Mendelova univerzita v Brně Zahradnická fakulta v Lednici. FILTRAČNÍ TECHNIKY PŘI VÝROBĚ VÍNA Bakalářská práce. Vedoucí bakalářské práce

Mendelova univerzita v Brně Zahradnická fakulta v Lednici

FILTRAČNÍ TECHNIKY PŘI VÝROBĚ VÍNA Bakalářská práce

Vedoucí bakalářské práce

Vypracoval

Ing. Michal Kumšta

Václav Beran

Lednice 2013

Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma „Filtrační techniky při výrobě vína“ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Zahradnické fakulty Mendelovy univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům.

V Lednici, dne………………………

Podpis bakalanta………………………

Obsah 1. Úvod .................................................................................................................... 6 2. Cíl práce .............................................................................................................. 7 3. Současný stav řešené problematiky ..................................................................... 8 3.1 Základní principy filtrace .............................................................................. 8 3.1.1 Fyzikální aspekty filtrace ....................................................................... 8 3.1.2 Filtrační mechanismus ............................................................................ 9 3.2 Metody posuzování kvality filtrace ............................................................. 14 3.2.1 Fyzikální metody .................................................................................. 14 3.2.2 Mikrobiologické analýzy ...................................................................... 15 3.3 Filtrační materiály ....................................................................................... 17 3.3.1 Celulóza ................................................................................................ 18 3.3.2 Křemelina ............................................................................................. 19 3.3.3 Perlit ..................................................................................................... 20 3.3.4 Celulózové desky a moduly ................................................................. 20 3.3.5 Membrány ............................................................................................ 22 3.4 Filtrační techniky a zařízení ........................................................................ 26 3.4.1 Křemelinová filtrace ............................................................................. 26 3.4.2 Filtrace přes celulózové desky ............................................................. 34 3.4.3 Membránová filtrace ............................................................................ 40 3.4.4 Tangenciální filtrace ............................................................................. 45 3.5 Vliv filtrace na složení a organoleptické vlastnosti vína ............................. 50 3.5.1 Změny ve složení vína a dopad na jeho senzorické vlastnosti ............. 51 3.5.2 Srovnání vlivů filtrace a čiření na ošetřované víno .............................. 54 3.5.3 Koncová filtrace vína před lahvováním ............................................... 55 4. Vlastní komentář k řešené problematice ........................................................... 56 5. Závěr .................................................................................................................. 58 6. Souhrn a Resume, Klíčová slova a Key words ................................................. 61 7. Seznam použité literatury a pramenů ................................................................ 62

1. Úvod Filtrace je technika sloužící k oddělování pevných částic v suspenzi od kapaliny. K oddělení dochází průchodem filtrované kapaliny přes filtrační médium, které tvoří bariéru a dle svých vlastností zachycuje pevné částice o definované velikosti. Filtrace se při výrobě vína využívá k odkalování moštů a čištění kalů, k hrubšímu předčištění mladých vín a k finálnímu jemnému a sterilnímu čištění vín před lahvováním. Poslední uvedenou aplikaci nelze zajistit jinou technikou v kvalitě odpovídající filtraci. Cílem filtrace je snižování obsahu kalů v moštu a mladém víně a dosažení jiskrného vína bez nečistot, zákalu a mikrobiální kontaminace. Vzhled vína je první hodnocenou vlastností spotřebitelem a jedinou přijatelnou možností je jiskrně čisté víno. Určitá tolerance mezi spotřebiteli existuje ve vnímání přítomnosti vinného kamene. Naproti tomu mikrobiální čistota vína musí být dodržena bez výjimky. Přítomnost mikroorganismů ve víně, byť zprvu pouhým okem neviditelných, může v budoucnu způsobit problémy nejen ve vzhledu vznikem zákalu resp. sedimentu, ale také tvorbou látek negativně ovlivňující vůni a chuť již dokončeného vína. Jednou ze základních obecných charakteristik filtrace je zajištění její kvality ve smyslu

zachycení

všech

částic

předpokládané

velikosti,

zejména

všech

mikroorganismů. Snižování obsahu kalů musí probíhat postupně v několika filtračních krocích a nelze, s výjimkou tangenciální membránové filtrace, dosáhnout jiskrného a mikrobiálně stabilního nápoje v jednom filtračním kroku. Pro zajištění časově a finančně efektivní filtrace je třeba mít neustále na mysli dvě další obecné charakteristiky filtrace, filtrační průtok a s ním související ucpávání filtračního média. Filtrace vysoce kalného vína přes jemné filtrační médium vede k rychlému poklesu průtoku a k ucpání filtrační přepážky. Naopak filtrace již jemně předčištěného vína přes hrubé filtrační médium probíhá při velmi dobrém průtoku bez ucpávání, ale nevede k očekávanému zachycování malých částeček resp. mikroorganismů. Při použití kvalitních filtračních zařízení, ověřených filtračních médií a při dodržení všech požadovaných podmínek, nemá filtrace na organoleptické vlastnosti vína žádný negativní vliv. I tak by se její rozsah měl vždy omezit na nutné minimum. Ke snižování obsahu kalů slouží nejen filtrace, ale i další postupy jako sedimentace, čiření, centrifugace. Společně tvoří celkový technologický postup odstraňování pevných částic rozličných velikostí z moštu a vína. 6

