Mikrobiologia wina

Mikrobiologia wina - Naszewinnice

0
11334
6825866abf6ddc014340326b35addd51
6825866abf6ddc014340326b35addd51

Smak i aromat wina kształtowany jest przez związki pochodzące z surowca, jak również powstałe w czasie fermentacji i dojrzewania. Winogrona dostarczają cechy smakowo-zapachowe określane jako smak i bukiet (zapach) pierwotny, natomiast cały proces winifikacji powoduje wytworzenie związków odpowiadających za smak i bukiet wtórny (Bonin i Kur, 2008).

Smak wina jak również jego aromat zależy głównie od szczepu winogron, który w połączeniu z warunkami wzrostu, takimi jak klimat, czynniki agrotechniczne w okresie wzrostu i zbiorów, znajdują odzwierciedlenie w składzie chemicznym moszczu. Równie ważny jest proces winifikacji, w którym temperatura czy szczep drożdży determinuje zmiany związków odpowiedzialnych za kształtowanie cech sensorycznych (Clarke i Bakker, 2004).

Bukiet wina można modelować przez użycie odpowiednich drożdży. Coraz popularniejsze staje się wykorzystywanie drożdży modyfikowanych, które mogą być ukierunkowane na nadprodukcję danego, korzystnego wg winiarza metabolitu. Pobudzenie aktywności fermentacyjnej drożdży wiąże się ze zwiększeniem ekspresji genów HXK1 i HXK2, które kodują kinazy heksoz biorące udział w fosforylacji sacharydów. Stosowane są również drożdże wzbogacone w gen β-glukozydazy, pochodzący od grzybów Candida peltata czy Aspergillus oryzae. Dzięki temu zabiegowi drożdże hydrolizują niearomatyczne prekursory monoterpenoli (Libudzisz i in., 2008).

Na właściwości smakowo-zapachowe wina duży wpływ ma temperatura. Wyższa temperatura fermentacji powoduje zwiększenie ilości związków fenolowych w winie, natomiast niższe temperatury odpowiadają za intensywniejsze powstawanie związków aromatycznych. Udowodniono również, że fermentacja w wyższej temperaturze przy niskim pH daje wino o obniżonej zawartości alkoholi wyższych (Clarke i Bakker, 2004).

Smak i aromat wina nie zależy jedynie od rodzaju związków, jakie się w nim znajdują, ale również od ich koncentracji. Na poziom tych związków wpływa głównie (Konig i in., 2009):

rodzaj mikroorganizmów, biorących udział w fermentacji;

proces maturacji;

inne zabiegi technologiczne (filtracja, butelkowanie, typ zamknięcia).

Poszczególne związki aromatyczne oraz ich udział w kształtowaniu jakości wina zostały omówione dalej.

Alkohol etylowy

Alkohol etylowy jest zdecydowanie najważniejszym składnikiem wina, i od dawna znany jest ze swego działania stymulującego i odurzającego. Świeże winogrona jak również moszcz nie zawierają etanolu. Pojawia się on dopiero w winie na skutek fermentacji cukrów. Reakcja ta zachodzi w warunkach beztlenowych wg poniższego równania.

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

Zawartość etanolu w winie jest zwykle wyrażona w procentach objętościowych czyli
jako stosunek objętości alkoholu etylowego do całkowitej objętości wodnego roztworu, w temperaturze 20°C. Zawartość alkoholu w winach kształtuje się przeważnie w przedziale między 9, a 15% v/v. Specjalne typy tych napojów jak np. wina likierowe mogą odznaczać się wyższą mocą (Falcó, 2002; Clarke i Bakker, 2004).

