СПЕЦИФИКА СПИРТОВОГО БРОЖЕНИЯ ПРИ КРИОЭКСТРАКЦИОННОЙ ОБРАБОТКЕ ВИНОГРАДА

УДК 664.9:633.854.54

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены особенности протекания спиртового брожения при использовании криоэкстракции винограда и проанализировано влияние низкотемпературной обработки сырья на технологические параметры винодельческого процесса. Показано, что предварительная обработка винограда при пониженных температурах способствует изменению физико-химических свойств сусла, в частности повышению концентрации сахаров, экстрактивных и биологически активных веществ. Это, в свою очередь, оказывает существенное влияние на осмотические условия среды, метаболическую активность дрожжевых клеток и характер протекания брожения.

В ходе исследования проведено сравнительное изучение процессов спиртового брожения сусла, полученного традиционным способом, и сусла, произведенного методом криоэкстракции. Изучены изменения основных показателей брожения, включая интенсивность выделения углекислого газа, скорость сбраживания сахаров, динамику накопления спирта, продолжительность лаг-фазы и общую длительность процесса ферментации. Установлено, что применение криоэкстракции оказывает заметное влияние на кинетику спиртового брожения, изменяя скорость адаптации дрожжей к среде и условия их жизнедеятельности.

Полученные результаты свидетельствуют о необходимости учета особенностей криообработки виноградного сырья при разработке и совершенствовании технологий производства виноматериалов. Практическая значимость исследования заключается в возможности оптимизации параметров брожения для повышения стабильности технологического процесса и улучшения качества готовой продукции.

ABSTRACT

The article examines the characteristics of alcoholic fermentation during the use of grape cryoextraction and analyzes the influence of low-temperature treatment of raw materials on the technological parameters of the winemaking process. It is shown that the preliminary treatment of grapes at reduced temperatures contributes to changes in the physicochemical properties of the must, particularly to an increase in the concentration of sugars, extractive substances, and biologically active compounds. This, in turn, has a significant effect on the osmotic conditions of the medium, the metabolic activity of yeast cells, and the nature of the fermentation process.

During the study, a comparative analysis of the alcoholic fermentation processes of must obtained by the traditional method and must produced using cryoextraction was carried out. Changes in the main fermentation parameters were investigated, including the intensity of carbon dioxide release, the rate of sugar fermentation, the dynamics of alcohol accumulation, the duration of the lag phase, and the total fermentation time. It was established that the use of cryoextraction has a noticeable effect on the kinetics of alcoholic fermentation by altering the rate of yeast adaptation to the medium and the conditions of their vital activity.

The obtained results indicate the necessity of taking into account the specific features of cryotreatment of grape raw materials when developing and improving technologies for wine material production. The practical significance of the study lies in the possibility of optimizing fermentation parameters in order to increase the stability of the technological process and improve the quality of the finished product.

Ключевые слова: Виноград, криоэкстракция, спиртовое брожение

Keywords: Grapes, cryoextraction, alcoholic fermentation

Введение. Виноградное сырьё и технологии его переработки играют ключевую роль в формировании качественных характеристик винодельческой продукции [1]. В последние годы особое внимание уделяется методам предобработки винограда, направленным на повышение выхода экстрактивных веществ и улучшение органолептических показателей вина. Одним из таких методов является криоэкстракция, основанная на обработке винограда или мезги при пониженных температурах [2].

В настоящее время среди виноделов и потребителей широко распространены вина, известные как ледяные вина, получаемые из винограда, замороженного прямо на лозе. Ледяные вина можно производить в естественных условиях в виноградниках прохладного климата — в Германии и Австрии, Канаде и Швейцарии, Чехии и Венгрии. Виноград, замерзший при температуре не ниже минус семи градусов, собирают ночью, за несколько часов до рассвета. Внутри каждой ягоды сок, превратившийся в лёд, выжимается под сильным прессом. В результате получают густой сироп, богатый фруктозой и глюкозой [3].

Все виноделы мечтают создавать этот удивительный нектар, и даже в географических зонах без холодного климата предприимчивые мастера проводят эксперименты по искусственному замораживанию винограда с последующим отжимом. Процесс искусственного замораживания винограда называется криоэкстракцией. Криоэкстракция является единственной возможностью производства искусственного ледяного вина в странах с тёплым климатом [4].

