Фізико-хімічна та технологічна оцінка бентонітів

О.А.Чурсіна, к.б.н., провідний науковий співробітник відділу хімії та біохімії вина
Національний інститут винограду і вина «Магарач»

ФІЗИКО-ХІМІЧНА ТА ТЕХНОЛОГІЧНА ОЦІНКА БЕНТОНІТІВ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ У ВИНОробстві

Досліджено фізико-хімічні та технологічні властивості бентонітових препаратів, що використовуються у виноробстві. Показано, що зі збільшенням поверхневого заряду препаратів підвищується ефективність їх взаємодії з білками вина. Виявлено тісний зв'язок між величиною поверхневого заряду бентонітових препаратів і показниками адсорбції білків і катіонного обміну та встановлено діапазони їх зміни для різних груп бентоніту.

Для забезпечення гарантованої стійкості вин використовуються різноманітні технологічні методи та допоміжні матеріали, підвищення ефективності яких є перспективним напрямком інтенсифікації процесів стабілізації [1-3].
Одним із поширених засобів мінерального походження для освітлення і стабілізації сусла і виноматеріалів є бентоніт. Нині український ринок допоміжних матеріалів насичений бентонітовими препаратами вітчизняного та зарубіжного виробництва, які суттєво відрізняються за структурою та властивостями.
Бентоніти - це гідратовані силікати оксиду алюмінію, що належать до групи монтморилоніту з формулою:

в якому R = Mg, Fe, Mn, Zn, Ni; Ce (обмінні катіони) = Ca, Na, Mg.
Природні бентоніти залежно від природи присутніх обмінних катіонів поділяються на 2 типи:
- натрієві бентоніти, в яких переважає обмінний катіон натрію, характеризуються високою здатністю до набухання та поглинання;

- бентоніти кальцію, в яких переважає обмінний катіон кальцію, здатність до набухання і поглинання слабша, ніж у бентонітів натрію.
Для поліпшення абсорбційних властивостей кальцієвих бентонітів останні активують, найчастіше карбонатом натрію. За своїми властивостями активовані бентоніти кальцію можуть перевершувати бентоніти натрію [4].
Метою роботи було вивчити фізико-хімічні властивості сучасних бентонітових препаратів, що використовуються у вітчизняному виноробстві, та провести їх технологічну оцінку.

Таблиця 1
Фізико-хімічні показники досліджуваних бентонітових препаратів

У роботі використовувалися бентонітові препарати провідних зарубіжних компаній (Martin Vialatte Oenologie, Франція, Döhler, Німеччина, Esseco, Італія), а також грузинського та вітчизняного виробництва, які використовуються на виноробних заводах (більше 30 зразків).
Оцінка якості бентонітових препаратів згідно з вимогами ОСТ 18-49-71 «Бентоніт для виноробної промисловості» показала, що значення показників коливаються в широких межах, а деякі з них виходять за межі нормативного документа (табл. 1).
Найбільш поширені відхилення за такими показниками НД, як вміст кальцію в оцтовокислому екстракті – 96% та лужність – 86% від усіх випадків (рис. 1).
Фізико-хімічні та технологічні властивості бентонітових глин та їх особливості визначаються характером і структурою кристалічної решітки основного породоутворюючого мінералу. Завдяки значній рухливості кристалічної решітки монтморилоніту бентонітові глини мають високу здатність до набухання, що, на думку ряду авторів, свідчить про відносно високий освітлюючий ефект. І хоча чіткого зв’язку між ними не виявлено, що пояснюється різницею в рівні неглинистих домішок, іонному складі, дисперсності тощо, визначення індексу набухання було швидким і зручним методом ідентифікації частинок мінералів групи монтморилоніту у складі бентоніту [5].
В даний час широко проводиться активація кремнієвих природних адсорбентів, що дозволяє істотно підвищити їх адсорбційну активність, при цьому показник набухання може бути відносно низьким.
Аналіз результатів показав, що бентонітові препарати, що використовуються в промисловості, мають переважно високий індекс набухання, не нижче 98 %, однак деякі іноземні зразки характеризуються досить низькими значеннями. Так, показник бентонітового препарату «Кларит-100» (Австрія) не перевищує 45%, «Бланкобент» (Німеччина) - 64%, що характерно для бентонітів лужноземельної групи.

Рис. 1. Частота випадків невідповідності якості бентонітових препаратів показникам нормативного документа, %: 1 - рН водної суспензії; 2 - припухлість; 3 - вміст кальцію; 4 - лужність; 5 - вміст піску; 6 - тиксотропія; 7 - флокловиділяюча здатність; 8 - адсорбція білка.

