояния делятся на фракции: нерастворимый в воде жесткий протопектин (связан с другими полисахаридами), растворимый пектин, пектиновую кислоту и ее соли (пектинаты), пектовую кислоту и ее соли (пектаты).

   Пектиновые вещества имеют большое значение в технологии переработки винограда. С их состоянием связано, прежде всего, отделение сусла, которое затруднено при наличии большого количества высокомолекулярных комплексов, связанных пектином. Скорость осветления и фильтрации сусла, соков и вин в значительной степени зависит от состояния пектиновых веществ. Ферментативная обработка мезги, сусла или вина положительно сказывается на прозрачности и устойчивости к обратимым коллоидным помутнениям. Вместе с тем полное удаление пектиновых веществ делает вкус соков и вин водянистым, жидким, увеличивает количество метанола.

   В вине после брожения, выдержки и обработки остается примерно 0,1—0,6 г/л пектиновых веществ. Продукты превращения пектиновых веществ могут оказывать влияние на аромат и вкус вин, ответственны за появление коллоидных, а иногда и кристаллических помутнений.

  Среди пектолитических ферментов главную роль играют пектинэстераза и эндополигалактуроназа. При гидролизе пектина под действием пектинэстеразы выделяется метанол, увеличение содержания которого нежелательно. Содержащиеся в сусле пектиновые кислоты тормозят действие пектинэстеразы. Фенольные соединения также ингибируют действие пектолитических ферментов.

   В процессе переработки винограда пектин претерпевает глубокие изменения, особенно в процессе брожения. В винограде содержится пектинметилэстераза, которая приводит к деметоксилизации пектиновых кислот, в результате чего сусло обогащается метанолом. В винограде также содержится, полигалактуроназа, но она менее активна. Под действием пектолитических ферментов, содержащихся в самих ягодах винограда, пектин начинает распадаться и количество его уменьшается.

   При спиртовом брожении происходит дальнейший распад пектина под действием ферментов дрожжей, среди которых имеются и пектолитические. В дрожжах была найдена полигалактуроназа. В связи с этим в вине пектина остается очень мало, а в выдержанных винах обнаруживается в следах. Если в исходном сусле пектина содержится от 0,59 до 0,75 мг/л, то после брожения и формирования вина его остается примерно в 10 раз меньше.

   Активность пектолитических ферментов в винограде гораздо. меньше, чем плесневых грибов Aspergillus niger, Aspergillus awamory, Aspergillus orysae, Botrytis cinerea и других, из которых в настоящее время получают пектолитические ферментные препараты. При использовании этих препаратов для гидролиза пектиновых веществ в гидролизатах были обнаружены, помимо мономеров d-галактуроновой кислоты, еще арабиноза, ксилоза, галактоза, рамноза и другие моносахариды.

    Пектиновые вещества являются основным источником фурфурола в вине. Образование фурфурола из пектиновых веществ протекает по следующей схеме:

 Вина, приготовленные из винограда, обработанного пектолитическими ферментами, более экстрактивны и обладают более хорошим вкусом.

  В сусле и вине присутствуют четыре группы веществ, которые различаются между собой электро-форетической способностью. Пектиновые вещества и белки имеют высокую подвижность, а декстрины и пентозаны — низкую.

  Общее количество коллоидов в вине составляет 300 мг/л. В сусле их примерно в 2 раза больше, чем в вине. При брожении сусла и выдержке вина количество коллоидных веществ уменьшается, главным образом за счет исчезновения групп с высокой электрофоретической подвижностью, т. е. пектинов и белков.

  В винах коллоидов от 3,6 до 9,7 г/л, в соках значительно больше.        К коллоидам вина относятся протеины, нуклеиновые кислоты, полисахариды, растворимые фенольные полимеры, которые влияют на качество вина (цвет, прозрачность, вкус и аромат), его фильтрацию и стабильность.

   Содержание пектиновых веществ в винограде зависит от сорта, степени зрелости и обычно колеблется в пределах 0,5— 2,0 г/л. В мускатных и столовых сортах винограда пектина больше — до 4—5 г/л. Именно эти сорта винограда и следует перерабатывать на пектинсодержащие кондитерские изделия. Однако нужно учесть, что виноградный пектин обладает слабой желирующей способностью, и поэтому технология производства виноградного мармелада предусматривает в своей основе использование яблочного и цитрусового пектина.

     Камеди являются высокомолекулярными кальциевыми, магниевыми, калиевыми солями уроновых кислот, связанных с пентозами, гексозами, а декстраны — слизистые вещества, высокомолекулярные полимеры глюкозы с молекулярной массой более 1 млн. Они обладают свойствами защитных коллоидов и придают виноградному соку и вину своеобразную мягкость вкуса при содержании 0,5—3,0 г/л.

 

 

 

 

 

 

2. Биосинтез углеводов.

  Соединение, к которому акцептируется СО₂, является рибулозодифосфатом. Последний в присутствии воды гидролизуется с образованием двух молекул фосфоглицериновой кислоты. Эта кислота восстанавливается водородом воды и образует фосфоглицериновый альдегид, который, частично изомеризуясь, дает фосфодиоксиацетон. Под действием альдолазы фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон соединяются и образуют молекулу фруктозодифосфата, из которого синтезируется сахароза.

  Процесс образования фосфоглицериновой кислоты из рибулозодифосфата и СО₂ имеет циклический характер.