2. Cíl práce Cílem bakalářské práce bylo soustředit a zpracovat odborné informace týkající se filtračních technik a využívaných filtračních materiálů. Tyto informace následně objektivně vyhodnotit a jejich pomocí jednotlivé techniky a materiály popsat. K plnému pochopení dané problematiky bylo nutné před vlastním popisem filtračních technik a materiálů uvést základní fyzikálně-chemické principy filtrace a základní metody používané pro posuzování její kvality. V poslední části práce bylo cílem charakterizovat popsané filtrační techniky a materiály ve vztahu ke kvalitě vyfiltrovaného vína a vlivu na jeho složení a organoleptické vlastnosti.

7

3. Současný stav řešené problematiky

3.1 Základní principy filtrace Existuje několik typů filtračních technik, které využívají ke své činnosti různé typy filtračních materiálů a různé typy zařízení. Ve vinařské praxi se využívá filtrace přes naplavenou vrstvu filtračního média – nejčastěji křemeliny, filtrace přes celulózové desky a moduly, filtrace přes membrány s kalibrovanými póry s přímým nebo podélným přítokem filtrované kapaliny k filtrační membráně. Pro všechny typy filtrace platí ovšem stejné principy, jejichž popis bude náplní následujících dvou kapitol.

3.1.1 Fyzikální aspekty filtrace Poiseuilleův zákon definuje rychlost proudění kapaliny přes filtrační médium v ideálním případě, kdy nejsou póry média průchodem kapaliny ucpávány.

Rychlost průtoku q je přímo úměrná ploše filtračního média S a filtračnímu tlaku p a nepřímo úměrná tloušťce filtračního média E. Konstanta K je přímo úměrná čtvrté mocnině průměru pórů a jejich počtu na jednotku plochy a nepřímo úměrná viskozitě protékající kapaliny (Ribéreau-Gayon et al., 2006). V praxi je matematická rovnice popisující dynamiku filtrace odlišná a je závislá na použitém typu filtračního média. Dynamika je rozdílná u filtrace s postupným ucpáváním pórů a u naplavovací filtrace. Dynamikou filtrace postupného ucpávání pórů kalovými látkami se řídí filtrace přes celulózové desky a moduly a klasická membránová filtrace. U naplavovací filtrace jsou kalové částice zachycovány hmotou filtračního koláče, jehož tloušťka neustále narůstá naplavováním nového filtračního média, čímž dochází k obnovování filtrační bariéry. Touto dynamikou se řídí křemelinová filtrace a navzdory jinému funkčnímu mechanismu i filtrace tangenciální.

8

Společně s výsledky laboratorních testů slouží matematické rovnice k předvídání průběhu filtrace ve velkokapacitních provozech (Serrano, Ribéreau-Gayon, 1981).

