Разработка способов регулирования микробиологических и биохимических процессов в виноделии на основе электромагнитного во з действия

На правах рукописи

ШАКУН Марина Михайловна

Разработка способов РЕГУЛИРОВАНИЯ

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ в виноделии на основе

электромагнитного воздействия

05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,

плодовоовощной продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Краснодар - 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный

технологический университет»

Научный руководитель:	кандидат технических наук
	Христюк Владимир Тимофеевич
Официальные оппоненты:	доктор технических наук
	Агеева Наталья Михайловна
	кандидат технических наук
	Аванесьянц Рафаил Вартанович
Ведущая организация:	ЗАО А/Ф «Мысхако» (Краснодарский край)

Защита диссертации состоится 31 марта 2011 года в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072,

г. Краснодар, ул. Московская 2, ауд. Г-251

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского

государственного технологического университета по адресу: 350072,

г. Краснодар, ул. Московская 2

Автореферат разослан 28 февраля 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. наук В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность исследования. Характерным признаком современного виноделия является внедрение в производство новой техники и прогрессивных технологий, направленных на повышение качества и технико-экономических показателей производства вина.

Ежегодный рост числа отечественных и зарубежных исследований по применению электрофизических способов обработки пищевых продуктов объясняется рядом их преимуществ: невысокой энергоемкостью, широким диапазоном применения, возможностью полной механизации, автоматизации и организации поточного производства. Одно из главных достоинств – отказ от использования добавок, консервантов, стабилизаторов и других химических компонентов, что положительно сказывается на качестве, экологической безопасности и цене готовой продукции.

По изложенным выше причинам активно исследуется воздействие электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона (ЭМП КНЧ) на пищевые среды. Работы, посвященные применению данного способа в мясоперерабатывающем, свеклосахарном, консервном, масложировом производствах, виноделии и пивоварении (Касьянов Г.И., Решетова Р.С., Барышев М.Г., Узун Л.Н. и др.) свидетельствуют о его перспективности.

В связи с этим, исследование влияния ЭМП КНЧ на микробиологические и биохимические процессы являются актуальным.

1.2 Цель работы. Разработать способы регулирования микробиологических и биохимических процессов в виноделии на основе воздействия электромагнитным полем КНЧ.

1.3 Основные задачи исследований:

• определить оптимальные параметры воздействия ЭМП КНЧ для накопления биомассы чистой культуры дрожжей, активных сухих дрожжей, хересных дрожжей и регулирования брожения сусла;

• исследовать влияние ЭМП КНЧ на жизнедеятельность уксуснокислых и молочнокислых бактерий;
• установить возможность регулирования ферментативных процессов, протекающих при производстве различных типов вин, под действием ЭМП КНЧ;
• исследовать химический состав виноматериалов, полученных в результате обработки ЭМП КНЧ сырья и вспомогательных материалов;
• исследовать влияние ЭМП КНЧ на осветляющую способность природных сорбентов и устойчивость вин к помутнениям биологической природы;
• усовершенствовать технологию производства виноградных вин с применением разработанных способов регулирования микробиологических и биохимических процессов на основе электромагнитного воздействия;
• провести апробацию и оценить экономическую эффективность усовершенствованной технологии.

1.4 Научная новизна. Впервые в результате изучения влияния электромагнитного поля на микробиологические процессы в виноделии, выявлены закономерности развития клеток активных сухих дрожжей (АСД) в зависимости от параметров электромагнитного поля.

Обоснованы и установлены частоты ЭМП КНЧ диапазона, положительно воздействующие на жизнедеятельность хересных дрожжей и, как следствие, на сам процесс хересования.

Впервые выявлена возможность применения ЭМП КНЧ с целью профилактики болезней виноматериалов, вызываемых уксуснокислыми и молочнокислыми бактериями.

Установлены параметры ЭМП КНЧ, позволяющие регулировать ферментативные процессы, протекающие при производстве вин.

Научно обоснованы и установлены режимы активации современных осветляющих материалов с использованием электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона.

Новизна технических решений подтверждена 2 патентами РФ на полезные модели №74920 от 20.07.2008 г. и №75855 от 27.08.2008 г.

1.5 Практическая значимость работы. По результатам выполненных исследований усовершенствована технология получения различных типов вин с применением ЭМП КНЧ воздействия. Данная технология позволяет регулировать интенсивность брожения и накопления необходимых химических соединений. Предложены режимы ЭМП КНЧ, позволяющие активировать осветляющую способность сорбирующих материалов и подавлять микрофлору.

Усовершенствованная технология апробирована на винзаводах Филиал ЗАО МПБК «Очаково» «Южная винная компания» и ООО «Кубанские вина». Расчетный экономический эффект от внедрения предложенной технологии составляет от 8,1 до 11,5 руб/дал готовой продукции.

