Товарів: 0
На суму: 0 грн
Н. М. АГЄЄВА
Північно-Кавказький зональний науково-дослідний інститут садівництва і виноградарства
Однією з найважливіших характеристик якості вина є його стійкість до помутніння різної природи, інакше звана стабільністю. Саме слово стабілізувати означає привести в стабільний стан і має на увазі такий гарантований баланс або рівноважне співвідношення між окремими компонентами системи (в нашому випадку вина), вплив на які не може призвести до порушення товарного вигляду продукту. Насправді вино є багатокомпонентною нерівноважною живою системою, і формування її структури визначається сукупністю багатьох внутрішніх і зовнішніх факторів, у тому числі й впливом людини. У зв'язку з цим досягнення тривалого рівноважного стану можливе лише протягом певного періоду часу (період стійкого нерівноважного стану, ідентичний гарантованому терміну зберігання). І тільки тривале зберігання (витримка) вина може забезпечити спонтанне вирівнювання складу, яке спостерігається в природі.
Досягнення стабільності або агрегативної стабільності вина за допомогою обробки забезпечує необхідне рівноважне співвідношення між високомолекулярними компонентами, відповідальними за колоїдні помутніння, аніонами та катіонами для додання стійкості до металевих, у тому числі кристалічних, помутнінь. Вся складність проблеми полягає в тому, що концентрації компонентів і співвідношення між ними нестабільні і змінюються в значних межах залежно від багатьох факторів, а рівноважні співвідношення не підкоряються стехіометричним залежностям.
За сучасними уявленнями (Б.В. Дерягін, 1986), основою формування та агрегативної стійкості полідисперсної гетерогенної системи вина, представленої макромолекулами та їх асоціаціями, мікробними клітинами і самими колоїдними частинками, які в багатьох випадках мають мозаїчну структуру поверхневого заряду, є флокуляційний механізм взаємодії частинок за типом гетероадагуляції - гетерокоагуляція (Ю.І. Тарасевич, 1988; А.А. Баран, 1986). При цьому на частинки одночасно діють різні сили: електростатична (вона розсуває їх і діє як стабілізуюча сила, оскільки перешкоджає злипанню - коагуляції) і молекулярна, що прагне зблизити всі частинки. Залежно від відстані між частинками переважає одна із сил: на малих відстанях, як правило, переважають сили молекулярного притягання, на великих – електростатичного відштовхування (А.А. Баран, 1986; [1]). Від їх співвідношення залежить стійкість колоїдних систем, тобто збереження стабільного стану в часі.
Поверхні, заряджені неоднаковими потенціалами одного знака (наприклад, негативно заряджені полісахариди і поліфеноли), змінюють знак взаємодії від відштовхування на великих відстанях до притягання на коротких. Висота силового бар'єру (Uh) на шляху зближення частинок залежить від значення потенціалу поверхні, яка заряджена з меншим потенціалом. Зокрема, для y2>y1 значення Uh>exp (y1).
Застосування теорії Дерягіна-Ландау-Фербея-Овербека до процесів гетероадагуляції показує, що в ряді випадків змінюється знак не тільки енергії сили відштовхування (UR), але і сили притягання (UA). Звичайно, природа лондонських сил не змінюється: вони завжди є силами тяжіння. Однак, підсумовуючи взаємодію між двома частинками і середовищем, результуюче значення А може бути від’ємним. Це відбувається, коли взаємодія частинок із середовищем більша, ніж одна з одною, що відповідає відштовхуванню частинок. З цього випливає, що в системах, для яких UR<0 і UA>0, збільшення концентрації електроліту, що зменшує електричне тяжіння, підвищує агрегативну стійкість системи і не сприяє її коагуляції. Ці висновки стосуються так званих важкоосвітлюваних вин, обробка яких сорбентами різної природи не викликає коагуляції. У таких винах або високі концентрації одноіменних окремо заряджених частинок, або значний недолік частинок протилежного заряду.
Адсорбція молекул високомолекулярних сполук на поверхні дисперсної фази (наприклад, на мінералі) призводить до появи додаткових сил притягання або відштовхування подвійного електричного шару або сольватних шарів, званих адсорбційною складовою тиску роз'єднання (А. А. Баран, 1986; П. І. Гвоздяк, А. С. Гордієнко, Т. П. Чеховська, 1981). У випадку високомолекулярних сполук поява додаткових сил взаємодії зумовлена перекриттям дифузних адсорбційних шарів, що призводить до посилення відштовхування колоїдів і досягнення агрегативної стійкості системи (Б.В. Дерябін, 1986; [1]).
Адсорбційна складова тиску роз’єднання включає теричне відштовхування, яке виникає, коли адсорбційні шари полімерів перекриваються. Проблема впливу адсорбованих макромолекул на стабільність дисперсій є однією з найважливіших у колоїдній хімії рідких середовищ і біотехнології. Це тісно пов'язане зі стабільністю колоїдів (включаючи білки, полісахариди і винні поліфеноли) і суспензій мікроорганізмів, оскільки клітинна поверхня утворена гідрофільними полімерами.
