НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
В практике современного виноделия для придания винам устойчивости к помутнениям используются как природные минеральные сорбенты, так и химические однородные по своему составу вещества.
Кремниевая кислота
В химическом отношении свободная кремниевая кислота представляет собой не истинный раствор, а коллоидный. Молекулярная масса свежевыделенной кремниевой кислоты близка массе, отвечающей ее простейшей формуле (96 для H2SiO;). При стоянии кислоты определяемая на опыте молекулярная масса увеличивается и через 5-6 дней превышает 1000. Скорость образования коллоидных частиц кремниевой кислоты из первоначально имевшихся в растворе отдельных молекул зависит от рН среды. Наименьшее значение этой скорости наблюдается при рН 2,5, наибольшее - при рН 7,5.
Кремниевая кислота легко образует коллоидные растворы и поэтому обычно осаждается только частично. Осадок имеет вид бесцветного студня, причем состав его отвечает не простой формуле H2SiO, или H2SiO4 а более общей, nSiO2, mH2O. Значения n и m изменяются в зависимости от условий осаждения. Значениям n>1 соответствуют различные поликремниевые кислоты, производными которых с точки зрения химического состава могут считаться многие минералы. Изменяя концентрацию растворов кремниевой кислоты, можно подобрать такие условия, при которых осадок вовсе не образуется, а вся кислота остается в коллоидно-растворенном состоянии, обладая ясно выраженными свойствами гидрофильных коллоидов.
Гидрозоль кремниевой кислоты (кизельзоль) относится к отрицательно заряженным необратимым коллоидам. При переходе золя кремниевой кислоты в гель за счет действия межмолекулярных или валентных сил происходит значительный захват жидкой фазы (воды).
В свежеприготовленных гидрогелях содержится более 300 молекул воды на каждую молекулу SiO2. Из этого количества, по-видимому, лишь меньшая часть прямо или косвенно связана с SiO2, тогда как большая часть заполняет имеющиеся в структуре геля пустоты. При долгом стоянии обычно наблюдается постепенное уплотнение структуры геля, связанное с выделением из него части увлеченной первоначально водной фазы. Гель кремниевой кислоты при механическом воздействии легко переходит в золь.
В результате обезвоживания гидрогеля кремниевой кислоты получается новый продукт — силикагель. Силикагели имеют хорошо развитую площадь поверхности от 75 до 1200 м-/г, в основном от 300 до 700 м2/г. Помимо адсорбции белковых и белково-фенольных комплексов силикагель адсорбирует клетки микроорганизмов, способствуя повышению биологической стабильности вина.
С помощью силикагелей Э. М. Шприцманом и др. показана возможность стабилизации вин против необратимых коллоидных помутнений. Содержание белковых веществ в винах после обработки этими силикагелями снижается на 20— 40%. Оптимальное время обработки — 30-60 мин. при средней стабилизирующей дозе 3—4 г/л.
Силикагель КСК удаляет фракции белка с молекулярной массой только менее 70 000, в то время как бентонит удаляет белки с молекулярной массой от 5000 до 150000. Поэтому для более полного удаления белковых соединений рекомендуется использование силикагелей совместно с протеолитическими ферментными препаратами, первоначальное введение которых приводит к гидролизу высокомолекулярных белков до продуктов, соизмеримых с размерами пор силикагелей.
Гидрозоль и гидрогель кремниевой кислоты благодаря своей химической устойчивости и широкому диапазону адсорбционного действия нашли применение в виноделии в виде коллоидного раствора диоксида кремния.
Ввиду того что один гидрозоль кремниевой кислоты не обеспечивает осветляющего действия, к нему добавляют желатин, который в основном проявляет свое действие, как флокулянт. За рубежом такой вид обработки виноматериалов называют кизельзоль-желатиновой оклейкой.