3.1.2 Filtrační mechanismus Kalové částice jsou filtrační vrstvou zachycovány dvěma způsoby. Částice větší než průměr pórů filtračního média jsou zachyceny sítovým mechanismem vně nebo uvnitř filtrační vrstvy, částice menší než průměr pórů jsou zachyceny adsorpcí ve filtrační vrstvě. Je zřejmé, že oba mechanismy působí při filtraci současně. Při filtraci suspenze kvasinek přes vrstvu celulózy závisí mechanismus filtrace na filtračním tlaku. Při nízkém tlaku jsou póry mezi vlákny celulózy větší, než je průměr kvasinek, ty jsou proto zachycovány pouze adsorpcí uvnitř média. Adsorpční kapacita celulózy se ale brzy vyčerpá a kvasinky projdou až na výstupní stranu filtrační vrstvy a zůstanou v kapalině. Při vyšším tlaku dojde ke zmenšení pórů mezi vlákny celulózy a začne se kromě adsorpce uplatňovat i sítový mechanismus zachycování kvasinek. Přefiltrované frakce jsou v průběhu filtrace o dost méně kalné. Azbest byl ideálním filtračním médiem využívajícím sítový zachycovací mechanismus. Po jeho zákazu s důvodu možné karcinogenity je se stejným efektem využívána směs celulózy a pozitivně nabité křemeliny. Tekutina na výstupu z filtračního média neboli filtrát zůstává bez kalových částic až do úplného ucpání filtrační vrstvy a zastavení filtrace (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Jednotlivé filtrační mechanismy, jejich obměny a kombinace, jsou znázorněny na obrázku 1. Varianta (a) znázorňuje sítový mechanismus, kalové částice jsou větší než průměr pórů a nedochází k jejich deformaci. Vytváří na povrchu média porózní koláč a ucpávají postupně všechny póry. Průtok tekutiny postupně klesá až k nule. Varianta (b) je totožná s předešlou, částice jsou ale deformovatelné (např. při vyšším tlaku). Penetrují dovnitř kanálů a blokují je. Průtok filtrační vrstvou klesá rychleji a brzy je médium kompletně ucpané. Varianta (c) je kombinací sítového mechanismu a adsorpce. Částice pronikají do filtrační vrstvy a jsou zachycovány adsorpcí nebo mechanicky, postupně ucpávají jednotlivé póry a snižují filtrační výkon. Filtrace do úplného ucpání média probíhá ale relativně dlouho. Varianta (d) znázorňuje adsorpci. Malé částice pronikají filtrační vrstvou a jsou zachyceny adsorpcí na vnitřních stěnách kanálů. Jakmile je ale adsorpční kapacita média vyčerpána, kapalina proudí sice filtrační 9

l/h/m2

l/h/m2

(a)

čas

l/h/m2

(b)

čas

(d)

čas

l/h/m2

(c)

čas

Obr. 1 Filtrační mechanismy (podle Ribéreau-Gayon et al., 1977)

vrstvou nadále, ale částice pronikají bez zachycení a filtrace tak ztrácí účinnost (Ribéreau-Gayon et al., 1977). Charakter kalových částic ovlivňuje kvalitu prováděné filtrace a filtrační výkon resp. ucpávání filtrační vrstvy. V tomto ohledu se jednotlivá vína chovají odlišně. Některá ucpávají filtrační médium velice málo a jiná, ne vždy vizuálně kalnější, ucpávají filtrační vrstvu již po zfiltrování několika hektolitrů. Schopnost vína ucpávat při průchodu filtrační vrstvu nesouvisí s jeho vizuálně pozorovanou kalností. Vizuálně čistá vína mohou při filtraci ucpávat filtrační vrstvu více než zakalená vína. Ucpávání filtračního média závisí spíše na velikosti kalových částic. Velké částice vytváří na povrchu filtračního média porózní vrstvu a neucpávají ho tolik jako malé 10

částice, které pronikají do filtračního média a způsobují jeho rychlé ucpání. Přidání kvasinek do vyfiltrovaného vína nezvýší při opětovné filtraci jeho schopnost ucpat filtrační vrstvu. Z toho lze usoudit, že problémy s ucpáváním filtrační vrstvy při filtraci mladých vín způsobují koloidní slizovité látky, nikoli kvasinky. Schopnost bakterií ucpávat filtrační vrstvu je variabilní, ale spíše vyšší. Některé octové a mléčné bakterie produkují polysacharidy a další slizovité látky s vysokou ucpávací schopností. Problémy s ucpáváním filtrační vrstvy vykazují vína s kovovými zákaly, s teplem vysráženými bílkovinami a s vysráženými barvivy u červených vín. Z tohoto pohledu je velice vhodné před filtrací provádět čiření vín, s následným důkladným oddělením vyčištěného vína od bentonitových kalů, které se vyznačují vysokou ucpávací schopností. Ke zvýšení filtračního průtoku a zmírnění ucpávání filtrační vrstvy koloidními polysacharidy se s úspěchem využívají pektolytické enzymy. Ty sice nerozloží koloidy odpovědné za ucpávání, ale poruší pektinovou vrstvu, která tyto koloidy obaluje a chrání. S velkým úspěchem se toto ošetření provádí u mladých červených vín, u vín získaných nešetrným lisováním hroznů nebo rmutu a u vín z tepelně ošetřených hroznů, kde byly přirozené enzymy deaktivovány vysokou teplotou. Ošetření vína pektolytickými enzymy dávkou 4 g/hl může zvýšit průtok vína přes celulózové desky při filtraci až čtyřikrát (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Vína vyrobená z hroznů napadených šedou hnilobou mají silnou tendenci k ucpávání filtrační vrstvy. Botrytis cinerea přítomná na hroznech vylučuje dovnitř bobulí koloidní polysacharidy odpovědné za obtížnou filtrovatelnost vyrobeného vína. Hlavní řetězce těchto polysacharidů tvoří molekuly glukózy spojené β (1 – 3) vazbami. Na molekuly glukózy hlavního řetězce jsou β (1 – 6) vazbami poutány další jednotlivé molekuly glukózy a tvoří tak jednomolekulové větvení. Mezi větvícími se molekulami glukózy na hlavním řetězci jsou jedna až dvě molekuly bez větvení. Molekulová hmotnost těchto polysacharidů je řádově 9 x 105. Na obrázku 2 je znázorněn efekt polysacharidu produkovaného Botrytis cinerea na filtraci přes celulózové desky. Křivka I znázorňuje dynamiku filtrace bílého suchého vína vyrobeného ze zdravých hroznů. Křivka II znázorňuje dynamiku filtrace stejného vína s přídavkem 200 mg/l zmiňovaného polysacharidu. Síla účinku tohoto glukanu závisí na koncentraci alkoholu, podmínkách zpracování hroznů a na teplotě. Při 4 °C a níže dochází k flokulaci makromolekul, vytvořené shluky jsou větší než jednotlivé

