Шампанизация — это биохимический процесс вторичного брожения вина в герметически закрытых сосудах, в течение которого происходит насыщение вина образующимся углекислым газом за счет его растворения и обогащение химическими соединениями в результате образования новых компонентов вследствие жизнедеятельности дрожжей, а также взаимодействия образующихся соединений с другими составными частями вина.
Таким образом, в результате вторичного брожения вино превращается из однофазной жидкой системы в двухфазную систему вино-углекислый газ и приобретает игристые и пенистые свойства, характерные для шампанского. При этом часть СО2 взаимодействует с компонентами вина и в шампанском накапливается так называемая связанная углекислота R-СО2. Связываться углекислота может в результате биохимических реакций и физико-химического взаимодействия СО2 с некоторыми составными частями вина.
Основная масса углекислоты, образующейся при вторичном брожении, растворяется в вине непосредственно в зоне расположения активных дрожжей, и только небольшая ее часть абсорбируется в результате массопередачи через границу раздела фаз. Это обеспечивает благоприятные условия для биохимического связывания СО2 в процессе шампанизации, так как большая часть СО2 переходит в вино, минуя газообразную стадию.
Для формирования типичных качеств шампанского имеют значение только относительно непрочные формы R-СО2. При их разрушении углекислый газ медленно освобождается, переходит в растворенное состояние и затем постепенно выделяется из шампанского в виде мелких пузырьков, улучшая его игристые и пенистые свойства. Поэтому в процессе шампанизации необходимо обеспечивать условия, благоприятствующие накоплению в вине R-СО2.
Образование различных соединений СО2 с другими элементами вина происходит в процессе вторичного брожения под избыточным давлением вследствие биокаталитических реакций. Роль биокатализаторов при этом выполняют дрожжи.
СО2 может включаться и в цикл биохимических превращений. При брожении вина СО2выделяется в виде ангидрида, способного связываться без предварительной гидратации путем прямого или непрямого карбоксилирования, давая ряд соединений типа кетокислот. В условиях большой концентрации углекислоты и высокого давления кетокислоты могут накапливаться в вине и являться источником химически связанной углекислоты. Тем не менее природа связанной углекислоты шампанского окончательно не выяснена. Поэтому для производства шампанского имеет значение определение суммарного содержания всех форм связанной СО2, которые независимо от их природы при снятии избыточного давления способны освобождать СО2 с меньшей скоростью по сравнению с выделением растворенного углекислого газа.
В процессе вторичного брожения происходит также физико-химическое взаимодействие СО2с компонентами вина. Углекислота адсорбируется коллоидами вина и взвешенными в нем частицами. Лучше связывают СО2 вещества, приобретающие в вине положительный заряд — белки, танаты и т.п. Обогащение вина в процессе шампанизации и последующей выдержки на дрожжах продуктами автолиза дрожжей способствует связыванию углекислоты. Белковые, дубильные, красящие и пектиновые вещества, а также продукты их окисления и химического взаимодействия имеют чрезвычайно развитую поверхность, и, следовательно, обладают большой адсорбционной способностью.
Шампанизируемое вино приобретает специфические особенности химического состава, обусловленные накоплением продуктов вторичного брожения и ферментативного автолиза дрожжей. Эти продукты, участвуя в сложении аромата и вкуса, оказывают также большое влияние на формирование наиболее характерных качеств (свойств) шампанского. В результате вторичного брожения в вине изменяется содержание и состав азотистых веществ, возрастает концентрация общего аминного азота, с которыми связывают стабилизацию монодисперсной пены. Наряду с азотистыми соединениями практическое значение имеют альдегиды и высшие спирты.
Устойчивость системы вино-СО2 в ходе шампанизации увеличивается, приобретая наибольшее значение к моменту окончания вторичного брожения, главным образом, благодаря обогащению вина ПАВ, накоплению которых способствуют процессы, протекающие при низком уровне ОВ-потенциала. Основные процессы, определяющие типичные свойства и характерные качества шампанских вин, протекают при нарушении герметичности и понижении давления в системе вино-СО2.
