Биохимические особенности использования иммобилизованных дрожжей в производстве игристых вин бутылочным способом

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ялта - 1998

03. 00. 20 — биотехнология.
В общем объёме винопродукции Украины производство игристых вин занимает небольшое место. Так, в 1995 г. оно составило 24 %, а в 1996 г. - 29%. Вместе с тем во многих странах наблюдается увеличение потребления игристых
вин.
Технология производства шампанского по праву считается самой сложной и трудоёмкой в винодельческой отрасли. В настоящее время для получения игристых вин в мире используется два способа: "классический" - вторичное брожение происходит непосредственно в бутылках и "акратофорный" - брожение в закрытых резервуарах, которое включает непрерывный и периодический методы.
Бутылочный способ шампанизации гарантирует высокое качество продукта, однако, наличие длительных и трудоемких операций зачастую не позволяет расширять объемы производства и увеличивать ассортимент выпускаемой продукции.
Одной из наиболее длительных и трудоемких операций в технологии производства игристых вин классическим способом является ремюаж — перевод осадка на пробку.
В аспекте усовершенствования технологии, её упрощения и удешевления в последние годы особый интерес представляют работы по использованию иммобилизованных дрожжей. Главное преимущество этого приема заключается в облегчение решения проблемы сведения осадка на пробку.
Анализ литературы [133, 151, 155, 161, 192] свидетельствует о том, что использование иммобилизованных в геле дрожжей в производстве игристых вин бутылочным способом не ухудшает качества продукции. Однако, есть и ряд нерешённых проблем. По мнению Duteurte В. et al. [154], основными проблемами в этой технологии является коллоидная стабильность, предотвращение выхода
клеток из матрицы и осуществление способа дозировки гранул с дрожжами без их механического разрушения.
В отечественном виноделии способ использования иммобилизованных дрожжей в производстве игристых вин бутылочным способом впервые разработан в ИВиВ”Магарач” [39,40]- Были отработаны режимы иммобилизации на основе использования альгината натрия из водоросли рода Laminariae, производства Архангельского водорослевого комбината. Авторы провели подбор рас дрожжей, дающих минимальный выход из матрицы носителя, что обеспечило сокращение срока ремюажа с 3 месяцев до 5 — 7 суток.
Вместе с тем, изменение экономической и геополитической ситуации в мире и, в частности, Украине потребовало поиска собственных источников сырья для иммобилизации дрожжей. Кроме того, предыдущие исследования не в полной мере вскрывают такие вопросы, как влияние дрожжей, иммобилизованных в геле альгината, на коллоидную систему в процессе вторичного брожения и послетиражной выдержки. Отсутствие таких данных, в свою очередь, задерживает проведение соответствующих исследований технологического характера, направленных на создание конкретных технологий.
В связи с изложенным, совершенствование использования
иммобилизованных дрожжей в производстве игристых вин является актуальным.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа выполнялась в соответствии с программой научно-исследовательских работ ИВиВ “Магарач” (№ гос. регистрации UA 01034775Р).
Цели и задачи исследований. Цель настоящей работы заключалась в разработке режимов иммобилизации дрожжей на основе нового носителя — альгината натрия из черноморской бурой водоросли рода Cistozeira, условий использования иммобилизованных дрожжей, обеспечивающих стабильность игристых вин к коллоидным и кристаллическим помутнениям и возможности
расширения ассортимента игристых вин на основе использования иммобилизованных дрожжей. 
Для решения данной проблемы ставились следующие задачи:
• изучить возможность использования нового носителя на основе местного источника сырья — альгината натрия из черноморской бурой водоросли рода Cistozeira для иммобилизации дрожжей;
• разработать режимы иммобилизации дрожжей и условия их использования в производстве игристых вин бутылочным способом;
• изучить влияние иммобилизации в геле альгината кальция на физиологические особенности дрожжей в процессе вторичного брожения и послетиражной выдержки;
• изучить влияние иммобилизованных дрожжей на изменение компонентов коллоидной системы виноматериалов и их стабильность в процессе вторичного брожения и послетиражной выдержки;
• изучить возможность использования иммобилизованных дрожжей для проведения процесса шампанизации на основе красных виноматериалов.
Научная новизна. Изучены особенности альгината натрия из черноморской бурой водоросли рода Cistozeira и условия его использования в качестве носителя для иммобилизации дрожжей. С технологической точки зрения основным отличием исследованного альгината от получаемого из водоросли рода Laminariae является высокая вязкость при низкой плотности. С учётом этого факта обоснованы режимы иммобилизации дрожжей в геле альгината натрия, получаемого из черноморской водоросли рода Cistozeira. Подобраны расы дрожжей, дающие минимальный выход из матрицы в среду - Saccharomyces bayanus Севастопольская - 23 (525) и Saccharomyces cerevisiae Шампанская - 7-ЮС (520).
В связи с участием биополимеров и фенольных соединений в формировании коллоидных помутнений впервые установлены закономерности их изменения под действием иммобилизованных дрожжей в процессе вторичного брожения и послетиражной выдержки. Уровень снижения полисахаридов и фенольных соединений составляет в среднем 16,5-21% и 13% соответственно и не зависит от
их исходного содержания и сорта виноматериала. Концентрация белков снижается на 30 - 54% в зависимости от их исходного содержания и сорта виноматериала.
Установлены особенности иммобилизованных дрожжей по сравнению со свободными, заключающиеся в пониженной степени размножения, повышенной биохимической активности и степени отмирания в процессе вторичного брожения и послетиражной выдержки, приводящие к ускорению созревания игристых вин на основе их использования. Это свидетельствует о перспективности развития технологии игристых вин с сокращенным циклом созревания.
Практическая значимость. Разработаны технологические требования к альгинату натрия из черноморской бурой водоросли рода Cistozeira. Подобраны расы дрожжей, клетки которых в наименьшей степени подвержены деиммобилизации в процессе шампанизации. Разработаны и утверждены технические условия: "Дрожжи, иммобилизованные в геле альгината кальция".
Разработаны и утверждены ТИ и ТУ на опытную партию белых и красных игристых вин на основе использования иммобилизованных дрожжей. Установлена возможность снижения концентрации сахара в тиражной смеси до 1,5 г/100см3 при получении красных игристых вин с использованием иммобилизованных дрожжей. Экономическая эффективность за счет снижения концентрации сахара в тиражной смеси составляет 4 грн.20 коп. на 1000 бутылок (по ценам на сентябрь 1997г).
Получен патент Украины на "Спосіб виробництва ігристого вина пляшковим методом".
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на заседаниях секции Ученого Совета по технологии переработки винограда ИВиВ "Магарач" (Ялта, 1995-1997 гг), на Всеукраинской научно- технической конференции (Киев, 1995 г), IV Международной конференции молодых ученых (Ялта, 1996 г), Международной научно-технической конференции (Москва-Ялта, 1997 г).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ, получен патент Украины. 
На защиту выносятся следующие положения:
• обоснование режимов и условий использования нового носителя для иммобилизации дрожжей — альгината натрия из черноморской бурой водоросли рода Cistozieircr,
• физиологические особенности иммобилизованных дрожжей в процессе вторичного брожения и послетиражной выдержки;
• закономерности изменения компонентов, участвующих в формировании коллоидных и кристаллических помутнений, в процессе вторичного брожения и послетиражной выдержки на иммобилизованных дрожжах;
• обоснование возможности получения красных игристых вин с использованием иммобилизованных дрожжей.

