Biochemie dusíkatých látek při výrobě vína Ing. Michal Kumšta www.zf.mendelu.cz Ústav vinohradnictví a vinařství kumsta@mendelu.cz Vzdělávací aktivita je součástí projektu CZ.1.07/2.4.00/31.0089 Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Statním rozpočtem ČR
Dusíkaté látky Obtížné celkové stanovení Velká heterogenita Více forem vazby Hrozny obsahují vysoký obsah celkového dusíku (0,1-1 g/l) Asimilovatelný dusík využitelný kvasinkami pro bezproblémové kvašení 180-200 mg/l Celkový dusík Bílá vína Kjelhdahlova metoda mineralizace 70 400 (průměr 185) mg/l Červená vína 140-700 (průměr 330) mg/l Koeficient průměrného obsahu dusíku 6,25: 0,5 4 g/l dusíkatých látek (2-20% bezcukerného extraktu)
Minerální amonné ionty Dusíkaté látky Zaměkání 80% celkového N Zralost 3-10% (desítky mg/l) celkového N Komerční preparáty (NH 4 ) 2 SO 4 ; (NH 4 ) 2 HPO 4 Nízkomolekulární: oligopeptidy glutathion pyraziny Polymerní aminokyseliny ( 25-30%) Polypeptidy (25 40%) Bílkoviny (5 10%)
Dusíkaté látky Kvasinkami přijímané formy - asimilovatelný dusík Amonné ionty a aminokyseliny Hlavní potřeba dusíku je k syntéze proteinů Základní metabolické cesty jsou stejné pro všechny organismy Využití přijímaných forem dusíku Přímé zařazení do syntézy - proteiny Metabolická transformace Klíčová role některých aminokyselin Glutamát a glutamin
Metabolismus amonných iontů Fixace amonného iontu na uhlíkatý skelet meziproduktů glykolýzy 2- oxoglutarát
Metabolismus aminokyselin Transaminační reakce, glutamát jako donor aminoskupiny
Metabolismus aminokyselin Pyridoxal fosfát kofaktor (od pyridoxinu B6) Přenašeč aminoskupiny
Metabolismus aminokyselin
Metabolismus aminokyselin 6 biosyntehckých rodin dle vzniku aminokyselin
Transport aminokyselin Penetrace aminokyselin AkNvace velké skupiny transportních proteinů permeas Obecná permeasa (GAP) Transport všech aminokyselin Inhibice amonnými ionty AkNvní především v dalších fázích fermentace Specifické permeasy Bez inhibice amonnými ionty AkNvní během počátečních fázích fermentace (lag fáze) Přísun specifických aminokyselin
Transport aminokyselin
Transport aminokyselin Silná inhibice transportu aminokyselin ethanolem Ethanol mění permeabilitu fosfolipidové membrány Masivní průnik vodíkových iontů do buněk Výrazné snížení až zánik symportu Dominantní je příjem aminokyselin kvasinkami v lag fázi ukládání aminokyselin do vakuol využití v pozdějších fázích kvašení
Aminokyseliny Aminokyseliny jsou amfolyty náboj závisí na ph Isoelektrický bod pi Hodnota ph při které aminokyselina nenese vnější náboj Závisí na pk funkčních skupin Dělení podle funkčních skupin postranního řetězce ( - R) Kyselé (Glu, Asp) Bazické (Lys, Arg, His) Neutrální (ostatní) Sirné (Cys, Met) Aromatické (Phe, Tyr, Trp, His)
Aminokyseliny
Aminokyseliny mošt 1-4 g/l hlavní aminokyseliny Agrinin, Prolin; Glutamin; Alanin
Aminokyseliny
Degradace aminokyselin Ehrichovo odbourání Deaminované zbytky aminokyselin nelze vyloučit z těla Dekarboxylace a redukce
Degradace aminokyselin Ehrichovo odbourání - Vznik vyšších alkoholů ve víně - Některé vyšší alkoholy nemají přímou souvislost aminokyselinami Pravděpodobný vznik z metabolitů glukózy (propan- 1- ol, butan- 1- ol, atd.) - Jejich tvorba je závislá na druhu a kmeni kvasinek - Obecně apikulátní kvasinky produkují více vyšších alkoholů než S. cerevisiae Faktory podporující vzniky vyšších alkoholů ve víně - vyšší ph, - vyšší teplota - aerace fermentujícího moštu (nikoli provzdušnění moštu před kvašením) - nedostatek asimilovatelného dusíku Vliv vyšších alkoholů na aroma vína - pozinvní (fenyletanol) - neganvní (methionol)
Degradace aminokyselin
Degradace aminokyselin
Degradace aminokyselin Vznik esterů - kvasný buket (sekundární) Kvasinky mají esterifikační schopnost alkohol + kyselina ester kyseliny Tvořeny všemi kvasinkami - Kmen 71B je obzvláště zdatný Vliv teploty- řízené kvašení, nízké teploty podporují tvorbu esterů (15 C) Vliv kyseliny- v kyselejších moštech jich vzniká více Rozklad během stárnutí vína - vyšší teplota a nízké ph Estery vyšších alkoholů s kyselinou octovou: ovocné tóny (banány, sladké tropy; květiny) Isoamylacetát; 2-fenylethylacetát; hexylacetát H 3 C O CH 3 C H 3 O H 3 C O CH 3 O CH 3 O O
Působení β-lyásy (C-N lyásy) Degradace aminokyselin Přímé odštěpení amonných iontů Pouze u několika aminokyselin (Ser, Cys-konjugáty)
Štěpení konjugátů cysteinu Přítomné v hroznech většiny odrůd Sauvignon a jeho příbuzní - řádově vyšší obsah Produkty - vonné thioly Velice náchylné na oxidaci Stejná chemická povaha jako u látek způsobujících sirku Reakce s mědí
Štěpení konjugátů cysteinu Rozložení v bobuli Probíhá během hlavního kvašení Výrazný vliv teploty Optimum je kolem 22 C
Senzoricky mimořádně aktivní Štěpení konjugátů cysteinu
Nejsou jen v Sauvignonu Štěpení konjugátů cysteinu
Výrazný vliv kmene kvasinek Štěpení konjugátů cysteinu HS H 3 C CH 3 CH 3 O SH H 3 C OH SH O H 3 C O CH 3
Vznik sulfanu Nejmarkantnější projev nedostatku FAN Nemusí být vždy absolutní, jde o rychlost rozvoje kvasinek Nejde zcela předpovědět Sirkové ročníky Obtížné odstranění následků Použití výživy v pozdějších fázích kvašení není efektivní Vliv odkalení Kalové částice podporují množení kvasinek Čisté mošty kvasí pomaleji Vliv použití kulturních kvasinek Selekce na nízkou tvorbu H 2 S Vliv použití SO 2 Snadnější substrát pro syntézu H 2 S
Vznik sulfanu
Děkuji za pozornost