Застосування ферментів (enzyme) у виноробстві

Що таке ферменти?

Ферменти є природними білками. Кожен конкретний фермент має певну структуру. Усі живі істоти виробляють свої власні ферменти реалізації конкретних хімічних реакцій як частину їх біологічних систем. Ферменти є природними каталізаторами: вони полегшують ці реакції, але самі по собі не використовуються в реакціях. Температура та рН є критичними параметрами, які впливають на їхню продуктивність.

Як вони виробляються на комерційній основі?

Ферменти складні та виробляються тільки живими істотами; тобто вони є синтетичними хімікатами. Тому ферменти мало виробляються; вони витягуються після вирощування певних мікроорганізмів у ферментаційній системі. Потім ферменти, які продукуються мікроорганізмом, екстрагуються та очищаються. Цей процес ферментації ферменту використовується понад сто років, при цьому система не сильно змінилася за цей час. Однак інструменти, які використовуються для моніторингу, очищення та змішування кінцевого продукту значно покращилися.

Ферменти широко використовуються в комерційних цілях та в багатьох галузях промисловості, таких як виноробство, пивоваріння, випічка та виробництво соків.

Як можна використовувати ферменти у виноробстві?

Ферменти використовуються зниження впливу певних видів біологічних матеріалів, які можуть викликати проблеми у винороба.

Пектини

Основним застосуванням ферменту у виноробстві є зниження впливу довголанцюгових сполук – пектинів, виявлених у недеревних частинах багатьох рослин. Пектини можуть утворювати гель у рідинах.

Хоча желювання корисне при виготовленні джему, це небажана властивість вина. Шляхом додавання ферментів, які руйнують пектини (тобто Пектолітична активність), ця схильність до гелеутворення видаляється. Пектинази працюють шляхом «розрізання» довгих ланцюгів пектинів на менші довжини. Чим менша молекула, тим менша вона в’язка. Коли додають пектолітичний фермент, молекули пектину зменшуються за розміром, і може бути досягнуто кращого освітлення.

Глюкани

Іншою групою молекул довгого ланцюга є глюкани. Глюкани є полісахарид із полімерними ланцюгами на основі D-глюкозного мономеру. Глюкани зазвичай не містяться у здоровому винограді. Проте форма сірої гнилі Botrytis cinerea виробляє глюкани, коли вона заражає виноград та інші фрукти. Хоча глюкани мають різну структуру для пектинів, вони мають деякі подібні властивості: вони збільшують в’язкість вина і ускладнюють його обробку – особливо фільтрацію вина.

Додаючи фермент з активністю глюканази, глюкани також поділяються за довжиною, тому фільтрація набагато легше досягається. Вплив на фільтрацію полягає в тому, що процес може бути досягнутий швидше і потрібно менше середовищ, що фільтрують.

Глікозиди

Ряд невеликих сполук відбувається у винах, які пов’язані з молекулами глюкози у вині. Вони відомі як глікозиди. Ці глікозиди можуть містити молекули, які називаються терпенами, які виділяють аромати, якщо вони не пов’язані з молекулою глюкози.

Шляхом додавання ферментів, які мають здатність руйнувати ці глікозидні зв’язки (такі ферменти мають активність глікозидази), терпенові сполуки можуть бути вивільнені, і тому у вині може бути досягнутий більший профіль аромату. Ліналол, гераніол і цитронеллол є добре відомими терпенами.

Так звані ароматичні сорти, такі як Riesling та Gewürztraminer, добре з відомі за змістом терпенів і дають гарні приклади типових терпенових ароматів.

Так звані ароматичні сорти, такі як Riesling та Gewürztraminer, добре з відомі за змістом терпенів і дають гарні приклади типових терпенових ароматів.

Які чинники впливають використання ферментів?

Ферменти зустрічаються природним чином у біологічних системах, тому не дивно, що параметри, що впливають на ферменти, подібні до інших живих процесів.

Одним з ключових параметрів є температура: що нижча температура, то нижча активність ферменту. За дуже високих температур руйнується білкова структура ферменту, і тому фермент руйнується чи денатурується. Щоб найкраще використати фермент, необхідно використовувати правильний температурний діапазон. Зазвичай це становить 10–30°C.