1.6 Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены, обсуждены и одобрены на региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г.Краснодар, 2001); на всероссийском научном семинаре и выставке инновационных проектов «Действие электрических полей (электрического тока) и магнитных полей на объекты и материалы» (г.Москва РАН, 2002); на всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Пищевая промышленность: Интеграция науки, образования и производства» (г.Краснодар, 2005); на юбилейной конференции СКЗНИИСиВ «Методологические аспекты создания прецизионных технологий возделывания плодовых культур и винограда» (г.Краснодар, 2006); на региональной научно-практической конференции «Состояние и перспективы возрождения виноградарства и виноделия в ЮФО» (г.Махачкала, 2006); на международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (г. Барнаул, 2008); на всероссийской научно-практической конференции «Здоровье питание – основа жизнедеятельности человека» (г.Красноярск, 2008); на международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (г.Новосибирск, 2008); на международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнология» (г.Казань, 2008).

1.7 Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 11 публикаций в материалах конференций; получено 2 патента РФ на полезные модели.

1.8 Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, обзора научно-технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложения. Материалы диссертации изложены на 140 страницах компьютерного текста, содержат 43 таблицы и 25 рисунков. Список литературы включает 160 источников, в том числе 25 – зарубежных авторов.

2 Объекты и методы исследований

2.1 Объекты исследований. В соответствии с поставленной целью и задачами диссертационной работы в качестве объектов исследований использовали виноградное сусло из винограда сортов Саперави, Каберне-Совиньон, Рислинг, Алиготе, а также приготовленные из них виноматериалы. Для брожения сусла использовали чистую культуру дрожжей (ЧКД) расы Шампанская 7-10С, а также активные сухие дрожжи следующих штаммов: IOС 18- 2007, IOC BR 8000, IOC R 9002, IOC B 2000, IOC R 9008. В отдельных экспериментах использовали уксуснокислые бактерии Acetobacter aceti и молочнокислые бактерии Lactobacillus plantarum.

Для исследования процесса хересования под воздействием электромагнитного поля КНЧ диапазона были использованы хересные дрожжи расы Херес 96-К и специально подготовленный для хересования виноматериал винзавода ООО «Кубанские вина».

Для исследования влияния электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона на процессы осветления были использованы следующие виноматериалы: сухой белый Совиньон урожая 2005г. винзавода ЗАО «Южная винная компания» и сухой красный Каберне-Совиньон урожая 2005г. ЗАО АФ «Южная». В качестве оклеивающих материалов были использованы продукты компании «Эрбслё» (Германия) Эрбигель, NаCалит и Клар-золь супер.

2.2 Методы исследований. Для определения основных показателей химического состава виноматериалов применяли стандартные методы ГОСТ и ГОСТ Р, а также методические рекомендации ИВиВ «Магарач» (Украина) и методики международных методов анализа и оценки вин и сусел (Мехузла Н.А., 1993).

Количественный и качественный состав летучих компонентов в винных дистиллятах устанавливали методом газожидкостной хроматографии на приборе «Кристалл- 2000 М». Анализ аминокислотного состава проводили на установке «Капель-103Р».

Подсчет дрожжевых клеток осуществляли с помощью камеры Горяева с применением красителей. Для дифференцированного подсчета бактерий использовали поляризационный интерференционный микроскоп с люминесцентной насадкой «Poland».

Активность ферментов в виноматериалах определяли по методике С.П. Авакянца (1987г.).

Статистическую обработку результатов исследований проводили с использованием современной компьютерной программы StatSoft Statistica 6.0.

Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема исследований

ЭМП КНЧ воздействие на исследуемые системы осуществляли с помощью установки, представленной на рисунке 2. Синусоидальные колебания крайне низкочастотного диапазона с выхода генератора 1 поступали на вход частотомера 2, на вход осциллографа 6 и на излучающее устройство 4, представляющее собой многослойную катушку, помещенное внутри экранированной камеры 3.

1 - генератор электромагнит- ных колебаний Г3-118 2 - частотомер — Ф5041 3 - емкости для загрузки исследуемых биосистем 4 - излучающее устройство 5 - объект исследования 6 - осциллограф — С1-69

Рисунок 2 – Схема установки для обработки объектов производства вин

электромагнитным полем крайне низкочастотного диапазона

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Влияние электромагнитного поля на жизнедеятельность микроорганизмов. Основные процессы в виноделии базируются на жизнедеятельности дрожжей, на осуществляемых ими биохимических превращениях. Среди микроорганизмов, присутствующих на самом винограде и попадающих таким образом в сусло, выделяют молочнокислые и уксуснокислые бактерии, которые могут развиваться в условиях высокой активной кислотности, осмотического давления сахаров и спирта в уже готовом вине.

