Содержание углеводов и азотистых веществ в листьях винограда в связи с водным режимом – Водный режим – виноград

Углеводов и азотистых веществ

Биохимические процессы накопления в плодах и ягодах

Цели и задачи изучения модульной единицы.

Модульная единица 11. Биохимия плодов и ягод.

Изучить особенности формирования химического состава плодов и ягод в зависимости от генотипа, условий выращивания и режимов питания растений, а также биохимические изменения в плодово-ягодной продукции при хранении и переработке. Научить студентов использовать сведения о химическом составе и биохимических процессах при оценке технологических свойств плодов и ягод и обосновании технологий их хранения и переработки. (Слайды – 110-114).

Плодово-ягодные культуры выращивают с целью получения плодов и ягод, богатых сахарами, органическими кислотами, пектиновыми и минеральными ве­ществами, витаминами и другими полезными химическими соединениями, определяющими питательную и биологическую ценность плодово-ягодной продукции. Накопление ценных для человека органических веществ происходит в паренхимных тканях плодов, образующих плодовую мя­коть, а в семенах откладываются запасные вещества, необходимые для образования проростков. Семена и плодовые оболочки в питательном отношении не представляют ценности, поэтому в пищу и для перера­ботки не используются. Плоды и ягоды представляют собой сочные растительные продукты, в которых повышено содержание воды, а сухое вещество составляет 10-20 %.

Плодовая мякоть образуется в результате разрастания около­плодника под воздействием фитогормонов, поступающих из семенных тканей, где происходит их синтез. Клетки околоплодника начинают усиленно делиться, вызывая интенсивный рост плодов. В дальнейшем происходит формирование зародыша и эндосперма, которое сопровож-дается значительными изменениями биохимических процессов во всех тканях плодов. В этот период, хотя рост плодов за счёт образования новых клеток и замедляется, продолжается интенсивное увеличение их массы вследствие усиления биосинтетических процессов и накопле­ния сухого вещества, в связи с чем ранняя уборка плодов приводит к недобору урожая и ухудшению его качества.

Наиболее высокая активность биосинтетических процессов в созревающих плодах наблюдается в период максимальной активизации дыхания, которое называют климактерическим подъёмом дыхания. После прохождения климактерической фазы созревания начинается уже период старения плодов. В процессе созревания плодов происходит синтез веществ, необходимых для формирования полноценных в биологическом отношении репродуктивных органов, – специфических белков, липидов, различных веществ, обусловливающих вкус и аромат плодов, структурных элементов покровных тканей, витаминов и некоторых других веществ.

Важную роль в процессах созревания плодов играют фитогормоны, и особенно этилен, образующийся в тканях околоплодника. На первых этапах созревания плодов и ягод действие этилена подавляется ауксином, в дальнейшем после завершения формирования семенных тка­ней концентрация ауксина снижается и усиливается синтез этилена. Под влиянием этилена повышается дыхание и проницаемость клеточных мембран, а также ускоряются превращения запасных веществ, которые вначале подвергаются окислению, а на завершающих этапах созревания плодов – декарбоксилированию.

Динамика углеводов. На ранних стадиях образования плодов и ягод в них много синтезируется структурных углеводов – пектиновых веществ, гемицеллюлоз, клетчатки, а у некоторых культур образуется крахмал. При переходе плодово-ягодных культур к стадии созревания плодов в них активизируются процессы превращения полисахаридов в сахара (слайды …), причём состав этой фракции определяется специ­фикой обмена веществ данной культуры. В ягодах очень мало синтези­руется сахарозы и фракция сахаров в них представлена в основном глюкозой и фруктозой. В других плодах, кроме глюкозы и фруктозы, образуется много сахарозы. Из моносахаридов в семечковых плодах обычно преобладает фруктоза, а в косточковых – глюкоза.