  В основном фотосинтез углеводов виноградной лозы осуществляется в зеленых листьях. Зеленые ягоды, содержащие хлорофилл, также могут синтезировать углеводы. Однако основная масса углеводов образуется в листьях и оттуда мигрирует в ягоды.

3. Химизм алкогольного брожения.

В дрожжевой клетке содержится множество  ферментов, которые осуществляют разные биохимические процессы, в том  числе и алкогольное брожение.

Подготовительный этап брожения углеводов  заключается в образовании фосфорных  эфиров гексоз.

Если к свежему дрожжевому соку добавить глюкозу, то скоро начинается брожение, которое затем постепенно замедляется, но которое можно восстановить прибавлением неорганического фосфора.

Выделенный  из бродящей среды фосфорный эфир оказался фруктофуранозо-1,6-дифосфатом. Фосфорные эфиры гексоз состоят из равновесной смеси глюкопиранозо-6-фосфата и фруктофуранозо-6-фосфата.

Фосфолирование глюкозы является необходимым процессом для перевода ее в лабильное метаболитически  активное соединение.

Действием фермента гексокиназы происходит перенос одного остатка фосфорной  кислоты от аденозидтрифосфата (АТФ) на глюкозу, при этом образуется глюкопиранозо-6-фосфат и аденозиндифосфат (АДФ). Затемдействием фермента гексозофосфатизомеразы глюкопиранозо-6-фосфат превращается в фруктофураназо-6-фосфат. Все эти реакции образования фосфорных эфиров гексоз на первой стадии брожения изображены в следующей схеме:

 

                

                      Глюкоза                                                 Глюкоза-6-фосфат

               

         Фруктоза-6-фосфат                                 Фруктоза 1,6-дифосфат.

 Образованием фруктозо-1,6-дифосфата заканчивается подготовительный этап, который заключается в превращении глюкозы в лабильную форму, способную к дальнейшему превращению.

    Фруктозо-1,6-дифосфат расщепляется на глицериновый альдегид и диоксиацетон. Под действием фермента альдолазы фруктозо-1,6-дифосфат распадается на 3-фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон:

 

   Фруктофуронозо-                            3-Фосфоглицери-                Фосфодиокси-

   1,6- дифосфат.                                  новый альдегид.                   ацетон.     

Эти два триозофосфата  способны к взаимному превращению  под действием фермента триозофосфатизомеразы.

В дальнейшем 3-фосфороглицериновый  альдегид присоединяет еще один остаток  фосфорной кислоты, за счет неорганического  фосфата и образует 1,3-дифосфоглицериновый  альдегид, который в присутствии (НАД) окисляется в 1,3-дифосфоглицериновую  кислоту.

В этой реакции принимает  участие фермент триозофосфатдегидрогеназа.

Образованная 1,3-дифосфоглицериновая  кислота под действием фермента фосфоглицерокиназы отщепляет один остаток фосфорной кислоты и  передается на АДФ с образованием АТФ и 3-фос-фоглицериновой кислоты. Последняя в присутствии фермента фосфоглицеромутазы изомеризуется  в 2-фосфоглицериновую кислоту.

Под действием фермента фосфопируватдегидрогеназы 2-фосфо-глицериновая кислота превращается в фосфоэнолпировиноградную кислоту, а затем в присутствии фермента фосфотрансферазы фос-фоэнолпировиноградная  кислота переходит в энолпировиноградную кислоту.

Эти реакции можно изобразить в следующем виде:

 

 

2- Фосфоглице-                       Фосфоэнолпиро-               Энолпиро-               Пировино-

    риновая кислота                     виноградная                       виноградная            градная

   кислота                                     кислота                                кислота

 

Реакция образования пировиноградной  кислоты является единственным необратимым  процессом во всей цепи биохимических  превращений.

Образовавшаяся в процессе брожения пировиноградная кислота  может подвергаться различным превращениям в зависимости от наличия анаэробных и аэробных условий, а также от присутствия различных ферментативных систем.

Энергетический баланс при  алкогольном брожении следующий: на каждые 2 моля усвоенного неорганического  фосфата образуется 2 моля АТФ при  разложении 1 моля сахара.

 

 

При этом выделяется 117,6 кДж/моль энергии, за счет которой и происходит жизнедеятельность дрожжей.

Дрожжи очень экономно используют энергию при сбраживании  глюкозы. В продуктах ее распада  остаётся большая часть свободной  энергии, которая может быть использована в других биологических процессах  при дальнейшем расщеплении этих веществ.

При дыхании глюкоза разлагается  до воды и углекислоты по уравнению:

 

 

4. Углеводный обмен.

Углеводный обмен, синтез, накопление и обмен веществ углеродной природы в растительном организме. В виноградном растении к таковым  относятся: сахара, крахмал, гемицеллюлозы, целлюлоза, пектиновые вещества.

Суммарное количество этих соединений на долю сухого вещества в  растении составляет 70—90%. В летний период больше сахаров (до 10—15%) накапливается  в листьях, побегах ("летний максимум"), впоследствии идет частичное перемещение (транслокация) их в зрелые ягоды (до 20—30% и более), а после уборки урожая — в лозу. Содержание сахаров  в лозе зимой составляет 10—15% ("зимний максимум"). Более сложные сахара — полисахариды являются продуктами ферментативных превращений моносахаридов  и синтезируются в основном в  побегах, корнях, ягодах