3.1.1 Влияние электромагнитного поля на развитие дрожжей. Для изучения влияния ЭМП на жизнедеятельность дрожжей был проведен следующий эксперимент. Определенное количество разводки ЧКД и АСД выбранной расы помещали в установку, где обрабатывали электромагнитным полем с величиной магнитной индукции В=0,9 мТл на различных частотах и с различной продолжительностью воздействия. На следующие сутки определяли количество микроорганизмов с помощью камеры Горяева (рисунки 3а и 3б).

Исходя из полученных данных, были выбраны оптимальные режимы обработки ЭМП:

- при воздействии различными частотами ЭМП в диапазоне 3-30 Гц на разводку ЧКД расы Шампанская 7-10C наблюдается ускоренный рост биомассы дрожжей при частоте 16 Гц, продолжительность воздействия 30 минут (рисунок 3а).

- при обработке сухих дрожжей расы IOС 18- 2007 максимальный рост биомассы наблюдается при частотах 3 и 16 Гц, а угнетающее действие оказывает частота 30 Гц (рисунок 3б), при той же продолжительности воздействия.

а

б

Рисунок 3 – Влияние частоты ЭМП и продолжительности воздействия на

прирост биомассы дрожжей: а) ЧКД расы Шампанская 7-10С; б) АСД расы IOС 18- 2007

В результате проведенных экспериментов для дальнейшего исследования были выбраны частоты 3, 16 и 30 Гц и продолжительность воздействия 30 минут.

Основываясь на уже имеющихся материалах о воздействии электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона на живые клетки, проводился эксперимент по выявлению влияния ЭМП в интервале частот 3-30 Гц на развитие хересных дрожжей, при величине магнитной индукции В=0,9 мТл и продолжительности воздействия 40 минут. Стимулирующее воздействие на хересные дрожжи оказывают частоты 16, 18 и 24 Гц: наблюдалось увеличение биомассы на 29%, 14% и 20% соответственно.

3.1.2 Влияние электромагнитной обработки дрожжей на физико-химические показатели полученных виноматериалов. Проведен комплексный анализ виноматериалов, полученных брожением сусла из сорта винограда Алиготе с применением дрожжей расы Шампанская 7-10С и IOС 18-2007, обработанных частотами 3 и 16 Гц. Наиболее полное сбраживание сахаров наблюдалось в образцах, полученных с применением расы IOС 18-2007, обработанного при частоте 3 Гц, и расы Шампанская 7-10С, обработанной при частоте 16 Гц. Данный факт подтверждает результаты полученные ранее – дрожжи, подвергшиеся обработке в течение 30 минут (при частотах 3 Гц для расы IOС 18–2007 и 16 Гц для расы Шампанская 7-10С) лучше накапливали биомассу, чем контрольные образцы, не подвергающиеся обработке ЭМП.

Установлено влияние обработки дрожжей ЭМП КНЧ на концентрацию ароматических веществ. В виноматериале, полученном на расе дрожжей Шампанская 7-10С, (f=3 Гц), сложные эфиры обнаружены в следах, а в случае обработки при частоте 16 Гц их количество по сравнению с контрольным образцом увеличилось в 1,6 раза (таблица 1).

Таблица 1 – Изменение массовой концентрации сложных эфиров и

высших спиртов в виноматериалах в результате обработки ЭМП КНЧ

Массовая концентрация, мг/дм3	Раса дрожжей
	Шампанская 7-10С				IOC 18-2007
	Частота, Гц
	К	3	16	К		3	16
Этилацетат	следы	следы	следы	0,82		1,89	1,22
Этикаприлат	следы	следы	следы	следы		1,69	следы
Метилкаприлат	4,46	следы	6,75	следы		10,78	следы
Этиллактат	0,50	следы	0,73	следы		следы	следы
Этилформиат	следы	следы	0,43	следы		следы	следы
	4,96	следы	7,91	0,82		14,36	1,22
1-пропанол	15,25	13,33	15,88	37,09		44,92	42,29
Изобутанол	37,24	31,51	35,58	25,49		30,85	28,73
Изоамиловый спирт	74,50	63,02	79,38	88,02		96,21	90,92
1-гексанол	0,59	следы	0,77	0,65		0,90	0,78
	127,58	107,86	131,61	151,25		172,89	162,71

Наиболее разнообразный качественный состав эфиров наблюдается в образце, полученном с использованием расы IOС 18- 2007, (f=3 Гц), что сказывается и на количественных характеристиках. В этом же образце отмечено максимальное накопление высших спиртов и метилового спирта, что может быть связано с повышенной активностью гидролитической функции эстеразы. Разнообразнее и аминокислотный состав данного образца только в нем обнаружены аспарагиновая кислота (5,74 мг/дм3) и -фенил--аланин (0,57 мг/дм3). Суммарное количество аминокислот в 1,3 раза выше, чем в контроле и составляет 462 мг/дм3. Фенилаланин содержится в четырех образцах: в виноматериалах, сброженных дрожжами расы Шампанская 7-10С, в контрольном и обработанном при частоте 3 Гц; виноматериалах, полученных брожением на сухих дрожжах, обработанных при частоте 16 Гц и контроле. Триптофан присутствует во всех анализируемых образцах, но его повышенное количество обнаружено в виноматериале, сброженном на АСД (f=3 Гц).