Общее количество сахаров в плодах и ягодах в среднем состав­ляет 6-12% сырой массы, в лимоне – 1-3%, персиках, хурме некоторых сортах яблок – 12-20%, а в винограде – до 26%. Накопление в плодах углеводов зависит от сро­ков вегетации растений, вследствие чего поздние сорта характеризу­ются более высоким содержанием сахара. В некоторых плодах и ягодах накапливаются восстановленные производные моносахаридов – спирты, например, в рябине – сорбит, в ананасах и оливках – маннит.

У ряда плодовых культур на первых этапах формирования плодов синтезируется довольно много крахмала ( бананы, яблоки, груши), который на последующих этапах созревания превращается в сахара и другие углеводы, что очень хорошо видно из данных, представленных на слайдах … и …. При хранении плодов увеличение концентрации сахаров происходит также в результате распада сахарозы, а также частичного гидролиза пектиновых веществ, гемицеллюлоз и даже целлюлозы.

В косточковых плодах при созревании сни­жается концентрация пектиновых веществ, однако это происходит не в результате их распада, а вследствие усиления синтеза сахаров и ор­ганических кислот.

В семечковых плодах в процессе созревания довольно активно происходит превращение протопектинов в пектины. В зрелых плодах и ягодах содержание пектиновых веществ колеблется в пределах 0.3-1.5% сырой массы и они способны образовывать желе. При созре­вании плодов и ягод снижается содержание клетчатки (в 2-3 раза) и гемицеллюлоз, в связи с чем они приобретают мягкую консистенцию. В зрелых плодах содержится 0,3-1% клетчатки, в землянике и айве – 1-1,7 %, особенно много в шиповнике – до 20 %. Массовая доля гемицеллюлоз в плодах и ягодах может составлять до 4-8 %.

Азотистые вещества. Азотистые вещества плодов и ягод на 60-70% состоят из белков, основная масса которых представлена лег­кораствори-мыми формами – альбуминами и глобулинами, обладающими высокой биологической ценностью. Фракция небелковых азотистых ве­ществ также обладает значительной питательной ценностью, так как содержит в том или ином количестве незаменимые аминокислоты. В зрелых плодах содержание сырого протеина составляет 1-2% их сырой массы, однако в пересчёте на сухую массу оно в 5-7 раз выше, поэ­тому азотистые вещества наряду с сахарами и органическими кислота­ми являются важными питательными компонентами плодово-ягодной про­дукции. В процессе созревания плодов и ягод концентрация азотистых соединений понижается в 2-3 раза, но в их составе возрастает доля белков.

Содержание азотистых веществ в винограде

Азотистые вещества

Азотистые вещества винограда входят в состав жизненно важных соединений виноградного растения: белков, ферментов, витаминов, аминокислот, нуклеиновых кис­лот, хлорофилла, глюкозидов и др. Они содержатся и в продук­тах переработки винограда (сушеном винограде, соке, вине), но основное значение имеют в процессах первичного и вторич­ного виноделия.

Азотистые вещества винограда состоят из минеральных и органических форм азота. Минеральные формы представлены в основном аммонийными солями, органические формы — аминокислотами, амидами, полипептидами и другими веществами (табл.).

Таблица

Содержание азотистых веществ в винограде

Общее количество, мг/дм3

В пересчете на азот, мг/дм3

Аммонийные соли и нитраты

Другие азотистые вещества

Широкие колебания в содержании азотистых веществ обусловливаются сортом винограда, степенью зрелости и экологи­ческими условиями произрастания.

Аммонийные соли и нитраты Поступают в виноград из почвы и расходуются в основном на синтез аминокислот. При брожении сусла они наиболее легко усваиваются дрожжами и в начале брожения полностью потребляются. Содержание нитра­тов в винах в пересчете на N2O5 составляет 5—7 мг/л.

