A borok tisztulása (kolloid tulajdonságok)
Tisztasági problémák a borban • Áttetszőség ►fogyasztói elvárás, különösen a fehérborok esetében • Zavarosságok: 1. bor felületén (pl. hártya); 2. borban szétszórtan • Újborok ► sok zavarosító anyag (növényi maradványok, elpusztult élesztők) • Öntisztulás: folyamatos ülepedés; mechanikai eljárások (szűrés, szeparálás) • Palackozás: tiszta és stabil bor! • mikrobiológiai vagy kémiai eredetű (kolloidális) zavarosságok • hagyományos, fahordós érlelés ► borok spontán tisztulása és stabilizálása • új technológiák ►beavatkozások a stabilitás gyorsítására • vörösborok színkiválása ► egyetlen elfogadott zavarosság palackozott borok esetében ▼ 4-5 év palackos érlelést követően ► kevés üledék, jól dekantálható
Borkezelések 1. Borok tisztítása stabilizálás nélkül (pl. szűrés, szeparálás) 2. Borok tisztítása és stabilizálása egyidőben (derítések) 3. Kizárólag stabilizáló hatás (pl. arábia gumi) •
A zavarosságok és megszüntetésük a bor kolloid tulajdonságaival állnak összefüggésben (flokkuláció, szedimentáció) Tisztítókezelések Fémes zavarosodások (fehértörés, feketetörés, rezes törés) Fehérborok fehérjekiválása és megelőzése bentonitos kezeléssel Vörösborok kolloidális színanyagainak kiválása Borok derítése Védőkolloidok alkalmazása, pl. borkőkiválás megelőzésére Gumi arábikum alkalmazása
•
A kolloidok kialakulása a borban általában 2 lépésben jelentkezik: 1. Kolloidok kialakulása kémiai úton ► tiszta bor 2. Kolloidok flokkulációja (bizonyos tényezők hatására) ►zavarosság
A zavarosság megfigyelése • A bor szuszpenzióban lévő zavarosító anyagai a fénysugarak egy részét eltérítik ▼ A bor opalizál • A zavarosító anyagok észlelhetők szemrevételezéssel (áttetszőség), vagy mérhetők a szórt fény alapján • 100 µm felett a kolloid rendszer szuszpenzióvá alakul ►zavaros bor • Zavarosság mérése az eltérített fény mérése alapján ►turbidimetria • A merőleges irányban eltérített fénymennyiség meghatározása ►nefelometria • NTU érték (Néphélometric Turbidity Units) gyakorlati alkalmazása ▼ Szűrések, derítések, stb. hatékonyságának meghatározására • Ultramikroszkóp és egyéb berendezések ► kolloid méret feletti részecskék számának meghatározására
Diszperz rendszerek csoportosítása •
A diszperz rendszerek három csoportba sorolhatók: Részecskeméret (nm; 10-6 mm)
Tulajdonságok
Közönséges (molekuláris) oldatok
<2
Szűréssel és ultraszűréssel sem szűrhetők ki, mikroszkóppal és ultramikroszkóppal sem mutathatók ki, nem ülepednek
Kolloid oldatok
2-1000
Ultraszűrőn kiszűrhetők, ultramikroszkóppal láthatók, nagyon lassan ülepednek
Szuszpenziók
>1000
Kiszűrhetők normál szűrési eljárásokkal, mikroszkóppal észlelhetők, gyorsan ülepednek
A kolloid rendszerek tulajdonságai • A különböző kolloidok teljesen eltérő kémiai természetűek lehetnek • Hasonló tulajdonsággal rendelkező, de eltérő szerkezetű anyagok • Ugyanaz az anyag eltérő rendszert hozhat létre 2 különböző oldószerben (pl. NaCl) • A kolloid rendszerek szól és gél állapotát különböztetjük meg - Szól állapot: folyékony kolloid, amely szabad állapotú részecskéket tartalmaz - Gél állapot: a részecskék mozdulatlanok, rögökbe tömörülnek Szól állapot
Peptizáció Flokkuláció
Gél állapot
• Flokkuláció: a kolloid rendszer gél állapotba kerül ►kolloidális zavarosság (sók kiválása közönséges oldatokban)
A kolloidok rendszerek típusai •
Kolloidok: folyadékban eloszlatott kis méretű szilárd részecskék, melyek flokkulációját többféle hatás akadályoz meg
•
Fontos szerepet játszik a szilárd és folyékony részek érintkezési felülete ▼ Adszorbció az adott kolloid belső felülete szerint (>1 m2/ml) •
2 eltérő kolloidális rendszer létezik
1. Micelláris kolloidok: egyszerű molekulák csoportosulása kis energiájú kötésekkel (Van der Waals kötések, hidogénhidak, hidrofóbia) - stabilitásuk a részecskék elektromos töltésének a függvénye - felületükön a bor különböző alkotórészeit adszorbeálhatják -