Содержание уксусной кислоты в виноматериале, сброженном дрожжами расы Шампанская 7-10С (f=3 Гц), уменьшилось более чем в 3 раза по сравнению с другими образцами, а содержание уксусного альдегида увеличилось по сравнению с контрольным образцом почти в 3 раза. Вероятно, это объясняется переходом уксусной кислоты в альдегид под действием окислительно-восстановительных ферментов, т.к. активность О-дифенолоксидазы в этом образце увеличилась в 1,3 раза по сравнению с контрольным образцом (таблица 2).

Проанализировав химический состав образцов, можно сделать следующие выводы: в образце виноматериала, полученном брожением сусла с применением дрожжей расы Шампанская 7-10С, обработанных при f=16 Гц, наблюдается высокое содержание сложных эфиров, -фенилэтанола (52,49 мг/дм3), что обуславливает более полный и гармоничный аромат и вкус вина. Для сухих дрожжей расы IOС 18-2007 можно рекомендовать частоты обработки 3 и 16 Гц, содержание вкусо- и ароматобразующих компонентов в которых примерно на одном уровне.

Аналогичным образом были изучены виноматериалы, полученные брожением сусла из сортов винограда Каберне-Совиньон и Рислинг штамами IOC BR 8000, IOC R 9002, IOC B 2000, IOC R 9008. В результате проведенных исследований дрожжи, предназначенные для производства белых вин, рекомендуется обрабатывать при частотах воздействия 3 и 16 Гц, для красных - 16 Гц.

3.1.3 Влияние электромагнитного поля на физиологическое состояние уксуснокислых и молочнокислых бактерий. Определенное количество разводки УКБ и МКБ вносили в виноматериал, полученную субстанцию обрабатывали ЭМП в течение 30 минут с величиной магнитной индукции В=1,2 мТл на частотах 3, 6, 9, 12, 16, 20, 24, 27 и 30 Гц.

а

б

Рисунок 4 – Влияние ЭМП на развитие уксуснокислых бактерий:

а) 1 сутки после обработки; б) 6 суток после обработки

Результаты отображены на рисунках 4а и 4б. На третьи сутки в образцах УКБ, обработанных при частоте 3, 6, 12, 16, 24 и 30 Гц, отмечалось уменьшение количества живых клеток практически вдвое. Активный прирост биомассы наблюдался в образцах, обработанных при частоте 20 и 27 Гц, но особенно - при 9 Гц. На шестые сутки эксперимента в образцах, обработанных ЭМП КНЧ, большая часть бактерий погибла. Максимальное количество живых клеток содержится в образцах, обработанных при частотах 6 и 24 Гц. Следует отметить, что в контрольном образце клетки развивались интенсивнее, чем во всех опытных вариантах. Наиболее приемлемой для решения проблемы инактивации уксуснокислого брожения является частота обработки 30 Гц. Как следует из полученных данных, именно при этой частоте воздействия УКБ погибают быстрее, не накапливая биомассы.

В исследуемых образцах и контроле МКБ был проведен анализ на содержание молочной кислоты, продуцируемой молочнокислыми бактериями. Минимальное количество молочной кислоты содержится в образцах, обработанных при частоте 3 и 30 Гц, максимальное – в контрольном образце.

Из выше изложенных результатов можно сделать вывод об угнетающем воздействии на МКБ электромагнитного поля, особенно - при частоте 30 Гц. Это является важным фактом, поскольку развитие МКБ может привести к молочнокислому скисанию вина.

Поскольку частота 30 Гц является угнетающей и для МКБ, и для УКБ, мы рекомендуем ее использовать для обработки виноматериалов с целью профилактики микробиальной порчи вина.

3.2 Регулирование ферментативных процессов, протекающих при производстве различных типов вин, под действием электромагнитного поля. Виноматериалы, полученные в ходе эксперимента, были исследованы на предмет активности ферментов, таких как: О-дифенолоксидаза (ОДФО), b- фруктофуранозидаза (БФФ), эстераза (Э).

