Биологическая стабилизация вин методом электродиализа

БИОЛОГИЧЕСКАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ВИН МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОДИАЛИЗА

Т.А.Исмаилов,М.Н.Исламов, Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала

З.Н.Кишковский.

Московский государственный университет пищевых производств, г.Москва

Как известно [1], встречающиеся в винах помутнения могут быть разделены в зависимости от причин, их вызывающих, на три категории: биологические, биохимические, физико-хими ческие.

Биологические помутнения обуславливаются развитием в вине микроорганизмов-дрожжей, дрожжеподобных грибков. К биохимическим помутнениям относятся помутнения ферментативного характера (бурый касс), связанные с присутствием в соке винограда, а впоследствии и в вине окислительных ферментов. В возникновении физико-химических помутнений основную роль играют белки, пектиновые и фенольные соединения, камеди, декстраны, фосфорнокислое окисное железо (белый касс) и, наконец, соли органических кислот-кислый тартрат калия и тартрат кальция, кальциевая соль щавелевой и слизевой кислот, кальциевая и магниевая соли пектиновой кислоты.

Биологические помутнения, вызываемые дрожжами, наиболее часто появляются в столовых сухих и полусладких винах. Экспериментальные данные показывают, что осадки белых столовых вин на 85—98 % могут состоять из дрожжевых клеток. К биологическим помутнениям относятся также помутнения, вызываемые деятельностью болезнетворных микроорганизмов. Такими болезнями являются уксуснокислое и молочнокислое скисания, цвель вина, ожирение, прогоркание, маннитное брожение. Возникновению и развитию биологических помутнений способствуют содержание в вине остаточного сахара и легкоусвояемых азотистых веществ, доступ к вину кислорода воздуха, наличие в вине активных винных и пленчатых дрожжей. Диагностируют биологические помутнения обычно прямым микроскопированием пробы вина.

Учеными многих стран ведется постоянный поиск новых надежных способов стабилизации к микробиальным помутнениям вин с остаточным сахаром, не снижающих их качество и безвредных дня человека.

Методы стабилизации вин к микробиальным помутнениям можно разделить на химические, которые предусматривают добавление различных химических веществ, ингибирующих развитие микроорганизмов (сернистый ангидрид, сорбиновая и аскорбиновая кислоты, 3 (5-нитро-2-фурил) акриловая кислота, диметилдикарбонат, антибиотики и др.) и физические, включающие воздействие физических факторов, разрушающих клетки микроорганизмов или лишающих их возможности размножаться (тепло, холод, УФ -, ИК - и у -облучение, ультразвук и др.), и фильтрацию для удаления микроорганизмов из вина.

Каждый из этих способов имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Обычно используют комплекс приемов, обеспечивающих стабильность столовых вин на длительный период.

В последнее время чаще стали применяться физические методы обработки столовых вин с целью их стабилизации вместо химических средств, которые снижают питательные свойства вин. Наибольшее распространение получили фильтрация, обработка теплом и холодом.

Фильтрация обеспечивает не только прозрачность вина, но и удаление микроорганизмов. Осуществляет ее через различные материалы: фильтровальные порошки, фильтр-картон, мембранные фильтры, пористые патронные свечи из фарфора и угля, микропористые металлические фильтры.

Существенными преимуществами мембранной фильтрации является то, что фильтрат не загрязняется волокнами, не изменяется рН, цвет, вкус, концентрация

различных ионов вина, фильтры имеют высокую производительность, гарантируют задержку частиц желаемых размеров, возможна фильтрация белых и красных вин без замены фильтр-элементов.

Фильтрацию на микропористых мембранах можно проводить для жидкостей, имеющих концентрацию взвешенных твердых частиц в довольно ограниченных пределах, поэтому перед мембранной фильтраией необходима предварительная обработка для снижения уровня концентрации твердых частиц (обработка осадителями, центрифугирование, фильтрация с непрерывным намыванием фильтрующего слоя из диатомита, перлита и др.).

Для биологической стабилизации столовых вин перед розливом применяют мембранные фильтры, состоящие из системы мембранных свечных фильтров: для более грубой предварительной фильтрации с удерживающей способностью 1,5 мкм (из полипропиленовых нитей), затем для стерилизующей фильтрации с задерживающей способностью 0,65 мкм (из микроволокон, покрытых полимером). Перед началом работ оба фильтра стерилизуют в течение 30 мин паром и проверяют на стерильность. В отфильтрованных винах дрожжевые клетки и бактерии не обнаруживаются. Мембранные фильтруюшие патроны компактны, просты в обслуживании.

В США обеспложивающую фильтрацию проводят через многомембранные фильтр-патроны типа ДА, выпускаемые фирмой Миллипор, с размерами пор 0,65мкм.

В нашей стране мембранные фильтры изготавливают во ВНИИ синтетических смол (г. Владимир) из ацетатов целлюлозы. При сравнении мембран, приготовленных на основе ацетат-целлюлозы и поливинилхлорида, по устойчивости в винной среде установлено, что наиболее устойчивой является мембрана из ацетат-целюлозы.