Криоэкстракция способствует разрушению клеточных структур ягод, что приводит к более интенсивному извлечению фенольных соединений, ароматических компонентов и других биологически активных веществ. Наряду с этим, изменение физико-химических свойств сусла, вызванное воздействием низких температур, может оказывать существенное влияние на жизнедеятельность дрожжевых клеток и, как следствие, на протекание спиртового брожения [5].

Спиртовое брожение является одним из центральных этапов виноделия, определяющим не только образование этанола, но и формирование вторичных метаболитов, влияющих на аромат и вкус готового продукта. Кинетика брожения, его полнота и стабильность зависят от комплекса факторов, включая состав сусла, концентрацию сахаров, доступность питательных веществ и условия проведения процесса [6-8]. В этой связи применение криоэкстракции может как интенсифицировать брожение за счёт повышения доступности субстратов, так и оказывать ингибирующее действие вследствие изменения осмотических или температурных условий.

Несмотря на растущий интерес к использованию криоэкстракции в виноделии, вопросы её влияния на параметры спиртового брожения остаются недостаточно изученными и требуют систематического исследования. В частности, представляют интерес изменения кинетики брожения, скорости потребления сахаров и образования этанола при использовании данного технологического приёма [9].

Целью настоящего исследования является изучение влияния криоэкстракции винограда на процесс протекания спиртового брожения, а также оценка её воздействия на основные кинетические и технологические параметры данного процесса.

Провели процесс брожения двумя способами: по традиционной технологии (контрольные образцы) и из винограда, предварительно подвергшегося низкотемпературной обработке (опытные образцы).

В первом случае, проводилось брожение обычного виноградного сусла, во втором – виноградного сусла, полученного из криоэктрагированного винограда.

Материалы и методы. Для исследований  отобрали технический сорт винограда, выращенный в Узбекистане: Баян-ширей - сорт позднего периода созревания. Для проведения эксперимента виноград искусственно криоэкстрагировали в рефрежераторах при температуре -8°С÷-10⁰C в течение 8-10 часов.

Переработку винограда начали с его дробления. После дробления замороженную мезгу направляли прямо в лабораторный ручной корзиночный пресс.  Суслоотделение проводили при температуре охлаждения. Отделение виноградного сусла необходимо проводить быстро, не допуская размораживания мезги.

После прессования кристаллы льда начали таять и уровень сахара экстрагируемого сока вырос на 25%. Сахаристость сусла до криоэкстракции была 25,5%, а после замораживания составила 31,9%.  

Осветленное сусло  отделили от сусловой гущи и подвергли брожению. Брожение проводили на чистой культуре дрожжей Saccharomuces vini  Ркацители 6,  при комнатной температуре 18⁰С. ЧКД  готовили  пересевом их с агар-агара на исследуемое стерильное сусло. При каждом пересеве увеличивали объем  сусла. Бурно бродящую разводку дрожжей  ввели в количестве 8% от объема сусла.

Для контроля за брожением весь процесс условно разделили на три периода: забраживание, бурное брожение и дображивание, или тихое брожение [10].

С точки зрения технологического подхода забраживание (скрытый период) характеризуется адаптацией дрожжей к среде, началом их активного размножения и увеличением концентрации клеток. В процессе забраживания сахар сбраживается незначительно (1–2%), температура начинает повышаться. В зависимости от условий культивирования длительность забраживания может протекать от нескольких часов (или минут) до  несколько суток.

Как только дрожжи привыкают к среде наступает второй период алкогольного брожения. Процесс бурного брожения – это основная фаза, сопровождающаяся интенсивным выделением углекислого газа и пенообразованием. Здесь дрожжи размножаются с максимальной для них скоростью, в связи с чем наблюдается максимальная скорость превращения сахара в спирт, заметное повышение температуры. Продолжительность этого периода в зависимости от температуры брожения 2–7 суток и считается законченным при остаточном сахаре 2-3%.

