Процесс ферментации в виноделии превращает виноградный сок в алкогольный напиток. Во время ферментации дрожжи преобразуют сахара , присутствующие в соке, в этанол и углекислый газ (как побочный продукт ). В виноделии важными факторами являются температура и скорость ферментации, а также уровень кислорода , присутствующего в сусле в начале ферментации. Риск остановки ферментации и развития нескольких дефектов вина также может возникнуть на этой стадии, которая может длиться от 5 до 14 дней для первичной ферментации и потенциально еще от 5 до 10 дней для вторичной ферментации . Ферментация может проводиться в резервуарах из нержавеющей стали, что является обычным для многих белых вин, таких как рислинг , в открытом деревянном чане, внутри винной бочки и внутри самой винной бутылки , как при производстве многих игристых вин . [1] [2]
Естественное возникновение брожения означает, что оно, вероятно, было впервые замечено людьми давным-давно. [3] Самые ранние использования слова «ферментация» в отношении виноделия были в отношении кажущегося «кипения» внутри сусла, которое происходило в результате анаэробной реакции дрожжей с сахарами в виноградном соке и выделением углекислого газа. Латинское fervere буквально означает « кипеть ». В середине 19-го века Луи Пастер отметил связь между дрожжами и процессом брожения, в котором дрожжи действуют как катализатор и посредник через серию реакций, которые превращают сахар в спирт. Открытие пути Эмбдена - Мейерхофа-Парнаса Густавом Эмбденом , Отто Фрицем Мейерхофом и Якубом Каролем Парнасом в начале 20-го века внесло больший вклад в понимание сложных химических процессов, участвующих в превращении сахара в спирт. [4] В начале 2010-х годов компания GOfermentor, занимающаяся технологиями виноделия, базирующаяся в Нью-Джерси, изобрела автоматизированное устройство для производства вина, которое осуществляет ферментацию в одноразовых контейнерах, похожих на одноразовые биореакторы . [5] [6]
В виноделии различают окружающие дрожжи , которые естественным образом присутствуют в винных погребах, виноградниках и на самом винограде (иногда их называют «цветением» или «румянцем» винограда), и культивируемые дрожжи , которые специально изолируются и инокулируются для использования в виноделии. Наиболее распространенные роды диких дрожжей, встречающиеся в виноделии, включают Candida , Klöckera/Hanseniaspora, Metschnikowiaceae , Pichia и Zygosaccharomyces . Дикие дрожжи могут производить высококачественные вина с уникальным вкусом; однако они часто непредсказуемы и могут привнести в вино менее желательные черты и даже способствовать его порче. Немногие дрожжи, а также колонии молочнокислых и уксуснокислых бактерий естественным образом живут на поверхности винограда [7] , но традиционные виноделы, особенно в Европе, выступают за использование окружающих дрожжей как характеристику терруара региона ; Тем не менее, многие виноделы предпочитают контролировать брожение с помощью предсказуемых культивированных дрожжей. Культивированные дрожжи, наиболее часто используемые в виноделии, относятся к виду Saccharomyces cerevisiae (также известные как «сахарные дрожжи»). В пределах этого вида существует несколько сотен различных штаммов дрожжей, которые могут использоваться во время брожения для воздействия на температуру или энергию процесса и усиления или подавления определенных вкусовых характеристик сорта . Использование различных штаммов дрожжей