Большое распространение для тонкой фильтрации жидкостей в связи с развитием порошковой металлургии получают пористые металлические фильтры, фильтрующая металлокерамика, по сравнению, с другими фильтрующими средствами, выдерживает резкие перепады температуры, перепады давления, обладает механической прочностью, необходимой коррозионной стойкостью и высокой производительностью при хорошем качестве фильтрации.

Наряду с преимуществами металлические фильтры, в том числе и титановые, имеют недостатки: сложность регенерации проницаемости фильтров; ограниченные размеры фильтрующих элементов, которые лимитируются возможностью прессового и печного оборудования; сравнительно высокая стоимость фильтров. На заводах полусухие и полусладкие вина перед розливом в основном фильтруют через фильтр-картон различных марок, чаще марки Т.

Из физических методов стабилизации вин с остаточным сахаром известны: термообработка, облучение у - лучами для разрушения дрожжевых и бактериальных клеток, УФ-облучение при 265нм и 3-минутной экспозиции, ИК-облучение, действие электрическим током, ультразвуком и др.

Ведутся работы по использованию для стабилизации вин мембранных процессов и СВЧ-энергии. Для стерилизации вина холодным способом Б.П.Авакян предложил электрофизический способ, включающий обработку УФ-лучами и ультразвуковыми волнами при совместном действии этих факторов. При обработке достигается полное прекращение жизнедеятельности микроорганизмов, происходит разрыв макромолекул клетки. Стерилизация этим путем улучшает органолептические показатели вина.

Некоторые способы физической стабилизации имеют недостатки. Так, действие постоянного электрического тока при разных температурах вызывает снижение спиртуозности, экстракта и некоторое увеличение летучей кислотности. Переменный электрический ток снижает интенсивность окраски и способствует образованию эфиров, а ионизирующая радиация увеличивает содержание альдегидов, ухудшает органолептические показатели вина. Пастеризация вин с остаточным сахаром может придавать им не

свойственные для столовых вин тона тепловой обработки.

Физические методы позволяют достигать стерилизующего эффекта без введения в вино химических консервантов. Однако большинство из них не нашли широкого применения из-за, недостатка оборудования для проведения обработки и необходимости дальнейшего совершенствования этих методов.

Нами были проведены исследования возможности применения электродиализа для стабилизации биологически нестойких напитков (вин с остаточным сахаром и соков).

При постановке исследований исходили из того, что для жизнедеятельности дрожжей, помимо сбраживаемых сахаров, необходимо наличие в среде определенного количества минеральных и азотистых веществ, а также витаминов [2]. Недостаток или отсутствие хотя бы одного из этих трех групп веществ в составе среды делает невозможным нормальный рост и развитие дрожжей.

Существующие на практике приемы, направленные на обеднение среды питательными веществами, неэффективны и трудоемки. Так, классический способ приготовления натуральных полусладких вин основан на биологическом азотопонижении путем многократных забраживаний с отделением дрожжей [3]. Использовать данную технологию на современных высокопроизводительных заводах невозможно из-за трудоемкости операций и длительности технологического цикла.

В настоящее время основную часть полусухих и полусладких вин вырабатывают по более простой купажной технологии [3]. Однако, вина, приготовленные этим способом, уступают по качеству натуральным, так как ухудшаются их вкус и аромат. Необходимость добавления консервантов при этом также отрицательно сказывается на качестве получаемых вин.

В проведенных нами ранее исследованиях [4], посвященных изучению действия электродиализной обработки на химический состав вина, отмечается, что продолжительная обработка данным способом вызывает его глубокую деминерализацию. При стабилизации вина к кристаллическим или металлическим помутнениям, а также при регулировании кислотности обрабатываемого вина такое сильное изменение минерального состава, естественно, нежелательно. Поэтому для этих целей ограничиваются умеренной обработкой, которая достаточна для удаления из вина избыточных количеств некоторых катионов и анионов.

О степени деминерализации методом электродиализа можно судить по изменению содержания калия, который содержится в вине больше других катионов и который удаляется из вина при электродиализе в первую очередь. Например, для достижения тартратной стабилизации обычно необходимо удалить калия, в среднем 40-50 %. При электродиализной обработке с целью деметаллизации возможно несколько большее уменьшение содержания калия - до 60-70 %. Для предотвращения избыточного удаления ионов калия при деметаллизации, как было показано выше, использовали в качестве промывочной жидкости в промежуточных камерах электродиализатора растворы, содержащие катионы калия.

Нами было установлено, что, снижая удельную производительность электродиализного аппарата (то есть, увеличивая продолжительность обработки), можно осуществить необходимое для биологической стабилизации вин с остаточным сахаром азотопонижением, удаляя одновременно значительную часть минеральных компонентов вина.

На рис. показано влияние удельной производительности электродиализного аппарата на содержание калия и азотистых веществ в модельном растворе, Модельный раствор готовили путем добавления в белое столовое вино 5 г/л сахарозы. Из графика видно, что при глубокой деминерализации, которая достигается при электродиализе с удельной производительностью менее 12.5 л/м •ч из раствора удаляется более 90 % калия и около 50

% общего азота.