Ilyen kolloidokat alkotnak a borban a kondenzált polifenolok, kolloidális színanyagok, vas-foszfát, réz-szulfát, sárgavérlúgsó
2. Makromolekuláris kolloidok: - Kovalens kötések alakítják ki, elektromos töltéssel rendelkeznek, hidrofil anyagok - Poliszacharidok, fehérjék - Stabilitásuk a hidrofil tulajdonságukon és az elektromos töltésükön alapul - A micelláris kolloidokat körülvéve, azok stabilitását javíthatják (védőkolloidok)
A kolloidok jellegzetességei •
a Brown-féle mozgás mértéke kolloidokban kisebb, mint a normál oldatok esetében •
Féligáteresztő membránokon nehezen jutnak keresztül, a védőkolloidok azokat eltömítik • •
A kolloid oldatok fagyás- és forráspontja közel azonos a deszt. víz adataihoz
•
Azonos összetételű kolloid oldatok szerkezete (részecskeméret) eltérő lehet •
•
Alkotórészeik nem rendeződnek szabályos kristályos formába
A flokkuláció eltér a sók kicsapódásától: igen híg oldatokban is lezajlik
A kolloid oldatok a fény síkját eltérítik, de zavarosságot csak adott részecskeméret felett észlelhetünk •
•
Az egyes részecskék körül az ellentétes töltésű anyagok 2 rétegben csoportosulnak •
•
A kolloidok zöme elektromos töltésekkel rendelkezik
A pH függvényében megváltozik az egyes alkotórészek töltése
A fehérjék és a cellulóz rostok pozitív, a többi borkolloid negatív töltéssel rendelkezik
Az elektromos töltések elhelyezkedése a kolloid részecskék körül
1. réteg
2. réteg
A kolloidok elektromos töltésének szerepe • •
A kolloidok zöme elektromos töltésekkel rendelkezik
Az egyes részecskék körül az ellentétes töltésű anyagok 2 rétegben csoportosulnak •
Elektrolízis: a pozitív töltésű részecskék a katód, a negatív töltésűek az anód felé vándorolnak •
•
A pH függvényében megváltozik az egyes alkotórészek töltése
Izoelektromos pont (a kétféle töltést tartalmazó molekulák, pl. fehérjék) esetében •
A fehérjék zöme és a cellulóz rostok pozitív, a többi borkolloid (baktériumok, élesztők, kolloidális színanyagok, vas-foszfát, réz-szulfát, bentonit stb.) negatív töltéssel rendelkeznek
A borfehérjék töltésének változása a pH függvényében
-NH3+
+
-COOH
Pi (pH=4,1-5,8)
-
-NH3+
-NH2
-COO-
-COO-
pH
A kolloidok reakciói • Flokkuláció: kolloid részecskék csoportosulása ►instabilitás • A kolloidokra ható erők: -Hőenergia (Brown-féle mozgás) ► rendezetlen állapotra való törekvés -Van der Waals erők (dipólusos molekulák atomjai közötti fellépő vonzás) - A Van der Waals erők egyenesen arányosak a részecske méretével és fordítottan arányosak a részecskék közötti távolsággal - Elektrosztatikus erők (a részecskék felületi töltése szerint) ►ellentétes töltések taszítása • Sókban telített közegben az elektrosztatikus erők elhanyagolhatók ►kicsapódás ▼ -Diammónium szulfát jelenlétében, vizes közegben a fehérjék nagyobb hányada kicsapódik • A makromolekuláris kolloidok (poliszacharidok), mint védőkolloidok megakadályozhatják a micelláris kolloidok flokkulációját
A hidrofil kolloidok tulajdonságai • A makromolekuláris kolloidok hidrofil tulajdonságúak ►viszonylag stabilak a borban • E vegyületek flokkulációja csak az elektromos töltés és a hidrátburok elvesztésével valósulhat meg • A hidrofil tulajdonságú fehérjék alkohol, tanninok jelenlétében, illetve a hőmérséklet növelésének hatására denaturálódnak, majd flokkuláció következik be. • A borban lévő tanninok hidrofób reakciók hatására csoportosulnak • A fehérjék a tanninokhoz Van der Waals kötésekkel kapcsolódnak ▼ A borok derítése során fehérje-tannin komplexek képződnek, amelyek később kiválnak • Poliszacharidok jelenlétében a tanninok csoportosulása megakadályozható
A hidrofil kolloidok flokkulációja Hidrofil, pozitív töltésű kolloid
Töltés elvesztése
Töltés elvesztése
dehidratáció
dehidratáció
Flokulált kolloidok
A fehérjék flokkulációja tanninok jelenlétében
Galloil-gükóz
fehérje
fehérje
koncentráció
Kicsapódott kolloid
pH hőmérséklet ionos erők
A különböző kolloidok reakciói a borban
Kicsapódás (pl. derítés)
Feh. Flavanol molekulák Hidrofób reakciók
Feh.
