1.3. Использование иммобилизованных дрожжей в производстве игристых вин

Иммобилизованные ферменты и микроорганизмы в последние годы находят всё более широкое распространение. Однако, применение ферментов ограничено в связи с немногочисленностью химически синтезированных, а также высокой стоимостью имеющихся чистых препаратов.

Биокаталитическая активность иммобилизованных клеток используется в самых различных сферах: в промышленности — для синтеза аминокислот, антибиотиков, органических кислот, трансформации стероидов и т.д.; в медицине — для улучшения пищеварения, удаления метаболитов, предотвращения появления опухолей; в охране окружающей среды — для обработки и очистки

сточных вод [29, 71, 82].

Сведения об использовании иммобилизованных микроорганизмов в виноделии относятся к получению столовых [34, 35, 109, 110, 115] и игристых [160, 179, 184, 192, 216] вин, проведению спиртового брожения [143, 171] и биологического кислотопонижения [146, 213, 214] и не выходят за рамки лабораторных и полупромышленных исследований.

В качестве носителей иммобилизованных микроорганизмов могут быть использованы вещества, как природного происхождения: каррагинан, фиплофорин, агар-агар, желатин, альгинат натрия и т.д., так и синтетического: ПААТ, пористое стекло, ионообменные смолы, многоатомные спирты, Na-КМЦ и т.д.

Для живых клеток наиболее оптимальный способ иммобилизации - это включение в гели, поскольку обеспечиваются "мягкие" условия, позволяющие сохранить активность клеток. Кроме этого метод прост в исполнении, не требует значительных затрат и даёт возможность варьировать концентрацией микроорганизмов.

Как говорилось ранее в производстве игристых вин бутылочным способом ремюаж один из наиболее сложных и трудоёмких приёмов технологического процесса. В связи с этим исследования по использованию иммобилизованных дрожжей представляют особый интерес. Главное преимущество использования этого технологического приема для проведения вторичного брожения в бутылках состоит в том, что появляется возможность ликвидации дрожжевого осадка и

сокращение операции ремюажа с нескольких месяцев до нескольких секунд. Национальным институтом Агрономических исследований Франции в 1980 году был разработан и запатентован способ производства игристых вин бутылочным методом с использованием иммобилизованных дрожжей.

Наибольшее предпочтение для иммобилизации дрожжей с целью их использования для шампанизации отдаётся гелям альгината натрия [14, 165, 168, 171, 188,216].

Основным источником получения альгиновой кислоты и ее солей является

бурая водоросль рода Laminariae. В меньшей степени используются водоросли родов Macrocystis и Phaerophycacae. Главными производителями альгината в СНГ являются Архангельский, Приморский и Новороссийский водорослевые комбинаты (Россия)

Исследования Divie Ch. с сотр. [151], Бамбалова Г. [14], Togores J. [216], Fumi М. с сотр. [161, 163] показали, что при иммобилизации в гелях альгината кальция повышается активность клеток, при этом не нарушается их способность к размножению. Одним из преимуществ использования Са-альгинатных гранул является возможность разрушения их структуры для контроля физиологического состояния и концентрации клеток.

При использовании иммобилизованных дрожжей не наблюдается значительной разницы в скорости вторичного брожения, содержании СО₂ и остаточных сахаров по сравнению со свободными дрожжами [147, 161, 179, 201]. В некоторых исследованиях [192] обнаружено более высокое значение конечного давления СОг при использовании иммобилизованных дрожжей. Однако, Bach Н. [133] отмечает задержку начала вторичного брожения.

В работах Divie Ch. с сотр. [151], Fumi М. с сотр. [160, 161, 163], Бамбалова Г. с сотр. [15], Crapisi А. с сотр. [147] при исследовании основных компонентов игристых вин - этанола, глицерина, общего азота, органических кислот - не было выявлено значительных различий в образцах, полученных на иммобилизованных и свободных дрожжах.

Исследования, проведенные Гориной В.А. с сотр. [39] также показали отсутствие различий в основных физико-химических показателях и органолептической оценке кюве, полученном на иммобилизованных и свободных дрожжах.

В работе Millies К. [192] отмечается, что игристые вина, полученные с иммобилизованными дрожжами, имели тонкую игру, высокую гармоничность

вкуса и яркую окраску.

Исследуя некоторые аспекты применения иммобилизованных дрожжей в производстве тихих и игристых вин, Fumi М. с сотр. [160, 161, 163] показали, что клетки дрожжей, включённые в гели альгината, накапливают больше резервных и структурных полисахаридов, больше ДНК и РНК, чем свободные клетки. При этом исследователи отмечают, что повышенное содержание полисахаридов в клетках не оказывает значительного влияния на содержание полисахаридов в игристом вине.

Электронно-микроскопические исследования иммобилизованных в геле клеток дрожжей, проведенные Саришвили Н.Г. с сотр. [109], свидетельствуют о том, что последние отличаются от свободных клеток большей поверхностью мембраны (за счёт чашевидных углублений и щелевидных инвагинаций), большим количеством митохондрий и плотностью цитоплазмы. Автор отмечает, что такая структурная перестройка повышает активность ферментных систем клеток. Это способствует более усиленному переходу биологически активных веществ в среду и изменению её физико-химического состава, вследствие чего ускоряются биохимические процессы, протекающие при формировании и созревании вина.