Аминокислоты Представляют собой производные кислот жир­ного или ароматического рядов, содержащие одновременно аминную (—NH2) и карбоксильную (—СООН) группы:

В настоящее время в виноградном сусле найдено 32 амино­кислоты, причем содержание отдельных аминокислот в вино­граде может колебаться в широких пределах. Аминокислоты яв­ляются основным питательным субстратом для дрожжей; в ре­зультате брожения до 50% аминокислот переходит в дрожже­вую массу и затем отделяется от вина. При направленном био­логическом азотопонижении из бродящего сусла выносятся поч­ти все аминокислоты, кроме неусвояемого пролина и плохоусваиваемого глицина.

Амиды и амины Составляют до 5% азотистых веществ вино­града и играют важную роль в физиологии виноградного рас­тения. Амиды — нейтральные органические соединения типа R—CONH2 (глютамин, аспарагин и др.), легко потребляются дрожжами во время брожения. Амид уксусной кислоты (ацетамид), накапливаясь в малых количествах при переокислении вин, придает им неприятные «ацетамидные тона».

Амины представляют собой продукты замещения атомов во­дорода аммиака на органические радикалы: гистамин, тирамин и др. Образование аминов в вине связывают с деятельностью бактериальной микрофлоры, развивающейся после брожения.

Полипептиды Представляют собой полимеры аминокислот с молекулярной массой до 10000. Они составляют примерно ⅓ от общего содержания, азотистых веществ винограда и при гид­ролизе образуют аминокислоты, постоянно пополняя их техно­логический запас при азотопонижении.

Белковые вещества Представляют собой высокомолекуляр­ные соединения с молекулярной массой до нескольких миллио­нов. Белки состоят из аминокислотных остатков, соединенных между собой пептидными связями и образующих полипептид­ные цепочки, которые, в свою очередь, благодаря водородным, ионным и бисульфидным связям составляют спиралевидную структуру белковой молекулы.

Белковая группа молекул имеет амфотерный характер, который обусловлен наличием молекул одновременно кислотных (-СООН) и основных групп (-NH3 или, вернее в водных растворах – NH3ОН). Однако как кислая так и щелочная диссоциация белка незначительна, так как белки являются очень слабым электролитом. При ферментативном гидролизе простых белков образуются аминокислоты, а из сложных белков, кроме аминокислот, получается еще и небелковый компонент.

Простые белки (протеины) состоят из аминокислот; сложные белки (протеиды), кроме аминокислот, имеют в своем составе также вещества небелковой природы: липопротеиды, гликопротеиды, нуклеопротеиды и др. Белки винограда состоят в основном из протеидов и содержат в среднем 14,3% азота. Изоэлектрическая точка (равенство положительных и отрицательных зарядов) белков винограда лежит в пределах рН 2,8—4,2 в зависимости от сорта винограда.

Белки накапливаются к стадии полной зрелости винограда. Содержание их в ягодах зависит от сорта винограда и почвы. Белки относятся к самым изменяющимся веществам винограда, поэтому в процессе его переработки они могут изменять свои свойства, при нагревании свертываться и выпадать в осадок, быть причиной помутнений соков и вин.

В отдельных случаях белки вина могут выступать в роли защитных коллоидов и, наоборот, задерживать выпадение в оса­док кристаллов солей винной кислоты или других неустойчи­вых коллоидов.

Азотистые вещества винограда играют важную роль в фор­мировании цвета, букета и вкуса вин, подвергающихся тепло­вой обработке. В шампанском производстве они способствуют накоплению связанных форм углекислоты. В состав белковых веществ винограда входят и ферменты, значение которых в технологических процессах очень велико.

Углеводы виноградной грозди

Углеводы являются основными органическими сое­динениями виноградной грозди. Они представлены в винограде моносахаридами, олигосахаридами и полисахаридами.

Моносахариды, или простые углеводы, классифицируются по нескольким признакам: в зависимости от числа атомов углеро­да в молекулах — на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т. д.; по наличию альдегидной или кетонной групп — на альдозы и кетозы; по пространственному располо­жению атомных групп у последнего асимметричного атома — на D- и L-ряды.

