Ферменты в вине
Классификация ферментов, содержащихся в вине.
По международной классификацией ферменты делятся на шесть классов:
Класс 1. Оксидоредуктазы (окислительно-восстановительные ферменты).
Этот класс ферментов катализирует перенесение атомов водорода и электронов (оксидазы, дегидрогеназы, пероксидазы, каталазы), а также присоединение кислорода к окисляемому субстрату.
Класс 2. Трансферазы (ферменты переноса), катализирующие перенесение
Целых атомных группирований (остатков фосфорной кислоты, остатков моносахаридов и аминокислот, аминных или метильных групп) от одного соединения к другому.
Класс 3. Гидролазы, катализирующие при участии воды расщепления (гид-
Ролиз) разных сложных органических соединений на более простые.
Класс 4. Лиазы, катализирующие реакции негидролитического отщепления
Разных групп от субстратов с образованием двойной связи или наоборот, соединение групп с двойными связями.
Класс 5. Изомеразы (ферменты изомеризации), катализирующие преобразо-
Вание органических соединений в их изомеры (химические соединения, одинаковые по составу и молекулярной массе, но различные по строению и свойствам).
Класс 6. Лигазы (синтетази), они катализируют соединения двух молекул
Вместе с расщеплением пирофосфатной связи в молекуле АТФ.
Все классы ферментов разделяются на подклассы, а подклассы в свою очередь на подподклассы.
Итак, в четырехзначном шифре, принятом для обозначения ферментов, первое число обозначает класс, второе – подкласс, третье – подподкласс и четвертое – конкретный фермент. В целом шифр фермента – это положение фермента в номенклатуре и обозначение характера катализируемой реакции.
В зависимости от природы самого фермента, он имеет разный механизм и химизм действия на органические вещества и соединения. Он характеризуется энергией активации биохимической реакции вследствие поляризации, смещения электронов и деформации связей, привлеченных в реакцию.
Действие каждого фермента строго ограничено одной реакцией и одним веществом (или очень небольшим количеством близких по составу веществ, имеющих одинаковое химическое группирование: сложноэфирное, альдегидное или другое).
В связи с тем, что ферменты являются естественными катализаторами белкового происхождения, при высоких температурах происходит их денатурация. Кроме того, из водных растворов они осаждаются спиртом, ацетоном и другими органическими растворителями, а также насыщенными растворами солей.
В большинстве случаев при проведении ферментативной реакции в виноделии, кроме субстрата и фермента, необходимо присутствие кофакторов, т. е. сложных органических соединений, принимающих непосредственное участие в процессах ферментации. К таким кофакторам (активаторам) относятся витамины и их производные, цитохромы, неорганические ионы (Na, K, Mg, Ca, Zn, Fe, Co, Ni, Al, Cu, и другие). Кофакторы действуют непосредственно на фермент и приводят его к активному состоянию.
Молекулярная масса ферментов находится в пределах 10000...1000000.
Биосинтез ферментов (образование сложных органических веществ из более простых соединений, протекающих в живых организмах или извне под действием биокатализаторов-ферментов), в клетке происходит постоянно и регулируется так, что их образуется столько, сколько необходимо для обеспечения метаболизма клетки. В самой клетке выключается синтез ферментов, лишних в данный момент, а фонд аминокислот (производных белка) используется для синтеза других ферментов, необходимых в этот момент клетке.
В живой клетке действие ферментов регулируется не только путем индукции или репрессии, или специфическими активаторами и ингибиторами, но и путем связывания их разными структурами протоплазмы. Так, например, связывание фермента с белками обуславливает потерю их ферментативной активности, освобождение фермента от белка повышает его активность.
Активность ферментов очень зависит от температуры среды. Для большинства ферментов оптимальная температура находится в пределах 40...45 оС. Как правило, каталитическая активность ферментов проявляется в небольшом диапазоне рН. Оптимум рН для большинства ферментов находится в пределах 5...9, но для пепсина 1,5.
Установлено, что некоторые вещества способны ингибировать (угнетать) каталитическое действие ферментов. К ним относятся такие белки-осадители, как соли свинца, ртути, вольфрама, а также танин и трихлоруксусная кислота. Они действуют на все ферменты.
В винограде, дрожжах и молодом вине встречаются представители всех шести классов ферментов. Однако наиболее изучены из них представители 1-го и 3-го классов: оксидоредуктазы и гидролазы. Эти ферменты продуцирует виноградное растение, и они активно действуют при переработке винограда и при получении вина. Кроме того, на поверхности виноградных ягод в отдельные годы развивается некоторые плесневые грибы, в частности Biotrytis cinerea. Эти грибы вырабатывают группу ферментов, переходящую в сусло и вино.
Окислительные ферменты плесневых грибов значительно сильнее, чем ферменты виноградной ягоды. Это может привести к возникновению порока вина бурого (оксидазного) касса, при котором фенольные вещества жидкости окисляются буквально на глазах с последующим покоричневением и выпадением в осадок. В винограде имеют место также пектолитические и цитолитические (разрушающие стенки клеток ягод) ферменты.
Локализованы ферменты в разных частях виноградной ягоды неодинаково. Наибольшая активность ферментов сосредоточена в кожице и мякоти. В начале созревания винограда большинство ферментов содержится в мякоти, а в период технической зрелости − в кожице. В сусле-самотеке активность ферментов ниже, чем в первой и второй прессовых фракциях. Значительно снижает активность ферментов сульфитация сусла. Активность ферментов также снижается при обработке сусла бентонитом. Причиной такого явления является сорбция бентонитом белков.
При спиртовом брожении виноградного сусла активность ферментов винограда резко снижается. Если вино некоторое время было выдержанно на дрожжах, в него переходят, в основном, ферменты дрожжей, в том числе оксидоредуктазы. При обработке молодого вина бентонитом, танином, а также при продолжительной выдержке вина, активность оксидоредуктаз снижается к нулю.
Особенное внимание в виноделии заслуживают пектолитические ферменты, расщепляющие пектиновые вещества. В число пектолитических ферментов входит протопектиназа, действующая на протопектин с образованием растворимого пектина, а также арабана и галактана. В результате действия протопектиназы, которая более активная, к окончанию созревания винограда, ягоды, как и плоды других растений, размягчаются, так как при этом распадается протопектин.
Сернистая кислота в оптимальных дозах (до 150...200 мг/дм3) не снижает активности пектолитических ферментов. Угнетающе действие на пектолитические ферменты оказывают фенольные соединения винограда, а потому в сусле из винограда красных сортов активность их ниже, чем из белых. В красных винах пектиновых веществ намного больше, чем в белых. Оптимальной температурой активного действия пектолитических ферментов является 35...45 оС, а потому подогрев сусла или мезги до этой температуры усиливает эффект действия этих ферментов. При брожении сусла пектолитические ферменты винограда снижают свою активность и постепенно инактивируются.