Для обработки вначале использовали 10%-ный коллоидный раствор кремниевой кислоты под названием “Кизельзоль И. Г. марки R” (Майер-Оберплан, 1960). Затем было доказано, что кизельзоль является полноценным средством для стабилизации вин против коллоидных помутнений.
Использование коллоидного раствора кремниевой кислоты в виде золя или геля при содержании диоксида кремния (в зависимости от препарата) от 15 до 50% с 1978 г. разрешено в странах Европейского экономического сообщества. В зарубежной практике виноделия для обработки виноматериалов и сусла коллоидным раствором кремниевой кислоты используют высококонцентрированные препараты, изготовляемые различными фирмами: “Байки-соль- 30” (ФРГ), “Людокс СМ” (Франция), “Тосил” (Чехия) и др. с содержанием SiO до 30%.
В ИВиВ “Магарач” совместно с Институтом физической химии имени Л. В. Писаржевского разработан более эффективный препарат диоксида кремния с содержанием SiО2 до 40% (гель) и до 60% (паста). Препарат обладает высокими адсорбционными и гигиеническими свойствами, так как практически не содержит посторонних примесей.
Адсорбционные свойства коллоидного раствора диоксида кремния определяются значительной величиной активной поверхности сорбции (от 175 до 380 м2/г) и наличием на ней силанольных групп, способных к образованию водородных связей с высокомолекулярными веществами сусла и виноматериала. Препарат диоксида кремния широко используется в виноделии для осветления сусла и обработки виноматериалов с целью стабилизации их против коллоидных помутнений. Для осветления сусла препарат используют в сочетании с желатином. При этом сначала вводят коллоидный раствор диоксида кремния, затем - желатин. Обработку виноматериалов раствором диоксида кремния проводят в сочетании с желатином или поливинилпирролидоном (ПВП). В случае склонности виноматериала к металлическим помутнениям проводят комплексную обработку совместно с желтой кровяной солью.
Предельно допустимая доза диоксида кремния до 1000 мг/л, желатина и поливинилпирролидона до 500 мг/л. Обработка в сочетании с желатином рекомендуется для ординарных и марочных виноматериалов, обработка с поливинилпирролидоном - только для ординарных.
При производственной обработке виноматериалов необходимо соблюдать определенную последовательность введения стабилизирующих веществ:
для белых, розовых столовых и десертных — вначале вводят коллоидный раствор диоксида кремния, затем — желатин;
для портвейна (белого, розового и красного), мадеры, кагора, красных десертных вначале вводят желатин или поливинилпирролидон, затем — коллоидный раствор диоксида кремния.
Для обработки виноматериалов используют свежеприготовленные 1%-ные рабочие растворы диоксида кремния, желатина и поливинилпирролидона.
Для приготовления 1%-ного рабочего раствора диоксида кремния вначале готовят 20%-ный раствор. Для этого диоксид кремния из геля или пасты переводят в золь. В отвешенное количество его добавляют рассчитанный объем воды, подогретой до 30—35°С. Этот раствор используют для приготовления 1%-ного рабочего раствора диоксида кремния на виноматериале.
После введения рабочею раствора диоксида кремния в виноматериал максимальное удаление высокомолекулярных веществ составляет: белковых — 60—80%, полисахаридов — 35—45%, фенольных соединений — 25—30%.
При обработке виноматериала диоксидом кремния вместе с желатином обеспечивается не только удаление высокомолекулярных веществ, но и осветление виноматериала. Дозы желатина, обеспечивающие эффективное осветление, при одной и той же дозе препарата зависят от содержания в виноматериале белковых веществ. При этом чем выше содержание белковых веществ, тем меньше необходимая доза желатина, обеспечивающая его пристальную прозрачность. Введенный желатин в основном проявляет флокулирующее действие. Однако одновременно проявляется и его стабилизирующий эффект. Дополнительное удаление при этом полисахаридов и фенольных веществ составляет 5-10% и зависит от дозы желатина. В отношении белковых веществ такого действия желатин не проявляет.
