Краткие сведения о строении, механическом и химическом составе виноградной грозди

Виноград — он мудрое растение, Он бессмертен, судя по всему, И почти не водит дружбу с тенью, Ибо солнце нравится ему.

С. Смирнов

Виноград — многолетняя лиана с мощной корневой системой и длинными тонкими стеблями, длинночеренковыми, противоположными, чередующимися трехи пятилопастными листьями. На узлах расположены усики, с помощью которых прикрепляются побег и гроздь. Зеленые или желто-зеленые цветы собраны в сложную гроздь или кисть. Плод — сочная, синяя, розовая или желтая ягода с 1—4 семенами. Плоды собраны в гроздь.

Виноград — единственное растение, плоды которого окрашены, в полном смысле слова, во все цвета радуги: встречаются грозди красные, оранжевые, желтые, голубые, синие, фиолетовые и промежуточных тонов.

В ягодах можно найти все оттенки белого, зеленого и желтого цветов, часто с переходом к янтарным тонам или с золотистыми отблесками, оттенки светлои темно-розовые, дымчато-серые, красные, синие и фиолетовые.

Виноград поступает на переработку в виде гроздей.

Гроздь состоит из ножки, гребня и ягоды, величина и форма которой зависят от сорта винограда и внешних условий. Ягода, в свою очередь, состоит из кожицы, мякоти и семян.

Масса гроздей варьирует в широких пределах в зависимости от сорта винограда и экологических факторов. Количество ягод в грозди является характерным свойством сорта винограда и зависит также от экологических факторов. Соотношение составных частей грозди и ягоды в зависимости от сорта винограда, степени зрелости и экологических условий его возделывания может колебаться в широких пределах.

Профессор Н. Н. Простосердов впервые предложил характеризовать виноград по направлениям его использования по так называемым увологическим показателям.

Увологическая характеристика включает: механический состав и свойства виноградной грозди и ягоды, динамику химического состава в ходе созревания, влияние на состав и качество винограда внешних факторов и органолептическую оценку виноградной грозди.

Придавая большое значение изучению винограда как сырья для виноделия, Простосердов писал: «Хозяйственно-технологические свойства винограда тесно связаны с природой сорта и в то же время могут сильно изменяться под влиянием экологических условий и всякого рода воздействий на растение. Зная закономерность изменчивости винограда от этих причин, мы в значительной степени можем влиять на качество получаемых из винограда продуктов — вина, коньяка, соков, концентратов».

Таким образом, механический состав показывает соотношение механических элементов виноградной грозди и является важнейшим показателем винограда, по которому характеризуют сорт с позиции наиболее целесообразного направления его использования и оценивают ожидаемый выход сусла и готового продукта из 1 т винограда. Для иллюстрации в табл. 2.1 приведены данные о механическом составе некоторых сортов винограда, возделываемых в Абрау-Дюрсо.

Таблица 2.7.

Механический состав винограда шампанских сортов Абрау-Дюрсо.

В среднем масса гребней составляет 3—7% массы зрелых гроздей, мякоть с соком — 78—85% массы ягод, кожицы 15—20% и семена — 3—6%. Профессор М. А. Герасимов приводит несколько иные данные. По отношению к массе ягоды мякоть ягоды составляет 85—90%, кожица — 9—11, семена — 2—6%Г Элементы виноградной грозди имеют сложный и различный химический состав. Причем различие состава наблюдается не только у разных сортов винограда, но и у одного и того же сорта в зависимости от почвенно-климатических условий ареала возделывания растения, агротехнических приемов, болезней винограда и других факторов. Помимо воды они содержат углеводы, а также органические кислоты. Сахара и кислоты сосредоточены в соке ягоды, значительное количество кислот присутствует в гребнях. По сахаристости виноград считается одним из самых сладких плодов. Массовая концентрация сахаров может достигать 320 г/дм³ и более. Отношение глюкозы к фруктозе служит сортовым признаком, и в состоянии технической зрелости оно может быть близким к единице. Массовая концентрация винной кислоты колеблется от 0,6 до 8 г/дм³, яблочной кислоты — от 1 до 25, лимонной кислоты — от 0,019 до 0,7 г/дм³. Другие кислоты находятся в следах. Фенольные вещества накапливаются в твердых элементах грозди. Красящих веществ больше всего в кожице, дубильных — в гребнях и особенно в семенах. Пектиновые вещества преобладают в кожице и гребнях. Семена содержат значительное количество масла. Из всех элементов грозди самым важным является мякоть ягоды, в которой содержится основное количество сока, выделяемого при переработке винограда.

