Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

В формировании общих представлений о разнообразии и структуре биосферы актуальным остается изучение видового состава, ареала и области оптимума растительного организма. Исследования такой направленности имеют теоретическую и прикладную значимость, позволяя вести поиск новых источников биоресурсов и новых экологических ниш, в пределах которых растение способно проявлять свои лучшие наследственные свойства.

В республике Дагестан, исторически являющейся одним из ареалов естественного формирования и развития Vitis, приоритет отдается развитию виноградарства и виноделия, являющихся одними из самых эффективных и рентабельных подотраслей АПК страны. Благодаря прекрасным вкусовым качествам, красивому внешнему виду, а главное ценному химическому составу, виноград получил широкое распространение как продукт общего и диетического питания, а также как сырье для производства различных видов продукции. В республике ежегодно производят до 35 % всего российского винограда и, занимая около трети площади насаждений России, она вполне закономерно имеет статус одного их основных производителей виноградовинодельческой продукции в стране [9].

Виноградное растение способное произрастать и давать урожаи в широком диапазоне природных условий, является хорошей моделью для изучения влияния параметров среды на биосинтетические и аккумуляционные свойства. Однако, как и любой растительный организм, оно имеет индивидуальный комплекс приспособлений к факторам среды и благополучно существует в определенных границах их изменяемости. В связи с этим возрастает роль эколого-биохимических исследований, предусматривающих системный подход к проблеме и рассматривающих ее в рамках «климат – почва – биохимические особенности сорта – продукты переработки». Такие исследования, начатые по инициативе профессора Абрамова Ш.А., проводятся в Прикаспийском институте биоресурсов ДНЦ РАН.

Цель работы – исследовать биохимические и технологические свойства винограда, произрастающего в различных почвенно-климатических условиях Дагестана, выявить оптимальные, способствующие реализации биопотенциала растения.

Материалы и методы исследования

Объект исследований – сорт Ркацители, произрастающий в 12-ти хозяйствах, расположенных в равнинных и предгорных районах южной, центральной и северной зон республики, отличающихся наиболее важными абиотическими факторами: теплообеспеченностью и разновидностью почвы. В каждом хозяйстве исследования проводились не менее 3-х лет.

Изучали качественный и количественный состав компонентов, играющих доминирующую роль в метаболизме растения и определении степени ценности свежих плодов и готовой продукции. Исследовали углеводный, кислотный, фенольный и антиоксидантный комплексы винограда, выращенного в различных условиях культивирования. Использовались методы анализов, принятые в энохимии, описанные в специальной литературе и ГОСТах [8]. Полученные в процессе работы показатели обрабатывали методом математической статистики при степени надежности ? = 0,95, с использованием контрольного пакета для технических расчетов Mathcad 7,0 (профессиональная версия) [10].

Результаты исследования и их обсуждение

Выявление реакции виноградного растения на вариабельность экологических факторов проводилось на основе многолетнего сравнительного изучения химического состава его плодов, обусловливающих биохимическую индивидуальность и технологические свойства сорта в конкретной местности.

В данной статье представлены основные фрагменты исследования, демонстрирующие особенности винограда в зависимости от экологии произрастания и его пригодность к широкому использованию.

Для исследования выбраны разнообразные в экологическом аспекте микрорайоны, с виноградниками, расположенными на каштановых, коричневых почвах, различающихся по гранулометрическому составу. Особого внимания заслуживает микрорайон виноградарства, расположенный в экосистеме песчаного массива – бархана Сарыкум, самой высокой дюны Европы. Здесь Ркацители произрастает в жаркой долине, на супесчаной почве, содержащей более 80 % кремнезема. Наряду с супесчаными окрестностями, бархан, сложенный из мелко- и среднезернистого кварцевого песка, в летнее время является мощным аккумулятором тепла, создающим особый по теплообеспеченности микроклимат, отличающийся от большинства виноградовинодельческих районов. Среднегодовая сумма активных температур (САТ – сумма всех суточных температур года, равных 10 °С и выше) достигает 4100 °С, что на 300-350 °С выше характерной для ампелоценозов Дагестана. Легкий механический состав почвы создает естественный дренаж, что обеспечивает растению благоприятный водный, воздушный и тепловой режим [1, 6].