Проанализировав активность ферментов полученных образцов, можно сделать следующие выводы: наибольшая активность ферментов b-фруктофуранозидазы и гидролитическая функция эстеразы отмечены в образцах виноматериалов, полученных с применением дрожжей рас Шампанская 7-10С и IOС 18–2007, обработанных при частоте 3 Гц, что экспериментально подтверждается накоплением в данных образцах продуктов реакций, катализируемых данными ферментами. При частоте обработки 16 Гц интенсифицируются процессы этерификации под действием синтетической функции эстеразы в образце, сброженном расой Шампанская 7-10С. Это подтверждается увеличением количества сложных эфиров в этом образце (таблица 1). На основании полученных данных о влиянии ЭМП КНЧ на ферменты была разработана технология приготовления специального вина типа портвейн и получен патент на полезную модель №74920 от 20.07.2008 г.

Таблица 2 – Влияние ЭМП КНЧ на активность ферментов

Раса дрожжей	Частота, Гц	ОДФО, усл.ед.	Э, усл.ед.		БФФ, усл.ед.
			гидролитическая функция	синтетическая функция
Шампанская 7-10С	К	0,21	3,1	2,5	2,2
	3	0,28	5,0	2,1	4,2
	16	0,24	4,0	5,0	2,6
IOC 18-2007	К	0,34	5,5	4,0	3,7
	3	0,38	5,7	4,2	5,4
	16	0,20	7,4	3,8	1,9

При производстве красных вин процессы окисления вызывают ухудшение их окраски, приводя к окислению полифенольных соединений. В современном виноделии для инактивации оксидаз применяют сернистый ангидрид. Возможно, использование ЭМП КНЧ поможет сократить его дозировку. В сусло из сортов винограда Каберне-Совиньон и Саперави вносили различное количество SO2 и сбраживали с применением расы, IOC 9002 R, обработанной при частотах 6, 18 и 30 Гц. В полученном виноматериале определяли активность О-дифенолоксидазы. Из таблицы 3 следует, что частота 30 Гц подавляет активность О-дифенолоксидазы, при пониженных дозировках SO2.

Таблица 3 – Влияние ЭМП КНЧ диапазона и SO2 на активность

О-дифенолоксидазы (усл.ед.)

№ образца	Частота, Гц	Активность О-дифенолоксидазы, усл. ед.
		без SO2	с SO2, мг/дм3
			50		75		100			125
Каберне-Совиньон
1	6	1,86		0,79		0,42		0,21	0,04
2	18	1,24		0,58		0,39		0,11	-
3	30	0,83		0,38		0,11		-	-
4	К	1,05		0,49		0,30		0,09	-
Саперави
5	6	2,00		1,24		0,54		0,29	0,09
6	18	1,77		1,16		0,30		0,15	-
7	30	1,03		0,55		0,14		0,08	-
8	К	1,84		0,90		0,40		0,11	0,05

3.3 Изменение химического состава продуктов в процессе хересования с применением электромагнитной обработки. Для проведения хересования использовали дрожжи, обработанные при выбранных частотах 3, 15, 18, 24 и 30 Гц. Через месяц полученные образцы виноматериалов были исследованы на предмет изменения химического состава. Из таблицы 4 мы можем видеть, что наибольшее количество ацетальдегида накопилось в образце № 6, обработанном при 24 Гц и контрольном, а наименьшее - в образце, обработанном при частоте 30 Гц. Снижение его содержания, возможно, объясняется тем, что в некоторых случаях хересные дрожжи используют ацетальдегид для активации процессов метаболизма. В пользу этой гипотезы говорит тот факт, что в этом же образце наблюдается максимальное снижение содержания этанола (таблица 5). В этом же образце отмечается наименьшее накопление ацетоина, диацетил и фурфурол не идентифицированы (таблица 4).

Таблица 4 – Изменение состава ароматобразующего комплекса хересных

виноматериалов под действием ЭМП КНЧ

№ образца	Частота, Гц	Массовая концентрация, мг/дм3
		ацет- альдегид	диацетил	ацетоин	фурфурол	2,3-бутилен-гликоль(р)	2,3-бутилен-гликоль(м)	1,3-бутилен-гликоль
1	Контроль до хересования	169,35	-	35,55	8,69	694	87,8	17,77
2	Контроль	214,42	-	148,5	-	2341	204,3	24,5
3	3	185,9	-	240,2	13,19	1296	179,9	17,98
4	16	172,43	-	260,6	11,95	1219	219,9	-
5	18	171,11	9,19	252,2	37,53	1881	229,6	-
6	24	217,7	14,2	278,3	13,84	1160	206,1	11,45
7	30	155,87	-	149,8	-	1762	227,1	17,49

