Фруктоза - шестиатомный полигедроксикетон, изомер глюкозы: при одинаковой
молекулярной формуле (С6Н12О6), они имеют разную структуру. Фруктоза потребляется
дрожжами во время брожения.
Глюкоза и фруктоза – это главные сбраживаемые сахара виноградного сусла. Во
время брожения дрожжи метаболизируют большую часть глюкозы и фруктозы в спирт и
СО2. Виноградное сусло содержит приблизительно равные количество глюкозы и
фруктозы, а их общая концентрация обычно составляет 160-300 г/л.
Дрожжи Saccharomyces cerevisiae относятся к глюкофилам: в первую очередь они
потребляют глюкозу, затем – фруктозу. Во время брожения активнее потребляется
глюкоза, а не фруктоза. Следовательно, процентное содержание фруктозы в соотношении
увеличивается. Это может привести к нарушению баланса вина, и в стрессовых условиях
конца брожения выплеснуться в трудности потребления фруктозы. Поэтому важно знать,
как варьируется потребление фруктозы дрожжами, чтобы обеспечить стабильное
брожение и избежать его преждевременной остановки.
Факторы, влияющие на потребление фруктозы во время брожения
Азот
В процессе брожения сахара потребляются преимущественно в стационарной фазе.
В это время концентрация молекулярного азота постепенно уменьшается. Так как этот
нутриент вовлечен в транспорт сахаров в клетке, метаболизм дрожжей замедляется, а
бродильной активности падает. Спирт, содержание которого тоже постепенно возрастает,
становится токсичным для дрожжей, что еще больше усложняет потребление фруктозы.
Поэтому рекомендуется, чтобы концентрация молекулярного азота (YAN), внесенного в
виде комплексного питания, составляла хотя бы 150 мг/л.
Соотношение глюкоза:фруктоза
Скорость потребления глюкозы и фруктозы дрожжами в процессе брожения очень
сильно зависит от транспорта сахаров, причем глюкоза потребляется быстрее, чем
фруктоза. В затухающем брожении, скорость процесса уменьшается из-за того, что
практически вся глюкоза уже потреблена. Брожение может полностью остановиться, даже
если в сусле остается фруктоза. Из литературы известно, что концентрация остаточной
глюкозы в 10 раз меньше, чем остаточной фруктозы.
Дрожжи
Доказано, что соотношение между потреблением фруктозы и глюкозы не
фиксированный параметр: он зависит от генетики дрожжей и внешних условий.
Исследования доказали генетическое кодирование транспорта гексоз в дрожжевых
клетках. В условиях виноделия несколько генов вовлечены в транспорт сахара, который
регулируется большой семьей генов НХТ. Всего существует 20 генов НХТ. Hxt1 и Hxt7 –
главные транспортеры. Hxt2, Hxt6 и Hxt7 хорошо передают сходство, а Hxt1 и Hxt3 –
плохо. Несколько других генов Hxt обладают средней интенсивностью передачи сходства.
И те гены Hxt, которые хорошо передают сходство, и те которые плохо, обладают лучшим
аффинитетом по отношению к глюкозе, чем к фруктозе, что влияет на потребление этих
гексоз. Концентрация гексоз в среде влияет на действие индивидуальных НХТ генов.
Доказано, что Hxt3 лучше поддерживает процесс брожения, также исследования показали,
что именно этот ген на самом деле отвечает за потребление фруктозы некоторыми
дрожжами.
Февраль 2013
Рис.1 Потребление сахаров разными расами дрожжей
Выводы
Потребление фруктозы винными дрожжами обеспечивает стабильную скорость в
конце спиртового брожения. Когда фруктоза остается главным сахаром сусла (на поздних
стадиях брожения), дрожжи должны потребить ее. В этот момент возникает риск
затухающего брожением, особенно в том случае, если концентрация спирта высока, а
концентрация питательных веществ - недостаточна. В таких ситуациях низкая скорость
брожения объясняется низкой способностью усваивать фруктозу. Как уже упоминалось
выше, разные расы дрожжей обладают разной способностью усваивать фруктозу. Эта
способность условно измеряется при помощи фруктофильного индекса – ФИ.
ФИ – это площадь между кривыми потреблением глюкозы и фруктозы,
построенными благодаря подсчету CO2, ФИ – критерий, используемый при оценке
способности конкретной расы усваивать фруктозу. Во внимание принимается вторая
половина брожения, т.к. именно она очень важна, тут потребляется больше всего сахаров.
Чем меньше эта площадь, тем ближе скорость потребления глюкозы к скорости
потребления фруктозы.
При определенных условия (температура брожения: 24 оС, искусственное сусло с
высоким содержанием азота (YAN = 400 мг/л) и сахаров (260 г/л, глюкоза – 130 г/л,
фруктоза – 130 г/л)) были получены данные, приведенные на рис.1. Наиболее
эффективным потребителем фруктозы является раса Uvaferm 43 YSEO, а наименее –
Uvaferm 71B YSEO.
Исходя из этих результатов, мы исследовали действие нескольких рас в различных
тяжелых условиях, которые влияют на усвоение фруктозы. На рис.2 представлены ФИ
селекционированных дрожжей. Брожение протекало в тех же условиях, только
соотношение глюкоза:фруктоза составляло не оптимальное 1:1, а 1:3 (тяжелые условия
брожения). Содержание глюкозы было ниже, чем содержание фруктозы, что заставило
дрожжи использовать фруктозу. В этих условиях Uvaferm 43 YSEO по-прежнему
проявляют наилучшие свойства, хотя ФИ и уменьшается при соотношении 1:3 во случаях.
В условиях ограниченного содержания азота (100 мг/л) брожение длилось
приблизительно в четыре раза дольше, чем при содержании азота 400 мг/л. Начальный
уровень азота сильно влияет на бродильную активность дрожжей, но не влияет на их
Февраль 2013
способность усваивать фруктозу. При разных уровнях содержания азота дрожжи Uvaferm
43 YSEO показали лучшую способность усваивать фруктозу (рис.3).