11

přefiltrovaný objem (ml)

čas filtrace (min) Obr. 2 Efekt polysacharidu produkovaného Botrytis cinerea na dynamiku deskové filtrace (podle Dubourdieu, 1982)

makromolekuly a jejich negativní efekt na filtraci je potlačen. Při běžné a vyšší teplotě (30 – 40 °C) jsou koloidní částice menší, neshlukují se a rychle ucpávají filtrační vrstvu. Předfiltrace postiženého vína přes hrubé médium nebo fyzikální rozbití zmiňovaných koloidů (ultradisperze) řeší problém s těmito polysacharidy pouze částečně. Opakované čiření vína organickými přípravky nebo bentonitem nemá na tyto polysacharidy vliv. Úplným řešením je použití enzymu glukanázy, která je produkována kulturami hub rodu Trichoderma a rozkládá polysacharidy produkované Botrytis cinerea (Dubourdieu, 1982; Steidl, Leindl, 2003). Obrázek 3 znázorňuje dynamiku deskové filtrace bílých vín vyrobených z napadených hroznů po přidání různých dávek glukanázy SP 116 během fermentace. Křivka 1 je kontrola bez přídavku enzymu. Křivka 2 reprezentuje přídavek 2 g/hl, křivka 3 přídavek 4 g/hl a křivka 4 přídavek 6 g/hl.

12

přefiltrovaný objem (ml)

čas filtrace (min) Obr. 3 Efekt glukanázy SP 116 na dynamiku deskové filtrace vína vyrobeného z hroznů napadených šedou hnilobou (podle Dubourdieu, 1982)

13

3.2 Metody posuzování kvality filtrace Obecně je cílem filtrace dosažení vizuálně a mikrobiologicky čistého a stabilního vína připraveného k naplnění do spotřebitelských obalů. Kvalitu filtrace můžeme hodnotit měřením několika parametrů. Metody používané k měření lze rozdělit na fyzikální a mikrobiologické.

3.2.1 Fyzikální metody Pokud jsou ve víně přítomné pevné částice, dochází na nich k rozptylu světla procházejícího tímto vzorkem. Na tomto principu jsou založeny metody měřící stupeň čirosti resp. kalnosti vína turbidimetrie a nefelometrie. Turbidimetrie měří intenzitu světla procházejícího vzorkem v původním směru. Nefelometrie měří pod úhlem 90 ° intenzitu světla rozptýleného. Výsledek je uveden v jednotkách NTU (nephelometric turbidity units), čím více je víno zakalené, tím vyšší má NTU. Těchto metod se využívá stále častěji z důvodu jejich jednoduchosti a finanční dostupnosti. Bílá vína jsou jiskrně čistá, pokud je NTU 1,1 a méně. Zakalená při NTU 4,4 a více. Mezi těmito dvěma hodnotami může být víno považováno za čisté, matné, lehce zkalené. U růžových vín jsou tyto hranice 1,4 a 5,8 NTU, u červených vín 2 a 8 NTU. Čiření, centrifugace a naplavovací filtrace zanechávají víno jiskrně čisté s NTU 1 a méně. Filtrace přes celulózové desky a membránová filtrace před plněním do lahví zanechávají víno s NTU 0,1 až 0,65. Víno se čistí na takovou úroveň z důvodu úplné eliminace všech mikroorganismů a z důvodu pravidelně se zvyšujícího stupně zakalení vína během jeho lahvového zrání i bez předchozí kontaminace. Další metodou posuzování kvality filtrace je stanovení obsahu pevných látek. Obsah pevných částic se vyjadřuje procentuálně jako poměr objemu/hmotnosti pevných částic k celkovému objemu/hmotnosti zkoumaného vzorku. Pevné částice se od vína oddělují centrifugací, filtrací přes membránu ze skleněného vlákna, filtrací přes membránu schopnou zadržet koloidy s velikostí pórů 0,45 µm nebo odpařováním kapaliny ze vzorku do úplného vysušení. Ve vinařské praxi se nejvíce využívá centrifugace při 3000 otáčkách za minutu po dobu 5 minut, ve speciálních zkumavkách cejchovaných procenty celkového objemu. Metody centrifugace se využívá u bílých moštů, usazenin po sedimentaci moštů, kvasničných usazenin, usazenin po čiření vín 14

