Использование аскорбиновой кислоты как антиокислителя сусла

Аскорбиновая кислота (C₆H₈O₆) является восстановителем, и её поведение зависит от условий среды: наличия кислорода, активности дрожжей и степени окислительно-восстановительного потенциала сусла или вина.

1. Поведение аскорбиновой кислоты до брожения (аэробные условия)

Аскорбиновая кислота легко окисляется как ферментативным, так и не ферментативным путём. К таким ферментам относятся аскорбатоксидаза, пероксидаза, о-дифенолоксидаза и цитохромоксидаза. Первая непосредственно окисляет аскорбиновую кислоту в дегидроаскорбиновую. Другие же ферменты окисляют её через вторичные продукты окисления. Так, например, о-дифенолоксидаза и пероксидаза в аэробных условиях вначале окисляют полифенолы в хинон, а затем хинон дегидрирует аскорбиновую кислоту в дегидроаскорбиновую, а сам восстанавливается в полифенол.

При контакте с кислородом аскорбиновая кислота окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты (C₆H₆O₆):

C₆H₈O₆ + ½ O₂ → C₆H₆O₆ + H₂O

Дегидроаскорбиновая кислота ещё обладает антиоксидантными свойствами, но является нестабильным соединением, и далее она разлагается до дикетогулоновой кислоты (C₆H₈O₇), которая не обладает антиоксидантными свойствами:

C₆H₆O₆ + H₂O → C₆H₈O₇

Диоксид серы (SO₂) обладает восстановительными свойствами и может взаимодействовать с дегидроаскорбиновой кислотой, восстанавливая её обратно в аскорбиновую кислоту, что замедляет процесс её окисления и разложения:

C₆H₆O₆ + SO₂ + 2 H₂O → C₆H₈O₆ + H₂SO₄

Уточним, что в этой реакции серная кислота образуется в малых количествах, и её концентрация остаётся в пределах, не вызывающих окислительных повреждений.

Для определения минимально необходимого количества диоксида серы (SO₂) необходимо понимать, что для восстановления 1 молекулы дегидроаскорбиновой кислоты (в молекулярной массе около 176 г/моль) потребуется примерно 1 молекула SO₂ (молекулярная масса SO₂ — 64 г/моль). Если в мезге содержится 3 г аскорбиновой кислоты на 100 кг, это будет эквивалентно примерно 0,017 моль аскорбиновой кислоты (3 г / 176 г/моль). Чтобы стабилизировать это количество, потребуется примерно 1,1 г SO₂ (0,017 моль × 64 г/моль).

Однако стоит помнить, что в реальной практике добавление SO₂ всегда происходит с учётом общего содержания кислорода в среде, других химических соединений и факторов pH. Поэтому при добавлении SO₂ обычно придерживаются рекомендации: при добавлении 2 г аскорбиновой кислоты на 100 кг мезги, добавлять 5 г на 100 кг SO₂, что обеспечит эффективное действие без риска для вкуса и качества сусла.

Также дегидроаскорбиновая кислота может восстанавливаться до аскорбиновой кислоты с участием глютатиона (GSH), который восстанавливает её, а сам окисляется до глютатион дисульфида (GSSG):

C₆H₆O₆ + 2 GSH→C₆H₈O₆ + GSSG

Таким образом, увеличение концентрации свободного глутатиона в сусле способствует усилению антиоксидантной активности аскорбиновой кислоты за счёт обратного восстановления дегидроаскорбиновой кислоты до аскорбиновой, что особенно важно при наличии окислительных агентов, таких как железо или медь, поскольку в процессе окисления аскорбиновой кислоты под воздействием меди или железа образуется дегидроаскорбиновая кислота, которая, в свою очередь, при их присутствии быстро распадается с образованием перекиси водорода.

2. Поведение аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислоты в процессе брожения (анаэробные условия)

На ранних стадиях ферментации (до активного брожения, в аэробных условиях) остатки аскорбиновой кислоты и дегидроаскорбиновая кислота, появившаяся в ходе окисления аскорбиновой кислоты на стадии сусла, связывают кислород, предотвращая его окислительное воздействие на фенольные соединения и ароматические предшественники:

C₆H₈O₆ + ½ O₂ → C₆H₆O₆ + H₂O

В ходе ферментации дрожжи активно поглощают кислород, создавая анаэробную среду с преобладанием в ней восстановительных соединений.