является основным фактором разнообразия вина, даже среди одного и того же сорта винограда. [8] Альтернативные, не Saccharomyces cerevisiae , дрожжи все чаще используются в промышленности для придания большей сложности вину. После того, как винодельня работает в течение нескольких лет, лишь немногие штаммы дрожжей активно участвуют в процессе брожения. Использование активных сухих дрожжей уменьшает разнообразие штаммов, которые появляются при спонтанном брожении, вытесняя те штаммы, которые присутствуют естественным образом. [9]
Добавление культивируемых дрожжей обычно происходит с дрожжами, которые сначала находятся в сухом или «неактивном» состоянии, и реактивируются в теплой воде или разбавленном виноградном соке перед добавлением в сусло . Чтобы процветать и быть активными в брожении, дрожжам необходим доступ к постоянному поступлению углерода , азота , серы , фосфора , а также доступ к различным витаминам и минералам . Эти компоненты естественным образом присутствуют в виноградном сусле, но их количество можно скорректировать, добавив питательные вещества в вино, чтобы создать более благоприятную среду для дрожжей. Недавно разработанные питательные вещества с замедленным высвобождением, специально изготовленные для винных ферментаций, предлагают наиболее выгодные условия для дрожжей. Кислород также необходим, но в виноделии риск окисления и отсутствие производства алкоголя из кислородсодержащих дрожжей требуют, чтобы воздействие кислорода было сведено к минимуму. [10]
При введении активных дрожжей в виноградное сусло фосфаты присоединяются к сахару, и шестиуглеродные молекулы сахара начинают расщепляться на трехуглеродные части и проходить через ряд реакций перегруппировки . Во время этого процесса карбоксильный атом углерода высвобождается в виде диоксида углерода, а оставшиеся компоненты становятся ацетальдегидом . Отсутствие кислорода в этом анаэробном процессе позволяет ацетальдегиду в конечном итоге преобразовываться путем восстановления в этанол . Во время преобразования ацетальдегида небольшое количество преобразуется путем окисления в уксусную кислоту , которая в избытке может способствовать появлению дефекта вина, известного как летучая кислотность (уксусный привкус). После того, как дрожжи исчерпывают свой жизненный цикл, они падают на дно бродильного чана в виде осадка, известного как дрожжи . [11] Дрожжи прекращают свою активность, когда весь сахар в сусле превращается в другие химические вещества или когда содержание алкоголя достигает 15% спирта на единицу объема; концентрация, достаточно сильная, чтобы остановить ферментативную активность почти всех штаммов дрожжей. [12]
Метаболизм аминокислот и расщепление сахаров дрожжами приводит к созданию других биохимических соединений, которые могут способствовать вкусу и аромату вина . Эти соединения можно считать « летучими », как альдегиды , этилацетат , эфир , жирные кислоты , сивушные масла , сероводород , кетоны и меркаптаны , или «нелетучими», как глицерин , уксусная кислота и янтарная кислота . Дрожжи также оказывают влияние во время ферментации, высвобождая гликозидгидролазу , которая может гидролизовать предшественники вкуса алифатических соединений (компонент вкуса, который реагирует с дубом ), производные бензола , монотерпены (отвечающие за цветочные ароматы таких сортов винограда, как Мускат и Траминер ), норизопреноиды (отвечающие за некоторые пряные ноты в Шардоне ) и фенолы .