Таблица 5 – Изменение массовой концентрации этанола и ароматических

соединений в хересных виноматериалах в результате

обработки ЭМП КНЧ

№ образца	Частота, Гц	Массовая концентрация, мг/дм3
		этил-ацеталь	этанол	каприновый альдегид	фенил-этанол
1	Контроль до хересования	2,89	14,79	17,08	23,75
2	Контроль	3,46	9,43	-	51,14
3	3	-	8,45	44,35	56,99
4	16	-	8,17	234,81	57,31
5	18	-	9,26	112,89	60,60
6	24	-	8,77	20,30	50,78
7	30	-	7,65	8,83	47,0

Количество 2,3-бутиленгликоля, образующегося при восстановлении диацетила, в контрольном образце почти в 2раза выше, чем в обработанных ЭМП КНЧ виноматериалах, а диацетил не обнаружен в связи с его полным восстановлением. Аналогичная картина наблюдается в образцах № 3, 4 и 7, хотя содержание 2,3-бутиленгликоля в них существенно ниже. При частотах воздействия 18 и 30 Гц содержание ароматобразующих соединений увеличилось более чем в 2,5 раза, в основном за счет высокого содержания как рацемической, так и мезоформ 2,3-бутиленгликоля.

Кроме того после процесса хересования во всех образцах, кроме четвертого был найден этилацетат (таблица 6). В наибольшем количестве он присутствовал в образце, обработанном при 3 Гц. Этиллактат обнаружен только в контроле. Метилацетат и этилкаприлат выявлены примерно в равных количествах лишь в образце, полученном при обработке частотой 3 Гц. Этилформиат содержится во всех образцах кроме контрольного и обработанного при частоте 30 Гц. Обработка при частотах 18 и 24 Гц привела к увеличению содержания этилформиата в 5-6 раз по сравнению с образцами, обработанными при частотах 3 и 16 Гц. Метилкаприлат обнаружен во всех образцах без исключения. Но содержание его в образцах, полученных обработкой при 16 и 18 Гц, в 8-14 раз превышает его содержание в других образцах. Суммарное количество эфиров минимально в образце, обработанном при 30 Гц, и максимально в образце, полученном при воздействии частоты 16 Гц, хотя данный показатель достигнут за счет очень высокого содержания метилкаприлата.

Таблица 6 – Изменение массовой концентрации сложных эфиров

хересных виноматериалов под действием ЭМП КНЧ

№ образца	Частота, Гц	Массовая концентрация, мг/дм3
		этил- ацетат	метил-каприлат	этил- лактат	этил-формиат	метил- ацетат	этил- каприлат
1	Контроль до хересования	-	5,34	-	-	-	-	20,48
2	Контроль	1,46	4,68	7,53	-	-	-	13,67
3	3	6,56	4,70	-	1,79	9,75	9,34	32,13
4	16	-	63,78	-	1,77	-	-	65,55
5	18	1,41	36,51	-	10,46	-	-	48,39
6	24	4,60	3,86	-	8,41	-	-	16,97
7	30	2,40	2,72	-	-	-	-	5,12

Из изложенного выше следует, что для процесса хересования наиболее благоприятна частота воздействия 18 Гц (рисунок 5а). В данном образце наиболее широко представлена ароматобразующая составляющая, высокое содержание высших спиртов, сложных эфиров. При частоте воздействия 30 Гц подавляется развитие хересной пленки (рисунок 5б), и, как следствие, замедляется процесс накопления альдегидов и ацеталей.

а б

Рисунок 5 – Хересная пленка после воздействия ЭМП: а) частота

воздействия 18 Гц; б) частота воздействия 30 Гц

3.4 Влияние ЭМП на осветляющую способность природных сорбентов и устойчивость вин к помутнениям биологической природы. Необработанный виноматериал в объеме 100 мл обрабатывался ЭМП КНЧ с величиной магнитной индукции 1,2 мТл в течение 30 минут на частотах 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27 и 30 Гц. В первую партию виноматериала после воздействия ЭМП были внесены NaCaлит и Эрбигель, дозировка препаратов была выбрана опытным путем, исходя из рекомендуемых соотношений (5г NаCалит + 1 г Эрбигель /дал). Вторая группа образцов была обработана препаратами Клар-золь супер и Эрбигель (5 мл Клар-золь Супер + 1 г Эрбигель/дал). После обработки виноматериалов ЭМП и внесения оклеивающих веществ на следующие сутки фиксировали процесс осветления по степени прозрачности (Т,%), объему осадков (Vосад). Помимо этого в образцах определяли содержание белка и аминного азота.

Положительное влияние на процессы осветления оказали частоты 9, 12, 15 Гц, при этом улучшались показатели степени прозрачности, а осадок становился компактнее (таблица 7). При всех схемах обработок, комбинированных с воздействием ЭМП КНЧ = 18 Гц, в виноматериале количество осаждаемых белков уменьшалось, а аминного азота – увеличивалось, в независимости от виноматериала и оклеивающих материалов. Обрабатывать виноматериал следует до внесения оклеивающих материалов. Как показали эксперименты, полученная при оклеивании суспензия под действием электромагнитного поля расслаивается, зачастую довольно существенно, при этом процесс осветления становится более длительным и менее эффективным.