320

¡Н 240

о

8

й-

3 160 ю о ш

X

га *

о.

0) ч о о

80

1—«

1 2 3 4 5 6 7 8

1/0,

0

9

а б

Рис. Влияние электродиализной обработки на содержание калия (а) и азотистых веществ (б) в модельном растворе. Плотность тока - 60 А/м2.

В обработанный при удельной производительности электродиализного аппарата 12,5 л/м •ч модельный раствор была внесена 3 %-ная разводка чистой культуры дрожжей рода. Контролем служил тот же модельный раствор и также инфицированный, но не обработанный. Наблюдение за стабильностью образцов вели визуально, по плотности и показаниям лабораторного рефрактометра.

В контрольном вине через двое суток началось вторичное брожение, в то время как опытный образец оставался стабильным в течение года. Таким образом, было установлено, что деминерализацию методом электродиализа можно использовать при приготовлении стабильных полусладких вин без внесения консервантов.

Подобная же обработка была применена с целью приготовления полусладкого вина с пониженным содержанием спирта (таблица). Опыты показали, что независимо от содержания спирта все образцы, прошедшие предварительную деминерализацию, были стабильны в течение длительного периода времени - 10-12 месяцев, так как в обработанных винах осталось только 132 мг/л общего азота и 74 мг/л аминного азота при сильно обедненном содержании минеральных веществ, что создало условия неблагоприятные для повторного развития дрожжей. Для предотвращения избыточного снижения кислотности в качестве промывочной жидкости в промежуточных камерах электродиализатора использовали 5 %-ный раствор винной кислоты.

Было установлено, что для стабилизации виноградного сока необходима удельная производительность 8-10 л/м •ч, так как содержание удаляемых при электродиализе компонентов в нем в 1,5 - 2 раза больше, чем в вине. Как и предполагалось, применение электродиализной обработки при получении биологически стабильных полусладких вин и виноградного сока предотвращало такие появление в них различного рода помутнений, связанных с избыточным содержанием катионов калия, кальция, железа, меди и других металлов.

Таблица - Влияние электродиализа на стабильность полусладких вин

Образцы Спирт, % об. Сахар, г/100 мл. Содержание калия, мг/л Азот, мг/л Титруемая кислотность, г/л Летучие кислоты, г/л Срок стабильности

общий аминный

Контроль (необработанное вино) 10,8 5,0 760 265 138 7,6 0,62 1 сутки

Опыт (деминерализованное вино) 10,8 5,0 94 132 74 6,2 0,25 12 мес.

8,0 5,0 94 132 74 6,2 0,25 10 мес.

5,0 5,0 94 132 74 6,2 0,25 10 мес.

Следует отметить, что содержание азотистых веществ при стабилизации методом электродиализа снижается примерно до таких же величин, как и при биологической стабилизации классическим способом, основанном на неоднократном развитии дрожжей с последующим удалением их из вина. Например, в исследованиях Л.Т.Ермачковой и Д.А.Мартакова [5] показано, что в винах, приготовленных данным способом, оставалось 74 -168 мг/л общего азота и 28-66 мг/л аминного, что обеспечивало их стабильность к забраживанию в течение 7-12 месяцев. Для получения стабильных полусладких вин было предложено использовать, катионообмен. Стабилизация, в этом случае, достигалась, как показано автором, при снижении содержания общего азота в обработанном вине до 90-200 мг/л.

Таким образом, проведенные исследования показали, что метод электродиализа дает возможность осуществить биологическую стабилизацию полусухих, полусладких и слабоалкогольных вин и виноградного сока. Стабильность к забраживанию при этом достигается за счет объединения среды веществами, необходимыми для жизнедеятельности дрожжей. Установлено, что удаление минеральных и азотистых веществ до пределов, происходит при электродиализе с удельной производительностью в 4-5 раз меньше, чем при деметаллизации этим методом.

Предлагаемый метод биологической стабилизации является более технологичным, так как не связан с необходимостью внесения в обрабатываемую продукцию химических консервантов и стабилизаторов, а также тепловой обработки с целью пастеризации.

Библиографический список:

1. Кишковский З.Н., Мержанин А.А. Технология вина. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984, 503 с.

2. Косюра В.Т., Донченко Л.В., Надыкта В.Д. Основы виноделия. - М.: ДеЛи принт, 2004, 440 с.

3. Валуйко Г.Г. Технология виноградных вин. - Симферополь: Таврия, 2001, 616 с.

4. Исламов М.Н., Кишковский З.Н. Комплексная стабилизация ионного состава жидких пищевых продуктов методом электродиализа.//Вестник ДГТУ. Технические науки 2004, № 6, с.78-81

5. Ермачкова Л.Т., Мартаков А.А. Способ приготовления полусладких вин без консервантов. - Виноделие и виноградарство СССР, № 4, 1972, с. 25-27.