При резком нарушении герметичности системы вино-СО2 («выстрел» пробки) температура газов в надвинном пространстве сосуда понижается, и в результате конденсации паров вина возникает туман. Его образование рассматривается как одно из специфических качеств шампанского. Вследствие снижения давления в надвинной камере до атмосферного раствор СО2 в вине становится пересышенным и избыточное количество СО2 выделяется из вина. После полного снятия избыточного давления уже содержащиеся в вине мельчайшие пузырьки СО2 будут быстро расширяться за пределы равновесного значения радиуса сначала за счет избытка внутреннего давления, а затем в результате массопередачи СО2 в пузырек из окружающей жидкости. Зародышевые пузырьки СО2, находящиеся в замкнутой системе вино-СО2 в равновесном состоянии, после снятия давления быстро выделяются, так как в этом случае не затрагивается работа на разрыв (кавитация) жидкости, необходимой при возникновении газообразной фазы в жидкой. Выделение же растворенной (абсорбированной) СО2 через стадию образования новой фазы, связанное с затратой определенной энергии, проходит более медленно.
Пузырьки СО2, всплывающие на поверхность, или разрываются, или формируют пену (в зависимости от наличия стабилизирующих факторов вина). При разрыве пузырька образуются капли двух видов — крупные, имеющие диаметр до 0,1 см и мелкие, с диаметром несколько микронов, которые, как при взрыве, разлетаются с большой начальной скоростью в разных направлениях.
Крупные капли, образующиеся в небольших количествах, вызывают эффект фонтанирования поверхности шампанского и создают своеобразное освежающее впечатление при его потреблении. Мелкие капли, напротив, образуются в большом количестве и интенсифицируют испарение легколетучих ароматических компонентов и способствуют более сильному восприятию букета вина.
Таким образом, в процессе шампанизации происходит образование различных форм связанного диоксида углерода в результате его химического, физико-химического и биохимического взаимодействия с компонентами вина. Поэтому и распад комплексов типа R-СО2 с выделением диоксида углерода протекает с разной скоростью и может существенно влиять на игристые и пенистые свойства шампанского.
Процесс шампанизации обогащает вино не только различными соединениями СО2, но и способствует накоплению в нем продуктов автолиза дрожжей, которые оказывают большое влияние на формирование типичных свойств и органолептических показателей игристого вина.
В результате развития дрожжей из вина удаляется кислород и предотвращается образование перекисей, что значительно снижает ОВ-потенциал вина.
Высокая концентрация СО2 в среде, отсутствие кислорода и низкий уровень ОВ-потенциала создают благоприятные условия для накопления в вине большого количества редуктонов — веществ, обладающих восстановительными свойствами. Кроме того, избыточное давление СО2 способствует выделению из дрожжей ферментов вследствие повышения проницаемости оболочек дрожжевых клеток. В результате стимулируются биохимические процессы восстановительного характера, положительно влияющие на сложение типичных качеств игристых вин.
При брожении в условиях повышенного давления по сравнению с брожением, проходящем при барометрическом давлении, образуется меньшее количество высших спиртов и глицерина, накапливается больше азотистых веществ, уменьшается содержание кетокислот, винной кислоты, увеличивается — молочной, почти полностью используется яблочная кислота, происходит увеличение содержания азотистых веществ, образуются новые аминокислоты.
После окончания вторичного брожения дрожжевые клетки проходят стадию автолиза, который сопровождается выделением в вино ферментов, биологически активных веществ, продуктов ферментативного гидролиза клеточных плазменных структур. При этом автолиз проходит две стадии. Первая из них характеризуется протеканием энергозависимых ферментативных реакций, сопровождаемых снижением АТФ в клетках и преимущественным выделением в среду азотистых соединений дрожжей. На второй стадии автолизируемые клетки не содержат АТФ и их поведение соответствует поведению пассивной многокомпонентной системы. В вине накапливаются при этом различные аминокислоты, эргостерин, липиды, маннан, ароматообразующие и другие вещества (органические кислоты, альдегиды, ароматические спирты, эфиры, витамины В1 и В2), формирующие букет и вкус шампанского. В частности, ценимый в выдержанном шампанском «подсолнечный» тон.
Продукты ферментативного автолиза дрожжей участвуют не только в сложении букета и вкуса игристого вина. Автолитические процессы способствуют повышению концентрации ПАВ, образующих жидкие легкоподвижные адсорбционные слои, улучшающие игристые свойства и защитные адсорбционные слои с высокими пластично-вязкими характеристиками, которые повышают устойчивость пены.