Важнейшей биохимической характеристикой винограда и его реакции на изменчивость параметров среды являются углеводы (сахара), представленные, в основном, глюкозой и фруктозой. Это первичные продукты фотосинтеза, общее содержание которых играет важную роль в формировании достоинств ягод, их питательной ценности, пригодности для использования в свежем виде и переработки.

Особенно важно значение массовой концентрации сахаров в виноделии, поскольку они являются решающим фактором в выборе технологического направления использования винограда и оказывают основное влияние на формирование вкусовых свойств производимых из него напитков. Большое значение имеет биохимическое превращение углеводов, лежащее в основе виноделия, поскольку в процессе сбраживания сахаров наряду с этиловым спиртом образуются продукты обмена, которые оказывают существенное влияние на формирование вкуса и аромата вин.

При исследовании обнаружено совокупное влияние почвенно-климатических условий экотопов на накопление углеводов в винограде, а в отдельные годы удалось наблюдать зависимость их количества от конкретного фактора среды. Так, при сборе урожая в период технической зрелости содержание сахаров в ягодах на опытных участках варьировало от 17,0 до 30,0 г/100см3, что свидетельствует о значительном влиянии экологических факторов на синтез основного компонента химического состава плодов этого растения (таблица). Выявлено, что максимально сорт способен накапливать углеводы (не ниже 22,3 г/100см3 по данным 5-летних исследований) в микрорайоне, расположенном вблизи бархана Сарыкум, где формируется уникальный по теплообеспеченности микроклимат. Следует отметить существенный вклад в формирование повышенного количества сахаров свойств почвы данного микрорайона, степень влияния которой могли наблюдать при сравнении данных, полученных в отдельные годы. Разница в их содержании составляла 7,4 г/100см3. По-видимому, более активному синтезу углеводов и лучшему вызреванию винограда способствует высокая теплопроводность, быстрое нарастание температуры, глубокое прогревание песков и теплоотдача супесчаной почвы. Именно в этих почвенно-климатических условиях, комфортных для виноградного растения, сахаристость ягод иногда достигала 30,0 г/100см3, отмечалась даже способность к завяливанию и заизюмливанию ягод.

Химический состав винограда сорта Ркацители в агроценозах Дагестана

Исследование выявило также влияние вертикальной поясности экотопа на синтез этих органических веществ и тенденцию сорта синтезировать в предгорье (200-250 м над уровнем моря) повышенное количество сахаров. Виноград, выращенный здесь несколько слаще и свежее во вкусе, чем выращенный на равнине [4, 5, 7]. Это обусловлено тем, что метаболизм сахаров тесно связан с обменом органических кислот и представляет собой комплексный процесс, регулируемый набором ферментных систем.

Концентрация титруемых кислот – суммы содержащихся в сусле и вине кислот и их кислых солей – еще один важный показатель химического состава, вкусовых признаков винограда и производимых из него напитков. По его величине ведется наблюдение за ходом созревания винограда, определяется направление использования в виноделии, осуществляется контроль качества вин. Недостаточная кислотность делает вкус вина простым «плоским», повышенная – приводит к резкому, грубому кислому вкусу. К каждому типу вина предъявляются определенные требования по кислотности. Так, например, шампанские виноматериалы должны быть наиболее свежими во вкусе; повышенная кислотность необходима молодым столовым винам, покалывающая кислотность свойственна игристым винам, недобродам и свежевыбродившему суслу.

По нашим данным кислотность винограда в различных районах, и в каждой конкретной местности существенно варьировала по годам и находилась в пределах 4,4-9,8 г/дм3 (таблица). Между тем, отмечена склонность накапливать кислот больше в условиях сравнительно меньшей теплообеспеченности на каштановых и коричневых суглинистых почвах в равнинных, а также предгорных районах, расположенных на высотах 200 – 350 м над уровнем моря.

