1. Схема Эрлиха - Нейбауэра

Согласно теории Эрлиха, высшие спирты образуются при гидролитическом дезаминировании АМК в результате которого образуется аммиак и оксикислота, которая затем декарбоксилируется и переходит в спирт.

Нейбауэр пересмотрел эту схему и внес изменения. Автор считал, что происходит окислительное дезаминирование и первым продуктом будет кетокислота, которая затем декарбоксилируется и полученный альдегид восстанавливается в спирт.

В результате данной реакции образуется спирт или жирная кислота, содержащие на один углеродный атом меньше, чем у исходной АМК.

В настоящее время эта теория подверглась критике, т.к. термодинамические расчеты не подтвердили возможность данного процесса.

Кроме того авторы считали, что АМК являются единственным источником образования высших спиртов, а это как мы уже убедились не так.

С Н₃ +H₂O CH₃ -CO₂

СН-СН₂-СН-СООН CH-CH₂-CO-COOH

С Н₃ -NH₃ CH₃

NH₂ -2Н

лейцин -кетоизокапроновая кислота

CH₃ +2H CH₃

CH-CH₂-CH=O CH-CH₂-CH₂OH

CH₃ CH₃

изовалериановый альдегид +1/2O2 изоамиловый спирт

CH₃

CH-CH₂-COOH

CH₃

изовалериановая кислота

2. Схема Иошицавы-Ямада.

В последнее время ученые считают, что образование высших спиртов протекает на пути синтеза АМК дрожжами. Одна из таких схем впервые была предложена японскими учеными. Авторы экспериментально установили, что возможен синтез высших спиртов с более длинной углеродной цепью, чем у исходной АМК, что не согласуется с теорией Эрлиха. Иошицава и Ямада считают, что исходная кислота конденсируется с “активным” ацетальдегидом с образованием соединения с более длинной цепью углеродных атомов, которые в результате внутримолекулярной перегруппировки и декарбоксилирования переходят в альдегид, а последний восстанавливается в спирт по следующей схеме:

О CH₃

-KoA~SH

С Н₃-СН-СООН СН₃-СО-СООН + СН₃-С~SKoA CH₃-CO-COH-COOH

NH₂

аланин ПВК ацетил-КоА ацетомолочная кислота

СН­₃ -Н₂О СН₃ -СО₂

С-----СН-СООН СН-СО-СООН

СН­₃ СН₃

ОН ОН

,-диокси-изовалериановая кислота -кето-изовалериановая кислота

СН­₃ +2Н СН₃

СН-СН=О СН-СН₂ОН

СН­₃ СН₃

изомасляный альдегид изобутиловый спирт +NH₃

СН₃

СН-СН-СООН

СН₃

NH₂

валин

3. Схема Стикленда

Эта теория объясняет образование жирных кислот при брожении. Исследования показали, что выращивание дрожжей на смеси двух АМК и более повышает выход дрожжей и усиливает брожение, тогда как из теории Эрилха все АМК равноценны. Исходя из этого был предложен другой путь дезаминирования АМК, протекающий по схеме Стикленда:

R ₁-CH-COOH + 2H₂O R₁-COOH + NH₃ + CO₂ + 4H⁺

NH₂

2R₂-CH-COOH + 4H⁺ 2R₂-CH₂-COOH + 2NH₃

NH₂

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

R ₁-CH-COOH + 2R₂-CH-COOH R₁-COOH + 2R₂-CH₂-COOH + 3NH₃ + CO₂

NH₂ NH₂

При данном типе дезаминирования одна кислота служит донором (отдает) водород, а другая - акцептором (присоединяет) водород; при этом обе, дезаминируя, образуют жирную кислоту.

Донорами водорода могут быть: лейцин, валин, аспарагиновая и глютаминовая кислоты, а акцепторами - глицин, пролин, оксипролин, орнитин, аргинин.

В настоящее время считается, что около 50% АМК ассимилируются прямо, без дезаминирования; 40% - по 1-ой и 2-ой схемам; 10% - по 3-ей схеме.

Приведены далеко не все схемы и теории образования вторичных и побочных продуктов брожения. Анализ работ по этой проблеме показал, что в последнее время считают, что образование данных продуктов является результатом регуляторных функций клеток при синтезе АМК. Исходя из современных представлений об аллостерических ферментах, полагают, что в результате проявления обратной связи при избытке синтезируемой АМК полностью или частично будет ингибироваться фермент начальных стадий процесса, что в свою очередь влечет за собой изменения в обмене веществ клетки и накопление метаболитов, среди которых могут быть высшие спирты, жирные кислоты, ацетоин, альдегиды и другие вещества.