Некоторые штаммы дрожжей могут генерировать летучие тиолы , которые способствуют фруктовым ароматам во многих винах, таким как аромат крыжовника , обычно ассоциируемый с Sauvignon blanc . Дрожжи
Brettanomyces отвечают за «аромат скотного двора», характерный для некоторых красных вин, таких как Burgundy и Pinot noir . [13]
Метанол не является основным компонентом вина. Обычный диапазон концентрации составляет от 0,1 г/литр до 0,2 г/литр. Эти небольшие следы не оказывают вредного воздействия на людей и не оказывают прямого воздействия на чувства. [14]
Во время ферментации виноделы учитывают несколько факторов, наиболее влияющих на производство этанола, — это содержание сахара в сусле, используемый штамм дрожжей и температура ферментации. [15] Сам биохимический процесс ферментации создает много остаточного тепла , которое может вывести сусло из идеального температурного диапазона для вина. Обычно белое вино ферментируется при температуре 18–20 °C (64–68 °F), хотя винодел может выбрать более высокую температуру, чтобы выявить некоторую сложность вина. Красное вино обычно ферментируется при более высоких температурах 20–30 °C (68–86 °F). Ферментация при более высоких температурах может оказать неблагоприятное воздействие на вино, оглушив дрожжи до неактивности и даже «выкипячивая» некоторые из вкусов вина. Некоторые виноделы могут ферментировать свои красные вина при более низких температурах, более типичных для белых вин, чтобы выявить больше фруктовых вкусов. [11]
Чтобы контролировать тепло, выделяемое во время ферментации, винодел должен выбрать подходящий размер сосуда или использовать охлаждающее устройство. Существуют различные виды охлаждающих устройств, начиная от древней практики Бордо , когда бродильный чан помещали на глыбы льда, и заканчивая сложными бродильными емкостями, имеющими встроенные охлаждающие кольца. [16]
Фактором риска, связанным с брожением, является образование химических остатков и порча, которые можно исправить добавлением диоксида серы (SO2 ) , хотя избыток SO2 может привести к дефекту вина. Винодел, который хочет сделать вино с высоким содержанием остаточного сахара (например, десертное вино ), может остановить брожение раньше времени, либо понизив температуру сусла, чтобы оглушить дрожжи, либо добавив в сусло большое количество алкоголя (например, бренди ), чтобы убить дрожжи и создать крепленое вино . [11]
Этанол, полученный в результате ферментации, действует как важный сорастворитель для неполярных соединений, которые вода не может растворить, таких как пигменты из кожицы винограда, придающие сортам вина их особый цвет, и другие ароматические вещества. Этанол и кислотность вина действуют как ингибитор роста бактерий, позволяя вину безопасно храниться в течение многих лет без доступа воздуха. [17]
В виноделии существуют различные процессы, которые попадают под название «брожение», но они могут не соответствовать той процедуре, которая обычно ассоциируется с брожением вина.
Бутылочная ферментация — это метод производства игристого вина , возникший в регионе Шампань , где после того, как кюве прошло первичное дрожжевое брожение, вино разливается по бутылкам и проходит вторичное брожение, в ходе которого к вину добавляются сахар и дополнительные дрожжи, известные как ликер де тираж . Это вторичное брожение создает пузырьки углекислого газа, которыми славится игристое вино. [18]
Процесс углеродной мацерации также известен как брожение цельного винограда , при котором вместо добавления дрожжей брожение винограда происходит внутри отдельных ягод винограда. Этот метод распространен при создании вина Божоле и включает хранение целых гроздей винограда в закрытом контейнере, при этом кислород в контейнере заменяется углекислым газом. [19] В отличие от обычного брожения, при котором дрожжи превращают сахар в спирт, углеродная мацерация работает с помощью ферментов внутри винограда, которые разрушают клеточную материю, образуя этанол и другие химические вещества. Полученные вина обычно мягкие и фруктовые. [20]
Вместо дрожжей, бактерии играют фундаментальную роль в яблочно-молочном брожении , которое по сути является преобразованием яблочной кислоты в молочную кислоту . Это имеет преимущество в снижении некоторой терпкости и делает вкус полученного вина более мягким. В зависимости от стиля вина, которое винодел пытается произвести, яблочно-молочное брожение может происходить в то же самое время, что и дрожжевое брожение. [21] В качестве альтернативы могут быть разработаны некоторые штаммы дрожжей, которые могут преобразовывать L-малат в L-лактат во время спиртового брожения. [22] Например, штамм Saccharomyces cerevisiae ML01 ( штамм S. cerevisiae ML01), который несет ген, кодирующий яблочно-молочный фермент из Oenococcus oeni , и ген, кодирующий пермеазу малата из Schizosaccharomyces pombe . Штамм S. cerevisiae ML01 получил одобрение регулирующих органов как в Канаде, так и в Соединенных Штатах. [23]
.svg/1280px-Goblet_Glass_(Banquet).svg.png){kind=small}