О химическом составе структурных элементов гроздей можно судить по данным Бабо и Маха, на которые ссылаются профессора Н. Н. Простосердов и М. А. Герасимов (табл. 2.2).

Таблица 2.2

Химический состав отдельных частей грозди винограда, %.

¹ Более подробные сведения об увологических характеристиках можно получить в книге профессора Н. М. Простосердова «Основы виноделия» (М.: Пищепромиздат, 1955).

Углеводы являются основными органическими соединениями виноградной грозди [С_п(Н₂0)_т] и представлены моносахаридами, олигосахаридами и полисахаридами.

Моносахариды в зависимости от числа атомов углерода в молекулах имеют название триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т. д., а в завило _уО

симости от наличия альдегидной R—cf или кетонной R—,.

⁴ Rj ⁴ Н функциональных групп их делят на альдозы и кетозы.

По пространственному расположению атомных групп у последнего асимметрического атома углерода они бывают Lи D-форм. Растворы моносахаридов вращают плоскость поляризованного луча влево (-) или вправо (+).

В винограде они представлены в основном гексозами (D-глюкоза и D-фруктоза — С₆Н₁₂0₆) и пентозами (L-арабиноза — С₅Н_ю0₆). Их общей особенностью является то, что они восстанавливают окись меди в закись. За это их называют восстанавливающими (редуцирующими) сахарами:

В незрелом винограде соотношение глюкоза: фруктоза > 1, в стадии технической зрелости это соотношении выравнивается, в незрелом винограде и увиливании винограда отношении глюкозы к фруктозе < 1.

Олигосахариды состоят из небольшого количества сахарозы, мальтозы, раффинозы, мелибиозы и др.

При нагревании с кислотами или под действием фермента (3-фруктофуранозидазы сахароза гидролизуется с образованием равных количеств глюкозы и фруктозы, так называемого инвертного сахара.

Полисахариды имеют в молекуле от 10—15 до нескольких тысяч моносахаридных остатков, связанных а-гликозидными связями. В винограде имеются следующие гидролизуемые полисахариды: пентозаны, пектиновые вещества, камеди, декстрины, крахмал и негидролизуемые — целлюлоза (клетчатка) и гемицеллюлозы.

Пентозаны (С₅Н₈0₄) — полисахариды, построенные из остатков пентоз. В основном — это арабаны и ксиланы, которые при ферментативном или кислотном гидролизе образуют L-арабинозу и D-ксилозу по схеме: С₅Н₈0₄ + хН₂0 —> х (С₅Н₁₀О₅)".

В сусле их может быть до 2 г/дм³.

Пектиновые вещества — полисахариды, молекулы которых состоят из остатков D-галактуроновых кислот, связанных гликозидной связью и частично этерифицированных метанолом карбоксильных групп. Они имеют большое значение в технологии виноделия. С их состоянием связано, прежде всего, отделение сусла, которое затруднено при наличии большого количества высокомолекулярных комплексов, связанных пектином.

Массовая концентрация пектиновых веществ зависит от сорта, степени зрелости и бывает в пределах 0,5—5 г/дм³. В вине их намного меньше — 0,1—0,6 г/дм³.

Камеди являются высокомолекулярными кальциевыми, магниевыми, калиевыми солями уроновых кислот, связанных с пентозами, гексозами.

Декстрины — слизистые вещества, высокомолекулярные полимеры глюкозы с молекулярной массой более 1 млн.

Крахмал (С₆Р₁₀О₅)_п обнаружен в незрелых ягодах в виде маленьких зерен, а также в плодоножке и гребнях.

Целлюлоза является основным строительным материалом клеточных оболочек растения. Ее всегда сопровождают другие вещества, в частности гемицеллюлозы. Элементарная молекула целлюлозы тождественна молекуле крахмала, но с другим внутренним строением.