Показник лужності, як і значення рН бентонітової суспензії, характеризує здатність бентонітів змінювати кислотність вина, тому відповідно до вимог ОСТ значення показника лужності обмежуються 30-40 см3, а значення рН - 9 одиницями. Лише 14% усіх досліджених зразків бентоніту вписуються в цей діапазон. Відхилення в бік менших значень були характерні для всіх кальцієвих бентонітів, в тому числі і іноземних. Препарат високоактивованого бентоніту кальцію (Miracol, Франція) з індексом набухання 100% і високою адсорбуючою здатністю характеризується досить високим значенням лужності – 250 см3, що обмежує його використання для виноматеріалів з високим значенням рН.


Рис. 2. Масова концентрація іонів металу в оцтовокислому екстракті бентонітових препаратів: 1 – Гранула, 2 – Бентеф, 3 – Оптибент, 4 – Аскангель, 5 – Міракол, 6 – Активіт, 7 – Накаліт, 8 – Бланкобент, 9 – Бентоніт (едема), 10 – Аскангель.

Аналіз мінерального складу суспензій бентонітових препаратів показав, що вміст іонів кальцію в них може досягати значних кількостей, коливаючись від 66 до 1424 мг/100 г, що не відповідає вимогам ОСТ 18-49-71, який обмежує його вміст 60 мг/100 г (рис. 2). Масова концентрація іонів натрію в природних натрієвих бентонітах перевищує вміст іонів кальцію в 1,3-4,4 рази, а в активованих кальцієвих бентонітах співвідношення натрій/кальцій коливається від 0,5 до 2,9, в середньому 1,8.
Відомо, що навіть незначне підвищення вмісту іонів кальцію до 2 мг/дм3 може порушити баланс у виноматеріалі та спричинити випадіння тартрату кальцію [2, 3]. Дослідження динаміки іонів кальцію при обробці виноматеріалів різними бентонітовими препаратами (доза 6 г/дм3) показало, що протягом 24 годин масова концентрація іонів кальцію у виноматеріалі досягає максимальних значень і незначно змінюється при подальшій витримці (рис. 3). Вміст іонів кальцію збільшився на 16-56 мг/дм3, що склало 2,7-9,4 мг на 1 г бентоніту. Максимальні значення отримані при обробці виноматеріалу високоактивованим бентонітом кальцію.
Не виявлено тісної кореляції між вмістом іонів кальцію в бентонітовому препараті та його збільшенням у виноматеріалі, що може бути пов’язано з обмеженою поверхнею іонного обміну, який відбувається переважно на краях міжпластинкової ділянки і дуже слабко в проміжному шарі [4, 6].
Важливим показником для оцінки бентоніту як стабілізатора є його здатність адсорбувати білки. Випробування показали, що в основному всі досліджувані бентонітові препарати відповідають стандарту. Зі збільшенням індексу набухання спостерігається тенденція до зростання індексу адсорбції білка (r = 0,904, r2 = 0,817), що збігається з даними ряду авторів [3, 5].

Рис. 3. Зміна масової концентрації іонів кальцію при обробці виноматеріалу бентонітами: 1 - Аскангель, 2 - «Гранула», 3 - «Оптибент», 4 - «Бентеф», 5 - «Міракол».

Рис. 4. Показники білкової адсорбції та катіонообмінної здатності бентонітів різних типів: І – натрієві; II - активований кальцій; III - високоактивований кальцій; IY - неактивований кальцій.

Ми випробували та модифікували експрес-метод для визначення індексу адсорбції та катіонообмінної здатності бентоніту на основі поглинання метиленового синього, представлений у Міжнародному кодексі вин (Oeno 11/2003). Встановлені діапазони варіювання значень адсорбції не нижче 230 мг/г для натрієвих бентонітів, 150 мг/г для активованих кальцієвих бентонітів і не вище 60 мг/г для неактивованих бентонітів. Особливе місце посідають високоактивовані кальцієві бентоніти, в яких величина адсорбції в середньому становить 350 мг/г (рис. 4). Встановлено тісний зв’язок між параметрами адсорбції білка, визначеними двома методами (r=0,795).

Рис. 5. Значення поверхневої щільності заряду бентонітових препаратів (при рН 3): 1 – Аскангеля; 2 - Гранула; 3 - Електра; 4 - Міраколь; 5 - Бентеф; 6 - Бентоніт (неактивований кальцій).