(množství pevných částic více než 3 % objemová) a u mladých vín (množství pevných částic od 0,5 do 2 % objemových). Další metodou je stanovení počtu pevných částic. Využívá se několika typů měřících přístrojů pracujících na různých principech jako elektrická vodivost, pohlcování rentgenového záření, rozptyl a ohyb laserového paprsku. Tyto metody jsou omezeny na laboratorní využití. Jejich nevýhodou je vysoká pořizovací cena přístrojů a fakt, že nedokáží detekovat částice menší než 0,5 µm, které ovšem také ovlivňují čistotu vína (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

3.2.2 Mikrobiologické analýzy Kvasinky a bakterie, které zůstali ve víně po naplnění do láhve, mohou s vysokou pravděpodobností negativně ovlivnit jeho biologickou stabilitu v průběhu skladování. Z tohoto pohledu jsou mikrobiologické analýzy podstatnou součástí metod posuzování kvality filtrace. Pro počítání celkového počtu mikroorganismů pod optickým mikroskopem se používají různé typy počítacích komůrek, např. Malassez komůrka. V případě méně rozsáhlé populace je třeba mikroorganismy zkoncentrovat centrifugací, výsledek je potom ale nepřesný a metoda zdlouhavá. Pro posuzování biologické stability vína je ale podstatné počítání živých buněk mikroorganismů (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Pro počítání živých kvasinek a bakterií se využívá kultivace těchto mikroorganismů na specifických médiích tvořených agarem, výživou a inhibitory. Kolonie vzniklé na médiu v Petriho miskách lze počítat pouhým okem. Jednotlivé buňky lze počítat epifluorescenčním mikroskopem. Pro počítání kolonií kvasinek se do agaru kromě výživy přidává bifenyl inhibující růst plísní a chloramfenikol inhibující růst bakterií. Pro selekci kvasinek jiných než Saccharomyces, např. Brettanomyces, se do živného média přidává cykloheximid. Inkubace rodu Saccharomyces trvá 2 až 3 dny, rodů kvasinek jiných než Saccharomyces 7 až 10 dnů, obojí při teplotě 25 °C. Pro počítání bakteriálních kolonií se využívá živné médium s přídavkem pimaricinu, který inhibuje růst veškerých kvasinek. Pro selekci octových bakterií je do média přidán penicilin inhibující růst mléčných bakterií, inkubační doba je 5 až 7 dnů. Pro selekci mléčných bakterií jsou Petriho misky udržovány v anaerobních podmínkách 15

