Наряду с главными продуктами брожения - спиртом и
углекислым газом - образуются и вторичные продукты.
К числу вторичных продуктов относятся глицерин (г), янтарная кислота
(я), уксусная кислота (у), ацетальдегид (а), 2,3-бутиленгликоль (б),
ацетоин (ац), лимонная кислота (л), пировиноградная кислота (п),
изоамиловый спирт (и), изопропиловый спирт (пр), эфиры.
В. 3. Гваладзе и Л. Женевуа было выведено уравнение, выражающее
зависимость между отдельными компонентами вторичных продуктов
спиртового брожения: г=п+а+2у+5я+2ац+б+9л+3и+3пр.
Если учесть только основные компоненты, то уравнение можно упростить:
г=п+а+2у+5я+б+2ац+9л.
Сумма вторичных продуктов составляет в среднем 80-92% от содержания
глицерина.
Образование глицерина может быть объяснено, исходя из второй формы
брожения Нейберга, называемой глицеропировиноградным брожением. Эта
форма предусматривает брожение глюкозы в присутствии гидросульфита
натрия, который связывает уксусный альдегид, выключая его из дальнейших
реющий. Его место занимает 3-фосфоглицериновый альдегид, который,
восстанавливаясь водородом, полученным от НАД•Н2,
превращается в 1-глицерофосфат:
3-Фосфоглицериновый
альдегид
1-Глицерофосфат
1-Глицерофосфат дефосфорилируется при участии
фосфатазы, образуя
глицерин.
Другим путем образования глицерина является третья форма брожения
Нейберга в щелочной среде. По этой форме вместо этилового спирта
образуется глицерин.
Образование уксусной кислоты объясняется окислением уксусного альдегида
кислородом воды:
В дальнейшем путем конденсации двух молекул
уксусной кислоты образуется
янтарная кислота (реакция Тунберга):
Янтарная кислота, дегидрируясь, образует фумаровую
кислоту, которая
путем гидратации превращается в яблочную кислоту; последняя
дегидрируется в щавелевоуксусную кислоту. Щавелевоуксусная кислота,
конденсируясь с новой молекулой ацетил-КоА, образует лимонную кислоту.
Следовательно, образование лимонной кислоты связано с циклом Кребса,
или циклом трикарбоновых кислот:
Образование молочной кислоты при спиртовом
брожении происходит путем
восстановления пировиноградной кислоты в присутствии НАД•Н2:
СН3–СО–СООН+НАД•Н2
→ → СН3–СНОН–СООН+НАД.
Уксусный альдегид образуется из сахара при нормальном спиртовом
брожении. Он может также образовываться за счет окисления этилового
спирта алкогольдегидрогеназой в присутствии НАД:
Уксусный альдегид образуется также за счет
дезаминирования аминокислот.
Вновь полученный ацетальдегид претерпевает различные превращения:
Высшие спирты синтезируются дрожжами в процессе
брожения. В их состав
входит около 50 высших спиртов, образующих 90-95% сивушного масла.
Главными компонентами являются изоамиловый, изобутиловый и н-пропиловый
спирты, составляющие 85-93%.
Высшие спирты синтезируются следующим путем:
Образование вторичных продуктов происходит
неравномерно в процессе
спиртового брожения.
Так, накопление глицерина наиболее интенсивно в начале спиртового
брожения, пока в среде мало ацетальдегида. Всего в этот период
используется 6-7% сахара, в том числе 2,5,% на образование глицерина.
Содержание ацетальдегида быстро возрастает в первый период брожения (до
100-150 мг/л), после чего устанавливается равновесие между его
образованием и расходованием.
Уксусная кислота образуется более интенсивно в начале брожения. Это
объясняется возрастом дрожжей: молодые дрожжи образуют больше уксусной
кислоты, чем старые.
На соотношение между вторичными продуктами брожения влияют аэрация, рН
среды, температура брожения, первоначальный состав сусла. Образование
янтарной кислоты возрастает при аэрации сусла и уменьшается в
анаэробных условиях. Наоборот, образование уксусной кислоты,
2,3-бутиленгликоля и ацетоина возрастает в анаэробных условиях и
уменьшается при аэрации сусла.
