Образование углеводов и кислот в винограде

Образование углеводов и органических кислот

Углеводы являются важнейшей составной частью всех растений. Они образуются в зеленых растений в результате фотосинтеза из углекислого газа и воды под действием световой энергии. При этом углерод из неорганической формы переходит в органическую.

По современным представлениям фотосинтез представляет собой цепь окислительно-восстановительных реакций с поглощением немалого количества солнечной энергии. Суммарно уравнение фотосинтеза имеет вид

6 CO2 + 6 H2O  С6H12O6 + 6 O2

Механизм этого процесса следующий: при фотосинтезе происходит разложение воды, и образующийся при этом водород идёт на восстановление углекислого газа. Происходит превращение кинетической энергии солнца в потенциальную химическую энергию, которая аккумулируется сложными органическими веществами.

Фотосинтез имеет огромное биологическое значение: благодаря ему ежегодно связывается около (15÷20)·1010 тонн углерода и выделяется в атмосферу 4·1011 тонн кислорода. Фотосинтез проходит в хлоропластах – клеточных органоидах, главной составной частью которых является хлорофилл.

Главным продуктом фотосинтеза являются углеводы (Гексозы). Они образуются в листьях виноградного куста, откуда транспортируются в ягоду. Гексозы (C6H12O6) представлены глюкозой и фруктозой. Это кристаллические вещества с молекулярной массой 180, хорошо растворимые в воде и спирте. Плоскость поляризации глюкоза вращает вправо, а фруктоза влево. Оба сахара хорошо сбраживаются дрожжами.

К другим (несбраживаемым) углеводам виноградной грозди относятся Пентозы (С5H10O5), Пентозаны (С5H8O4) n, Целлюлоза (C6H10O5) n, Пектиновые вещества, камеди, декстраны. Целлюлоза является основой твердых частей ягоды. Они состоят из большого числа (до 10000) остатков глюкозы. Пентозаны содержатся в твердых частях виноградной грозди: в семенах (4,0 – 4,5 % от всей массы), гребня (1,0 – 2,8 %), кожице (1,0 – 1,6 %).

При созревании винограда нерастворимый протопектин переходит в растворимый пектин, чем обусловлено в основном размягчение ягод. При брожении и спиртовании сусла он выпадает в осадок.

В последнее время проводятся исследования по изучению связи между метаболизмом углеводов и органических кислот в процессе роста и созревания ягод винограда. Первоначальный распад органических кислот и аккумуляция сахаров происходят одновременно в начале созревания. Обычно это длится 6 – 7 недель после цветения; это процесс интенсифицируется в середине срока созревания ягод винограда.

Органические кислоты образуются в процессе дыхания растений за счет неполного окисления углеводов, а также по пути синтеза аминокислот.

Органические кислоты образуются и при фотосинтезе, главным образом в листьях, откуда они транспортируются в ягоды винограда.

Ж. Риберо-Гайон и П. Риберо-Гайон, изучив механизм синтеза винной кислоты, установили, что она образуется из глюкозы по схеме:

CHO COOH

׀ ׀

CHOH CHOH COOH COOH

׀ ׀ ׀ ׀

CHOH CHOH CHOH CHO CHOH

׀  ׀  ׀ + ׀  ׀

CHOH CHOH CHOH CH2OH CHOH

׀ ׀ ׀ ׀

CHOH CO CHO COOH

׀ ׀

CH2OH CH2OH

Глюкоза Кето – 5- Альдегид Гликолевый Винная

глюконовая винной альдегид кислота

кислота кислоты

Синтез яблочной кислоты происходит несколькими путями. Один из них – карбоксилирование пировиноградной кислоты:

CH3–CO–COOH + CO2  COOH–CH2–CO–COOH

Пировиноградная Щавелевоуксусная

Кислота кислота

COOH–CH2–CO–COOH+HAD·H2COOH–CH2–CHOH–COOH+HAD

яблочная кислота

При помощи радиоактивного изотопа углерода 14С было доказано, что винная кислота расходуется главным образом на дыхание, тогда как яблочная кроме дыхания идёт на образование сахаров, других органических кислот и аминокислот.

В соке зрелого винограда в зависимости от его сорта и района произрастания винной кислоты содержится 40-95 % от суммы всех кислот. В сортах винограда, в которых преобладает винная кислота, в ходе созревания величина титруемой кислотности ниже, но более постоянна и не так зависти от метеорологических условий года.

В ходе созревания винограда содержание яблочной кислоты снижается значительно быстрее винной и в некоторых сортах винограда её может вовсе не остаться. Снижение яблочной кислоты происходит особенно сильно при высоких температурах воздуха в период созревания обычно в винограде, созревшем для приготовления столовых вин, яблочной кислоты остается 20-50 % от всех кислот. То же самое наблюдается и при уборке шампанских сортов винограда. Поэтому проведение процесса ЯМБ (яблочно-молочное брожение) является обязательным этапом в технологии первичного виноделия этих вин.

Наиболее глубоким и продолжительным неферментативным окисляющим действием характеризуются фенольные вещества.