Если при обработке диоксидом кремния и желатином стабильность к белковым или обратимым коллоидным помутнениям не обеспечивается, то виноматериал необходимо предварительно обработать ферментными препаратами пектопротеолитического действия.
При производственной обработке виноматериалов необходимо установить оптимальные стабилизирующие дозы используемых материалов нулем проведения пробных обработок и опробования рекомендуемых схем в лабораторных условиях.
На кинетику взаимодействия стабилизирующих материалов (диоксида кремния, желатина и ПВП) с высокомолекулярными веществами виноматериала существенное влияние оказывает температурный режим. Оптимальная температура находится в интервале от 3 до 20°С. Это технологически приемлемо для всех типов вин. При повышении температуры (30—50°С) сорбция белков, полисахаридов и полифенолов заметно снижается. Понижение температуры обработки от 20 до 3°С приводит к увеличению количества удаляемых фенольных веществ.
Высокие адсорбционные свойства коллоидного раствора диоксида кремния объясняются как физическими факторами — величиной активной поверхности и электрическим зарядом, так и его химической природой.
Механизм процесса обработки складывается из двух стадий: активного контактирования стабилизирующих веществ с веществами виноматериала при перемешивании и пассивного контактирования их при осветлении. На первой стадии, в случае первоначального введения диоксида кремния происходит образование комплексов S1O, с высокомолекулярными веществами виноматериала, которые удаляются после введения желатина или поливинилпирролидона. В случае первоначального введения желатина или поливинилпирролидона образуются их комплексы с высокомолекулярными веществами виноматериала, а с введением диоксида кремния обеспечивается более полное их удаление.
Такая обработка виноматериалов предусматривает проведение следующих операций: транспортировка виноматериалов из емкостей хранения — введение в поток коллоидного раствора диоксида кремния — активное контактирование этого раствора с виноматериалом — введение в поток виноматериала, отработанного коллоидным раствором диоксида кремния, желатина или ПВП → активное контактирование желатина или ПВП с обрабатываемым виноматериалом → транспортировка отработанного виноматериала для осветления. В зависимости от производственной необходимости и технической оснащенности винзаводов возможно проведение операции осветления поточным или периодическим способом.
Поточный способ обработки: осветление на фильтре грубой очистки транспортировка обработанного виноматериала на отдых.
Периодический способ обработки: осветление в течение 3-10 дней снятие виноматериала с осадка транспортировка обработанного виноматериала на отдых.
Выбор технологической схемы обработки зависит от качества и типа виноматериалов, наличия и степени проявления их склонности к коллоидным помутнениям. Наиболее предпочтительны схемы обработки, приведенные в табл. 20.
Обработка как молодых виноматериалов, так и марочных диоксидом кремния в сочетании с желатином является эффективным технологическим приемом, обеспечивает хорошую их прозрачность, не влияет на изменение цвета, способствует формированию гармоничного вкуса, не вызывая появления каких-либо посторонних оттенков или недостатков в аромате, букете и вкусе вина.
Технологические схемы, рекомендуемые для обработки виноматериалов диоксидом кремния с целью стабилизации вин против коллоидных помутнений
Использование этого препарата рекомендуется вместо обработки бентонитом. Равный стабилизирующий эффект обеспечивается при дозировках, в 10-20 раз меньших, чем дозировки бентонита. При этом снижаются потери ординарных виноматериалов в среднем на 1,2%, марочных — на 0,6%. Применение этих технологических схем позволяет снизить потери спорта и сахара в обрабатываемых виноматериалах, сократить потери с гущевыми осадками в 1,5-2,0 раза.
Введение малых количеств диоксида кремния и образование малых по объему осадков способствует сокращению потерь спирта в виде отходов. При этом снижается трудоемкость процесса обработки виноматериалов и утилизации отходов. Повышается культура производства.