По мере сбраживания углеводов наступает третий период брожения - дображивание (тихое брожение). Этот период характеризуется медленным завершением процесса, переработкой остаточного сахара, оседанием дрожжей на дно и осветлением виноматериала. При этом температура снижается, выделение газа практически прекращается. Длительность этого этапа может длиться от нескольких дней до нескольких недель (зависит от технологии). Процесс считается законченным при остаточном сахаре 0,2-0,3%.

Результаты и обсуждение. Результаты сравнительного анализа обоих образцов приведены в таблице 1.

В первом варианте процесс начала брожения виноградного сусла, приготовленного по традиционной технологии без обработки, протекал недолго (первый период брожения): дрожжи быстро адаптировались к среде, и уже со второго дня начался основной процесс брожения. В период бурного брожения (второй период) сбраживается основная часть углеводов, повышается температура сусла, выделяется большое количество газа CO₂, и на поверхности образуется пена. Цвет пены ярко тёмно-оранжевый с коричневыми мелкими отдельными островками, высота пены составляет 1–3 см, пузырьки однородные (0,5–1 мм), присутствует дрожжевой осадок. Бурное брожение продолжалось 5–6 суток. При остаточном содержании сахара 2–3% процесс считался завершённым. Этап дображивания (третий период брожения) длился 5 суток и считался завершённым при остаточном содержании сахара 0,2–0,3%.

Во втором варианте начальный этап брожения сусла, полученного из винограда, обработанного при пониженной температуре (первый период), продолжался дольше по сравнению с контрольным образцом. Мы предполагаем, что на активность размножения дрожжей повлияла высокая концентрация сахара в сусле, поскольку известно, что при содержании сахара выше 25% скорость брожения замедляется. Однако с наступлением логарифмической фазы роста брожение приобрело активный характер и перешло в стадию бурного брожения. Основное брожение протекало интенсивно: высота пены достигала 5–9 см. Пузырьки на поверхности бродящего сусла были мелкими, но по мере увеличения высоты пены укрупнялись; наблюдались островки отмерших клеток дрожжей, однако снизу они постоянно восполнялись новыми лёгкими пузырьками белого цвета. Цвет оставался таким же, как в первом варианте без обработки при пониженной температуре. Основное брожение протекало в течение 7-8 суток, затем провели дображивание до сахаристости 2-2,6 %.

Известно, что одним из основных факторов, влияющих на процесс брожения, является состав виноградного сусла. Поскольку замораживание винограда в определённой степени изменяет его химический состав, процесс брожения сусла, полученного из винограда, подвергнутого криоэкстракции, отличается от брожения сусла, полученного классическим способом.

Таблица 1.

Сравнительные кинетические параметры брожения.

Замораживание винограда приводит к переходу части воды в лёд, вследствие чего возрастает концентрация сахаров в виноградном сусле. Это, в свою очередь, обусловливает повышение осмотического давления среды. В результате увеличенной осмотической нагрузки снижается скорость размножения дрожжевых клеток, затрудняется их адаптация к условиям среды, что проявляется в удлинении лаг-фазы (начального этапа брожения).

Таким образом, проведённые исследования показали, что предварительное замораживание винограда перед его переработкой оказывает существенное влияние на параметры спиртового брожения, а именно:

• усиливает осмотический стресс у дрожжей;
• снижает скорость протекания брожения;
• увеличивает общую продолжительность брожения;
• повышает риск неполного сбраживания сахаров.

Заключение. Таким образом, показано, что предварительная низкотемпературная обработка виноградного сырья приводит к изменению физико-химических свойств сусла, в частности к повышению концентрации сахаров и экстрактивных веществ, что оказывает влияние на осмотические условия среды и активность дрожжевых клеток. Установлено, что криоэкстракция оказывает влияние на кинетику спиртового брожения, включая продолжительность лаг-фазы, скорость сбраживания сахаров и общую длительность процесса. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости учета особенностей криообработки при разработке технологий производства виноматериалов.

