Малолактическое брожение в виноделии

Введение

Процесс в виноделии

Малолактическое преобразование (также известное как малолактическое брожение или MLF) — это процесс в виноделии, в котором терпкая яблочная кислота, естественно присутствующая в виноградном сусле, превращается в более мягкую молочную кислоту. Малолактическое брожение чаще всего проводится как вторичное брожение вскоре после завершения первичного брожения, но иногда может протекать одновременно с ним. Этот процесс является стандартным для большинства красных вин и распространен для некоторых сортов белого винограда, таких как Шардоне, где оно может придавать «маслянистый» аромат благодаря диацетилу — побочному продукту реакции. Реакцию ферментации осуществляют молочнокислые бактерии семейства Oenococcus oeni, а также различные виды Lactobacillus и Pediococcus. С химической точки зрения, малолактическое брожение представляет собой декарбоксилирование, то есть в процессе выделяется углекислый газ. Основная функция всех этих бактерий — превращение L-яблочной кислоты, одной из двух основных виноградных кислот, содержащихся в вине, в другой тип кислоты — L+ молочную кислоту. Это может происходить естественным образом. Однако в коммерческом виноделии малолактическое преобразование обычно инициируется внесением желаемых бактерий, как правило, O. oeni. Это предотвращает размножение нежелательных штаммов бактерий, которые могут вызвать «неправильные» вкусовые оттенки. В свою очередь, коммерческие виноделы активно предотвращают малолактическое преобразование, когда оно нежелательно, например, для фруктовых и цветочных сортов белого винограда, таких как Рислинг и Гевюрцтраминер, чтобы сохранить более терпкий или кислотный профиль готового вина. Малолактическое брожение обычно придает вину более округлое и полное тело. Яблочная кислота обычно ассоциируется со вкусом зеленых яблок, в то время как молочная кислота более насыщенная и имеет маслянистый вкус. Виноград, выращенный в прохладных регионах, как правило, содержит много кислоты, значительная часть которой приходится на яблочную кислоту. Малолактическое брожение обычно усиливает тело и послевкусие вина, создавая вина с более мягким вкусом. Многие виноделы также считают, что лучшая интеграция фруктовых и дубовых нот может быть достигнута, если малолактическое брожение происходит во время выдержки вина в бочках. Вино, подвергающееся малолактическому преобразованию, будет мутным из-за присутствия бактерий и может иметь запах попкорна с маслом, который является результатом образования диацетила. Начало малолактического брожения в бутылке обычно считается винным дефектом, поскольку потребителю может показаться, что вино все еще бродит (из-за выделения CO2). Однако для раннего производства Vinho Verde эта легкая газированность считалась отличительной чертой, хотя португальским виноделам приходилось продавать вино в непрозрачных бутылках из-за увеличения мутности и осадка, образующихся при «MLF в бутылке». Сегодня большинство производителей Vinho Verde больше не придерживаются этой практики и вместо этого завершают малолактическое брожение до розлива, добавляя легкую газированность искусственной карбонизацией.

Malolactic conversion (also known as malolactic fermentation or MLF) is a process in winemaking in which tart tasting malic acid, naturally present in grape must, is converted to softer tasting lactic acid. Malolactic fermentation is most often performed as a secondary fermentation shortly after the end of the primary fermentation, but can sometimes run concurrently with it. The process is standard for most red wine production and common for some white grape varieties such as Chardonnay, where it can impart a "buttery" flavor from diacetyl, a byproduct of the reaction. The fermentation reaction is undertaken by the family of lactic acid bacteria (LAB); Oenococcus oeni, and various species of Lactobacillus and Pediococcus. Chemically, malolactic fermentation is a decarboxylation, which means carbon dioxide is liberated in the process. The primary function of all these bacteria is to convert L malic acid, one of the two major grape acids found in wine, to another type of acid, L+ lactic acid. This can occur naturally. However, in commercial winemaking, malolactic conversion typically is initiated by an inoculation of desirable bacteria, usually O. oeni. This prevents undesirable bacterial strains from producing "off" flavors. Conversely, commercial winemakers actively prevent malolactic conversion when it is not desired, such as with fruity and floral white grape varieties such as Riesling and Gewürztraminer, to maintain a more tart or acidic profile in the finished wine. Malolactic fermentation tends to create a rounder, fuller mouthfeel. Malic acid is typically associated with the taste of green apples, while lactic acid is richer and more buttery tasting. Grapes produced in cool regions tend to be high in acidity, much of which comes from the contribution of malic acid. Malolactic fermentation generally enhances the body and flavor persistence of wine, producing wines of greater palate softness. Many winemakers also feel that better integration of fruit and oak character can be achieved if malolactic fermentation occurs during the time the wine is in barrel. A wine undergoing malolactic conversion will be cloudy because of the presence of bacteria, and may have the smell of buttered popcorn, the result of the production of diacetyl. The onset of malolactic fermentation in the bottle is usually considered a wine fault, as the wine will appear to the consumer to still be fermenting (as a result of CO2 being produced). However, for early Vinho Verde production, this slight effervesce was considered a distinguishing trait, though Portuguese wine producers had to market the wine in opaque bottles because of the increase in turbidity and sediment that the "in bottle MLF" produced. Today, most Vinho Verde producers no longer follow this practice and instead complete malolactic fermentation prior to bottling with the slight sparkle being added by artificial carbonation.