При рН>3,0 увеличивается интенсивность глицеропировиноградного
брожения, что приводит к уменьшению выхода этилового спирта. С
увеличением рН образование глицерина, а также уксусной и янтарной
кислот возрастает. При этом янтарной кислоты образуется меньше, чем
уксусной.
При рН<6,0 уксусной кислоты образуется много лишь в начале
брожения. При рН 7,5 (в щелочной среде) уксусная кислота образуется с
одинаковой интенсивностью на всех стадиях брожения. Повышение рН в
анаэробных условиях приводит к уменьшению содержания ацетоина и
2,3-бутиленгликоля.
На выход вторичных продуктов оказывает влияние и раса дрожжей. По
данным Женевya, янтарогенные дрожжи при низкой температуре
(7°С)
вызывают значительное накопление уксусной кислоты (в 2-3 раза больше,
чем обычно). Это объясняется торможением конденсации уксусной кислоты в
янтарную в начале брожения. При температуре 20°С накопление
янтарной кислоты идет нормально. При высокой температуре брожения
(30-35°С) преобладает глицеропировиноградное брожение с
образованием глицерина.
При этом содержание янтарной кислоты уменьшается, а количество
ацетальдегида, ацетоина и 2,3-бутиленгликоля увеличивается.
Наименьшее количество летучих кислот образуется при температуре
15-20°С, в то время как понижение температуры до 5°С и
повышение до 35°С
приводят к увеличению содержания летучих кислот в бродящей среде.
По данным Э. Пейно, в анаэробных условиях образуется больше летучих
кислот, а при аэрации больше этилацетата.
На содержание вторичных продуктов влияет и состав сусла. Чем больше в
сусле сахара, тем выше содержание уксусной кислоты, ацетальдегида,
глицерина, 2,3-бутиленгликоля.
На конечный состав вина оказывает влияние и содержание
витаминов в сусле. Отсутствие пантотеновой кислоты усиливает
глицеропировиноградное брожение и приводит к образованию больших
количеств глицерина, уксусной кислоты и 2,3-бутиленгликоля. Отсутствие
мезоинозита или биотина уменьшает образование глицерина и янтарной
кислоты. В отсутствие тиамина уменьшается образование ацетона и
2,3-бутиленгликоля.
Содержание аминокислот в сусле также влияет на соотношение вторичных
продуктов. Так, валин, аргинин и цистеин способствуют накоплению
уксусной кислоты, аргинин - ацетальдегида и 2,3-бутиленгликоля, цистеин
- янтарной кислоты. При введении в сусло аммиачного азота увеличивается
содержание уксусной кислоты и 2,3-бутиленгликоля.
Опыты, проведенные С. В. Дурмишидзе с использованием радиоактивного
углерода 14С, показали способность винных
дрожжей использовать
вторичные продукты брожения. При этом оказалось, что наиболее
интенсивно они используют уксусную кислоту, ацетальдегид и этиловый
спирт, менее энергично молочную кислоту, углекислый газ и янтарную
кислоту и наименее энергично - глицерин. При этом из уксусной кислоты и
уксусного альдегида образуются этиловый спирт, янтарная, фумаровая и
гликолевая кислоты, 2,3-бутиленгликоль и глицерин и совсем не
образуются молочная и яблочная кислоты.
По данным С. В. Дурмишидзе, некоторые вторичные продукты брожения
(ацетальдегид, уксусная и янтарная кислоты, а также этиловый спирт)
могут частично превращаться в трегалозу дрожжей, которая в свою очередь
подвергается эндогенным (внутриклеточным) превращениям. При размножении
и росте дрожжей ацетальдегид, этиловый спирт, уксусная и янтарная
кислоты включаются в аминокислоты, а впоследствии и в белки. Это
свидетельствует о важной роли вторичных продуктов в обмене веществ
дрожжевой клетки. Правильным выбором расы дрожжей и регулированием
аэрации, температуры и других условий можно обеспечить оптимальное
соотношение вторичных продуктов в вине.