Таблица 7 – Изменение показателей прозрачности, микробиологической

стабильности и содержания белковых веществ в виноматериале сорта Каберне-Совиньон после обработки ЭМП КНЧ и оклейки (NaCaлит + Эрбигель)

Частота, Гц	Белок, мг/ дм3	Аминный азот, мг/ дм3	Т, % (=670 нм)	Vосад, %	Кол-во клеток в 10 полях зрения
Кдо оклейки	63,1	159,5	78,6	-	11
Кпосле оклейки	22,4	147,2	94,1	9,1	2
3	21,3	140,1	95,3	8,8	3
6	21,0	129,6	95,0	9,3	2
9	19,6	129,9	97,9	7,5	2
12	20,1	138,1	97,2	8,2	1
15	21,3	135,9	97,8	8,7	2
18	33,8	115,2	96,4	9,1	3
21	27,6	136,4	95,1	9,3	2
24	25,9	128,1	94,5	8,6	1
27	39,8	128,4	94,3	9,0	1
30	39,2	137,3	95,2	9,3	0

Установлено, что наиболее стойкими к помутнениям биологической природы оказались образцы, обработанные при f=30 Гц.

Важно отметить, что изучение химического состава виноматериалов, осветленных с применением ЭМП КНЧ, нежелательных изменений в конечном продукте не выявило.

С учетом полученных экспериментальных данных, была усовершенствована технология производства столовых и специальных виноматериалов (рисунок 6). Электромагнитные способы воздействия включены на следующих этапах производства: обработка мезги; обработка ЧКД и АСД; обработка разводки хересных дрожжей для интенсификации процесса хересования; предварительная обработка виноматериалов перед оклейкой для сокращения потерь при отстаивании; обработка осветленных виноматериалов с целью профилактики микробиальной порчи вина; обработка вин, пораженных молочнокислыми или уксуснокислыми бактериями для подавления их жизнеспособности.

ВЫВОДЫ

1. Определены оптимальные параметры воздействия ЭМП КНЧ на дрожжевые клетки различных рас. Частоты, стимулирующие развитие клеток и накопление биомассы, для расы Шампанская 7-10C – 16 Гц, для штаммов IOС 18- 2007, IOC BR 8000, IOC R 9002, IOC B 2000, IOC R 9008 - 3 и 16 Гц, для расы Херес 96-К – 16 Гц. Величина магнитной индукции В = 0,9 мТл, время воздействия 30 минут.

2. Установлено влияние электромагнитного поля в диапазоне частот 3-30 Гц на развитие уксуснокислых и молочнокислых бактерий. Обработка при f = 30 Гц подавляет развитие данных микроорганизмов. Активное развитие УКБ наблюдается при частотах воздействия 3, 6, 16 Гц. Диапазон 6-24 Гц стимулирует размножение МКБ и накопление продуцируемой ими молочной кислоты.

3. Выявлено, что наибольшая активность ферментов b-фруктофуранозидазы и гидролитическая функция эстеразы проявляется при частоте воздействия 3 Гц. При частоте обработки 16 Гц под действием синтетической функции эстеразы интенсифицируются процессы этерификации. Частота 30 Гц подавляет активность О–дифенолоксидазы.

4. Установлено, что для производства белых вин целесообразно применять обработку дрожжей при частотах 3 и 16 Гц, для получения красных вин – 16 Гц, для процесса хересования – 16-24 Гц.

5. Установлено положительное воздействие на процессы осветления белых и красных сухих виноматериалов обработки ЭМП КНЧ (f= 9-15 Гц, В = 1,2 мТл, = 30 минут). Воздействие электромагнитного поля при f= 30 Гц, В = 1,2 мТл, = 30 минут повышает устойчивость вин к помутнениям биологической природы.

6. Научно обоснованы и разработаны способы регулирования микробиологических и биохимических процессов в виноделии на основе воздействия ЭМП КНЧ. Усовершенствована технология производства различных типов вин с применением предложенных способов.

7. Разработанные способы апробированы в промышленных условиях. Расчетный экономический эффект от внедрения разработанных способов в зависимости от типа обрабатываемого виноматериала в Филиале ЗАО МПБК «Очаково» «Южная винная компания» составил 8,1 руб./дал и в ООО «Кубанские вина» - 11,5 руб./дал.