Час є іншою ключовою змінною при ефективному використанні ферментів. Чим довше фермент залишається виконувати свою роботу, тим більше роботи може зробити. Звичайно, у метушні темп виноробства під час урожаю часто залишається мало часу для того, щоб ферменти могли працювати. Різниця між 30 хвилинами та однією годиною може бути додатковим часом, необхідним для того, щоб підвищити вплив пектолітичного ферменту.

Іншим основним параметром є розмір дози. Комерційні препарати ферментів мають рекомендації щодо загальної дозування для використання. Зазвичай це діапазон дозувань, так як це залежатиме від ряду факторів, таких як різноманітність винограду, процес, температура і час. Щоб максимально використовувати фермент, який ви використовуєте, розумно працювати в тісному контакті з консультантом, щоб визначити найбільш ефективне дозування, температуру та час використання.

Комерційні продукти

Комерційні ферменти зазвичай є простим продуктом лише однієї виду діяльності. Наприклад, даний продукт може мати основну пектолітичну активність, але вторинну активність глюкозидази або глюканази. У аркушах технічних параметрів продукту вказують, як слід використовувати фермент і який вплив він надасть у вині.

У групі ферментів налічується кілька ферментних препаратів за призначенням.

Для швидкого освітлення сусла та отримання хорошого щільного осаду використовують два види пектолітичних ферментних препаратів. У порошкоподібному вигляді 1000S і в рідкому вигляді УВАЗИМ 1000 SL.
Для настоювання на мезгі білих сортів винограду з метою збільшення виходу сусла на 6-8% використовують EXTRA – пектолітичний ферментний препарат у формі розчину. Він підвищує в суслі кількість засвоюваних форм азоту та полегшує освітлення сусла.

Порошкоподібний пектолітичний ензим Caractere має високу пектолітичну, гемміцелюлазну та глюкозидазну активність, що призводить до швидкого плазмолізу клітин виноградної ягоди та зниження в’язкості сусла. Підвищується вихід сусла, екстрагуються ароматичні та смакові речовини.
Для успішної мацерації червоних сортів винограду використовують спеціальні пектолітичні ферментні препарати: у рідкій формі Colour plus у вигляді порошку Colour. Вони сприяють екстракції з виноградної шкірки антоціанів та танінів. Вино стає більш структурованим у смаку та глибшим в ароматі; у ньому підвищуються антиоксидантні властивості. Загальний вихід сусла зростає на 4-6%.
Для флотації сусла застосовують у формі розчину ферментний препарат.

Фермент Quick – він швидко знижує в’язкість сусла і сприяє утворенню досить великих і легких флокул, що спрямовуються до поверхні сусла. Сприяє швидкому пектиновому гідролізу.
Фермент Lyso одержують на основі лізоціуму. Використовують проти молочнокислих бактерій, коли їхня діяльність небажана.
Ферментний препарат T-red використовують для отримання вин методом термовинифікації. Стійкий до дуже високих температур, швидко знижує в’язкість сусла та збільшує його вихід, сприяє швидкому одержанню добре забарвлених вин.
Фермент Elevage – новий пектолітичний ферментний препарат із яскраво вираженою в-глюконазною активністю. Прискорює автоліз клітин дріжджів та збільшує вміст у вині маннопротеїнів, глюканів.

