От пробирки до кастрюли: Как ученые разрабатывают продукты, которые мы едим каждый день - Анастасия Волчок
Кроме основных технологических стадий на винодельческом производстве есть также дополнительные. В какой-то мере именно они и делают вино каждого производителя уникальным. В массовом, конвенциональном виноделии, которое стремится к стабильному качеству вне зависимости от урожая, в ходе приготовления вин технологи управляют процессом получения сусла и его сбраживанием, а затем доводят вино до кондиции, осветляя его фильтрованием или внося вещества, которые образуют с мелкими взвесями осадок. Чтобы вино получилось более ярким и насыщенным, измельченную виноградную массу настаивают в присутствии ферментных препаратов, выделяемых из специализированных микроорганизмов. К этой практике мы вернемся при обсуждении фруктовых соков.
Для предотвращения излишнего окисления брожение можно проводить в условиях повышенного давления углекислого газа. Избыток СО2 в вине подавляет рост дрожжей, и, изменяя температуру в бродильных чанах, можно менять скорость брожения по желанию. Диоксид серы добавляют в вино также, чтобы остановить в нем процессы окисления, а еще – защитить от бактериального заражения, продлив срок хранения готового вина.
Единственное, на что технолог на заводе повлиять не в силах, – это сам виноград. Первое, что определяет вкусовые качества будущей бутылки. Поэтому вполне логично, что для дорогих вин указывают, ягоды с каких виноградников пошли на их производство. Зачастую именно репутация виноградника формирует цену на продукт.
Выращивание винограда не ремесло, а целая наука, у нее даже есть название – ампелография. Виноградные кусты обрезают и растят определенным образом, причем разные сорта требуют разных климатов и почв. Один и тот же сорт дает совершенно разные на вкус ягоды в разных регионах и даже в пределах одной местности, поэтому вина одинакового сорта, произведенные в разных местах, будут иметь совершенно разные характеристики. Винные дрожжи в этом плане служат винограду достойным партнером. Их воздействие на сусло от штамма к штамму так же различно, а значит, каждая разновидность микроорганизмов делает собственное вино. И этим, конечно, нужно пользоваться.
Изучение процессов брожения в рамках развития виноделия всегда было отдельной темой. Начиная с того времени, как Пастер в 1860 г. доказал, что сахар в спирт превращают дрожжи-сахаромицеты[142], люди стремились подчинить себе дикие микроорганизмы, сделав брожение как можно более предсказуемым. Практика внесения в виноградное сусло чистых дрожжевых культур, выращенных в лаборатории, стала активно распространяться еще в середине прошлого века, и сегодня большая часть коммерческого виноделия использует для производства вин стартовые культуры тщательно отобранных штаммов. И эти штаммы все время изучаются.
Поворотным моментом в исследованиях явилась в 1996 г. расшифровка генома пекарских дрожжей Saccharomyces cerevisiae. С этого времени стало возможно глубже понять функции тех или иных генов, проследить эволюцию применяемых дрожжей, сравнить их между собой и предсказать свойства отдельных микроорганизмов, исходя из характеристик их ДНК[143]. Например, ученые ищут у дрожжей особенные участки ДНК (локусы), которые отвечают у этих микроорганизмов за метаболические процессы, дающие вину его ценные качества: вкус, аромат, плотность. С помощью такого скрининга уже удалось обнаружить 80 локусов, имеющих значение для виноделия[144]. А чтобы отслеживать, какие гены на что влияют, в лабораториях создают дрожжи-мутанты, у которых тот или иной ген выключен. После этого дрожжи выращивают и смотрят, как изменилось их поведение в среде и как мутации сказались на брожении. Таким способом было найдено 93 гена «ферментации»[145]. Выявляя их наличие и активность у дрожжей в разных условиях, например при разной температуре брожения, можно отбирать из коллекций лучшие образцы микроорганизмов для промышленного виноделия[146].
Сейчас мы знаем, что винные дрожжи относятся к одной филогенетической группе, то есть произошли от общих диких предков и в Европу, скорее всего, были завезены из Месопотамии[147]. Для качественных спиртовых дрожжей выделены также ключевые характеристики, которыми они должны обладать, чтобы с успехом применяться в промышленности. Во-первых, это устойчивость к стрессам. Винные дрожжи должны хорошо переносить высокое содержание в среде сахаров, спирта или сульфитов, работать при низких температурах, чтобы вино не окислялось, иметь низкую потребность в азоте, на последних стадиях брожения – уметь утилизировать фруктозу. А для того чтобы их было удобно хранить и продавать, они должны выживать при высушивании.
Вторая часть дела – синтез дрожжами целевых соединений. По завершении их работы в сброженном материале должен присутствовать определенный набор карбоновых кислот, альдегидов и эфиров в сочетании с глицерином, дающий именно тот чувственный опыт, за который вино так ценится, но не должно образовываться нежелательных продуктов. Например, если дрожжи производят много биогенных аминов, вино рискует стать причиной головной боли[148], а накапливающиеся по мере ферментации соединения серы – тиолы и сульфиты – дают вину неприятный тон тухлых яиц, резины или, что еще хуже, кошачьей мочи (pipi de chat). В готовых винах спирты-конгенеры, то есть все, кроме этилового, обладают собственными уровнями токсичности, по-разному усваиваются и вместе с летучими кислотами влияют на вкус и букет конечного продукта, а потому их содержание не должно быть большим. Выходит, синтез спирта – для дрожжей далеко не единственная задача. И промышленное виноделие, выбирая для себя проверенные штаммы, идет по более безопасному пути. В таком вине, в отличие от кустарного, гарантированно не будут править бал дикие культуры с неизвестными характеристиками, например синтезирующие ацетон или метанол.
Ко всему этому нужно еще прибавить свойства, которые делают коммерческие штаммы удобными в работе: быстрый старт брожения, низкое пенообразование, умеренный рост биомассы и компактный дрожжевой осадок.
Список выдвигаемых запросов получается нешуточный. Поэтому неудивительно, что биологи, зная, какими должны быть идеальные дрожжи, стремятся их создать. Примеров, когда генетическая модификация винных дрожжей улучшала их технические свойства, довольно много. С помощью генной инженерии успешно повышали способность дрожжей синтезировать глицерин[149], а увеличивая их способность потреблять фруктозу, добивались более полного сбраживания виноградного сахара[150]. Добавив к винным дрожжам ген из кишечной палочки, ученые создали новый штамм, улучшающий аромат белого вина совиньон[151]. Два трансгенных штамма винных дрожжей были зарегистрированы на территории США, Молдавии