Органические кислоты — кислоты с общей формулой R-COOH неравномерно распределены в структурных элементах грозди и внутри ягоды. Основными представителями являются винная, яблочная и лимонная кислоты, однако наибольшее технологическое значение имеют первые две.

Винная кислота встречается в следующих видах:

Смесь равных количеств D-винной и L-винной —> виноградная кислота По химическим свойствам все четыре кислоты одинаковы, но различаются по ряду физических свойств: температуре плавления, растворимости и др.

В винограде присутствует в основном D-винная кислота. Характерные соли, которые она образует, — сегнетовая соль KNaC₄H₄0₆ 4Н₂0, обладающая сильными пьезоэлектрическими свойствами, битартрат калия КНС₄Н₄0₂ (винный камень) и тартрат кальция СаС₄Н₄0₂ (виннокислая известь). Последние две соли служат источником для получения винной кислоты.

Яблочная кислота С₄Н₆0₅ встречается в виде Lи D-оптических изомеров и рецимической (оптически неактивной) формы.

Яблочная кислота в винограде в большом количестве создает технологические трудности и приходится принимать меры к снижению ее содержания в вине. Натуральные вина, полученные из недозрелого винограда с избыточным содержанием свободных органических кислот, в том числе и яблочной кислоты, имеют привкус так называемой зеленой кислотности.

Другие органические кислоты винограда представлены незначительным количеством щавелевой, янтарной, фумаровой, гликолевой, молочной, глюконовой, глиоксилевой, глюкороновой кислотами.

Ароматические фенокислоты — галловая, ванилиновая, сиреневая, n-оксикоричная и др. представляют собой группу простейших фенольных соединений.

Итак, кислоты определяют один из важнейших элементов вкуса — кислотность. Достаточно высокая кислотность винограда предотвращает развитие вредной микрофлоры, инактивирует окисленные ферменты.

Фенольные соединения в винограде встречаются в виде моно-, олигои полимерных форм, разнообразных по строению и названиям, объединенных ароматическим ядром С₆.

Мономерные фенольные соединения классифицируются на соединения трех рядов: С₆—C_l5 С₆—С₃ и С₆—С₃—С₆. Ряд С₆—С_х и С₆—С₃ — гидролизующиеся фенольные соединения. Это кислоты бензойного ряда — галловая и ванилиновая кислоты (ряд С₆—СД и кислоты коричного ряда (ряд С₆—С₃) n-оксикоричная кислота. Гидролизуясь под действием гидролаз, они образуют простейшие ароматические фенольные вещества: кислоты, альдегиды, спирты.

Наиболее разнообразны вещества ряда С₆—С₃—С₆. Они называются флавоноидами и относятся к группе кислородосодержащих гетероциклических конденсируемых фенольных веществ. В зависимости от степени окисленности флавоноиды делят на несколько подгрупп: катехины, процианидины, лейкоантоцианы, антоцианы, флавоны, флавононы, флавонолы и др.

Флавоны и флавонолы окрашены в желтый цвет и вместе с хлорофиллом составляют цветовые оттенки белых сортов винограда. Красные, синие и фиолетовые цветовые оттенки дают антоцианы — гликозиды антоцианов. При гидролизе они дают сахар и аглюкон-компоненты несахарной природы. К аглюконам относятся антоцианиды — соединения, близкие по своей структуре к производным флавонола и катехинам. Будучи соединенными с одной молекулой глюкозы, они называются моноглюкозидами, с двумя молекулами глюкозы — дигликозидами. В европейских сортах винограда преобладает моногликозид мальвидина. В винограде американских сортов и европейско-американских гибридов всегда, кроме моногликозидов, присутствуют дигликозиды мальвидина, дельфинидина, пеонидина. Это дает возможность легко отличать вина, приготовленные из винограда американского или гибридного происхождения. Больше всех ценят производные моногликозидов петунидина (синевато-красные тона), пеонидина (вишневокрасного тона) и мальвидина (малиново-красного тона).

Полимерные фенольные соединения представлены дубильными веществами, лигнином и меланинами. Дубильные вещества — танины состоят из гидролизуемых (на основе галловых кислот) и концентрированных полимерных фенольных соединений — флавоноидов (катехинов и лейкоантоцианов), конденсированных по 5—10 молекул. Они сосредоточены в кожице, семенах и гребнях винограда, обладают вяжущим вкусом. Наряду с антоцианами играют важную роль в окраске вин.