Список литературы:

1. Джавакянц Ю.М. Состояние и перспективы развития виноградарства в Узбекистане // Виноделие и виноградарство. – М., 2004. - №4. - С. 9-11.
2. Alieva M.I., Abdullaeva B.A. Cryoextraction of grapes and its influence on physical and chemical indicators of wine materials // Eurasian Journal of Research, development and Innovation (EJRDI), Volume 31, April, 2024. P. 28-31.
3. Zuraldo, Donald J,P. Icewine: extreme winemaking. Kanada. 2007, 192 p.
4. Сапаева З.Ш., Абдуллаева Б.А., Саломов С.Н. Влияние криоэкстракции винограда на состав сусла // POLISH SCIENCE JOURNAL (ISSUE 5(26), 2020) - Warsaw: "iScience", 2020. Part 1 – 151-153 p.
5. Палуаниязова Н.С., Умарова Д.Х., Абдуллаева Б.А., Сапаева З.Ш. Изучение механического и минерального состава криоэкстрагированного винограда // Молодой ученый.  Международный научный журнал. 2021. №25. С. 94-96.
6. Нечаев А. П. Технология пищевых производств / Нечаев А. П., Шуб О. М. . -М.: Колос, 2007.
7. Ковалевский К.А., Ксенжук Н.И., Слезко Г.Ф. Технология и техника виноделия: Учебное пособие. – Киев: Фирма “ИНКОС”, 2004. – 560 с.
8. Валуйко Г.Г. Технология виноградных вин: Учебник. - Симферополь: Таврида, 2001. – 623 с.
9. Сапаева З.Ш., Абдуллаева Б.А., Саломов С.Н., Хабибуллаев Б.М. Инновационные технологические приёмы  переработки винограда // Молодой ученый. Международный научный журнал. №9 (299). 2020. С. 37-39.
10. Абдуллаев О.О., Ташкентбаев А. Промышленное виноградарство  и виноделие. Руководство изд. “Meriyus”. 2009. – 156 с.

References:

1. Djavakyants Yu.M. Current State and Perspectives of Grape Growing in Uzbekistan [Состояние и перспективы развития виноградарства в Узбекистане] // Vino-derie i Vinogradarstvo. — Moscow, 2004. — No. 4. — P. 9-11. (In Russ.).
2. Alieva M.I., Abdullaeva B.A. Cryoextraction of Grapes and Its Influence on Physical and Chemical Indicators of Wine Materials [Криоэкстракция винограда и её влияние на физико-химические показатели виноматериалов] // Eurasian Journal of Research, Development and Innovation (EJRDI), Volume 31, April 2024. P. 28-31. (In Eng.).
3. Zuraldo, Donald J.P. Icewine: Extreme Winemaking [Icewine: экстремальное виноделие]. — Kanada, 2007. — 192 p. (In Eng.).
4. Sapaeva Z.Sh., Abdullaeva B.A., Salomov S.N. Influence of Cryoextraction of Grapes on the Composition of Must [Влияние криоэкстракции винограда на состав сусла] // POLISH SCIENCE JOURNAL (ISSUE 5(26), 2020) - Warsaw: "iScience", 2020. Part 1 — P. 151-153. (In Russ.).
5. Paluaniazova N.S., Umarova D.Kh., Abdullaeva B.A., Sapaeva Z.Sh. Study of the Mechanical and Mineral Composition of Cryoextracted Grapes [Изучение механического и минерального состава криоэкстрагированного винограда] // Molodoy Uchenyy. International Scientific Journal. 2021. — No. 25. — P. 94-96. (In Russ.).
6. Nechayev A.P., Shub O.M. Technology of Food Production [Технология пищевых производств]. — Moscow: Kolos, 2007. (In Russ.).
7. Kovalevsky K.A., Ksenzhuk N.I., Slezhko G.F. Technology and Techniques of Winemaking: Textbook [Технология и техника виноделия: Учебное пособие]. — Kiev: Firm “INKOS”, 2004. — 560 p. (In Russ.).
8. Valuyko G.G. Technology of Grape Wines: Textbook [Технология виноградных вин: Учебник]. — Simferopol: Tavrida, 2001. — 623 p. (In Russ.).
9. Sapaeva Z.Sh., Abdullaeva B.A., Salomov S.N., Khabibullayev B.M. Innovative Technological Techniques for Processing Grapes [Инновационные технологические приёмы переработки винограда] // Molodoy Uchenyy. International Scientific Journal. No. 9 (299), 2020. — P. 37-39. (In Russ.).
10. Abdulayeva O.O., Tashkentbaev A. Industrial Grape Growing [Промышленное виноградарство]. (In Russ.).