Список публикаций по теме диссертации

1. Шакун, М.М. Влияние электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона на состав виноматериалов, полученных в результате обработки мезги и сусла / Л.Н. Узун, М.М. Шакун, В.Т. Христюк// Матер. третьей регион. науч.-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса». – Краснодар. – 2001. – С. 240-241.
2. Шакун, М.М. Влияние электромагнитного поля на пищевые среды / Л.Н. Узун, В.Т. Христюк, М.Г Барышев., М.М. Шакун // Всерос. научный семинар и выставка инновационных проектов на тему: «Действие электрических полей (электрического тока) и магнитных полей на объекты и материалы». Москва РАН. – 2002. – С.118-119.
3. Шакун, М.М. Влияние электромагнитного поля на ферментативные процессы, протекающие при производстве вин / М.М. Шакун, Л.Н.Узун, В.Т. Христюк // Сб. матер. Всерос. науч.-практич. конф. с межд. участием «Пищевая промышленность: Интеграция науки, образования и производства». – Краснодар. – 2005. – С. 432-434.
4. Шакун, М.М. Влияние электромагнитного поля на микроорганизмы вина / М.М.Шакун, Л.Н. Узун, В.Т. Христюк // Сб. матер. Всерос. науч.-практич. конф. с межд. участием «Пищевая промышленность: Интеграция науки, образования и производства». – Краснодар. – 2005. – С. 434-435.
5. Шакун, М.М. Влияние электромагнитного поля на микробиологические и биохимические процессы, протекающие при производстве виноматериалов / М.М. Шакун, В.Т. Христюк, Л.Н. Узун // Известия ВУЗов. Пищевая технология. – 2005. – № 2-3. – С.46-55.
6. Шакун, М.М., Действие электромагнитного поля на оклеивающие вещества при обработке виноматериалов / М.М. Шакун, В.Т. Христюк, Л.Н. Узун, Е.А. Полежаева // Сб. статей. Новации и эффективность производственных процессов виноградарства и виноделия. Т. 2. Виноделие. – Краснодар. – 2005. – С. 122-123.
7. Шакун, М.М. Исследование влияния электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона на жизнедеятельность хересных дрожжей / М.М. Шакун, В.Т. Христюк, Л.Н. Узун, Р.Н. Ткаченко // В тематическом сб. матер. Юб. Конф. к 75-летию СКЗНИИСиВ «Методологические аспекты создания прецизионных технологий возделывания плодовых культур и винограда. Том.2. Виноделие. – Краснодар. – 2006. – С.242-243.
8. Шакун, М.М. Воздействие физических факторов на развитие хересных дрожжей / В.Т. Христюк, М.М. Шакун, Л.Н. Узун, Р.Н.Ткаченко // Сб. матер. Регион. науч.-практич. конф. «Состояние и перспективы возрождения виноградарства и виноделия в ЮФО». – Махачкала, ДагГТУ, 2006. – С.106-108.
9. Шакун, М.М. Влияние физического воздействия на бродильную способность активных сухих дрожжей/ М.М. Шакун, Л.Н. Узун, В.Т. Христюк, Ю.Н. Канапацкая // XI Межд. науч.-практич. конф. «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств». – Издательство АлтГТУ – Барнаул, 2008. – С. 153-155.
10. Шакун, М.М. Влияние электромагнитного поля на микробиологические процессы при производстве виноматериалов / М.М. Шакун, Л.Н. Узун, В.Т. Христюк // Всерос. науч.-практич. конф. «Здоровье питание – основа жизнедеятельности человека». – Краснояр. гос. торг.-экон. ин-т. – Красноярск, 2008. – С.130-136.
11. Шакун, М.М. Использование энергии электромагнитного поля для развития микроорганизмов / М.М. Шакун, Л.Н. Узун, В.Т. Христюк, К.Ю. Курячая // IX Межд. конф. молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». – Казань, 2008. – С.165-166.
12. Шакун, М.М. Изменение химического состава виноматериалов, в результате обработке электромагнитным полем / М.М. Шакун, Л.Н. Узун, В.Т. Христюк // V Межд. науч.-практич. конф. «Пища. Экология. Качество». – Новосибирск, 2008. – С.154-155.
13. Шакун, М.М., Подавление болезнетворных микроорганизмов физическими методами воздействия / М.М. Шакун, Л.Н. Узун, В.Т. Христюк // Виноделие и виноградарство. – 2008. – № 4. – С.12-13.
14. Патент РФ на полезную модель №74920 Линия производства специального вина типа портвейн / Узун Л.Н., Шакун М.М., Христюк В.Т., Курячая К.Ю.// заявка №2008112403; заявл. 31.03.2008 г.; опублик. от 20.07.2008 г.
15. Патент РФ на полезную модель №75855 Линия для осветления и стабилизации вина / Шакун М.М., Узун Л.Н., Христюк В.Т., Курячая К.Ю./ заявка №2008117000; заявл. 29.04.2008 г., опублик. от 27.08.2008 г.