Oprócz fizjologicznego i psychologicznego wpływu etanolu na ludzi, ma on kluczowe znaczenie dla stabilności, starzenia się i cech sensorycznych wina. Podczas fermentacji, stopniowo zwiększające się stężenie alkoholu ogranicza wzrost mikroorganizmów. Niewrażliwość S. cerevisiae na ten związek zazwyczaj zapewnia, że dominuje on w czasie fermentacji. Przy braku dostępu powietrza etanol, w połączeniu z kwasowością, powoduje zahamowanie zmian w winie. Etanol stanowi drugi po wodzie rozpuszczalnik w ekstrakcji składników z winogron, jest szczególnie ważny dla rozpuszczalności niepolarnych węglowodorów aromatycznych (Jackson, 2008).

Glicerol

Glicerol jest trzecim ilościowo związkiem wytwarzanym w czasie fermentacji wina, po alkoholu etylowym i CO2. Ze względu na niską lotność, glicerol nie jest związkiem zapachowym. Posiada słodki smak, lecz może mieć wpływ na słodycz tylko w stężeniu przekraczającym 5 g/dm3. Powszechnie sądzono, że glicerol zauważalnie wpływa na lepkość wina, jednakże zjawisko to ma miejsce, gdy osiągnie on poziom powyżej 26 g/dm3. W niższym stężeniu może zmniejszyć postrzeganie cierpkości (Jackson, 2002).

Produkcja glicerolu jest modyfikowana warunkami fermentacji, szczególnie tymi, które wpływają na wzrost i stres fizjologiczny drożdży. Duża zawartość cukru w moszczu pobudza syntezę glicerolu, w odpowiedzi na stres hiperosmotyczny. Jego synteza związana jest także z regulacją mechanizmów redox zachodzących w komórce drożdży. Wyższe stężenia gliceryny występują w przypadku niedoboru tiaminy, który może być spowodowany nadmiernym rozwojem drożdży dzikich. Badania wykazały, że podwyższenie temperatury fermentacji z 15 do 25°C oraz pH powoduje zwiększenie stężenia glicerolu w winie (Moreno-Arribas i Polo, 2009).

Ilość glicerolu i innych związków smakowo – zapachowych wina są ze sobą skorelowane, zazwyczaj na 100 g alkoholu etylowego powstaje ok. 6-14 g glicerolu. Zawartość glicerolu zależy

od:

– stopnia dojrzałości owoców;

– sposobu uprawy surowców;

– rasy drożdży;

– pH wina;

– dawki SO2;

– temperatury fermentacji.

W winach botrytyzowanych zawartość glicerolu znacznie się zwiększa i może nawet wynosić ponad 30 g/dm3 (Wzorek i Pogorzelski, 1998).

Alkohole wyższe  

Poza etanolem drożdże w czasie fermentacji wytwarzają także inne alkohole, zwykle nazywane wyższymi lub fuzlami. Określenie „wyższe” wynika z wyższej masy cząsteczkowej niż etanol, przez co związki te są trudniej lotne. Najpopularniejsze w winie są alkohole: izoamylowy, propylowy oraz izobutylowy (Bonin i Kur, 2008; Jackson, 2008).

Ilość tych związków waha się zazwyczaj w przedziale od 0,14 do 0,9%, w zależności od rodzaju wina oraz użytej kultury mikroorganizmów (Libudzisz i in., 2008). Zawartość alkoholi wyższych do 0,3 g/dm3

Drożdże winiarskie

Drożdże są równie ważnym elementem produkcji wina jak winogrona, ponieważ biorą udział w fermentacji alkoholowej i przekształcają moszcz w wino. Dzieje się tak dzięki wytwarzanym przez nie enzymom, które rozkładają cukry proste pochodzące z winogron na etanol i dwutlenek węgla. Dodatkowo podczas fermentacji drożdże produkują związki takie jak estry, gliceryna oraz alkohole wyższe, kształtując charakter gotowego wyrobu (Bosak 2008).

Drożdżami wykorzystywanymi przez ludzi od zarania dziejów do warzenia i pieczenia są Saccharomyces cerevisiae. Drożdże winiarskie także mają swój związek rodzajem Saccharomyces, ponieważ powstały poprzez naturalną ich hybrydyzację, a następnie zostały wyselekcjonowane w środowiskach produkcyjnych (Libudzisz i in. 2008).