Poliszacharidok (védőkolloidok)
Flavanol koncentráció (hőmérséklet, pH)
A kolloidok kölcsönös flokkulációja • Ellentétes töltésű kolloidok között jön létre • Meghatározó jelenség a borok derítése során • fehérje típusú derítőszerek ►tisztulási és stabilizációs folyamatok • fehérje (+) reakciója vas-foszfáttal, berlini kék csapadékkal, réz szulfáttal és bentonittal • kék-derítés végrehajtása próbaderítés alapján
Adszorpciós jelenségek • Folyadékban, vagy gázban oldott anyagok szilárd felületeken történő reverzibilis megkötése • Kémiai reakció nélkül lezajló felületi megkötés • A kolloid belső felületének növekedésével az adszorpció mértéke növekszik • A kolloidok megköthetnek egyes anyagokat • Egyes borászati adalékanyagok (aktív szén, bentonit) a bor kolloidjait kötik meg • a felületi megkötéshez nem szükséges az elektromos töltések jelenléte • Az adszorpció a kis mennyiségben oldott anyagok esetében fokozottabb (aktív szén-színanyag) • Tannin-zselatin reakciók azonos zselatin mennyiség mellett a nagyobb tanninkoncentrációjú borokból több tannin kötődik le.
Védőkolloidok • Egyes makromolekuláris kolloidok megakadályozhatják más, nem stabil kolloidok kiválását ► védőkolloidok • A részecskéket körülvéve, azok flokkulációja megakadályozható • A védőkolloidok a részecskék felületén megkötődnek és eloszlanak az oldatban • Csak a poliszacharidok elegendő koncentrációja esetén érhető el a védőkolloid hatás • Kis koncentráció mellett a poliszacharidok hidakat képeznek ►flokkuláció • Túl nagy koncentráció mellett az ozmotikus nyomás nő ►flokkuláció ▼ Magas poliszacharidtartalmú vörösborokban a kolloidális színanyagok kiválása gyorsabb • A védőkolloidok hatásosak lehetnek a fémes zavarosodások és a borkő kiválás ellen • Hatásuk csak tükrös tisztaságú borokban pozitív • Amennyiben a zavarosság már kialakult, a védőkolloidok jelenléte rontja a derítések és szűrések hatékonyságát
Természetes védőkolloidok a borban • Kolloidális színanyagok és tanninok ► borkőkiválás lassul (vörösborok) • Semleges poliszacharidok (gumianyagok) ► fehérborok • Erősebb szűrésekkel általában eltávolíthatók ► hatékonyabb borkőstabilizálás • A poliszacharidok jelentős része rendelkezik ilyen hatással • E vegyületek ugyanakkor a borok íz- és zamatminőségét is javítják • A bor természetes kolloidjainak védőhatása hőkezeléssel fokozható
Természetes védőkolloidok a borban • Hőkezelést követően a borok kevésbé érzékenyek az oxidációs (fehér és fekete törés) és hideghatásokra (borkő) • Zavaros borokban a hőkezelés ellentétes hatást vált ki • Maximális hatás: 75 oC, 30 perc időtartam • Valószínűleg a hőkezelés a kolloid részecskék méretét növeli meg ► gyors flokkuláció • rothadt szőlő: β-glükán képződik a bogyóhéj és bogyóhús közötti területen • Nagy viszkozitású kocsonyásító anyag ►tisztulási, szűrési problémák • Koncentrációja fokozódik a szőlőt érő mechanikai hatásokkal • Zúzás nélkül, kíméletes préselés mellett hatékonyan alkalmazható • A mustok jól tisztíthatók, szűrési problémák magas alkoholtart. mellett jelentkeznek
Gumi-arábikum alkalmazása • Hatékony adalékanyag a borok tükrösségének fenntartására • Semleges ízű, élelmiszeriparban elterjedt poliszacharid • Akácfélék kérgéből kinyert őrlemény, vagy porszerű finomított anyag • Főként galaktóz, arabinóz, ramnóz és glükuronsav molekulákból épül fel + 2% fehérje • Langyos vagy akár hideg vízben is oldható • Gyakran vizes oldat (150-300 g/l) formájában forgalmazzák • Palackozás előtt, tükrös tisztaságú borokhoz adagolható • Általában a palackozást megelőző végső szűrés előtt adagolható ▼ • A szűrési teljesítmény romlik, de a védőkolloid hatás jelentősen nem változik • Normál dózis: 10-20 g/hl
Gumi-arábikum alkalmazása • A gumi arábikum hatékony: - rezes törések (korábban bronz alkatrészek) ► magasabb pH mellett kedvezőbb hatás - fehér törés ► kevésvbé hatékony, mivel nagyobb adagra lenne szükség: 20-25 g/hl alkalmazható kiegészítő kezelésként - feketetörés ► részleges hatás: a tannin-vas komplexek létrejönnek, de flokkulációjuk gátolt - kolloidális színanyagok kiválása ellen ► fő alkalmazási terület • új vörösborok instabil színanyagait fehérjés derítésekkel (tojás, zselatin) lehet eltávolítani • A gumi-arábikum a színanyagok flokkulációját akadályozza meg • palackozás előtt alkalmazható, a színintenzitást nem csökkenti •Tartós hatás érhető el, de hosszú palackos érlelésű vörösboroknál a bor kissé opalizálhat, üledék azonban nem alakul ki • természetes csemegeboroknál, misztelláknál, vermutoknál is alkalmazható ► 20-25 g/hl megakadályozza a kollidális színanyagok kiválását