pod tlakem CO2, což inhibuje růst octových bakterií, inkubační doba je 7 až 12 dnů v závislosti na zkoumaných druzích. Inkubace probíhá v obou případech při 25 °C. Pokud víno obsahuje malé množství mikroorganismů, je filtrováno přes membránu s póry o velikosti 0,45 µm a ta je následně uložena na speciální kultivační médium. Počet kolonií na kultivačním médiu by měl být od 30 do 300. Počet mikroorganismů stanovený touto kultivační metodou je vyjádřený v jednotkách CFU (Colony Forming Units) na ml zkoumané kapaliny, v našem případě vína (Lafon-Lafourcade, Joyeux, 1979). Počet mikroorganismů vyjádřený v jednotkách CFU ale neodpovídá počtu živých buněk ve zkoumaném víně. Existují bakterie, které nelze kultivovat na živných médiích, ale ve víně úspěšně žijí, rozmnožují se a mohou způsobovat jeho zakalení. To je důležité si uvědomit především u vín určených k delšímu lahvovému zrání. K určení počtu všech živých buněk ve víně se využívá metoda epifluorescenční mikroskopie. Vzorek určený k analýze je přefiltrován přes membránu s póry o velikosti 0,4 µm. Takto získané mikroorganismy jsou 15 až 30 minut kultivovány při 30 °C na substrátu, který pronikne dovnitř buněk. Substrát je uvnitř buněk rozštěpen buněčným enzymem a uvolňuje se z něj fluorochrom, který se akumuluje. Po vybuzení světlem určité vlnové délky uvolňuje fluorochrom světlo o delší vlnové délce. Tento jev se nazývá fluorescence. Neprobíhá u mrtvých buněk. Živé buňky označené fluorescencí jsou počítány pomocí epifluorescenčního mikroskopu, výsledek je vyjádřen v počtu živých buněk na ml vína (Millet, 2001; Millet, Lonvaud-Funel, 2000). Ihned po skončení fermentace je ve víně řádově 106/ml mikroorganismů. Tato hodnota rychle klesá na 104/ml až 103/ml v důsledku sedimentace a následného stočení. Po křemelinové filtraci víno obsahuje řádově 102/ml mikroorganismů. Bez těchto předběžných zásahů může populace mikroorganismů ve víně zůstat poměrně veliká. Mikrobiologicky účinná filtrace zanechá ve víně méně než 1 živou buňku na 100 ml vína, sterilní filtrace zanechá ve víně méně než 1 živou buňku na láhev vína. K mikrobiologicky účinné a sterilní filtraci před plněním vína do lahví lze využít filtraci přes celulózové desky a moduly a membránovou filtraci. Aby bylo dosaženo zmiňovaných výsledků, musí celý proces finální filtrace probíhat za vysoce čistých podmínek (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

16

3.3 Filtrační materiály Výkonnost filtračního média definují dva parametry, porozita a permeabilita. Porozita je vyjádřena procentuálně jako poměr objemu volného prostoru v porózním médiu k celkovému objemu tohoto média. Porozita naznačuje, jaký objem nečistot by mohlo filtrační médiu zadržet. Čím větší porozita, tím větší kapacita pro záchyt kalových částic. Porozita dále přímo souvisí s poklesem tlaku ve filtru, tedy s energií potřebnou k průchodu filtrované tekutiny přes filtrační médium. Čím vyšší je porozita, tím menší je potřeba energie na průchod kapaliny filtračním médiem. Vysoká porozita filtračního média prodlužuje jeho životnost během filtrace a snižuje množství energie potřebné na průchod filtrované kapaliny filtračním médiem. Porozita celulózových filtračních desek, membrán a naplavené křemeliny může být až 80 %. Permeabilita filtračního média definuje jeho propustnost pro filtrovanou kapalinu. Je vyjádřena rychlostí průtoku filtrované kapaliny přes filtrační médium v závislosti na jeho vlastnostech, vlastnostech filtrované kapaliny a podmínkách filtrace. Jednotkou je 1 Darcy. Jeden Darcy odpovídá permeabilitě filtračního média o ploše 1 cm 2 a tloušťce 1 cm, které propustí 1 ml za vteřinu filtrované kapaliny o viskozitě 1 centipoise (jednotka dynamické viskozity, odpovídá 1 mPa·s nebo mN·s·m-2), při rozdílu tlaků na vstupu a výstupu 1 bar. Přibližná hodnota permeability sterilních celulózových desek je 0,017 Darcy, jemných desek 0,15 Darcy, hrubých desek 1 až 2 Darcy, naplavené křemeliny 0,5 až 5 Darcy, hrubého média pro rychlou filtraci 2 až 7 Darcy. Permeabilita v jednotkách Darcy se používá k označení jednotlivých variant křemeliny. Další důležitou charakteristikou filtračního média je prahová velikost částic, při které již filtrační médium není schopno tyto částice zadržet. V anglické terminologii je tato vlastnost označována jako „cutoff“. U membrán je v ideálním případě tato vlastnost absolutní, je dána velikostí pórů membrány a odpovídá velikosti největších částic, které membránou procházejí. U heterogenních filtračních médií s nepravidelně rozmístěnými póry různých velikostí je tato vlastnost dána nominální velikostí částic, při které jsou tyto částice za normálních podmínek ještě filtračním médiem zachyceny, ale zároveň může dojít i k průniku malého množství větších částic. Obecně nominální hodnota zastupuje hodnotu skutečnou, která nemá jednu konkrétní velikost, ale nabývá hodnot z určitého rozmezí.