Комментируя вышеизложенное, следует сказать о важном значении отношения сахаристости к кислотности – глюкоацидометрическом показателе (ГАП), который является одним из определяющих при оценке качества винограда как сырья для выработки вин. Согласно требованиям к винограду, предназначаемому для производства шампанского величина ГАП должна быть не ниже 2,0, а десертных вин – 3,5. Согласно нашим данным, ГАП варьировал в широких пределах, что обусловливает возможность использования сорта для производства различных видов продукции.

К показателям, играющим доминирующую роль, как в обмене веществ растения, так и в определении органолептических, биотехнологических свойств винограда, относятся фенольные вещества (ФВ). Виноград по сравнению с другими культурными растениями наиболее богат полифенольными соединениями, которые в большинстве своем являются мощными антиоксидантами. Являясь биологически активными, ФВ повышают диетическую ценность вин, стойкость к бактериальным помутнениям, способствуют их лучшему осветлению [5]. Они обладают антибактериальным действием, а также Р-витаминной активностью, которая способствует накоплению в организме витамина С. Набольшей витаминной активностью отличаются флавоноиды, к которым относятся лейкоантоцианы, катехины и антоцианы. Технологическое значение ФВ несомненно велико. Они играют большую роль в формировании типичных свойств вина – подвергаясь различным превращениям, участвуя в окислительно-восстановительных процессах, активно влияют на их вкус, цвет и прозрачность. Избыточное содержание ФВ в вине проявляется излишней терпкостью и грубостью во вкусе. С другой стороны, их недостаток приводит к отсутствию определенной полноты, характеризующей вина как «пустые» и «жидкие» напитки. Влияние ФВ на аромат винограда и вин проявляется прямо и косвенно. Косвенное влияние проявляется в том, что вследствие их участия в окислительном дезаминировании аминокислот образуются разные альдегиды с приятным запахом. Такой важный качественный показатель как цвет, определяется содержанием моно- и полимерных ФВ, переходящих из винограда при его переработке.

О состоянии фенольного обмена растения в зависимости от изменчивости почвенно-климатических факторов судили по группе таких компонентов, как – технологический запас суммы фенольных веществ (ТЗСФВ) в винограде; полимерных фенольных веществ (ПФВ) в соке ягод; концентрации лейкоантоцианов – фракции ФВ, относящихся к биофлавоноидам, составляющих значительную долю в их общей массе и поэтому играющих заметную роль в сложении вкусовых и антиоксидантных свойств. К группе активных антиоксидантов относятся и редуктоны – органические вещества, принадлежащие к различным классам соединений, обладающие функцией диэнола, к которым относятся диоксифумаровая и аскорбиновая кислоты.

Содержание всех компонентов фенольного комплекса – ТЗСФВ, СФВ и лейкоантоцианов в винограде, существенно менялось в зависимости от условий местности и года. Так, в Южной зоне совокупное влияние экологических факторов, в том числе высоты расположения виноградников над уровнем моря на биосинтез этих компонентов отразилось следующим образом – массовая концентрация ПФВ в соке варьировала в пределах 529,1 – 723,5 мг/дм3, лейкоантоцианов 270,0 – 312,0 мг/дм3, при технологическом запасе СФВ 2230,0 – 2540,0 мг/дм3. Количество редуктонов в винограде, выращенном в равнинно-предгорных ландшафтах этой зоны составило 14,1 – 15,8 мг/дм3. При этом, более активному синтезу фенольных, а также редуцирующих веществ способствовали условия предгорий на высоте 350 м над уровнем моря [5]. Благоприятное влияние условий предгорий на формирование редуктонов в ягодах Ркацители наблюдали и в центральной зоне Дагестана, где их количество менялось параллельно с высотной отметкой. Максимальное их содержание – 19,4 мг/дм3 обнаружено на высоте 265 м над уровнем моря. Значения 13,2; 10,6; мг/дм3 соответствовали участкам, расположенным ниже – на высоте 200 и 50 м. Анализируя данные, полученные при исследовании сорта в микрорайонах, расположенных в равнинных ландшафтах отмечено следующее – по величине ПФВ определенной зависимости не прослеживается, а для накопления ТЗСФВ (1566,0-3091,0 мг/дм3), наболее благоприятны условия, характерные для большинства виноградарских местностей – САТ 3700-3800 °С и суглинистые почвы. По содержанию лейкоантоцианов, усиливающих диетические и лечебные свойства, выгодно отличается виноград, произрастающий на равнине в более теплой местности на легкой почве, а также в предгорной зоне. Высокое качество этого винограда и продуктов его переработки в некоторой степени обусловлено сравнительно повышенным содержанием в нем редуктонов – 12,1 против 10,6 мг/дм3, обнаруженных на суглинистой почве в температурном режиме, характерном для большинства ампелоэкотопов.