История

Малолактическое брожение, возможно, так же старо, как и история виноделия, но научное понимание положительных эффектов МЛБ и контроля над процессом – относительно недавнее достижение. На протяжении многих столетий виноделы замечали "активность", происходящую в их винах, выдерживаемых в бочках в теплые весенние месяцы после сбора урожая. Подобно первичному спиртовому брожению, это явление высвобождало углекислый газ и, казалось, оказывало существенное влияние на вино, которое не всегда было желательным. В 1866 году Луи Пастер, один из пионеров современной микробиологии, выделил первые бактерии из вина и установил, что все бактерии в вине являются причиной его порчи. Хотя Пастер и заметил снижение кислотности в вине при наличии молочнокислых бактерий, он не связал этот процесс с потреблением яблочной кислоты бактериями, а предположил, что это просто осаждение тартратов. Диацетил может образовываться молочнокислыми бактериями в результате метаболизма сахара или лимонной кислоты. Хотя лимонная кислота естественным образом присутствует в винограде, ее содержание очень невелико, и большая ее часть поступает в вино в результате преднамеренного добавления виноделом для повышения кислотности. В винных условиях с низким окислительно-восстановительным потенциалом (то есть более окислительных, например, в бочке, не полностью заполненной вином), будет потребляться больше лимонной кислоты и образовываться диацетил. В более восстановительных условиях, таких как спиртовое брожение, когда популяции дрожжей достигают пика, а вино насыщено углекислым газом, образование диацетила происходит гораздо медленнее. Дрожжи также способствуют снижению его уровня, превращая диацетил в ацетоин и бутиленгликоль. В винах с избыточным содержанием диацетила некоторые виноделы используют диоксид серы для связывания с этим соединением и снижения восприятия диацетила на 30–60%. Это связывание обратимо, и после нескольких недель выдержки в бутылке или резервуаре высокие уровни диацетила возвращаются. Однако диоксид серы, добавленный на ранней стадии малолактического брожения, ограничивает образование диацетила, подавляя активность бактерий и, в целом, ограничивая их деятельность, включая преобразование яблочной кислоты в молочную. Некоторые виды Pediococcus также могут производить уксусную кислоту другими путями. Вина с высоким начальным pH (выше 3,5) подвергаются наибольшему риску избыточного образования уксусной кислоты из-за более благоприятных условий для видов Lactobacillus и Pediococcus. Известно, что L. Kunkeei, один из так называемых "агрессивных лактобацилл", способен производить от 3 до 5 г/л уксусной кислоты в винах – уровень, который может легко привести к остановке брожения.