Однако, при данных реакциях в действие вступают аллостерические ферменты, в результате чего происходит аллостерическое регулирование. Наряду с этим также протекают реакции переаминирования (АМК+кислота).

Имеющиеся литературные данные показывают сложность путей биосинтеза побочных продуктов брожения, т.к. этот процесс зависит от большого числа внешних факторов - физиологической особенности штамма дрожжей, температуры брожения, степени аэрации, азотистого и углеродного состава среды, рН среды и т.д., поэтому трудно установить единую схему образования продуктов брожения.

Изменение других компонентов сусла при брожении

Как уже сказано выше, основные изменения состава вина при брожении следующие: уменьшается содержание сахара, накапливается СО₂, образуются вторичные и побочные продукты брожения. Кроме того, при брожении происходит уменьшение содержания белков, которые частично гидролизуются, частично потребляются дрожжами, уменьшается количество ферментов, которые адсорбируются дрожжевыми клетками, причем АМК могут прямо ассимилироваться или потребляться после предварительного дезаминирования. АМК, а также белки и пептиды после гидролиза, используются дрожжевыми клетками как питательные вещества, необходимые для построения белков новых клеток.

Процесс изменения сахара при брожении Процесс изменения азотистых веществ

в зависимости от физиологического при брожении

состояния дрожжей

С сахара,% С,% брожение выдержка

на дрожжах

брож

лаг-фаза

20

фаза бурного брожения

10

замедление

, сут , сут

Дрожжи при брожении потребляют практически все вещества, содержащиеся в соке. Поэтому, состав сброженного сусла существенно отличается.

После окончания брожения, если вино выдерживалось на дрожжах, концентрация некоторых веществ начинает расти.

Рассмотрим конкретный пример.

Процессы изменения азотистых веществ при брожении: в первой фазе за счет разложения дрожжей их количетсво падает, далее они остаются постоянными(1) или несколько увеличиваются (2) в случае выдержки на дрожжах. По этим же законам изменяется и активность ферментов.

Фенольные вещества также несколько уменьшаются, за счет связывания их в нерастворимые комплексы с белками и альдегидами и выпадения их в осадок.

Уменьшается содержание винной кислоты и ее солей, которые выпадают в осадок в связи с уменьшением их растоворимости при увеличении в среде концентрации этилового спирта.

С выделяющимся углекилым газом частично выносятся эфирные масла виногарда (ароматообразующие вещества).

Происходит восстановление ненасыщенных соединений в насыщенные:

+2Н

С Н₃-СН₂-СН=СН-СН₂-СН₂ОН СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂-СН₂ОН

генксен-3-ол гексанол

Ряд альдегидов восстанавливается в спирты.

Вопросы для самоконтроля по теме:

1. Какие вещества потребляют дрожжи на этапе брожения сусла?

2. Перечислите основные, вторичные и побочные продукты брожения.

3. Из чего образуются основные и вторичные продукты брожения, механизм их образования?

4. Напишите механизм спиртового брожения.

5. Опишите схему образования глицерина.

6. Из чего образуются побочные продукты брожения, рассмотрите разные схемы?

7. Какие комплексы образуются на стадии образования вина?

Тесты по теме:

1. Основными продуктами брожения являются:

А) Глицерин; Б) Альдегиды; В) Кислоты и высшие спирты; Г) Этанол и углекислый газ.

2. Побочные продукты брожения образуются из:

А) Сахаров; Б) Сахаров и кислот; В) Аминокислот; Г) Фенольных веществ.

3. Глицерин является:

А) Основным продуктом брожения; Б) Побочным продуктом брожения; В) Третичным продуктом брожения; Г) Вторичным продуктом брожения.

4. В схему образования побочных продуктов брожения не входит схема:

А) Фольна-Чокальтеу; Б) Эрлиха-Нейбауэра; В) Иошицава-Ямада; Г) Стикленда.

5. На стадии образования вина происходит выпадение в осадок солей:

А) Янтарной кислоты; Б) Молочной кислоты; В) Винной кислоты; Г) Щавеливой кислоты.