.2.2 Образование диацетила и ацетоина в вине
Образование вина сопровождается физико-химическими, химическими и биохимическими процессами, от глубины прохождения которых зависит получение того или иного типа вина [13].
В процессе жизнедеятельности дрожжей в субстрат выделяются метаболиты, которые, вступая во взаимодействие с компонентами вина, обусловливают его характер, букет и вкус. Кроме основных продуктов спиртового брожения - этилового спирта и диоксида углерода - образуются вторичные и побочные продукты: высшие спирты, эфиры, альдегиды, глицерин, органические кислоты, диацетил, ацетоин и др. Основными факторами, влияющими на образование и соотношение этих продуктов, являются условия брожения, состав виноматериалов и раса дрожжей. Селекция специальных рас для производства шампанского и игристых вин позволяет регулировать накопление продуктов брожения, влиять на характер и качество конечного продукта. Этанол является основным продуктом спиртового брожения. Он определяет токсические, аддиктивные, калорические свойства вина и других алкогольных напитков [14].
Метанол спонтанно образуется в процессе энзиматических преобразований пектинов. Особенно много его в красных винах, приготовленных кахетинским способом. Содержание метанола в белых винах обычно колеблется от 20 до 100 мг/л, а в красных - от 80 до 350 мг/л, но может достигать 3000 мг/л и более. В некоторых странах его содержание в вине лимитируется в пределах 1600-2380 мг/л.
Алифатические одноатомные спирты (АОС) - пропиловый, бутиловый, изобутиловый, амиловый, изоамиловый, гексиловый и др. - являются продуктами метаболизма дрожжей. На 20 - 40% АОС в винах представлены изоамиловым и изобутиловым спиртами. Содержание АОС составляет в белых винах 150-400 мг/л, в красных - 300-600 мг/л. В небольших количествах они формируют аромат вин, а в больших - ухудшают их органолептические свойства.
Содержание алифатических двух- и трехатомных спиртов достигает 16-18 г/л. На 90% они представлены 2,3 бутиленгликолем (300-1500 мг/л) и глицерином (400-15000 мг/л), которые смягчают вкус вина.
Алифатические ненасыщенные спирты (0,5-8,0 мг/л), представленные терпеновыми спиртами (гераниол, линалиол, цитронеллол и др.), и ароматические спирты (около 1 мг/л), представленные в основном фенилэтиловым спиртом, определяют ароматические свойства вин.
Содержание этиловых эфиров жирных кислот в вине составляет обычно 50-200 мг/л, этиловых эфиров оксикислот - 100-500 мг/л. Преобладает этилацетат (20-200 мг/л). При длительной выдержке в винах накапливаются в основном кислые эфиры винной, яблочной и янтарной кислот. Максимальное содержание сложных эфиров определяется в хересе (до 1000 мг/л). Большинство эфиров обладает приятным фруктовым запахом. Установлено, что энантовый эфир значительно улучшает, а эфиры уксусной, масляной и валериановой кислот - ухудшают органолептические свойства вина.
Ацетали, продукты взаимодействия альдегидов со спиртами, содержатся в винах в количестве 1-20 мг/л. Основной представитель - диэтилацеталь - обладает приятным фруктовым ароматом. Воски и масла присутствуют в вине в ничтожных количествах. Все эти соединения малотоксичны и не влияют на пищевую ценность вина [15, 16, 17].
Основные моносахариды винограда - глюкоза и фруктоза - почти полностью утилизируются дрожжевыми клетками при приготовлении сухих вин. Сахароза обычно превращается в инвертированный сахар. Кроме гексоз, в винах обнаруживают L-арабинозу (500-1260 мг /л), следы других пентоз и полисахариды. К последним относятся пектиновые вещества, содержание которых достигает 800 мг/л при суточной потребности 15-16 г. Это не позволяет причислить их к категории соединений, определяющих детоксикационные и радиопротекторные свойства вина. Углеводы в крепленых винах могут обеспечивать более 50% их калорийности [15, 18]. Кроме своей непосредственной функции биологического кислотопонижения вин, молочнокислые бактерии влияют на аромат и вкус с помощью нескольких механизмов, включая накопление летучих компонентов, получаемых из винограда или продуктов метаболизма дрожжей. Для вина один из этих летучихкомпонентов диацетил имеет важное стилистическое значение.
