التخمير في صناعة النبيذ

تتحول عملية التخمير في صناعة النبيذ إلى مشروب كحولي. أثناء التخمير ، تحول الخميرة السكريات الموجودة في العصير إلى إيثانول وثاني أكسيد الكربون (كمنتج ثانوي ). في صناعة النبيذ ، تعد درجة حرارة وسرعة التخمير من الاعتبارات المهمة بالإضافة إلى مستويات الأكسجين الموجودة في العصير في بداية التخمير. يمكن أن يحدث أيضًا خطر التخمير المتوقف وتطور العديد من عيوب النبيذ خلال هذه المرحلة، والتي يمكن أن تستمر في أي مكان من 5 إلى 14 يومًا للتخمير الأولي وربما 5 إلى 10 أيام أخرى للتخمير الثانوي . يمكن إجراء التخمير في خزانات من الفولاذ المقاوم للصدأ، وهو أمر شائع في العديد من أنواع النبيذ الأبيض مثل ريسلينج ، في حوض خشبي مفتوح، داخل برميل نبيذ وداخل زجاجة النبيذ نفسها كما هو الحال في إنتاج العديد من أنواع النبيذ الفوار . ^{[1] [2]}

إن حدوث التخمير بشكل طبيعي يعني أنه ربما تم ملاحظته لأول مرة منذ فترة طويلة من قبل البشر. ^[3] كانت أقدم استخدامات كلمة "التخمير" فيما يتعلق بصناعة النبيذ في إشارة إلى "الغليان" الواضح داخل العصير الناتج عن التفاعل اللاهوائي للخميرة مع السكريات الموجودة في عصير العنب وإطلاق ثاني أكسيد الكربون. تعني الكلمة اللاتينية fervere حرفيًا الغليان . في منتصف القرن التاسع عشر، لاحظ لويس باستور العلاقة بين الخميرة وعملية التخمير التي تعمل فيها الخميرة كمحفز ووسيط من خلال سلسلة من التفاعلات التي تحول السكر إلى كحول. ساهم اكتشاف مسار إمبدن-مايرهوف-بارناس بواسطة جوستاف إمبدن وأوتو فريتز مايرهوف وجاكوب كارول بارناس في أوائل القرن العشرين بشكل أكبر في فهم العمليات الكيميائية المعقدة التي تنطوي عليها عملية تحويل السكر إلى كحول. ^[4] في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، اخترعت شركة GOfermentor المتخصصة في تكنولوجيا النبيذ ومقرها نيوجيرسي جهازًا آليًا لصناعة النبيذ يقوم بالتخمير في بطانات للاستخدام مرة واحدة على غرار المفاعل الحيوي للاستخدام مرة واحدة . ^{[5] [6]}