Jeżeli chodzi o optymalne warunki wzrostu drożdży winiarskich pod względem temperatury są one zaliczane do drobnoustrojów mezofilnych, dla których optymalna temperatura wzrostu wynosi 28-30°C. Ważną rolę odgrywają także drożdże kriofilne, które mogą przeprowadzać tzw. zimną fermentację w temperaturze 4°C. W zależności od innych posiadanych cech biotechnologicznych drożdże winiarskie mogą być osmofilne, fermentujące moszcz o dużej zawartości cukru, sulfitowe, używane do moszczów siarkowanych, drożdże znoszące wysokie ciśnienie dwutlenku węgla przeznaczone do produkcji win musujących, oraz kultury, które cechują się dużą odpornością na wysokie stężenie garbników jakie występuje w winach czerwonych (Pogorzelski, Wzorek 1998, Libudzisz i in. 2008).

Drożdże występują najczęściej w dużych ilościach na winogronach, w piwnicach oraz na powierzchni urządzeń używanych w kolejnych etapach produkcji wina. W trakcie fermentacji spontanicznej obserwuje się duże zróżnicowanie drobnoustrojów. Na początku fermentacji występują głównie drożdże Hanseniaspora uvarum oraz przedstawiciele rodzaju Candida, w późniejszym czasie środowisko opanowują także Metschnikowia pulcherrima, Pichia guilliermondii, Pichia anomala, Rhodotorula glutinis, Torulaspora delbruecki. Kiedy zawartość etanolu wzrośnie do około 3-4% zaczynają rozwijać się etanoloodporne szczepy drożdży S. cerevisiae (Sangorrin 2007).

Większość produkowanych na świecie win jest jednak wynikiem działalności czystych wyselekcjonowanych kultur drożdży szlachetnych (tzw. drożdży winiarskich) Saccharomyces odznaczającymi się cechami wymaganymi do wyrobu wina oraz wytwarzającymi mniejszą ilość ubocznych produktów fermentacji, dzięki czemu uzyskuje się szlachetniejszy aromat. W przypadku fermentacji moszczy odznaczających się wysoką kwasowością można zastosować szczep Schizosaccharomyces pombe, który rozkłada kwas jabłkowy (Bosak 2008).

W nielicznych przypadkach produkcji wina zdarza się, że cała fermentacja spontaniczna moszczu przeprowadzana jest przez drożdże Kloeckera, co jest dość niekorzystnym zjawiskiem, ponieważ szczep Kloeckera apiculata jest wrażliwy na alkohol i nie jest w stanie doprowadzić fermentacji do końca, sprzyjając rozwojowi bakterii octowych oraz innej szkodliwej mikroflory. Dodatkowo niektóre szczepy Kloeckera apiculata produkują toksyny killerowe, które hamują dodane w późniejszym czasie wyselekcjonowane szczepy Saccharomyces (Schlegel 2003).

Podczas produkcji wina na skalę przemysłową używa się gotowych preparatów drożdżowych głównie w postaci suchej lub płynnej. Do moszczu wprowadza się 5% namnożonej populacji drożdży zarodowych będących czystą kulturą jednej bądź kilku ras. Używając drożdży kriofilnych ilość wprowadzanego inokulum powinna być 2 do 3 razy większa (Myśliwiec 2006. Libidusz i in. 2008).

Stosowane do wyrobu wina szczepy drożdży powinny cechować się:

– szybką adaptacją do warunków środowiska moszczu,

– szybko oraz całkowicie odfermentowywać, prowadząc przy tym intensywną fermentację,

– produkcją substancji ubocznych, które korzystnie wpływają na cechy organoleptyczne wina,

– szybką sedymentacją po zakończonym procesie fermentacji, co umożliwia dobre klarowanie się wina,

– niską zdolnością do produkcji piany oraz innych substancji utrudniających filtracje,

– tworzeniem etanolu do odpowiedniego stężenia,

– małą wrażliwością na kwasy organiczne i zdolnością do rozkładania kwasu jabłkowego, a także tworzeniem małych ilości kwasów lotnych,

– odpornością na wyższe stężenie alkoholu przy produkcji win słodkich oraz mocnych i średniej mocy, które zawierają powyżej 10% v/v (Bednarski, Reps 2003, Libidusz i in. 2008).