Вместе с тем основное преимущество использования иммобилизованных дрожжей - это сокращение операции ремюажа, что позволяет снизить занятость производственных площадей на 50% [179].

Несмотря на то, что использование иммобилизованных дрожжей является высокоэффективной, малозатратной и перспективной технологией, в ней есть и ряд нерешённых проблем.

Наиболее значительными из них являются следующие: предотвращение выхода дрожжей из матрицы, последующая коллоидная стабильность игристого вина и способ дозировки гранул без их механического разрушения [154].

Основными направлениями в решении проблемы выхода дрожжей из матрицы являются: отработка режимов и условий получения иммобилизованных дрожжей и гранул с дополнительным слоем носителя; различные предобработки дрожжей и гранул; использование рас дрожжей , которые в наименьшей степени

подвержены деимобилизации.

По мнению многих исследователей [139, 145, 155, 161, 177, 184, 201], покрытие гранул дополнительным слоем носителя наиболее эффективный способ решения этой проблемы.

Kuzmanova S. с сотр. [177] показали, что двухслойные гранулы имеют более прочную механическую структуру. При этом наружный слой альгината не оказывает влияния на скорость диффузионных процессов.

В работе Yicova Е. с сотр. [230] для получения двухслойных гранул рекомендуется использовать оборудование, соответствующее изобретению PV 5458-85. Ими же рекомендуется дополнительная обработка гранул 5 %-ым раствором СаСІ2 или 0.3 %-ым раствором винной кислоты.

Что касается различных дополнительных обработок, то в работе Trioli с сотр. [217] показано, что с помощью 3-5 промывок 10-ю объёмами воды снижается количество кальция, выделяемого матрицей. При этом повышается способность матрицы к удерживанию дрожжей в процессе брожения.

Есть данные по использованию коммерческих препаратов сухих иммобилизованных дрожжей, таких как "Immoferm", "Uvaferm РМ" и др. Такие гранулы отличаются повышенным содержанием кальция с целью обеспечения их стабильности [133, 183, 210].

С целью решения проблемы выхода клеток из матрицы Fumi М. с сотр. [161, 163] исследовали зависимость этого процесса от исходной концентрации дрожжей в носителе.

Ещё одно направление в решении этой сложной проблемы - это использование, так называемых, "патронов", в которых заключены клетки [172, 207].

Quetsch К.-Н. [207] для получения абсолютно прозрачного игристого вина,

не требующего ремюажа и дегоржажа, предлагает использовать укупорку из натуральной пробки со встроенными во внутрь иммобилизованными дрожжами.

В работе Jallerat Е. с сотр. [172] приведены результаты исследований двух типов патронов "Millispark". Первый патрон состоял из двух микропористых мембран - гидрофильной и гидрофобной. При этом отмечено, однако, что процесс вторичного брожения длился около 6 месяцев, наблюдалось содержание остаточного сахара и значительная разница в дегустационной оценке между опытными и контрольными (на свободных дрожжах) образцами. Второй патрон "Millispark" состоял из микропористых гидрофильных волокон, расположенных в горлышке бутылки. При его использовании вторичное брожение полностью прошло менее чем за 3 месяца. Использование такого типа патрона наиболее приближает к условиям получения игристого вина по классической технологии.

При разработке режимов иммобилизации дрожжей на основе альгината из водоросли рода Laminariae (производства Архангельского водорослевого комбината) Палик З.П. [97] было установлено:

• продолжительность выдержки гранул в растворе осадителя не влияет на

выход клеток из матрицы;

• предварительная обработка дрожжей перед иммобилизацией и гранул с включенными клетками увеличивала процесс деиммобилизации;

• оптимальный возраст культуры для иммобилизации соответствует концу экспоненциальной фазы развития;

•концентрация дрожжей в геле — 45±5 млн/см³, в тиражной смеси — 0,9±0,1 млн/см³.

Автором были подобраны расы дрожжей, обеспечивающие минимальный выход из носителя — Sacch. bayanus Севастопольская-23 и Sacch. cerevisiae Шампанская-83.

Таким образом, из представленного литературного обзора видно, что использование иммобилизованных дрожжей в производстве игристых вин бутылочным способом имеет большие перспективы. Основное преимущество

использования этого технологического приема сводится к сокращению операции ремюажа. При сравнении образцов, полученных с использованием связанных и свободных клеток, не выявлено значимых различий в физико-химических и органолептических показателях. Тем не менее, вопросы, касающиеся влияния иммобилизованных дрожжей в поцессе вторичного брожения и послетиражной выдержки на компоненты, ответственные за возникновение коллоидных и кристалличеких помутнений, остались нерешенными. Между тем, решение этой проблемы столь же существенно, как и предотвращение выхода дрожжей из матрицы, ибо позволит сократить продолжительность ремюажа до нескольких секунд, т.е. практически исключить его из технологического цикла.