Этот дикетон, также известный как 2,3‐бутандион, ассоциируется со «сливочными» нотками вин и образуется как промежуточный продукт метаболизма в редуктивном декарбоксилировании пирувата до 2,3бутандиола [19]. Альдегиды жирного ряда в винах на 90% представлены уксусным и на 10 % - пропионовым альдегидами. Вина, не подвергавшиеся обработке двуокисью серы, содержат от 30 до 50 мг/л ацетальдегида, а обработанные - до 200 мг /л. Содержание ацетальдегида возрастает при хересовании (до 600 мг /л), старении, аэрации вин и действии посторонней микрофлоры. В больших количествах он придает оттенок старого, ровного вина и относится к числу основных факторов, определяющих вкус вин типа марсалы. Из-за высокой реакционной способности альдегиды конденсируются с веществами, содержащими аминогруппу, с образованием меланоидов, восстанавливаются в соответствующие спирты и взаимодействуют с другими продуктами брожения. Содержание альдегидов фуранового ряда (фурфурол, оксиметилфурфурол и метилфурфурол) в винах не превышает 30 мг/л [15, 16]. Кетоны (ацетон, диацетил, 2-бутанон, 2-пентанон и бутиролактон) содержатся в вине в следовых количествах. Лишь ацетоин определяется в концентрациях 3-30 мг/л. Ацетоин, диацетил, 2,3-бутиленгликоль. Эти соединения образуются в процессе брожения в результате восстановительных реакций [20]. При восстановлении ацетоина при алкогольном брожении в субстрате накапливается 2,3-бутиленгликоль. Ацетоин, в свою очередь, образуется при разложении солей органических кислот - пирувата, лактата, цитрата. Известно также, что предшественником ацетоина является пировиноградная кислота.
Ацетоин и диацетил, несмотря на относительно низкую концентрацию в вине, могут оказывать влияние на его аромат. Кроме того, они участвуют в биохимических реакциях, приводящих к образованию других ароматобразующих соединений. Содержание диацетила в вине определяет степень его окисленности. Высококачественное шампанское, отнесенное к винам неокисленного типа, содержит не более 0,8-1,0 мг/дм3 диацетила. При более высоких концентрациях диацетила вино приобретает несвойственные тона окисленности. На образование ацетоина и диацетила влияют наличие и концентрация кислорода и сернистой кислоты, технологические режимы, а также применяемая раса дрожжей.
Образование и разложение диацетила тесно связано с развитием молочнокислых бактерий Oenococcus oeni и метаболизмом сахара, яблочной и лимонной кислоты. Дрожжи также могут синтезировать диацетил во время алкогольного брожения (АБ). Однако большая часть диацетила впоследствии метаболизируется до ацетона и 2,3‐бутандиола.
В малых концентрациях диацетил - как и его комбинации с другими ароматобразующими соединениями вина - формирует дрожжевые, ореховые, хлебные тона.
В большом количестве диацетил привносит сливочные тона,ассоциирующиеся с молоком. Доказано, что пороговая концентрация диацетила сильно зависит от стиля и типа вина и варьируется в пределах 0,2 мл/л (Шардоне)- 2,8мг/л (Каберне Совиньон).
В высоких концентрациях (превышающих 5‐7 мг/л) диацетил расценивается потребителями как нежелательный тон, а в концентрации 1‐4 мг/л (и в зависимости от стиля и типа вина) он, как считается, привносит желаемые нотки сливок и ириса [21].
.2.3 Образование диацетила и ацетоина в молочных продуктах
Характерный аромат кисломолочных продуктов, йогурта, сливок, кисло-сливочного масла, диетического кисломолочного творога и др. появляется в результате деятельности молочнокислых бактерий. Он образуется от карбонильных соединений и летучих кислот, которые накапливаются при сквашивании молока в качестве побочных продуктов [22].
В присутствии только молочной кислоты сгустки молока характеризуются невыраженным вкусом. Аромат сгустку придают, побочные продукты молочнокислого брожения (углекислый газ, уксусная кислота, этиловый спирт, пропионовая кислота, диацетил, ацетальдегид), продукты протеолитического распада белка (пептиды, аминокислоты, серосодержащие соединения - меркаптан, диметилдисульфит) и липолиза (жирные кислоты). Избыток тех или иных продуктов метаболизма микроорганизмов может привестии к возникновению пороков вкуса и запаха. Наиболее важное значение для аромата масла и аромата других молочных продуктов имеет диацетил. Диацетил может образовываться при сквашивании закваски и сливок, в процессе взбивания сливок, в первые дни хранения масла.
