Коллоидные явления в винах - Стабильность и флокуляция гидрофобных коллоидов

Основные гидрофобные коллоиды, встречающиеся в вине, происходят не из винограда, в котором они не существуют в таком состоянии. Они образуются естественным путем (конденсированные фенольные соединения, в частности красящие вещества), случайно (фосфат железа, сульфат меди) или при обработках виноматериалов (железистосинеродистое железо, железисто-синеродистая медь, денатурированные белки).
Агломерация частиц, присутствующих в коллоидном растворе, означает состояние нестабильности особого рода, вызывающее большинство помутнений и осадков вин. Это явление, называемое флокуляцией (или осаждением), представляет собой разделение коллоида и жидкости. Коллоид полностью отделяется от жидкой фазы, образуя хлопья различной формы. Чтобы понять механизм, посредством которого частицы слипаются, вызывая переход вина из прозрачного состояния в мутное с выпадением осадка, нужно сначала понять обратный механизм, благодаря которому эти частицы остаются во взвешенном состоянии, хотя их плотность чаще всего бывает больше, чем жидкости. Этот вопрос не является чем-то необычным для коллоидных растворов, он становится по-разному в отношении взвешенных частиц вообще, которые могут быть более или менее стабильными и иногда подолгу находиться в жидкости, не осаждаясь.
Стабильность раствора обусловлена наличием электрического заряда частиц. Эти заряды для соседних частиц являются силами отталкивания, которые препятствуют частицам вступать в контакт, сливаться, несмотря на силы притяжения и сцепления, существующие между соседними частицами, и несмотря на непрерывное перемешивание вследствие броуновского движения, которое стремится облегчить их встречу. Напротив, такое перемешивание само по себе представляет фактор стабильности, препятствующий частицам опускаться на дно сосуда, осаждаться и придающий им способность к диффузии, к распространению по всему пространству. Наконец, другой фактор, который мешает осаждению, — это крайне малые размеры частиц, имеющих очень большую поверхность относительно их массы, вследствие чего возникают значительные силы трения при их выпадении.
Поскольку скорость осаждения пропорциональна квадрату радиуса (закон Стокса), она снижается очень быстро при уменьшении размеров частиц. Отсюда вытекает, что для очень маленьких частиц скорость их выпадения понижается настолько, что она компенсируется броуновским движением или самыми слабыми конвекционными потоками в массе жидкости за счет разности, хотя и очень небольшой, температур между верхними и нижними частями резервуара.
И наоборот, каждый фактор, который понижает электрический заряд частиц, вызывает уменьшение стабильности коллоидного раствора или суспензии, и, когда заряд падает ниже определенного значения, называемого критическим (более или менее близким к нулю), возникает явление флокуляции. Силы отталкивания, которые снижаются с уменьшением электрических зарядов, уже не могут уравновесить силы притяжения. Когда две частицы в процессе броуновского движения сближаются одна с другой, то вместо отталкивания они притягиваются одна к другой и слипаются, за ними следуют и другие. Образуются скопления частиц, размеры которых возрастают, а число их становится меньше. Броуновское движение и силы диффузии уменьшаются, затем полностью прекращаются. Наконец, площадь частиц по отношению к их массе и, следовательно, их трение при соприкосновении уменьшаются, и скорость выпадения начинает возрастать. Параллельно с этим увеличивается количество света, рассеянного коллоидным раствором, и помутнение становится видимым невооруженным глазом; выше некоторого максимума частицы стремятся к осаждению и выпадают на дно емкости, а жидкость осветляется. Такой процесс происходит в вине, когда по той или иной причине в нем находится гидрофобный раствор в нестабильном состоянии.
Нейтрализацию заряда частиц можно получить или с помощью иона противоположного заряда, получающегося при диссоциации соли металла, или же зарядом другого коллоида противоположного знака. Так, в случае отрицательного коллоида, такого, как фосфат железа или железистосинеродистого железа, нейтрализация и соответственно флокуляция коллоида осуществляются положительными зарядами, т. е. катионами, например, калия, кальция, магния. При одинаковой концентрации коагулирующая активность ионов возрастает параллельно с их валентностью: кальций намного активнее, чем калий, алюминий намного активнее, чем кальций, т. е. достаточно очень слабой концентрации, чтобы получить тот же эффект и за то же время (например, в 100 раз меньше кальция и в 1000 раз меньше алюминия, чем калия).