Коллоидные явления в винах - Помутнение и мутность

Оценка прозрачности путем визуального сравнения с мутными растворами-эталонами неизбежно бывает субъективной. Для получения точных результатов необходимо применять методы объективных измерений, а именно нефелометрию и подсчет частиц. Эти методы исследовал в последние годы Мандро (1973 и 1974), который в дальнейшем применил их к исследованию центрифугирования и фильтрации с целью определить условия для получения оптимальной чистоты вина. Под термином «мутность» следует понимать массу взвешенных частиц, а под помутнением — оптическое явление.
При измерении прозрачности для получения объективных и воспроизводимых результатов требуется использование инструментальных способов определения, не зависящих от наблюдателя. Эту проблему можно рассматривать двояко: или измеряют оптическое явление посредством абсорбциометрии (когда сравнивают интенсивность падающего луча с интенсивностью пропущенного луча), а для слабых помутнений — методом нефелометрии (когда сравнивают интенсивность падающего светового луча с интенсивностью рассеянного луча); или же измеряют непосредственную причину помутнения подсчетом частиц (в первом приближении, поскольку их природа также влияет на помутнения). В зависимости от того, какую проблему исследуют, выбирают тот или другой из этих двух методов, иногда же используют оба одновременно. Но их принципы совершенно разные.
В соответствии с общей классификацией дисперсий очень мелкие частицы, размеры которых меньше 1 нм, с точки зрения прозрачности можно не принимать во внимание. С другой стороны, коллоидные частицы размерами от 1 до 100 нм и особенно более крупные частицы суспензий могут в большей или меньшей мере влиять на прозрачность раствора в зависимости от их числа и природы: показателя рефракции, мутности, окраски. Некоторые авторы предполагают, что, когда число взвешенных частиц невелико, отражение света некоторыми из них может быть причиной «блеска» вина.
В сущности, диффузия света остается наиболее важным оптическим явлением, и в первом приближении определение помутнения можно дать только на основе светорассеяния. Измерение света, рассеянного во всех направлениях (абсолютное помутнение), не представляется возможным. Поэтому его измеряют в одном направлении, перпендикулярном направлению светового луча; его можно выразить через отношение интенсивности рассеянного света к интенсивности пропущенного света. Когда два световых луча проходят через слой жидкости одинаковой толщины, это отношение не зависит от абсорбции света самой жидкостью, т. е. ее окраски.
На деле все эти аппараты имеют очень сложное устройство.
Помутнение представляет собой всего лишь внешний вид суспензии, а не ее природу. Усиление помутнения не означает увеличение в жидкости количества вещества, вызывающего мутность, а может быть следствием агрегации, слипания частиц этого вещества в более крупные с уменьшением общего числа их (флокуляция коллоида).
Чтобы связать инструментальные способы измерения прозрачности раствора с визуальной оценкой, необходим проверочный метод. Можно использовать устройство, показанное на рис. 11. 12, которое позволяет проводить сравнения. Таким путем можно составить настоящую и воспроизводимую шкалу помутнений. Ранее использовавшиеся суспензии, которые были, более или менее стабильными, заменены коллоидной двуокисью кремния, так называемым кизельзолем, размеры зерен которого хорошо известны. Его вводят в определенных количествах в исследуемое белое или красное вино, предварительно подвергнутое тщательному фильтрованию на целлюлозно-асбестовых пластинах или через мембраны из сложного эфира целлюлозы.
Эти суспензии можно также исследовать с помощью нефелометра (Зигрист-фотометр). Значение стандартов помутнений выражают в миллиграммах двуокиси кремния на 1 л. Следовательно, помутнение вина определяется по отношению к помутнению суспензии двуокиси кремния. Таким образом, можно сказать, что вино имеет помутнение, соответствующее 5 мг/л двуокиси кремния, когда нефелометрическое измерение дает это же значение для исследуемого вина и для контрольного вина, совершенно прозрачного, в которое внесено 6 мг/л кремниевого ангидрида.
Итак, большие достижения в исследовании прозрачности вин, обусловленные применением нефелометрии, заключаются в том, что они позволяют объективным и воспроизводимым путем определять степень помутнения независимо от экспериментатора. Однако остается в силе то положение, что результаты нефелометрических измерений — всего лишь оценки истинного помутнения.
Но опыт показал, что корреляция между нефелометрическим помутнением и абсолютным достаточно хорошая, как это уже обнаружил Торн (1963) в отношении пива.
Большое число измерений и наблюдений позволили Мандро установить соответствие между значениями, полученными при измерениях и визуальной оценке прозрачности, и таким путем выработать шкалу прозрачности в убывающем порядке. Разумеется, что предел, принятый для визуальных оценок, неизбежно содержит элементы условности.