في صناعة النبيذ، هناك تمييزات بين الخميرة المحيطة التي توجد بشكل طبيعي في أقبية النبيذ وكروم العنب وعلى العنب نفسه (يُعرف أحيانًا باسم "ازدهار" العنب أو "احمراره") والخميرة المزروعة التي يتم عزلها وتطعيمها خصيصًا لاستخدامها في صناعة النبيذ. تشمل الأجناس الأكثر شيوعًا من الخميرة البرية الموجودة في صناعة النبيذ Candida و Klöckera / Hanseniaspora و Metschnikowiaceae و Pichia و Zygosaccharomyces . يمكن أن تنتج الخميرة البرية نبيذًا عالي الجودة ونكهة فريدة؛ ومع ذلك، فهي غالبًا ما تكون غير متوقعة وقد تقدم سمات أقل مرغوبة للنبيذ، ويمكن أن تساهم حتى في التلف. يعيش عدد قليل من الخميرة ومستعمرات البكتيريا اللاكتيكية وحمض الأسيتيك بشكل طبيعي على سطح العنب، ^{[7] لكن صانعي النبيذ التقليديين، وخاصة في أوروبا، يدافعون عن استخدام الخميرة المحيطة كسمة من سمات} تربة المنطقة ؛ ومع ذلك، يفضل العديد من صانعي النبيذ التحكم في التخمير باستخدام الخميرة المزروعة المتوقعة. تنتمي الخميرة المزروعة الأكثر شيوعًا في صناعة النبيذ إلى نوع Saccharomyces cerevisiae (المعروف أيضًا باسم "خميرة السكر"). يوجد داخل هذا النوع عدة مئات من سلالات الخميرة المختلفة التي يمكن استخدامها أثناء التخمير للتأثير على حرارة أو قوة العملية وتعزيز أو قمع بعض خصائص نكهة الصنف . يعد استخدام سلالات مختلفة من الخميرة مساهمًا رئيسيًا في تنوع النبيذ، حتى بين نفس صنف العنب. ^[8] تُستخدم الخميرة البديلة غير Saccharomyces cerevisiae بشكل أكثر انتشارًا في الصناعة لإضافة تعقيد أكبر إلى النبيذ. بعد أن يعمل مصنع النبيذ لعدد من السنوات، تشارك سلالات قليلة من الخميرة بنشاط في عملية التخمير. يقلل استخدام الخميرة الجافة النشطة من تنوع السلالات التي تظهر في التخمير التلقائي من خلال التفوق على تلك السلالات الموجودة بشكل طبيعي. ^[9]

تتم إضافة الخميرة المزروعة عادةً مع الخميرة أولاً في حالة جافة أو "غير نشطة" ويتم إعادة تنشيطها في الماء الدافئ أو عصير العنب المخفف قبل إضافتها إلى نقيع العنب . لكي تزدهر وتكون نشطة في التخمير، تحتاج الخميرة إلى الوصول إلى إمداد مستمر من الكربون والنيتروجين والكبريت والفوسفور بالإضافة إلى الوصول إلى الفيتامينات والمعادن المختلفة . توجد هذه المكونات بشكل طبيعي في نقيع العنب ولكن يمكن تصحيح كميتها عن طريق إضافة العناصر الغذائية إلى النبيذ، من أجل تعزيز بيئة أكثر تشجيعًا للخميرة. توفر العناصر الغذائية ذات الإطلاق الزمني المُصممة حديثًا، والمصنعة خصيصًا لتخمير النبيذ، الظروف الأكثر ملاءمة للخميرة. هناك حاجة للأكسجين أيضًا، ولكن في صناعة النبيذ، يتطلب خطر الأكسدة ونقص إنتاج الكحول من الخميرة المؤكسدة إبقاء التعرض للأكسجين عند الحد الأدنى. ^[10]

عند إدخال الخميرة النشطة إلى عصير العنب، ترتبط الفوسفات بالسكر وتبدأ جزيئات السكر المكونة من ستة ذرات كربون في الانقسام إلى قطع مكونة من ثلاثة ذرات كربون وتخضع لسلسلة من تفاعلات إعادة الترتيب . خلال هذه العملية، يتم إطلاق ذرة الكربون الكربوكسيلية في شكل ثاني أكسيد الكربون مع تحول المكونات المتبقية إلى أسيتالديهيد . يسمح غياب الأكسجين في هذه العملية اللاهوائية بتحويل الأسيتالديهيد في النهاية، عن طريق الاختزال، إلى إيثانول . أثناء تحويل الأسيتالديهيد، يتم تحويل كمية صغيرة، عن طريق الأكسدة، إلى حمض الأسيتيك والذي يمكن أن يساهم في حدوث خطأ النبيذ المعروف باسم الحموضة المتطايرة (بقع الخل). بعد أن تستنفد الخميرة دورة حياتها، تسقط في قاع خزان التخمير كرواسب تُعرف باسم الرواسب . ^[11] تتوقف الخميرة عن نشاطها كلما تم تحويل كل السكر الموجود في عصير العنب إلى مواد كيميائية أخرى أو كلما وصل محتوى الكحول إلى 15٪ كحول لكل وحدة حجم؛ تركيز قوي بما يكفي لإيقاف النشاط الأنزيمي لجميع سلالات الخميرة تقريبًا. ^[12]