Типичный аромат йогурта обусловлен ацетальдегидом; основной компонент аромата кисло-сливочного масла - диацетил - это желтая жидкость, при большом разбавлении она обладает приятным запахом; продуцируется ароматообразующими бактериями - стрептоккоками. Накопление его зависит от температуры, величины рН. Исходным веществом служить лимонная кислота и лактоза; причем при добавлении в молоко цитратов увеличивается выход диацетила. Пировиноградная кислота - промежуточный продукт распада лактозы - реагирует с ацетальдегидом, который образуется из пировиноградной кислоты в результате отщепления СО2 и переходит в ацетилмолочную кислоту.
Диацетил придает аромат творогу, сметане, простокваше. Одновременно с ним образуются ацетоин (ацетилметилкарбинол) и 2,3-бутиленгликоль, которые не обладают ароматом. Они могут быть образованы в результате восстановления диацетила. Восстановление диацетила в ацетоин необратимо, тогда как последующее восстановление ацетоин а в 2,3-бутиленгликоль является обратимой реакцией равновесия. Исходным соединением для образования диацетила и ацетоина являются пировиноградная кислота, если она образуется в избытке при молочнокислом брожении, и лимонная кислота, расщепление которой также происходит через пировиноградную кислоту. При декарбоксилировании этой кислоты образуется ацетоин.
Накоплению диацетила способствует достаточное количество О2. Это подтверждается на практике тем, что при сквашивании сливок обогащение воздухом способствует усилению аромата, а при периодическом способе сбивания масла увеличивается содержание диацетила. Диацетил растворяется в воде и поэтому в водной фазе его содержания больше, чем в чистом молочном жире. Только 10-15% диацетила из сливок, попадает в масло. Высокое содержание диацетила в закваске им сливках является условием получения ароматного кисло-сливочного масла. Ацетоина как правило больше, чем диацетила. Добавляя в закваску лимонную кислоту, можно получить 580 мг% диацетила и ацетоина. Определение диацетила основано на взаимодействие р-ра NaOH - дает розовое окрашивание. Это качественная реакция.
Поскольку количество диацетила увеличивается с повышением степени сквашивания сливок, казалось бы вполне целесообразным для усиления аромата сквашивать сливки до более высокой кислотности. Действительно, масло, выработанное из сливок, сквашенных до высокой кислотности, обладает в свежем состоянии более выраженным ароматом. Однако, при длительном хранении качество его быстро снижается; появляются пороки вкуса, связанные с разложением жира. Поэтому масло, выработанное из сливок, сквашенных до высокой кислотности, можно хранить непродолжительное время [23]. Для максимального образования аромата в кисломолочных продуктах целесообразно использовать многоштаммовые закваски с низкой диацетилредуктазной активностью и поддерживать рН среды ниже 5,5. Содержание диацетила в заквасках обычно составляет 0,2-3,0 мг/л, в кисломолочных напитках его содержание невысокое (0,4 мг/л и ниже, например, в кефире 0,2-0,35 мг/л), более значительные количества накапливаются в сметане (0,3-0,7 мг/л), кисло- сливочное масло содержит более 0,26 мг/л диацетила. В твердых сырах диацетила мало, непосредственно на вкус и аромат он не влияет, но входит в состав компонентов, оказывающих косвенное влияние.
Определяли влияние заквасочных
культур и температуры хранения на устойчивость к окислению и образованию
диацетила в масле. Исследовано влияние заквасочных культур, инокулированных в
сливки, с последующим их созреванием при 21̊С в течение 12 часов и сбиванием на стойкость масла к окислению и
образованию в нем диацетила в течение 4 месяцев хранения [24].
.3 Влияние диацетила на организм
человека
Национальный институт по охране труда и промышленной гигиене США сделал заявление, в котором предположил возможность возникновения серьезных последствий при долгом вдыхании паров диацетила.