юз.

Лигнин — полимер фенольной природы, химически связанный с углеводами в древесине дуба, а также в гребнях и семенах винограда.

Меланины являются темно-коричневыми, почти черными высокомолекулярными пигментами. Образуются при глубоком окислении флавонолов в комплексе с белками и углеводами.

Азотистые вещества винограда являются составной частью важных соединений: белков, нуклеиновых и аминокислот, ферментов, витаминов, хлорофилла и др. Они представлены минеральными (аммонийные соли и нитраты) и органическими (аминокислоты, амиды, полипептиды) веществами.

Аммонийные соли и нитраты усваиваются дрожжами для синтеза аминокислот и уже в процессе брожения практически полностью потребляются. Нитратов содержится в винах в пересчете на N₂0₅ — 5—7 мг/дм³.

Аминокислоты являются производными кислот жирного и ароматического рядов и содержат одновременно аминную (-NH₂) и карбоксильную (СООН) группы:

В сусле найдено 32 аминокислоты. Они являются питательным субстратом для дрожжей. При биологическом азотопонижении из бродящего сусла выносятся почти все аминокислоты, кроме неусвояемого пролина и плохо усвояемого глицина. Восемь аминокислот не синтезируются организмом и поэтому называются незаменимыми. В вине могут содержаться все восемь незаменимых аминокислот: изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, триптофан, треонин и валин.

Амиды и амины составляют до 5% азотистых веществ винограда.

Амиды — нейтральные органические соединения типа R-CO (глютамин, аспарагин и др.). Легко потребляются дрожжами во время брожения сусла. Амид уксусной кислоты — ацетамид — придает винам неприятные «ацетамидные тона». Амиды представляют собой продукты замещения атомов водорода аммиака на органические радикалы: гистамин, тирамин и др. Образование аминов в вине связывают с деятельностью бактериальной микрофлоры, развивающейся после брожения сусла.

Полипептиды — полимеры аминокислот с молекулярной массой до 10 000 у.е.д. Они составляют примерно 1/3 общего содержания азотистых веществ винограда и при гидролизе образуют аминокислоты.

Белковые вещества — высокомолекулярные соединения с молекулярной массой до нескольких миллионов. Они состоят из аминокислотных остатков, соединенных между собой пептидными связями и образующих полипептидные цепочки.

Простые белки (протеины) состоят только из аминокислот.

Сложные белки (протеиды), кроме аминокислот, имеют в своем составе также вещества небелковой природы: липопротеиды, глюкопротеиды, нуклеопротеиды и др. Белки винограда состоят в основном из протеидов и содержится их в среднем 14%.

Белки — постоянно изменяющиеся вещества в процессе производства вина и могут являться причиной их помутнения. Но могут выступать и в роли защитных коллоидов и задерживать выпадение в осадок кристаллов солей винной кислоты.

Итак, азотистые вещества винограда играют важную роль в формировании букета и вкуса вина.

Минеральные вещества (зольные, несгораемые элементы) в винограде колеблются в широких пределах, и их содержание зависит от сорта, степени зрелости и экологических факторов (3—5 г/дм³). При перезревании — до 6—8 г/дм³. Они влияют на вкус вина, необходимы для питания дрожжей, входят в состав ферментов (Fe, Си, Мп), участвуют в обмене веществ. Особенно ценно наличие в винограде полезных микроэлементов (Во, F, Rb, Md и др.).

Избыточное содержание некоторых микроэлементов (Cl, S0₃, S0₄, Zn, As, Hg, Pb, Cd и др.) нежелательно по санитарно-гигиеническим соображениям.

Эфирные масла — легколетучие углеводороды, спирты, карбонильные соединения, терпеноиды, летучие и жирные кислоты и сложные эфиры. Но окончательно состав этой группы веществ недостаточно выяснен. Состав и свойства эфирных масел во многом зависит от экологических условий возделывания винограда. Даже один сорт может содержать различные компоненты эфирных масел. Но такие вещества, как уксусный альдегид, этанол, метанол, бутанол, диацетил, ацетоин и другие, образующиеся в результате анаэробного дыхания, должны являться общими для всех сортов винограда. Тем не менее благодаря эфирным маслам проявляются сортовые особенности многих сортов винограда, в частности мускатных. Общее их содержание весьма незначительно: 50—140 мкг в 1 кг ягод, а содержание отдельных компонентов — 0,3—5 мкг/кг и каждый из них имеет свои ароматические особенности. В качестве аналогов могут служить запахи розы, сирени, цитрона, фиалки, гвоздики и т. д.