17

Účinnost filtračních membrán lze za jasně daných pracovních podmínek definovat poměrem množství sledovaných mikroorganismů před membránou k množství těchto mikroorganismů membránou prošlých. Tento ukazatel se nazývá redukční koeficient RR (z anglického reduction ratio). Membrány s velikostí pórů 0,65 µm mají pro Leuconostoc oenos (nyní Oenococcus oeni) RR 105. Neboli z množství 105 těchto mikroorganismů projde membránou za přesně definovaných podmínek právě jedna buňka (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

3.3.1 Celulóza Celulóza je makromolekula složená z velkého počtu jednotlivých molekul glukózy, které polymerizují do dlouhých řetězců s periodickou strukturou. Většina těchto řetězců je zarovnána v jednom směru a dohromady tvoří drobná vlákna celulózy. Celulóza využívaná při filtraci se získává ze dřeva borovic, bříz nebo buků. Dřevo se rozřeže na drobné části, chemickou cestou se v něm rozpustí lignin a následně dojde k uvolnění vláken celulózy. Zpracovaná dřevní hmota se propere ve vodě a projde ještě několika dalšími stupni čištění. Vyčištěná hmota se rozprostře do plochy a suší se. Vlákna celulózy mohou být mechanickým postupem rozdrcena na prášek. Dle intenzity zpracování obsahuje prášek částice různé velikosti vhodné k různým typům filtrace. Při filtraci využívaná celulóza je vláknitá, dodávaná ve formě celulózových desek nebo prášku. Prášek je samostatně nebo v kombinaci s dalším filtračním médiem využíván při naplavovací filtraci. Filtrační celulóza je relativně čistá, ale může obsahovat stopy kationtů. Je senzoricky neutrální, přesto se doporučuje ji před filtrací důkladně propláchnout dostatečným množstvím vody, aby se případná papírová pachuť nepřenesla do vína. Do roku 1980 se filtrační celulóza s negativním elektrokinetickým nábojem míchala s azbestem. Výsledkem bylo snížení poměrně vysoké porozity celulózy a zvětšení využitelného filtračního povrchu. Takové médium lépe zachycovalo mikroorganismy a koloidní částice. Od roku 1980, kdy bylo použití azbestu z hygienických důvodů zakázáno, se filtrační desky vyráběly z čisté celulózy. V současné době se jako pomocné látky při výrobě celulózových desek využívají křemelina, perlit nebo polyethylen. V kombinaci s těmito látkami musí celulóza mít pozitivní elektrokinetický náboj (Ribéreau-Gayon et al., 2006). 18

3.3.2 Křemelina Diatomit je křemičitá usazená hornina různého stupně zpevnění složená z nahromaděných schránek (diatom) jednobuněčných řas rozsivek o velikosti od několika µm do několika set µm. V sypkém nezpevněném stavu se diatomit označuje jako křemelina nebo diatomová zemina. Rozsivky sestávají z jedné buňky pokryté schránkou, která je impregnována aktivním vychytáváním kyseliny křemičité z okolního prostředí. Takto vzniklý minerál tvořící schránky rozsivek se nazývá opál a jde o hydratovaný oxid křemičitý čili o samotnou kyselinu křemičitou. Buňka rozsivky odumře, pevná schránka ale zůstává. Schránky se postupně usazují, dochází k jejich akumulaci a vzniku měkké horniny diatomitu. Diatomit má rozličnou mikroskopickou strukturu, v závislosti na typu usazených schránek. Může být mořského nebo jezerního původu a jeho stáří se odhaduje na 60 až 100 milionů let. Mnoho ložisek diatomitu se nachází ve Spojených státech amerických, převážně v Kalifornii, v Evropě a v severní Africe. Rozsáhlá ložiska se nachází ve Francii v místě bývalých starověkých jezer v oblasti zvané Francouzské středohoří neboli Massif Central. Z těchto ložisek se diatomit těží a jeho rozdrobením vzniká sypký křemičitý prášek zvaný křemelina. K filtraci se křemelina využívá od konce 19. století. Díky své vysoké porozitě našla rychle uplatnění v mnoha průmyslových odvětvích. Efektivní filtrační vrstva představuje 80 % hmoty použité křemeliny, s filtračním povrchem 20 až 25 m2/g. Kolem roku 1920 byl vynalezen nový způsob zpracování diatomitu k výrobě vysoce permeabilní křemeliny. V současné době se využívají tři typy křemeliny. Prvním typem je přirozená křemelina. Obsahuje jemné částečky a je šedá. Vzniká drcením a sušením vytěženého diatomitu. Filtrace přes tento typ křemeliny je velice jemná, s vysokou čistící účinností, ale s velice nízkým průtokem. Může obsahovat i zbytky organické hmoty a její používání je na ústupu. Druhým typem je křemelina, která podstoupila proces kalcinace při 1000 °C. Je růžová až načervenalá a neobsahuje zbytky organické hmoty. Je drcena na hrubší částice, které zvládají jemnou filtraci při přijatelných průtocích filtrované kapaliny. Třetím typem je fritovaná křemelina, tj. křemelina aktivovaná kalcinací při 1100 až 1200 °C za přítomnosti tavidla chloridu nebo uhličitanu vápenatého.

