ВОЗМОЖНОСТЬ СТАБИЛИЗАЦИИ ВИН ИОНООБМЕННЫМИ СМОЛАМИ
Такую возможность пока можно представить только теоретически, так как использование ионообменников разрешено лишь в немногих странах (например, в ЧССР). Этот способ применяют в Калифорнии, Австралии, Европе для обработки исходных виноматериалов в производстве аперитивов, коньячных спиртов и др. Ниже будут рассмотрены эффективность и условия применения этого способа. Это отнюдь не означает, что авторы рекомендуют его для использования. Но он выдвигает интересные проблемы энологического порядка, теоретическое исследование которых нельзя обойти в трактате по энологии.
Определение ионообмена
Ионит (ионообменная смола) представляет собой минеральное или органическое вещество, нерастворимое в воде, но в то же время обладающее свойством ионизироваться в присутствии водной фазы и способностью создавать в этих условиях обратимое равновесие с ионами в растворе. Иониты— это макромолекулы, кислотные, когда речь идет о катионах, основные, когда это касается анионов. Когда иониты оказываются в присутствии раствора, содержащего и катионы, и анионы, происходит обмен между их собственными ионами и ионами раствора в зависимости от равновесия, регулируемого в первом приближении законом действующих масс.
Чтобы лучше представить себе это определение, можно взять нерастворимую кислоту, все соли которой также нерастворимы. Поместив натриевую соль этой кислоты в вино, можно заметить, что она не растворяется, но при изобилии катионов вина, отличных от катионов натрия, будет наблюдаться обмен ионов. Этот продукт будет отдавать в вино натрий и взамен фиксировать эквивалентные количества калия, магния, кальция, железа, меди. Если взять катионит после того, как он фиксировал различные катионы вина, и поместить его в концентрированный раствор, например хлорида натрия, в присутствии большого количества катионов натрия, обменная смола будет отдавать магний, кальций, калий, железо, медь, которые он фиксировал в обмен на натрий. Таким путем продукт регенерируется и снова заряжается, его можно использовать для новой обработки. Таков в общих чертах механизм ионообмена. В действительности он сложнее, так как известны явления аффинитета относительно такого катиона; явления проницаемости, связанные с природой обменной смолы; диффузии, зависящей от пористости; набухания, которое влияет на скорость обмена или на его селективность (избирательность).
Для того чтобы сделать обмен более удобным, а его использование более рациональным, ионообменные смолы помещают в колонки, в которых медленно циркулирует обрабатываемое вино. Цикл обработки, т. е. прохождение вина через установку, длится до тех пор, пока вся масса ионита в колонне не будет насыщена соответствующими ионами. Регенерацию производят посредством циркуляции достаточно насыщенного раствора избранного катиона.
История применения ионообменных смол
Если использование ионообменных смол началось относительно недавно, то явления ионообмена известны уже более ста лет и первые наблюдения касаются обменной способности почвенных глин. Томпсон (1848) констатировал, что если пропустить аммиачный раствор через колонку, наполненную землей, то ионы аммония задерживаются землей, тогда как раствор обогащается ионами кальция и магния. Дёво (1896) установил, что растительные ткани обладают свойством немедленно фиксировать ионы металлов (свинец, медь, железо и др.) из растворов, вступающих в контакт с ними, даже если эти ионы находятся в крайне слабых концентрациях порядка десятимиллионных частей. Растительная клетка включает соединения, играющие роль нерастворимых кислот, обычно связанных с калием, кальцием, магнием. При контакте с раствором тяжелого металла одна фракция таких катионов может быть заменена этим металлом. Растение очень энергично фиксирует тяжелые металлы, которые не поддаются отмывке в чистой воде, как бы ни велико было их содержание. Зато они легко удаляются и замещаются другими металлическими ионами, присутствующими в растворе, например ионами калия или натрия. В этом нетрудно узнать принцип регенерации ионообменных смол.
Промышленное использование ионообмена началось в начале XX в. с применения натуральных алюмосиликатов или пермутитов (искусственные гидратированные алюмосиликаты), обменная способность которых была довольно слабой. Затем начиная с 1932 г. применяли сульфоновый уголь и позднее, с 1938 г., синтетические смолы с сильной обменной способностью по образцу, разработанному Адамсом и Холмсом. Именно эти авторы обеспечили успех этого способа. Помимо использования при анализах, ионообмен с давних пор применяют для обработки воды, в частности для смягчения и очистки вод. Он все шире используется в различных областях техники.
Пейно (1948) провел первые практические опыты по обработке вин ионообменными смолами, главным образом сульфоновым углем. Обнаружив возможность глубокой ионной модификации вина посредством такого продукта, он оставил способ фильтрации через адсорбирующий слой в колонне и обратился к формуле использования, когда сульфированный уголь добавляют в вино в виде тонкого порошка, особенно с целью использования его свойств фиксировать железо и медь.
Производство синтетических ионообменных смол, обменная способность которых намного превосходила способность угля, привела к широкому распространению этого способа в различных отраслях промышленности. Опубликовано очень много работ, посвященных применению ионообменных смол в энологии. Можно также сослаться на национальные доклады по этому вопросу, представленные на сессии МОВ в Будапеште (1960). После 1960 г. в различных странах появились работы относительно технологии такой обработки с целью удаления из вина избытка нежелательных катионов (железо, медь, кальций): в ФРГ Димайр и Майер (1963), в Австралии Рэнкин (1965), в НРБ Личев и сотрудники (1961), Ганева и Личев (1972), во Франции Пейно (1966), в Японии Амано и сотрудники (1970), в СРР Ионеску и сотрудники (1961), в СССР Бегунова и сотрудники (1962).
Ряд других авторов рассматривали обработку ионообменными смолами прежде всего как средство регулирования кислотности вин. В этом случае подкисление заключается не в добавлении кислоты, а в замещении катионов ионами Н+ и раскисление производят не путем добавления щелочи, нейтрализующей кислоту, а путем замещения анионов ионами ОН-. Этому вопросу посвятили свои работы Бегунова и Захарина (1961), Ракчани и Пешешер (1961), Хенниг (1963), Пешешер (1964), Кастино (1974). В некоторых работах отмечается влияние такой обработки на содержание в винах аминокислот и витаминов (Герасимов, 1965; Ганева и сотрудники, 1971).
Во Франции были проведены две серии опытов под официальным контролем. С 1952 по 1954 г. первые опыты проводили с вином объемом несколько тысяч гектолитров. Эти опыты не привели к каким-либо определенным выводам, так как первоначально не была выработана доктрина применения. Использовали анионообменные смолы, но ионообменные смолы денатурируют вино, по крайней мере, временно, они могут рассматриваться как неприемлемые для использования в энологии вследствие того, что вызывают глубокие превращения. Поэтому неудивительно, что Высший совет общественной гигиены Франции высказал отрицательное мнение (в 1956 г.) относительно возможности использования ионообменных смол в виноделии.
В 1965 г. были поставлены новые опыты с использованием только катионообменных смол в солевом цикле (Пейно, 1966). Кроме того, между этими двумя периодами опытов известно другое важное различие: в 1954 г. в первую очередь стремились обеспечить удаление железа и по возможности других нежелательных катионов, что обязывало обрабатывать небольшие объемы вина большим количеством ионообменных смол (соотношение объемов 1:40). В 1965 г. прежде всего добивались удаления избытка кальция и калия, чтобы предотвратить осаждение виннокислых солей. Результат можно было получить, пропуская значительные объемы вина через ограниченное количество ионообменных смол (отношение объемов 1:200).