Как бы тщательно ни проводилось фильтрование в условиях промышленного производства, по-видимому, нельзя получить помутнений, заметно меньших 1 мг/л кремниевого ангидрида. Это частично зависит от того факта, что вино, даже очень прозрачное, всегда содержит некоторое количество коллоидов, рассеивающих свет в силу эффекта Тиндалля, который позволяет измерить чувствительность нефелометра. Кроме того, несмотря на все меры, принимаемые для обеспечения чистоты емкостей, в вине всегда остаются посторонние частицы, которые также несколько рассеивают свет, а размеры их превосходят величину коллоидных частиц.
Нефелометрическое измерение помимо своего объективного характера имеет значительно более высокую чувствительность, чем глаз человека. Следовательно, такое измерение позволяет обнаруживать даже очень малозаметные дефекты прозрачности, которые указывают или на недостаточно тщательное проведение осветления, или на загрязнение, или же на начало изменения состава вина (касс, микробиологическое помутнение), которые химический анализ не «позволил бы выявить в момент их возникновения.
Мандро искусственно воспроизвел начало развития дрожжей и бактерий в белом вине. В профильтрованном белом вине, которое вначале имело помутнение, соответствующее 1,7 мг/л двуокиси кремния, небольшое увеличение мутности (на 0,7 мг/л двуокиси кремния) соответствовало обогащению дрожжами примерно 500 клеток на 1 см³. Однако при визуальном наблюдении вино, которое в данном случае имело помутнение при 2,4 мг/л двуокиси кремния, также казалось всегда прозрачным. Но 500 дрожжевых клеток на 1 мл — это много для белого вина, имеющего остаточный сахар, и этого достаточно, чтобы возбудить спиртовое брожение, если содержание сернистой кислоты невысокое.
В таких случаях требуются более высокие дозы свободного, а значит, и связанного SO₂. Такое увеличение помутнения (на 0,7 мг/л двуокиси кремния) может быть также вызвано увеличением числа молочнокислых бактерий на 4000 в 1 см³. Ошибочно считать, что вино совершенно лишено дрожжей и бактерий. Здесь речь идет не о коллоидах, а об особой причинепомутнения, измерение которого производится так же, как и в других случаях. Помутнение имеет большое практическое значение.
Так, в красных винах только нефелометрическим измерением можно обнаруживать незначительные изменения прозрачности, не видимые при визуальной оценке.