Значення адсорбції білка значною мірою пов'язане із зарядом поверхні мінералу. Визначення поверхневої щільності заряду суспензії бентоніту методом потенціометричного титрування показало, що природні натрієві бентоніти характеризуються більшим зарядом, ніж активовані кальцієві бентоніти (рис. 5). Так, при рН 3 величина поглинання гідроксильних іонів бентоніту Асканського родовища з високим вмістом монтморилоніту становила 0,37 мекв/г, активованого кальцієвого бентоніту Miracol – 0,18 мекв/г, найменший заряд неактивованого кальцієвого бентоніту (зразок № 6). Коли pH вина знижується, негативний заряд будь-якого бентоніту збільшується, посилюючи їх взаємодію з позитивно зарядженими білками у вині.
Технологічні випробування бентонітів на столових і міцних білих і червоних виноматеріалах показали, що ефективність переробки підвищується зі збільшенням заряду поверхні бентонітового препарату (рис. 6).
Важливою перевагою бентонітів кальцію порівняно з бентонітами натрію є утворення компактних осадів у виноматеріалі, за винятком бентонітів кальцію з високим ступенем активації (наприклад, Міракол), які утворюють найбільш об’ємні та пухкі осади у виноматеріалі (рис. 7). Використання 3% суспензії замість 5% дозволило зменшити об’єм осаду, що утворюється, з 50 до 32%.
Так, досліджено фізико-хімічні та технологічні властивості бентонітів, що використовуються у виноробстві. Показано, що зі збільшенням поверхневого заряду препаратів підвищується ефективність їх взаємодії з білками вина. Виявлено тісний зв'язок між величиною поверхневого заряду бентонітових препаратів і показниками адсорбції білків і катіонного обміну та встановлено діапазони їх зміни для різних груп бентоніту.
Встановлено, що бентоніти натрію, що характеризуються високим поверхневим зарядом, доцільно використовувати для виноматеріалів з високим вмістом білкових речовин, насамперед білих столових виноматеріалів, а бентоніти активованого кальцію – для червоних і кріплених виноматеріалів у складних схемах переробки.

Рис. 6. Обробка білих столових виноматеріалів бентонітовими препаратами: 1 - Аскангель; 2 - Гранула; 3 - Електра; 4 - Міраколь; 5 - Бентеф; 6 - Бентоніт кальцію (неактивований).

Рис. 7. Об’єм осадів бентонітових препаратів при переробці білого столового виноматеріалу, % (доза 6 г/дм3, 5 % суспензія): 1 – Аскангеля; 2 - Гранула; 3 - оптибент; 4 - Бентеф; 5 - Міраколь; 6 - Бентоніт (неактивований кальцій).

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

Ще почитати:

Міжнародні відносини о найменуванні шампанського та хереса

В чому різниця між шампанським, просеко та ігристим вином?

Отримання червоних ігристих вин пляшковим способом з винограду перспективних сортів

Ігристі вина

Токайські вина

У нашому блозі «Приватна Марка» багато цікавого контенту: новинки ринку виноробства, крафтові рецепти наших технологів, влоги на різні теми. Дистиляція, крафтові винокурні, виробництво крафтового сидру, крафтовий квас, рецептура сидру, виробництво крафтових напоїв за нашими рецептами, виробництво спирту в промислових масштабах. Це та багато іншого цікавого у блозі «Приватна Марка Україна» та мережі магазинів «Винороб».

Наприклад, ви вирішили відкрити сироварню, ковбасний цех або почати пекти крафтовий хліб — welcome! Ми завжди допоможемо: надамо рецептуру, забезпечимо всі витратні матеріали, відправимо нашого технолога, складемо технологічну карту, встановимо все обладнання, сертифікуємо виробництво, відкриємо для вас завод з нуля, виноробні, цехи, виноградники, налагодимо готовий продукт із виходом на ринок. Ми — компанія повного циклу: маємо багато представництв по всьому світу. Потрібна склотара, склобанки, медичний посуд, лабораторний посуд чи лабораторне обладнання — звертайтеся! У наших складах понад 900 тис. найменувань товарів та обладнання. Звертайтеся, не вагайтеся! Не важливо, де ви знаходитесь — у СНД, Європі, Америці чи Азії: ми маємо великий досвід. Privatna Marka йде в ногу з технологіями та інноваціями. Ми 20 років на ринку та відправили понад 1 млн посилок своїм клієнтам. Втілили багато креативних проєктів. Відкрили низку підприємств харчової промисловості, а також у непродовольчій та продовольчій групах технічних виробів. Втілили 147 комерційних проєктів у країнах СНД. Виробляємо 70 видів продукції власного виробництва в Україні, Німеччині та Китаї. У блозі ще більше цікавого та корисного.

Консультації за тел. +380 (67) 440-70-90
https://privatnamarka.com/
https://www.instagram.com/privatnamarka?igsh=MWt0NzNxbHJrbXh4ZQ==\
https://www.facebook.com/Privatnamarka
https://youtube.com/@privatnamarkacom?si=P5RH_spetEP3x_RQ\