W ostatnim czasie próbuje się laboratoryjnie kształtować metabolizm drożdży winiarskich na drodze inżynierii genetycznej lub hybrydyzacji szczepów, tak aby odznaczały się one dużą żywotnością i aktywnością w warunkach dla nich niekorzystnych takich jak szok hiperosmotyczny, wysoka zawartości etanolu czy dwutlenku węgla oraz obecność dwutlenku siarki (Libudzisz 2008).

Rodzaj Saccharomyces

Saccharomyces cerevisiae

Jest to niewątpliwie najważniejszy gatunek drożdży stosowany w browarnictwie, gorzelnictwie i piekarstwie. Uważany jest również za główny gatunek winiarski, ze względu na optymalne parametry uzyskiwanego trunku. Z tak częstym użyciem w winiarstwie związana jest również mnogość prac badawczych wykonywanych na tych drożdżach. Znana jest już sekwencja genomu tego gatunku, która umożliwiła lepsze poznanie mechanizmów odpowiedzialnych za funkcjonowanie poszczególnych genów eukariontów i spowodowanie postrzegania S. cerevisiae jako organizmu modelowego w genetyce molekularnej (Wzorek i Pogorzelski, 1998; Libudzisz i in., 2008).

Drożdże S. cerevisiae odpowiadają za alkoholową fermentację moszczu, przyjmuje się, że syntetyzuje ok. 95% globalnej produkcji etanolu. Jedną z jego cech charakterystycznych jest wytwarzanie relatywnie wysokich ilości etanolu oraz odporność na wysokie stężenie cukrów oraz SO2 (Libudzisz i in., 2008).

Komórki S. cerevisiae są elipsoidalne i mają średnicę od 1 do 10 μm. Średnia wielkość komórek haploidalnych wynosi 29 μm3, a 55 μm3 dla komórek diploidalnych (Hornsey, 2007).

Drożdże te bardzo rzadko można wyizolować ze zdrowych winogron, częściej pojawiają się na jagodach uszkodzonych. Za ich rozprzestrzenianie najprawdopodobniej odpowiedzialne są owady, w szczególności osy (Vespa), pszczoły (Apis) i muszki (Drosophila). Najnowsze badania wskazują na to, że naturalnym środowiskiem występowania S. cerevisiae jest sok i kora dębu oraz gleba (Jackson, 2008; Libudzisz i in., 2008).

Drożdże S.cerevisiae asymilują oraz są w stanie fermentować glukozę, galaktozę, sacharozę oraz maltozę. Rafinoza jest fermentowana przez ten gatunek tylko w 1/3, a laktozy nie asymilują, ani nie fermentują (Wzorek i Pogorzelski, 1998).

Saccharomyces bayanus

Jest to drugi po S. cerevisiae najczęściej wykorzystywany w fermentacji winiarskiej gatunek drożdży. S. bayanus jest szczególnie popularny w winnicach włoskich, węgierskich, czeskich i słowackich (Libudzisz i in., 2008)…

Opracowanie: dr hab. inż. Paweł Satora 

Tekst jest wybranym fragmentem materiałów dydaktycznych przygotowanych dla uczestników rocznego Praktycznego Kursu Winiarstwa prowadzonego przez Podkarpacką Akademię Wina

Materiał jest chroniony prawem autorskim. Jego publikowanie, powielanie i przetwarzanie, w całości lub we fragmentach, oraz jakiekolwiek wykorzystanie w celu innym, niż użytek prywatny wymaga zgody Autora.

 Artykuł powiązany: Skąd się biorą choroby wina? Jak skutecznie walczyć z chorobami krzewów winorośli?

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Wprowadź swój komentarz
Wprowadź swoje imię