Электронный подсчет частиц

Для исследования прозрачности вин в настоящее время можно пользоваться электронным счетчиком частиц, типа Культер. Прибор и его применение для оценки вин описала Лафон-Лафуркад (1968), которая использовала его для подсчета и исследования размеров клеток винных дрожжей. Пейно и Лафон-Лафуркад (1970) применили этот прибор при исследовании прозрачности вина. Мандро (1973, 1974) использовал его параллельно с нефелометром. Прибор позволяет автоматически измерять частицы, имеющие диаметр около одного микрона, классифицировать их по величине и подсчитывать. Но здесь мы имеем взвешенные частицы (например, клетки или коллоиды в процессе флокуляции), а не более мелкие коллоидные частицы (см. табл. 11.1).
Вино, к которому добавили 1 % хлористого натрия (в виде раствора, очищенного от примесей на диске Миллипор) для повышения его проводимости, пропускают через небольшое отверстие, расположенное между двумя погруженными электродами. Между этими двумя электродами создают электрическое напряжение постоянного тока, которое можно регулировать. Прохождение каждой отдельной частицы через отверстие вызывает изменение сопротивления между электродами и производит импульс, пропорциональный объему частицы, который после усиления подсчитывается электронным устройством. Авторы описывают методы градуировки аппарата и необходимые меры предосторожности.
Хотя чувствительность прибора обеспечивает подсчет только относительно крупных частиц, электронный счетчик может служить для обнаружения присутствия и других частиц и контроля эффективности процесса осветления, например фильтрации. При этом констатируют, что вина в бутылках содержат очень значительное число частиц (что может показаться удивительным в отношении вин, которые выглядят прозрачными и не имеют осадка), тем большее, когда их фильтруют на более пористых фильтрующих пластинах. Например, в 1 см³ прозрачного на вид вина число частиц диаметром 1,8 мкм может быть примерно 10 000, при диаметре 1,3 мкм — примерно 60 000, при диаметре 1 мкм — около 100 000. Следовательно, вино, называемое прозрачным, в действительности содержит очень много частиц, микроорганизмов или инертных материалов, многие из которых не видимы в микроскоп, так как они прозрачны (и в то же время способны рассеивать свет). Поэтому способ автоматического подсчета более чувствителен и точен, чем подсчет с помощью микроскопа или визуальная оценка прозрачности. Электронный счетчик позволяет проводить углубленное исследование эффективности фильтрования или введения посторонних частиц во время различных операций: переливка, розлив в бутылки, укупорка бутылок.
В целом таким путем можно точно определять степень прозрачности или загрязнения вина и тем самым эффективность обработки и состояния чистоты винодельческого оборудования.
По данным Мандро, электронный счетчик может подсчитывать только частицы, диаметр которых больше 1,25 мкм, т. е. значительно большие по размерам, чем частицы в коллоидном растворе. И в этом заключается основной недостаток такого метода в отношении его применения для исследования прозрачности вин и контроля эффективности фильтрации. Бактерии, которые иногда бывают причиной значительной мутности, имеют слишком малые размеры, чтобы их можно было подсчитать.
Например, при электронном подсчете частиц в красном вине, подвергнутом естественному осветлению путем отстоя, и помутнение которого соответствовало 16 мг/л двуокиси кремния, получили следующее количество частиц; приведенное к 1 см³ вина в зависимости от их размера:

что при естественном осаждении удаляется большинство крупных частиц и что, несмотря на малый диаметр, самые мелкие частицы, количество которых значительно больше, играют основную роль в возникновении мутности.
Аналогичные результаты были получены на молодых белых винах, подвергнутых фильтрации на кизельгуре, которая в какой-то мере была эквивалентна длительному отстаиванию, поскольку в первую очередь осаждались наиболее крупные частицы. Полученное вино, которое было очень прозрачным, все еще представляло собой суспензию значительного числа частиц, как это видно из следующих данных:

Следовательно, особенно велико число частиц малых размеров.

Фильтрование на обеспложивающем фильтре, затем на мембране из сложного эфира целлюлозы, поры которой имеют диаметр 0,65 мкм, значительно уменьшает эти значения, но они все еще остаются высокими.
В таких случаях электронный подсчет частиц предпочтительнее, чем микроскопический подсчет с помощью гематиметра или фотоэлемента Малассе. В предыдущем примере подсчет с помощью микроскопа дал всего 4200 частиц на 1 см³. Для того чтобы частица была видна в микроскоп, нужно, чтобы она была или темной, или окрашенной, или же, когда она бесцветна, ее показатель преломления был бы очень отличным от коэффициента рефракции вина. В противоположность этому электронный счетчик учитывает все частицы, как неокрашенные, так и те, показатель преломления которых очень близок к такому же показателю вина, причем последние оказывают на помутнение столь же значительное влияние, как и первые.