إن عملية التمثيل الغذائي للأحماض الأمينية وتحلل السكريات بواسطة الخميرة لها تأثير في تكوين مركبات كيميائية حيوية أخرى يمكن أن تساهم في نكهة ورائحة النبيذ . يمكن اعتبار هذه المركبات " متطايرة" مثل الألدهيدات وأسيتات الإيثيل والإستر والأحماض الدهنية وزيوت الفوسيل وكبريتيد الهيدروجين والكيتونات والمركابتانات أو " غير متطايرة " مثل الجلسرين وحمض الأسيتيك وحمض السكسينيك . كما أن للخميرة تأثير أثناء التخمير في إطلاق هيدروليز الجليكوسيد الذي يمكنه تحلل سلائف النكهة للأليفاتات (مكون النكهة الذي يتفاعل مع البلوط ) ومشتقات البنزين والمونوتربينات ( المسؤولة عن الروائح الزهرية من العنب مثل مسقط وترامينر ) والنوريسوبرينويدات (المسؤولة عن بعض نكهات التوابل في شاردونيه ) والفينولات .

يمكن لبعض سلالات الخميرة أن تولد ثيولات متطايرة تساهم في الروائح الفاكهية في العديد من أنواع النبيذ مثل رائحة عنب الثعلب المرتبطة عادةً بنبيذ ساوفيجنون بلانك . خميرة
بريتانوميسس مسؤولة عن سمة "رائحة الحظيرة" في بعض أنواع النبيذ الأحمر مثل بورغوندي وبينوت نوير . ^[13]

لا يعد الميثانول من المكونات الرئيسية للنبيذ. يتراوح نطاق التركيز المعتاد بين 0.1 جرام/لتر و0.2 جرام/لتر. لا تسبب هذه الآثار الصغيرة أي تأثير سلبي على الناس ولا تؤثر بشكل مباشر على الحواس. ^[14]

أثناء التخمير، هناك العديد من العوامل التي يأخذها صانعو النبيذ في الاعتبار، وأكثرها تأثيرًا على إنتاج الإيثانول هو محتوى السكر في العصير، وسلالة الخميرة المستخدمة، ودرجة حرارة التخمير. ^[15] تخلق العملية الكيميائية الحيوية للتخمير نفسها الكثير من الحرارة المتبقية التي يمكن أن تخرج العصير من نطاق درجة الحرارة المثالي للنبيذ. عادةً، يتم تخمير النبيذ الأبيض بين 18-20 درجة مئوية (64-68 درجة فهرنهايت) على الرغم من أن صانع النبيذ قد يختار استخدام درجة حرارة أعلى لإظهار بعض تعقيد النبيذ. عادةً ما يتم تخمير النبيذ الأحمر عند درجات حرارة أعلى 20-30 درجة مئوية (68-86 درجة فهرنهايت). قد يكون للتخمير عند درجات حرارة أعلى تأثير سلبي على النبيذ في إذهال الخميرة حتى الخمول وحتى "غليان" بعض نكهات النبيذ. قد يقوم بعض صانعي النبيذ بتخمير نبيذهم الأحمر في درجات حرارة أكثر برودة، وهو ما يميز النبيذ الأبيض، من أجل إظهار المزيد من نكهات الفاكهة. ^[11]

للتحكم في الحرارة المتولدة أثناء التخمير، يجب على صانع النبيذ اختيار حجم مناسب للوعاء أو استخدام جهاز تبريد. تتوفر أنواع مختلفة من أجهزة التبريد، بدءًا من ممارسة بوردو القديمة بوضع حوض التخمير فوق كتل من الثلج إلى خزانات التخمير المتطورة التي تحتوي على حلقات تبريد مدمجة. ^[16]

