Н. М. АГЕЕВА
Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства
Одна из важнейших характеристик качества вина — его устойчивость к помутнениям различной природы, иначе именуемая стабильностью. Само слово стабилизировать означает привести в устойчивое состояние и подразумевает такое гарантированное равновесие или равновесное соотношение между отдельными компонентами системы (в нашем случае вина), воздействие на которое не может привести к нарушению товарного вида продукта. В действительности же вино — многокомпонентная неравновесная живая система, и формирование ее структуры обусловлено совокупностью множества внутренних и внешних факторов, в том числе воздействие человека. В связи с этим достижение длительного равновесного состояния возможно лишь на некоторый промежуток времени (промежуток устойчивого неравновесного состояния, идентичный гарантийному сроку хранения). И только продолжительное хранение (выдержка) вина может обеспечить спонтанное выравнивание состава, которое наблюдается в естественной природе.
Достижение стабильности или агрегативной устойчивости вина путем обработок обеспечивает необходимое равновесное соотношение между ответственными за коллоидные помутнения высокомолекулярными компонентами, анионами и катионами для придания устойчивости к металлическим, в том числе и кристаллическим помутнениям. Вся сложность задачи заключается в том, что концентрации компонентов и соотношения между ними лабильны и варьируют в значительных пределах в зависимости от многочисленных факторов, а равновесные соотношения не подчиняются стехиометрическим зависимостям.
Согласно современным представлениям (Б. В. Дерягин, 1986) в основе формирования и агрегативной устойчивости полидисперсной гетерогенной системы вина, представленной макромолекулами и их ассоциатами, клетками микроорганизмов и собственно коллоидными частицами, обладающими во многих случаях мозаичной структурой заряда поверхности, лежит флокуляционный механизм взаимодействия частиц по типу гетероадагуляции — гетерокоагуляции (Ю.И. Тарасевич, 1988; А.А. Баран, 1986). При этом частицы испытывают одновременно влияние различных сил: электростатической (она расталкивает их и выполняет роль стабилизирующей силы, поскольку предотвращает слипание — коагуляцию) и молекулярных, стремящихся собрать все частицы воедино. В зависимости от расстояния между частицами превалирует одна из сил: на малых расстояниях, как правило, преобладают силы молекулярного притяжения, на больших — электростатического отталкивания (А.А. Баран, 1986; [1]). Устойчивость коллоидных систем, то есть сохранение стабильного состояния во времени, зависит от их соотношения.
Поверхности, заряженные до неодинаковых потенциалов одного и того же знака (например, отрицательно заряженные полисахариды и полифенолы), меняют знак взаимодействия от отталкивания на больших расстояниях до притяжения на малых. Высота силового барьера (Uh) на пути сближения частиц зависит от значения потенциала той поверхности, которая заряжена до более низкого потенциала. В частности, при у2>у1 значения Uh>exp (y1).
Применение теории Дерягина—Ландау—Фербея—Овербека к процессам гетероадагуляции показывает, что в ряде случаев изменяют знак не только энергии силы отталкивания (UR), но и силы притяжения (UA). Конечно, природа лондоновских сил при этом не изменяется: они всегда являются силами притяжения. Однако при суммировании взаимодействия между двумя частицами и средой результирующее значение А может быть отрицательным. Это имеет место в случае, когда взаимодействие частиц со средой больше, чем друг с другом, что соответствует отталкиванию частиц. Отсюда вытекает, что в системах, для которых UR<0, a UA>0, увеличение концентрации электролита, снижающее электрическое притяжение, повышает агрегативную устойчивость системы и не способствует ее коагуляции. Эти выводы относятся к так называемым трудноосветляемым винам, обработка которых сорбентами различной природы не вызывает коагуляцию. В таких винах наблюдаются или высокие концентрации отдельно одноименно заряженных частиц, или значительный недостаток частиц противоположного заряда.
Адсорбция на поверхности дисперсной фазы (например, на минерале) молекул высокомолекулярных соединений приводит к появлению дополнительных сил притяжения или отталкивания двойного электрического слоя или сольватных слоев, именуемых адсорбционной составляющей расклинивающего давления (А. А. Баран, 1986; П. И. Гвоздяк, А. С. Гордиенко, Т. П. Чеховская, 1981). В случае высокомолекулярных соединений появление дополнительных сил взаимодействия обусловлено перекрытием диффузных адсорбционных слоев, что приводит к усилению отталкивания коллоидов и достижению агрегативной устойчивости системы (Б. В. Дерябин, 1986; [1]).
К адсорбционной составляющей расклинивающего давления относится стерическое отталкивание, возникающее при перекрытии адсорбционных слоев полимеров. Проблема влияния адсорбированных макромолекул на устойчивость дисперсий — одна из наиболее важных в коллоидной химии жидких сред и биотехнологии. Она тесно связана с устойчивостью коллоидов (в том числе белков, полисахаридов и полифенолов вина) и суспензий микроорганизмов, поскольку клеточная поверхность сформирована гидрофильными полимерами.