ВВЕДЕНИЕ 4
РАЗДЕЛ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ . 9
1.1. Формирование коллоидной системы вин 9
1.2. Влияние основных технологических приёмов производства игристых
вин бутылочным способом на содержание биополимеров 18
1.3. Использование иммобилизованных дрожжей в производстве
игристых вин 22
1.4. Влияние сроков выдержки на качество игристых вин 28
1.5. Заключение и обоснование направления исследований 34
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
РАЗДЕЛ 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ , 36
2.1. Объекты исследований 36
2.2. Методы исследований 37
РАЗДЕЛ 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 41
3.1. Разработка режимов иммобилизации на основе альгината натрия из
черноморской бурой водоросли рода Cistozeira 41
3.2. Закономерности изменения микробиологических и физико-химических показателей юове в процессе вторичного брожения
и послетиражной выдержки 47
3.2.1.Особенности вторичного брожения с использованием дрожжей,
иммобилизованных в геле альгината натрия из водоросли
рода Cistozeira 47
3.2.2. Влияние иммобилизованных дрожжей на динамику физико-химических
показателей кюве 51
3.2.3. Изменение содержания высокомолекулярных и фенольных соединений
в зависимости от их исходного содержания в процессе послетиражной выдержки 66 
з
3.2.4. Исследование изменения компонентов коллоидной ситемы
виноматериалов различных сортов 72
3.2.5. Влияние срока выдержки на созревание игристых вин, полученных
с использованием иммобилизованных дрожжей 75
3.3. Получение красных игристых вин на основе использования
иммобилизованных дрожжей 83
3.4. Роль физико-химических изменений в возникновении помутнений
при получении игристых вин на иммобилизованных дрожжах 102
ВЫВОДЫ 112
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 114
ПРИЛОЖЕНИЯ 137