Malolactic fermentation is possibly as old as the history of wine, but scientific understanding of the positive benefits of MLF and control of the process is a relatively recent development. For many centuries, winemakers noticed an "activity" that would happen in their wines stored in barrel during the warm spring months following harvest. Like primary alcoholic fermentation, this phenomenon would release carbon dioxide gas and seem to have a profound change on the wine that was not always welcomed. In 1866, Louis Pasteur, one of the pioneers of modern microbiology, isolated the first bacteria from wine and determined that all bacteria in wine were a cause for wine spoilage. While Pasteur did notice an acid reduction in wine with the lactic bacteria, he did not link that process to a consumption of malic acid by the bacteria, but rather assumed it was just tartrate precipitation. Diacetyl can be produced by the LAB through metabolism of sugar or of citric acid. While citric acid is naturally present in grapes, it is in a very small amount with most of it coming from deliberate addition by the winemaker to acidify the wine. In wine conditions that have a low redox potential (meaning it is more oxidative such as in a barrel that is not fully topped up), more citric acid will be consumed and diacetyl formed. In more reductive conditions, such as in alcoholic fermentations where yeast populations are at their peak and the wine is heavily saturated with carbon dioxide, the formation of diacetyl is much slower. The yeasts also help keep levels low by consuming diacetyl and reducing it to acetoin and butylene glycol. With wines that have excessive levels of diacetyl, some winemakers use sulfur dioxide to bind with the compound and reduce the perception of diacetyl by 30 to 60%. This binding is a reversible process and after only a few weeks aging in the bottle or tank, the high levels of diacetyl return. However, sulfur dioxide added earlier in the malolactic fermentation process limits diacetyl production by inhibiting the bacteria and limiting their activity in its entirety, including the conversion of malic to lactic acid. Several species of Pediococcus can also produce acetic acid through other pathways. Wines starting out with a high pH levels (above 3.5) stand the greatest risk of excessive acetic acid production due to the more favorable conditions for Lactobacillus and Pediococcus species. L. Kunkeei, one of the so called "ferocious Lactobacillus" species, has been known to produce 3 to 5 g/L of acetic acid in wines—levels which can easily lead to stuck fermentations.

"Ожесточенный" лактобацилл

В конце 20-го века среди американских виноделов стали отмечать случаи, когда, казалось бы, здоровое брожение стремительно подавлялось высоким содержанием уксусной кислоты, которая подавляла винные дрожжи и приводила к остановке брожения. Изначально предполагалось, что причиной является новый вид Acetobacter или дрожжей, вызывающих порчу вина, но в конечном итоге выяснилось, что это несколько видов Lactobacillus – L. kunkeei, L. nagelii и L. hilgardii, которые коллективно получили прозвище "агрессивные" Lactobacillus за их активное производство уксусной кислоты, скорость размножения и высокую устойчивость к диоксиду серы и другим методам микробиологического контроля. Наибольшему риску заражения "агрессивными" Lactobacillus подвержены вина с высоким pH (выше 3,5), которые подвергались холодной мацерации перед внесением дрожжей и при раздаче винограда получали мало или совсем не получали диоксида серы. Хотя заражение, по-видимому, связано с конкретными виноградниками, на данный момент ни один из вовлеченных видов Lactobacillus не был обнаружен на поверхности свежесобранного винограда.

Акролеин и маннит

Деградация глицерина некоторыми штаммами молочнокислых бактерий (LAB) может приводить к образованию акролеина. Глицерин – полиол со сладким вкусом, присутствующий во всех винах, но в более высокой концентрации в винах, зараженных *Botrytis cinerea*. Акролеин, являясь "активным альдегидом", способен взаимодействовать с некоторыми фенольными соединениями в вине, создавая вина с выраженной горечью, которую Пастер описал как амертум. Хотя было показано, что как минимум один штамм *O. oeni* способен производить акролеин, он чаще встречается в винах, зараженных штаммами *Lactobacillus* и *Pediococcus*, такими как *L. brevis*, *L. buchneri* и *P. parvulus*. Появление акролеинового привкуса также чаще наблюдается в винах, ферментированных при высоких температурах и/или изготовленных из винограда с высоким содержанием сахара (Brix). Гетероферментирующие виды рода *Lactobacillus*, а также некоторые дикие штаммы *O. oeni*, обладают способностью метаболизировать фруктозу (один из основных сахаров в вине) в сахарные спирты маннит и (реже) эритрит. Эти соединения со сладким вкусом могут придавать вину нежелательную сладость (например, в винах Каберне Совиньон). Привкус маннита, описанный Пастером как маннит, в винах часто сопровождается другими дефектами, включая повышенное содержание уксусной кислоты, диацетила, молочной кислоты и 2-бутанола, которые могут способствовать аромату "эфирного уксуса". Вино также может иметь слизистый налет на поверхности.