На основі аналізу досліджень Б. Д. Дерябіна (1986), А. А. Барана (1986), Н. Н. Чхартішвілі, З. Ш. Стуруа, Ш. І. Шатирішвілі, Б. С. Церетелі (1998), А. А. Мержаняна (1979) можна виділити ряд положень, що мають важливе теоретичне і практичне значення у виноробстві:
Наявність полімерного шару навколо дисперсних частинок, у тому числі білків, ліпідів, поліфенолів тощо, може зменшити силу (енергію) притягання між ними як за рахунок стеричних факторів (тобто за рахунок збільшення мінімальної відстані, на яку частинки можуть наблизитися одна до одної), так і за рахунок того, що адсорбційні шари змінюють хід процесу взаємодії дисперсної фази з дисперсійним середовищем. Взагалі, адсорбція високомолекулярних сполук залежно від їх природи може як зменшувати, так і посилювати тяжіння між частинками; Більш того, якщо щільна частка покрита легким шаром високомолекулярних сполук (наприклад, тільки білка), то ефективність взаємодії частинки з адсорбованим шаром знижується, і, навпаки, важка оболонка (наприклад, комплекс біополімерів) навколо частинок низької щільності посилює тяжіння. При сильній гідратації, яка відбувається для дріжджових суспензій у вині, можна вважати, що молекулярна взаємодія частинок з адсорбційним шаром дорівнює їх взаємодії в дисперсійному середовищі;
адсорбція високомолекулярних сполук може призводити до зміни параметрів подвійного електричного шару, що відображається на внеску електричної складової в повну енергію взаємодії частинок. Ці зміни зводяться до:
до зменшення щільності заряду на поверхні внаслідок зменшення діелектричної проникності поверхневого шару або виникнення стрибка адсорбційного потенціалу,
витіснення частинок протиіонів із шару Штерна адсорбованими молекулами,
зниження z-потенціалу частинок за рахунок утворення товстих адсорбційних шарів з іммобілізованою в них рідиною, збільшення товщини шару Штерна, розсунення його пластин, що призводить до збільшення потенційного бар’єру між поверхнями, тобто до седиментаційної стійкості системи. Саме ці вина важко піддаються обробці;
адсорбція водорозчинних високомолекулярних сполук, що містять велику кількість гідрофільних груп, колоїдними частинками викликає гідрофілізацію системи (дисперсної фази), тобто призводить до появи або посилення ролі структурної складової роз'єднувального тиску;
При взаємодії (взаємному проникненні) адсорбованих макромолекул або петель і хвостів полімерів (наприклад, ліпідів, пептидних речовин і ін.), що виділяються в навколишнє середовище, виникають два види сил відштовхування:
за рахунок зменшення можливих конформацій макромолекулярного ланцюга, що призводить до збільшення вільної енергії системи,
та/або за рахунок зміни конфігурації сегментів у зоні перекриття адсорбційних шарів, що супроводжується зміною взаємодії полімер-розчинник і появою локального осмотичного тиску (теорії Хесселінка-Фрай-Овербека, Лімклема і Флієра, Фішера);
При адсорбції однієї і тієї ж макромолекули на двох і більше частинках (що відбувається у вині за наявності високомолекулярних сполук, катіонів металів) вони зв’язуються у великі агрегати (адсорбційна флокуляція). Залежно від кількості доданого полімеру та умов процесу речовина може бути як стабілізатором, так і флокулянтом для даної суспензії. Залежно від типу високомолекулярних сполук їх введення викликає:
підвищення агрегативної та седиментаційної стійкості дисперсної системи, як правило, при високій концентрації доданих полімерів,
дезагрегація і флокуляція колоїдної системи з подальшим її освітленням і утворенням осаду.
Такий погляд зумовлює можливість активного освітлення – стабілізації вин шляхом підбору реагентів, що володіють необхідними фізико-хімічними властивостями, високою агрегативною стійкістю в кислому середовищі, сорбційною здатністю та можливістю її регулювання. Такими властивостями володіють розсіяні мінерали різної природи.
Стійкість колоїдної системи вина формується на кожному етапі виноробства, в тому числі в періоди дозрівання винограду, збору врожаю, переробки, бродіння сусла і технологічної обробки виноматеріалів. У зв'язку з цим одним із шляхів вирішення проблеми досягнення стійкості до розливу є моніторинг складу високомолекулярних сполук і прогнозування складу і кількості комплексу біополімерів (включаючи їх склад і знак заряду), своєчасне використання якісних допоміжних матеріалів і особливо відбір дріжджових рас, в процесі діяльності яких формується колоїдна система вина.
ЛІТЕРАТУРА
1 Біологічні мембрани // За ред. Дж. Фіндлі, В. Еванза. - М.: Світ, 1990.