Эфирные масла винограда легко окисляются. Чтобы этого избежать, нужно виноград оберегать от раздавливания и освобождать его от гнилых ягод. В ходе созревания винограда количество эфирных масел в ягодах вначале увеличивается, и максимум наступает у различных сортов при различной сахаристости. При перезревании винограда содержание легколетучих компонентов эфирных масел у всех сортов падает.

Липиды, как и эфирные масла, влияют на сортовые особенности винограда. Они представлены летучими жирными кислотами (капроновая, каприловая, энантовая и др.), их этиловыми эфирами, нелетучими жирными кислотами (стеариновая, пальмитиновая, олеиновая, ленолевая и др.), а также фосфолипидами. Общее содержание липидов в винограде достигает 0,23% сухой массы. Они могут влиять на характер коллоидных помутнений вин.

Воски входят в состав прюина — воскового налета ягод. Прюин — жироподобное вещество. В его состав входят тритерпены, спирты С₂₄— С₂8, жирные кислоты С₁₈—С₂₈, сложные эфиры этих спиртов и кислот, альдегиды и парафины С₂₃—С₃₁, углеводороды С₂₅Н₅₂. Липиды и воски предохраняют ягоду от неблагоприятных метеорологических воздействий, чрезмерного испарения влаги, болезней, вызываемых микроорганизмами.

Витамины винограда синтезируются виноградным растением. Их значение определяется тем, что они участвуют практически во всех ферментативных реакциях и в окислительно-восстановительных процессах, происходящих в виноградном растении. В виноградной ягоде находятся следующие витамины.

Аскорбиновая кислота (витамин С, СО-(СОН)₃-СНОН-СН₂ОН) хорошо растворяется в воде, хуже — в спирте. Роль аскорбиновой кислоты определяется ее участием в окислительно-восстановительных процессах живой клетки. Содержание ее невелико (до 100 мг/дм³). По мере созревания винограда возрастает и достигает максимума до сбора винограда.

Р-витаминной активностью обладает ряд растительных веществ, близких по химической природе и относящихся к растительным пигментам — флавонолам. Наиболее богаты ими красные сорта винограда (до 1 г/дм³).

Тиамин (аневрин, витамин В] (CH₃)-N₂-NH₂-NS-CH₂Cl-(CH₂)₂-OH) хорошо растворяется в воде, хуже — в спирте. При созревании винограда содержание тиамина увеличивается (до 600 мкг/дм³), но при переработке винограда его количество становится почти на порядок ниже.

Рибофлавин (витамин В₂, (CH₃)-N₃-CO-NH-CO-CH₂-(CHOH)₃— СН₂ОН) хорошо растворим в воде. В виноградной ягоде его немного (до 400 мкг/дм³). Во время переработки винограда, особенно белых сортов, его потери могут составлять до 50%.

Никотиновая кислота (витамин РР, (CH)₄-CN-COOH) слабо растворима в воде. Белые сорта винограда содержат витамина РР меньше, чем красные сорта (до 4 мг/дм³).

Пиридоксин (витамин В₆, CH₃-CN-CH-COH-C₂-(CH₂OH)₂) хорошо растворим в воде. В виноградной ягоде его содержится немного меньше, чем витамина РР (до 1,5 мг/дм³).

Пантотеновая кислота (пантотен, витамин В₃, СН₂ОН-С-(СН₃)₂— CHOH-CO-NH-(CH₂)₂COOH) хорошо растворима в воде. В белых сортах винограда ее содержится немного меньше, чем в красных сортах (до 1,4 мг/дм³).

Биотин (витамин Н, H₂CS-(NH)₂-CO-(CH)₃-(CH₂)₄-COOH) хорошо растворим в водном растворе щелочи. В зрелом винограде его содержится меньше, так как в процессе созревания концентрация его падает.