Зведена таблиця характеристик ферментів

Енартіс Зім/ Enartis Zym

Продукт	Форма	Застосування	Енологический эфект	Дозування
1000 S	Порошок	Статичнеосвітлення	Швидка очистка сусла	1-2 г/гл
RS	Рідина	Освітлення «складного»сусла Флотація	• Швидка очистка сусла• Скорочення часу ферментної обробки • Підвищення фільтрованості вина	1-3 мл/гл
Quick	Рідина	Флотація	• Скорочення часу ферментноїобробки • Підвищення продуктивності флотатора • Зменшення об’ємів осаду	0,5-2 мл/гл
RS4F	Рідина	Флотація	• Швидка очистка сусла• Скорочення часу ферментної обробки • Підвищення продуктивності флотатора	1-3 мл/гл
Extra	Рідина	Мацераціябілого винограда	• Підсилення ароматичного потенціалу• Збільшення виходу сусла при пресуванні	2-6 мл/100 кг
Caractere	Порошок	Мацераціябілого винограда	• Підсилення інтенсивності та складностіаромата • Збільшення виходу сусла при пресуванні	1-3 г/100 кг
Arom mp	Порошок	• Мацерація білоговинограда • Зменшення дози бентоніта • Рожеві вина	• Підсилення ароматичних фруктовихкомпонентів • Скорочення обробки бентонітом • Зменшення терпкості • Більш інтенсивний та стабільний колір	2-4 г/100 кг
T-red	Рідина	Термовинифікація	• Більш легке освітлення• Збільшення здатності до фільтрації • Підвищення поліфенольного потенціалу	2-6 мл/100 кг
T-red plus	Рідина	Термовинифікація	• Стабілізація фарбуючих речовин• Більш легке освітлення • Підвищення виходу при фільтрації	2-4 мл/100 кг
Colour	Порошок	Червоні молоді вина та вина середнього терміну витримки	• Стабілізація фарбуючих речовин• Покращений органоліптичний баланс /аромат/ • Підвищення поліфенольного потенціалу	2-4 г/100 кг
Colourplus	Порошок та рідина	Мацераціячервоного винограда для виробництва молодих вин та вин з помірною витримкою	• Стабілізація фарбуючих речовин• Покращення структури • Підвищення поліфенольного потенціалу	2-4 г/100 кг
Elevage	Порошок	Зупинка ферментації Освітлення вин, вражених Botrytis cinerea	• Підвищення та прискорення екстракціїманнопротеїнів під час витримки на дріжджах (процес сур-лі) • Покращення освітлення та фільтрації вин, вражених розвитком благородної плісняви	2-5 г/гл
Lyso	Порошок	Стримання процесаяблучно-молочного бродіння	• Управління розвитком тажиттєдіяльностю молочно-кислих бактерій	10-50 г/гл

Терміни:

*Флотація – це один з методів очищення виноградного сусла, заснований на прилипанні зважених в ній домішок до бульбашок повітря і сплив їх на поверхню.
Цей метод добре відомий виноробам Австралії, Нової Зеландії, ПАР. Також цей метод досить широко застосовується виноробами Італії та Франції.

Для очищення виноградного сусла використовується напірна флотація. Принцип роботи пристроїв цього методу полягає у насиченні сусла повітрям, а краще вуглекислим газом під тиском. Після насичення бульбашки газу під впливом сил поверхневого натягу з’єднуються з нерозчинними частинками і, потрапляючи у відстійну ємність, піднімають їх у поверхню і затримуються зверху вигляді піни (шлам). Таким чином, виноградне сусло очищається, поділяючись на фільтрат та шлам. Очищене сусло відводиться трубопроводом, а потім видаляють з ємності шлам.
Примітно, що основним чинником ефективності флотації розмір бульбашок вуглекислого газу. Суворе його обмеження обумовлено тим, що при суттєвому відмінності між часткою і бульбашкою (на користь останнього), вони будуть мати різні швидкості, що не дозволить частинкам з’єднатися з бульбашками газу в ході флотації виноградного сусла. Навіть якщо деякі з них вдасться прикріпитися один до одного, то з’єднання це буде неміцним, оскільки при флотації сусла потоком бульбашок великого розміру рідина при високій швидкості руху потоку перемішується, і зв’язки між частинками і бульбашками порушуються. Міцність комплексу частка-бульбашок, що утворюється в ході флотації сусла, залежить не тільки від співвідношення їх розмірів, а й від фізичних і хімічних властивостей самої рідини, нерозчинних частинок і бульбашок газу, а також від конкретних умов.
Напірна флотація сусла, яка проводиться без додавання спеціальних хімічних речовин, називається фізичною. Але існують реагенти, які мають здатність прискорювати процес флотації. До таких реагентів у виноробній технології можна віднести желатин.
Переваги флотації є високий ступінь очищення (до 95 відсотків), велика швидкість процесу, проста апаратура та низькі енерговитрати.