Таким образом, исследование показало варьирование концентраций ФВ и редуктонов в зависимости от изменчивости факторов среды, включая вертикальную поясность, что свидетельствует о необходимости учета этих показателей, наряду с сахаристостью и кислотностью.

Известно, что для выработки шампанских виноматериалов необходимо невысокое содержание ФВ, а для производства десертных вин предпочтительнее их сравнительно повышенная концентрация. Между тем, нельзя забывать о возможностях технологических приемов, применяемых в процессе приготовления вина, которые могут быть направлены на экстрагирование ФВ (механическое воздействие, термическая, ферментная обработка и др.) При этом высокие концентрации ФВ не гарантируют сохранение их в конечном продукте – вине, поскольку в процессе брожения и хранения происходит выпадение части этих веществ в осадок. В связи с этим, актуальным остается вопрос обеспечения оптимального количества ФВ в исходном сырье, учет которого в совокупности с применяемой технологией способствует получению продукции соответствующей ее типичности.

Сравнительный анализ результатов, полученных на примере Ркацители, показывает, что один и тот же сорт винограда, выращенный в неодинаковых климатических условиях, может проявлять различную способность к синтезу компонентов углеводного, кислотного, фенольного и антиоксидантного комплексов, определяющих органолептические свойства винограда, его энергетическую и диетическую ценность, пригодность для производства разнообразной продукции. Это подтверждено исследованиями опытных образцов вин, приготовленных по специальным технологическим схемам, учитывающим особенности качественного состава винограда, формируемого под воздействием условий произрастания. Физико-химические показатели, органолептическая оценка экспериментальных образцов подтвердила преимущество научно обоснованного дифференцированного подхода к использованию виноградных ресурсов. Определены микрорайоны, условия которых способствуют проявлению природных достоинств сорта, формированию его как сырья, пригодного для производства столовых вин, коньячных [7], шампанских виноматериалов [3], десертных и ликерных вин [1,6], высокое качество которых обусловлено как разработанной биотехнологией так и особенностями условий выращивания.

Выводы

Результаты исследований свидетельствуют о значительной изменчивости количественного содержания компонентов углеводного, кислотного, фенольного и антиоксидантного комплексов ягоды, происходящей у Ркацители в зависимости от почвенно-климатических условий произрастания. Полученные сведения являются теоретическим и практическим обоснованием целесообразности проведения подобных исследований на каждом отдельно взятом сорте, поскольку как бы ни было велико его значение, влияние условий среды может перекрывать даже сортовые особенности винограда. Выявленные закономерности, лежащие в основе механизмов биосинтеза первичных и вторичных метаболитов растения позволяют решить проблему рационального размещения и использования виноградных ресурсов.

Рекомендуется новые насаждения виноградников проводить с учетом высотного градиента, особенностей теплообеспеченности и разновидности почв ампелоэкотопов. В центральном и южном Дагестане зона нижнего предгорья (высоты 200-300 м над уровнем моря) формирует виноград, пригодный для получения высококачественных игристых вин и Шампанского; равнинная зона – для производства коньячных виноматериалов и натуральных сухих вин. Виноград, выращенный в самом теплообеспеченном экотопе на супесчаной почве – уникальное сырье для выработки великолепных десертных и ликерных вин. Такой подход с учетом экономических реформ, когда главным критерием оценки урожая является не только количество, но и качество, обеспечит производство оригинальной высококачественной импортозамещающей продукции.