Служащим нескольких заводов, производящих искусственные ароматизаторы сливочного масла, был поставлен диагноз облитерирующий бронхиолит - серьезное заболевание легких. Среди пострадавших в основном были молодые, здоровые, некурящие мужчины. Против облитерирующего бронхиолита нет лечения, необходима трансплантация легких. Против компаний-производителей были возбуждены судебные дела, и после этого Агентство по охране окружающей среды США запустило исследование химических свойств ароматизаторов масла, использующихся в производстве попкорна. 26 июля 2006 года Международный профсоюз водителей грузовиков, а также Международный профсоюз работников пищевой промышленности и торговли подали исковое заявление в Администрацию США по охране труда и здоровья, требуя ввести временные нормативы, связанные с чрезвычайным положением, чтобы защитить служащих от вдыхания очень вредных паров диацетила. Заявление сопровождалось подписями более чем 30ти выдающихся ученых. Но решение так и не было принято до сих пор. 21 января 2009 года Администрация США по охране труда и здоровья опубликовала предварительный вариант возможного закона, который бы ограничивал подверженность влиянию диацетила. Проект предусматривает предоставление данных о возможных нарушениях здоровья, способах оценки и сокращения подверженности вредному влиянию, специальном обучении персонала. Помимо диацетила, проект аналогично затрагивает такие вещества как ацетоин, ацетальдегид, уксусная кислота, фурфурол. В законодательстве Калифорнии в данное время существуют два законопроекта на запрет использования диацетила.
Бюллетень и руководство Администрации США по охране труда и здоровья "Worker Alert" 2010 года рекомендует служащим использовать меры предосторожности, чтобы сократить потенциально смертельно опасные последствия работы с ароматизаторами масла, диацетилом или его заменителями.
Специалист по легочным заболеваниям из Денверского Национального Еврейского Медицинского и Исследовательского Центра, доктор Сесиль Рос, в своем письме к федеральным властям и органам государственного регулирования предупредила о возможности развития облитерирующего бронхиолита из-за вдыхания паров диацетила не только у работников производства, но и у простых потребителей. Это связывают с приготовлением попкорна, содержащего диацетил, в микроволновой печи. Первым это письмо опубликовал Дэвид Майклз из Университета Джорджа Вашингтона, Института Общественного Здоровья в своем блоге. Но единственным на данный момент примером служит случай, когда потребителю, который в течение как минимум 10 лет употреблял 2 упаковки попкорна с маслом ежедневно, был поставлен диагноз, часто наблюдающийся у работников предприятий, подвергнувшихся влиянию диацетила, - облитерирующий бронхиолит. В этом случае, нарушение работы легких были объяснены вдыханием паров. Хоть это и редкий случай, но проба, взятая на кухне этого человека, показала такой же уровень диацетила, как и на местах производства попкорна.
Американская Ассоциация производителей экстрактов и ароматизаторов рекомендовала уменьшить содержание диацетила в масле. Первым брендом попкорна, заменившим диацетил на другой ингредиент стал Pop Weaver, который выпускается компанией Weaver Popcorn Company. 17 декабря 2007 года компания ConAgra Foods, выпускающая попкорн под брендами Orville Redenbacher и Act II, официально сообщила, что во всех сортах попкорна с маслом, выпускаемых ими, диацетил не будет использоваться. Продукция с измененным составом появилась на полках магазинов уже в октябре 2007.
Продолжают собирать дополнительную информацию, чтобы уточнить и прояснить любое воздействие диацетила на здоровье человека. В настоящее время нет доказательств риска для здоровья людей, готовящих и употребляющих попкорн или любой диацетилсодержащий продукт в домашних условиях. Эти продукты можно включать в здоровую диету, богатую питательными веществами. Текущие исследования показывают, что может существовать потенциальная опасность для здоровья лиц, которые неоднократно подвергаются воздействию высоких концентраций паров диацетила в течение длительного времени, например, тех, кто работает в учреждениях, занимающихся производством или использованием диацетилсодержащих ароматизаторов. Тем не менее, это не касается среднестатистического потребителя продуктов, содержащих диацетил.
Европейская комиссия разрешила
использование диацетила в качестве ароматизатора во всех европейских странах.
Но в недавнем времени, Европейское ведомство по безопасности продуктов питания
сделало заявление, в котором говорится, что диацетил наряду с другими ароматизаторами
будет перепроверен научной экспертной группой по ароматизаторам и пищевым
добавкам [25].