Моносахариды — твердые вещества, хорошо растворимые в воде, но склонные к кристаллизации, особенно фруктоза, что проявляется в концентрированных виноградных соках и в ва­ренье из винограда.

В винограде из моносахаридов преобладают гексозы (D-глюкоза и D-фруктоза) и пентозы (D-ксилоза и L-арабиноза). Их общим свойством является способ­ность легко восстанавливать оксид меди (II) в оксид меди (IV) при нагревании в щелочной среде. За это химическое свойство моносахариды называют восстанавливающими (редуцирующи­ми) сахарами.

Пентозы, в отличие от гексоз, дрожжами не сбраживаются и остаются в сухих винах как несбраживаемые (остаточные) са­хара в количестве до 0,3 г на 100 мл.

В условиях повышенной температуры и кислой среды, какой являются сусло и вино, пентозы дегидрируют, образуя альде­гид фурфурол, имеющий харак­терный запах «корочки ржаного хлеба». Эта реакция проходит при уваривании сусла на бекмес, при тепловой обработке мез­ги для приготовления вин типа малага, портвейн, марсала, при дистилляции коньячных виноматериалов. Вступая во взаимо­действие с аминокислотами, фурфурол образует меланоидины — окрашенные вещества с характерным привкусом.

Источником пентоз являются высокомолекулярные пентозаны твердых частей ягод и гребней. Однако вина и коньячные спирты при выдержке в дубовых емкостях могут накапливать арабинозу и ксилозу, образующиеся за счет медленного гидро­лиза древесины дуба.

D-глюкоза (виноградный сахар, декстроза) и D-фруктоза (плодовый сахар, левулёза) содержатся в большом количестве в пчелином меде, винограде и плодах.

Всем моносахаридам свойственно явление таутомерии, когда одно и то же соединение находится в водных растворах одно­временно в нескольких структурных формах. Так, например, мо­лекулы глюкозы, растворенные в воде, лишь на 1% состоят из открытой альдегидной нециклической формы (оксоформы). Ос­тальные молекулы представляют собой таутомерные, цикличе­ские структурные формы, которые изображаются в виде проекционной формулы Фишера или перспективной формулы Хэуорса:

Нагревание глюкозы в кислой среде приводит к потере трех молекул воды и образованию альдегида оксиметилфурфурола, имеющего запах перезревших яблок. Оксиметилфурфурол обнаруживают в бекмесе, в кондитерских изделиях, при­готовленных с уваренным виноградным суслом, и в некоторых сладких винах, подвергавшихся сильной тепловой обработке.

Фруктоза также встречается в открытой кетонной оксоформе и в циклических формах с пирановым (пятиуглеродистым) и фурановым (четырехуглеродистым) кольцом:

Благодаря сладости, калорийности и легкой усвояемости фруктоза и глюкоза составляют главную питательную и вкусо­вую ценность виноградного сока, сушеного винограда, концент­рированного сусла и пищевых продуктов, получаемых на их ос­нове.

В виноградных винах глюкоза и фруктоза — источники об­разования спирта, углекислоты и природной сладости. Добавле­ние свекловичного сахара к вину нежелательно.

По степени сладости сахара резко различаются между со­бой.

Если сладость сахарозы принять за 1,0, то моносахариды выстроятся по следующей шкале: фруктоза—1,7; глюкоза — 0,7; ксилоза — 0,4.

В незрелом винограде отношение глюкозы к фруктозе >1; в стадии технической зрелости их количества примерно равны между собой; при перезревании и увяливании винограда отно­шение глюкозы к фруктозе

Источники:

http://studopedia.ru/1_122349_uglevodov-i-azotistih-veshchestv.html
http://vinograd-vino.ru/sostav-vinograda-i-vina/207-soderzhanie-azotistykh-veshchestv-v-vinograde.html
http://vinocenter.ru/uglevody-vinogradnoj-grozdi.html