На основании анализа исследований Б. Д. Дерябина (1986), А. А. Барана (1986), Н. Н. Чхартишвили, З. Ш. Стуруа, Ш. И. Шатиришвили, Б. С. Церетели (1998), А. А. Мержаниана (1979) можно выделить ряд положений, имеющих важное теоретическое и практическое значение при обработке вина:
наличие вокруг дисперсных частиц слоя полимера, включающего белки, липиды, полифенолы и др., может снизить силу (энергию) притяжения между ними как из- за стерических факторов (то есть в связи с увеличением минимального расстояния, на которое могут сблизиться частицы), так и вследствие того, что адсорбционные слои изменяют течение процесса взаимодействия дисперсной фазы с дисперсионной средой. В общем случае адсорбция высокомолекулярных соединений в зависимости от их природы может и уменьшить, и увеличить притяжение между частицами; при этом, если плотная частица покрыта легким слоем высокомолекулярных соединений (например, только белком), эффективность взаимодействия частицы с адсорбированным слоем снижается, и, наоборот, тяжелая оболочка (например, комплекс биополимеров) вокруг частиц с низкой плотностью повышает притяжение. При сильной гидратации, имеющей место для дрожжевых суспензий в вине, можно считать, что молекулярное взаимодействие частиц с адсорбционным слоем равно их взаимодействию в дисперсионной среде;
адсорбция высокомолекулярных соединений может привести к изменению параметров двойного электрического слоя, что отражается на вкладе электрической составляющей в суммарную энергию взаимодействия частиц. Эти изменения сводятся:
к уменьшению плотности зарядов на поверхности за счет снижения диэлектрической проницаемости поверхностного слоя или возникновения адсорбционного скачка потенциала,
вытеснению из штерновского слоя частиц противоионов адсорбированными молекулами,
снижению z-потенциала частиц за счет формирования толстых адсорбционных слоев с иммобилизованной в них жидкостью, увеличению толщины слоя Штерна, раздвижению его обкладок, что приводит к росту потенциального барьера между поверхностями, то есть к седиментационной устойчивости системы. Именно такие вина являются труднообрабатываемыми;
адсорбция коллоидными частицами водорастворимых высокомолекулярных соединений, содержащих в своем составе большое количество гидрофильных групп, вызывает гидрофилизацию системы (дисперсной фазы), то есть приводит к появлению или усилению роли структурной составляющей расклинивающего давления;
при взаимодействии (взаимном проникновении) адсорбированных макромолекул или же выходящих в окружающую среду петель и хвостов полимеров (например, липидов, пептидных веществ и др.) возникают силы отталкивания двух типов:
вследствие снижения возможных конформаций макромолекулярной цепи, что приводит к росту свободной энергии системы,
и/или за счет изменения конфигурации сегментов в зоне перекрытия адсорбционных слоев, сопровождаемого изменением взаимодействия полимер — растворитель и появлением локального осмотического давления (теории Хесселинка—Фрая—Овербека, Лимклема и Флира, Фишера);
при адсорбции одной и той же макромолекулы на двух и более частицах (что имеет место в вине в присутствии высокомолекулярных соединений, катионов металлов) происходит их связывание в крупные агрегаты (адсорбционная флокуляция). В зависимости от величины добавленного полимера и условий ведения процесса вещество может быть как стабилизатором, так и флокулянтом данной суспензии. В зависимости от типа высокомолекулярных соединений их введение вызывает:
рост агрегативной и седиментационной устойчивости дисперсной системы, как правило, при большой концентрации добавленных полимеров,
дезагрегацию и флокуляцию коллоидной системы с ее последующим осветлением и образованием осадка.
Такой взгляд предопределяет возможность активного осветления — стабилизации вин путем подбора реагентов, обладающих требуемыми физико-химическими свойствами, высокой агрегативной устойчивостью в кислой среде, сорбционной способностью и возможностью ее регулирования. Такими свойствами обладают дисперсные минералы различной природы.
Стабильность коллоидной системы вина формируется на каждом этапе производства вина, в том числе в периоды созревания винограда, сбора урожая, его переработки, брожения сусла и технологических обработок виноматериалов. В связи с этим один из путей решения проблемы достижения розливостойкости — отслеживание состава высокомолекулярных соединений и прогнозирование состава и количества комплекса биополимеров (в том числе их состава и знака заряда) своевременное применение качественных вспомогательных материалов и особенно подбор рас дрожжей, при деятельности которых и формируется коллоидная система вина.
ЛИТЕРАТУРА
1 Биологические мембраны // Под ред. Дж. Финдлея, У. Эванза. — М.: Мир, 1990.