*Мацерація – наполягання виноградного сусла на твердих частках винограду для вилучення з них речовин, що беруть участь у побудові ароматичних сполук, антоціанів (рослинних пігментів), танінів та інших речовин, що містяться головним чином у шкірці та кісточках винограду. У випадку з білими винами, мацерація передує алкогольному бродіння, нетривала за часом і проводиться за низьких температур (холодна мацерація).
У виробництві червоних вин мацерація відбувається під час алкогольного бродіння, триваліша і проходить за більш високих температур.

* Термовініфікація – це сучасний, найбільш досконалий спосіб виробництва червоних столових вин. Включає два терміни: termo та vinification, що означає «виноробство з нагріванням». Ще древні греки та римляни нагрівали роздавлений виноград у котлах, внаслідок чого отримували інтенсивно забарвлене сусло з високим вмістом цукрів (за рахунок часткового випаровування), необхідним для приготування стійких до захворювань вин.

Термовініфікація забезпечує велику гнучкість технології. По-перше, відбувається поділ процесів екстрагування та бродіння, оскільки зброджується забарвлене сусло без мезги. По-друге, можна регулювати температурні режими і, якщо необхідно, успішно переробляти виноград, частково уражений пліснявою, що неможливо здійснити при класичному бродінні мезги. По-третє, легко вирішується різноваріантність та потоковість технологічних процесів. У практиці сучасного виноробства виділяють три схеми термообробки мезги: нагрівання всієї мезги; нагрівання мезги, що стекла; нагрівання мезги гарячим суслом.

* Яблучно-молочне бродіння – процес розкладання яблучної кислоти до молочної кислоти та діоксиду вуглецю: НООС-СНОН-СН2-СООН – НООС-СНОН-СН3 + СO2. Проводиться з метою пом’якшення смаку висококислотних сусел та вин. Викликати яблучно-молочне бродіння можуть усі пологи молочнокислих бактерій з гомо- та гетероферментативним типом бродіння (Реdiococcus, Leuconostoc, Lactobacillus). Яблучно-молочне бродіння може виникати спонтанно і насамперед у винах з невисокою кислотністю; відсутність належного технологічного та мікробіологічного контролю процесу може призвести до псування вина. У винах з високою кислотністю, що титрується, яблучно-молочне бродіння проходить дуже рідко. На практиці застосовують часткове розкислення крейдою (для збільшення рН) для того, щоб викликати початок процесу бродіння. Крім зброджування яблучної кислоти, яблучно-молочне бродіння може супроводжуватися розкладанням ін складових частин вина, що небажано. Тому для проведення біологічного кислотопониження рекомендовані штами молочнокислих бактерій, які зброджують яблучну кислоту, не торкаючись цукрів (гетероферментативні коки роду Leuconostoc), або зброджують цукри без утворення летких кислот (гомоферментативні палички роду Lactobacillus). Оптимальні умови проходження яблучно-молочного бродіння: вміст спирту до 13% про, вільного діоксиду сірки не більше 10мг/дм3, температура 18-20°С. Зупинити процес яблучно-молочного бродіння можна сульфітацією до вмісту вільної SO2 25-30 мг/дм3, обклеюванням, фільтруванням або пастеризацією. Деякі види винних дріжджів стимулюють проходження яблучно-молочного бродіння.

*Поліфенольний потенціал – Фенольні сполуки дуже впливають на смак вина. Їх надлишок у вині проявляється зайвою терпкістю та грубістю. З іншого боку – їх недолік у винах призводить до відсутності певної повноти, що характеризує вина як порожні та рідкі напої.

Смакові та інші якісні показники вина залежать не тільки від загального вмісту фенольних речовин, а й від їхнього фізико-хімічного стану. У більшості випадків молодим винам притаманний високий вміст неокислених форм таніну, що надає їм сильний в’яжучий смак і терпкість. В результаті окислення танінів при витримці вин їх смак стає більш м’яким з оксамитовим відтінком.