أحد عوامل الخطر المرتبطة بالتخمير هو تطور البقايا الكيميائية والتلف والتي يمكن تصحيحها بإضافة ثاني أكسيد الكبريت (SO ₂ )، على الرغم من أن زيادة ثاني أكسيد الكبريت _يمكن أن تؤدي إلى عيب في النبيذ. قد يوقف صانع النبيذ الذي يرغب في صنع نبيذ بمستويات عالية من السكر المتبقي (مثل نبيذ الحلوى ) التخمير مبكرًا إما عن طريق خفض درجة حرارة العصير لتخدير الخميرة أو عن طريق إضافة مستوى عالٍ من الكحول (مثل البراندي ) إلى العصير لقتل الخميرة وإنشاء نبيذ محصن . ^[11]

يعمل الإيثانول الناتج عن التخمير كمذيب مساعد مهم للمركب غير القطبي الذي لا يستطيع الماء إذابته، مثل الصبغات الموجودة في قشور العنب، مما يعطي أنواع النبيذ لونها المميز، وغير ذلك من المواد العطرية. يعمل الإيثانول وحموضة النبيذ كمثبط لنمو البكتيريا، مما يسمح بتخزين النبيذ بأمان لسنوات في غياب الهواء. ^[17]

في صناعة النبيذ، هناك عمليات مختلفة تندرج تحت عنوان "التخمير" ولكنها قد لا تتبع نفس الإجراء المرتبط عادة بتخمير النبيذ.

التخمير في الزجاجة هو طريقة لإنتاج النبيذ الفوار ، نشأت في منطقة الشمبانيا حيث بعد أن يمر النبيذ بتخمير الخميرة الأساسي، يتم تعبئة النبيذ في زجاجات ويمر بتخمير ثانوي حيث يضاف السكر والخميرة الإضافية المعروفة باسم liqueur de tirage إلى النبيذ. هذا التخمير الثانوي هو ما يخلق فقاعات ثاني أكسيد الكربون التي يشتهر بها النبيذ الفوار. ^[18]

تُعرف عملية النقع الكربوني أيضًا باسم تخمير العنب الكامل حيث يتم تشجيع تخمير العنب داخل حبات العنب الفردية بدلاً من إضافة الخميرة. هذه الطريقة شائعة في إنشاء نبيذ بوجوليه وتتضمن تخزين مجموعات كاملة من العنب في حاوية مغلقة مع استبدال الأكسجين في الحاوية بثاني أكسيد الكربون. ^[19] على عكس التخمير العادي حيث تحول الخميرة السكر إلى كحول، تعمل عملية النقع الكربوني عن طريق إنزيمات داخل العنب تتحلل المادة الخلوية لتكوين الإيثانول وخصائص كيميائية أخرى. عادةً ما تكون الخمور الناتجة طرية وذات نكهة فاكهية. ^[20]

بدلاً من الخميرة، تلعب البكتيريا دورًا أساسيًا في التخمير المالولاكتيكي الذي يتمثل في تحويل حمض الماليك إلى حمض اللاكتيك . وهذا له فائدة تقليل بعض الحموضة وجعل طعم النبيذ الناتج أكثر نعومة. اعتمادًا على نوع النبيذ الذي يحاول صانع النبيذ إنتاجه، قد يحدث التخمير المالولاكتيكي في نفس وقت تخمير الخميرة. ^[21] بدلاً من ذلك، يمكن تطوير بعض سلالات الخميرة التي يمكنها تحويل L-malate إلى L-lactate أثناء التخمير الكحولي. ^[22] على سبيل المثال، سلالة Saccharomyces cerevisiae ML01 ( سلالة S. cerevisiae ML01)، والتي تحمل جينًا يشفر إنزيم مالولاكتيكي من Oenococcus oeni وجينًا يشفر نفاذية المالات من Schizosaccharomyces pombe . حصلت سلالة S. cerevisiae ML01 على موافقة تنظيمية في كل من كندا والولايات المتحدة. ^[23]

• التخمير المشترك