Фресно-мульча и веревочность

В середине XX века хлопковидный мицелий начал появляться в бутылках некоторых сладких крепленых вин, произведенных в Центральной долине Калифорнии. Будучи креплеными, эти вина часто имели содержание алкоголя более 20%, что обычно препятствует росту большинства микроорганизмов, вызывающих порчу вина. Получив прозвище "Плесень из Фресно" из-за места первого обнаружения, причиной этого роста был определен L. fructivorans – вид, контролируемый санитарными мерами и поддержанием достаточного уровня диоксида серы. Некоторые виды Lactobacillus и Pediococcus (особенно P. damnosus и P. pentosaceus) способны синтезировать полисахариды, придающие вину маслянистую вязкость. В случае Lactobacillus некоторые из этих сахаров могут быть глюканами, которые могут синтезироваться из глюкозы, присутствующей в вине, даже при концентрации 50–100 мг/л (0,005–0,01% остаточного сахара) и поражать, казалось бы, "сухие" вина. Хотя "слизистость" может возникать в бочке или резервуаре, она часто наблюдается в винах спустя несколько месяцев после розлива. Вина с уровнем pH выше 3,5 и низким содержанием диоксида серы наиболее подвержены развитию этого дефекта. Этот недостаток, называемый французами graisse (или "grease"), а Пастером – les vins filant, был обнаружен в яблочных винах и сидре. Его также могут вызывать другие микроорганизмы, такие как Streptococcus mucilaginous, Candida krusei и Acetobacter rancens.

Мышиная и гераническая пятна

Известно, что вина, зараженные L. brevis, L. hilgardii и L. fermentum, иногда приобретают аромат, напоминающий запах помета грызунов. Этот аромат становится более выраженным при растирании вина между пальцами и, при употреблении, может оставлять долгое неприятное послевкусие. Аромат может быть очень сильным, обнаруживаемым при сенсорном пороге всего 1,6 части на миллиард (мкг/л). Точным источником этого аромата являются производные аминокислоты лизина, образующиеся в результате окислительной реакции с этанолом. Хотя нежелательные виды молочнокислых бактерий (LAB) чаще всего связаны с этим дефектом, также известно, что вина, зараженные дрожжами Brettanomyces в присутствии фосфата аммония и лизина, могут проявлять этот недостаток. Сорбат часто используется домашними виноделами в качестве ингибитора дрожжей для остановки спиртового брожения при производстве сладких вин. Большинство видов молочнокислых бактерий способны синтезировать сорбат, образуя 2-этоксигекса-3,5-диен, который обладает ароматом раздавленных листьев герани.

Турне

По сравнению с яблочной и лимонной кислотами, винная кислота обычно считается микробиологически стабильной. Однако некоторые виды Lactobacillus (особенно L. brevis и L. plantarum) способны разлагать винную кислоту в вине, снижая общую кислотность вина на 3–50%. Французские виноделы давно наблюдали это явление и назвали его "турне" (что означает "изменение") в связи с изменением цвета, которое может происходить в вине одновременно, вероятно, из-за других процессов, помимо потери винной кислоты. Хотя Lactobacillus является наиболее частой причиной "турне", некоторые виды плесневых дрожжей Candida также могут метаболизировать винную кислоту.

Неисправности, связанные со здоровьем

Хотя наличие этилкарбамита не является сенсорным недостатком вина, это соединение считается потенциальным канцерогеном и регулируется во многих странах. Оно образуется в результате разложения аминокислоты аргинина, присутствующей как в виноградном сусле, так и в вине в процессе аутолиза мертвых дрожжевых клеток. Ранее наиболее частой причиной образования этилкарбамита в вине было использование мочевины в качестве источника азота, усваиваемого дрожжами (что больше не разрешено в большинстве стран), однако известно, что O. oeni и L. buchneri производят карбамилфосфат и цитруллин, которые могут служить предшественниками образования этилкарбамита. L. hilgardii, один из видов "агрессивных лактобацилл", также подозревается в участии в производстве этилкарбамата. В Соединенных Штатах Бюро по налогам и торговле алкоголем и табаком установило добровольный целевой показатель содержания этилкарбамита в вине – менее 15 мкг/л для столовых вин и менее 60 мкг/л для десертных вин. Биогенные амины были связаны с возможными головными болями, вызываемыми красным вином. В вине были обнаружены гистамин, кадаверин, фенилэтиламин, путресцин и тирамин. Эти амины образуются в результате разложения аминокислот, содержащихся в виноградном сусле, и остающихся после распада мертвых дрожжевых клеток после ферментации. Большинство молочнокислых бактерий (LAB) потенциально способны образовывать биогенные амины, в том числе некоторые штаммы O. oeni, но высокие уровни биогенных аминов чаще всего связаны с видами родов Lactobacillus и Pediococcus. В Европейском Союзе концентрацию биогенных аминов в вине начали контролировать, в то время как в Соединенных Штатах в настоящее время отсутствуют какие-либо нормативные акты в этой области.