В таких условиях при ограниченном кислороде дегидроаскорбиновая кислота распадается на органические кислоты (например, щавелевую кислоту (C₂O₄H₂)) с выделением углекислого газа (CO₂):

С₆Н₆О₆ → С₂Н₂О₄ + СО₂

Помимо этого, дрожжи способны частично использовать аскорбиновую кислоту в своих метаболических процессах.

В то же время можно было бы ожидать, что в восстановительных условиях произойдёт восстановление дегидроаскорбиновой кислоты. Однако на практике этого почти не происходит, поскольку:

1. сусло и вино не содержат ферментов, необходимых для обратного превращения (в живых клетках дегидроаскорбиновая кислота восстанавливается с помощью глутатион-зависимых ферментов, например, дегидроаскорбат редуктазы, а в сусле и вине эти ферменты отсутствуют или неактивны);

2. дегидроаскорбиновая кислота быстро и необратимо гидролизуется;

3. даже в восстановительной среде вина редокс-потенциал недостаточен, чтобы эффективно восстанавливать дегидроаскорбиновую кислоту без ферментативной помощи.

Вместо этого дегидроаскорбиновая кислота быстро гидролизуется до дикетогулоновой кислоты в виду отсутствия в системе необходимых восстановителей (O₂) или ферментов:

C₆H₆O₆ + H₂O → C₆H₈O₇

А дальше эта дикетогулоновая кислота распадается на оксаловую кислоту, треоновую кислоту и разные альдегидные и кетоновые фрагменты. Эти продукты не окислительно-активны, и не формируют перекиси или других агрессивных форм кислорода, то есть окисление вина они не вызывают.

3. Поведение аскорбиновой кислоты после брожения (аэробные условия)

После брожения ситуация резко меняется: дрожжи перестают активно потреблять кислород, винная среда становится слабокислой (pH = 3.0-3.5) и постепенно из восстановительной становится окислительной, особенно при контакте с воздухом (например, при переливе, фильтрации и пр.). В этих условиях поведение аскорбиновой кислоты и её производных становится особенно важным.

В таких условиях сразу начинается её необратимое окисление до дегидроаскорбиновой кислоты.

C₆H₈O₆ + ½ O₂ → C₆H₆O₆ + H₂O

Далее дегидроаскорбиновая кислота необратимо разлагается до дикетогулоновой кислоты (C₆H₈O₇) или до совокупности её с перекисью водорода (H₂O₂):

C₆H₆O₆ + H₂O → C₆H₈O₇

C₆H₆O₆ + O₂ + H₂O → C₆H₈O₇ + H₂O₂

Напомним, что дикетогулоновая кислота не является антиоксидантом, а перекись водорода (H₂O₂) является мощным окислителем, который:

• Реагирует с фенольными соединениями, вызывая потемнение вина.

• Разрушает свободный SO₂, снижая антиоксидантную защиту.

• Катализирует окисление ароматических соединений, ухудшая букет вина.

Аскорбиновая кислота применяется на стадии после брожения исключительно в лечебных целях, когда необходимо устранить стойкие дисульфидные соединения (выраженные тона чеснока и жженой резины), не удаляющиеся традиционными методами. В этом случае аскорбиновая кислота восстанавливает дисульфиды до тиолов (меркаптанов):

R−S−S−R + C₆H₈O₆ ⟶ 2 R−SH + C₆H₆O₆

Которые затем могут быть эффективно связаны с помощью медьсодержащих препаратов:

2 R−SH + Cu²⁺ ⟶ R−S−Cu−S−R + 2 H⁺

Такой подход позволяет целенаправленно очистить вино от нежелательных редуцированных соединений, улучшая его ароматический профиль.

Выводы:

• До брожения аскорбиновая кислота выполняет антиоксидантную функцию и не разлагается до перекиси водорода при оптимальном содержании диоксида серы (SO₂): на 2 г аскорбиновой кислоты необходимо 5 г диоксида серы (на 100 кг мезги).

• В ходе брожения остатки аскорбиновой кислоты полностью расщепляются до дегидроаскорбиновой кислоты, после быстро и безвредно разрушается до дикетогулоновой кислоты и далее — в органические кислоты и фрагменты, не вызывающие окисление.

• После брожения её добавление не приводит к антиоксидантной защите вина, а напротив ведёт к образованию перекиси водорода, ускоряя тем самым окислительные процессы. Применение на данной стадии может быть обусловлено исключительно лечебными целями.