Фолиевая кислота (фолиновая кислота) хорошо растворима в воде. В процессе созревания ее количество увеличивается (до 0,05 мг/дм³), однако при переработке винограда содержание падает.

Цианкобаламин (витамин В₁₂) — нейтральное вещество, разрушающееся в щелочной среде. Находится в винограде в виде комплекса с белком в очень незначительных количествах.

Миоинозит (мезоинозит, (СНОН)₆) хорошо растворим в воде. Соединяясь с фосфорной кислотой, образует фитин — кальциевые и магниевые соли инозитофосфорной кислоты, который также содержится в виноградной ягоде. В процессе созревания количество инозита увеличивается (до 650 мг/дм³).

Ретинол (каротин, витамин А) в виноградной ягоде содержится в очень малых количествах.

Приведенные данные показывают, что виноградная ягода богата многими витаминами. Больше их содержится в красных сортах винограда. При переработке винограда часть некоторых витаминов теряется. Несмотря на то что в питании человека не все они могут восполнить полную потребность, роль их в жизненно важных процессах, как составная часть ферментов, очень велика.

Ферменты составляют группу веществ, имеющих большое значение при возделывании и переработке винограда. Все выделенные до сих пор ферменты содержат в своем составе белки. Специфичность ферментов выражается в том, что каждый фермент может катализировать только определенный круг реакций, а часто — только какую-либо одну реакцию.

В качестве небелковой части ферментов — простетической группы — часто выступают витамины и ионы металлов. Сама простетическая группа обладает слабым каталитическим действием.

Целый ряд хозяйственно важных признаков виноградного растения — зимостойкость, скороспелость, засухоустойчивость — связаны с ферментативными процессами, которые регулируются путем связывания ферментов с белковыми структурами протоплазмы или их освобождения от этой связи.

Виноградное растение обладает всеми ферментами, обеспечивающими течение реакций обмена веществ. Наиболее изученными и имеющими определенное значение при переработке винограда и в других технологических процессах являются следующие ферменты.

fi-фруктофуранозидаза катализирует расщепление сахарозы на глюкозу и фруктозу. Фермент инактивируется ионами тяжелых металлов (Ag, Си, Hg).

(3-глюкозидаза катализирует расщепление (3-глюкозидную связь дии полисахаридов. Фермент инактивируется теми же металлами, что и (3-фруктофуранозидаза, а также сернистой кислотой.

Из пектолитических ферментов известен целый ряд пектинрасщепляющих ферментов.

Пектинэстераза расщепляет пектиновые вещества до пектиновых кислот и метанола.

Эндополигалактуроназа расщепляет пектин на полигалактуроновые кислоты, а экзополигалактуроназа — до моногалатуроновых кислот, что сопровождается усилением вязкости и коллоидных свойств виноградного сока.

Особенно важное значение для технологии вина имеет группа окислительных ферментов — оксидаз.

Пероксидаза играет большую роль в дыхании виноградного растения. В результате ее деятельности за счет окисления полифенолов виноградный сок приобретает коричневый до бурого цвет. В здоровом винограде активность ее низка.

0-дифен.илоксидаза также окисляет полифенолы до хинонов и также как пероксидаза играет важную роль в дыхании виноградного растения. Легко ингибируется сернистой кислотой. Длительное время сохраняет свою активность на кожице и в мякоти винограда в процессе его переработки.

Оксидаза диоксифуровой ксилоты окисляет диоксифумаровую кислоту до дикетоянтарной кислоты. Это дает преимущество этому ферменту по сравнению с предыдущими, так как продукты окисления полифенолов более ядовиты, чем дикетоянтарная кислота.

Аскорбатоксидаза локализована в кожице виноградной ягоды. Осуществляет превращение аскорбиновой кислоты в дегидроаскорбиновую кислоту. Активность ее в процессе созревания винограда падает.

В винограде имеются протеолитические ферменты (протеазы), осуществляющие гидролиз белковых веществ до аминокислот. Значение процесса гидролиза белковых веществ, который катализируют протеолитические ферменты, для технологии вина весьма велико. Белковые вещества в сусле нежелательны, так как они склонны к выпадению в осадок. Аминокислоты этого лишены.