19

Výsledkem tohoto zpracování je bílá křemelina s podstatně většími částečkami a volnější strukturou. Filtrace přes ni je méně jemná, ale rychlá. Podle velikosti částic se křemeliny dělí do několika tříd. Velikost částic ovlivňuje permeabilitu filtračního média, tj. rychlost průtoku filtrované kapaliny. Ve vinařské praxi se rozlišují dvě hlavní skupiny, hrubá křemelina s permeabilitou nad 2 Darcy a jemná křemelina s permeabilitou pod 1 Darcy. V rámci těchto skupin i mezi nimi existuje několik tříd křemelin s rozdílnou permeabilitou. Křemelinu je nutné skladovat na suchém místě mimo dosah jakýchkoliv zápachů. Křemelina totiž velice snadno pohlcuje pachy, které následně může předat filtrovanému vínu (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

3.3.3 Perlit Perlit je tvořen sférickými částečkami, které se svým tvarem podobají perlám. Vzniká zpracováním vulkanické vyvřelé horniny. Z chemického hlediska se jedná o křemičitan hlinitý. Důležitou složkou této horniny je vmezeřená voda a okludované plyny. Tyto složky zabírají 2 až 5 % jejího objemu. Díky nim může tato hornina při zahřátí na 1000 °C expandovat a zvětšit svůj objem 10 až 20krát. Zároveň dojde ke snížení její hustoty a zvýšení její porozity. Následuje mletí a třídění na základě velikosti obsažených částeček. Výsledkem je bílý prášek perlit, který podle podmínek zpracování obsahuje částečky určité velikosti. Perlit prodlužuje délku filtračního cyklu. Je totiž více porózní než křemelina a jeho nízká hustota (o 20 až 30 % nižší než u křemeliny) snižuje hmotnost požadovaného množství filtračního média. Na druhou stranu má perlit nízkou adsorpční kapacitu a je nejúčinnější při jemné filtraci. Používá se k filtraci moštů a kapalin s vysokým podílem pevných látek. Perlit je abrazivní a způsobuje rychlé opotřebení čerpadel (RibéreauGayon et al., 2006).

3.3.4 Celulózové desky a moduly Celulózové filtrační desky se pro svoji filtrační účinnost v celé své hloubce nazývají často desky hloubkové. Základem desek jsou dřevní celulózová vlákna 20

doplněná křemelinou nebo perlitem. Další složkou může být kationt výměnná pryskyřice (katex) ke zvýšení elektrického náboje (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Některé typy celulózo-křemelinových filtračních vložek jsou obohaceny speciálními látkami pro odstraňování vybraných látkových složek vín, např. PVPP (polyvinylpolypyrrolidon) na snížení obsahu polyfenolů (Balík, 1996). Do celulózových desek se dlouho přidával jako doplňkové médium azbest. Filtrace s ním byla více efektivní, protože zmenšoval jinak velké kanály mezi vlákny celulózy a zároveň zvyšoval filtrační kapacitu celulózové desky. Dnes je použití azbestu zakázáno a místo něj se do celulózových desek se stejným výsledným efektem přidávají výše zmiňovaná pomocná filtrační média. Vdechování vláken azbestu, která se vyskytují i přirozeně ve vzduchu, je pokládáno za karcinogenní. Celulózové desky se vkládají mezi rámečky deskových filtrů nebo jsou sestaveny do filtračních modulů, ve kterých jsou pevně uchyceny na plastových nosičích, čímž je zabráněno průsaku filtrované tekutiny skrz desku mimo těleso filtru. V závislosti na požadované ostrosti filtrace jsou vlákna celulózy při výrobě desek zpracována hrubě nebo jemně, jsou přidána pomocná filtrační média a připravená směs je rozmíchána ve vodě a míchána prostřednictvím vibrací. Vakuovou filtrací se připravená suspenze přenese na pás vakuového filtru. Vytvořená vrstva filtračního média se vysuší a nařeže na požadované velikosti. Podle složení výchozí směsi a nastavení vakuového filtru jsou produkovány desky pro hrubou až sterilní filtraci, desky s rozdílnou permeabilitou a různými fyzikálními vlastnostmi. Póry celulózových desek jsou rozmístěny nerovnoměrně a mají rozdílné velikosti, největší jsou na vstupní straně filtrační desky. Strukturu desky lze přirovnat k trojrozměrnému sítu s velkým množstvím drobných kanálků. Objem těchto kanálků představuje 70 až 85 % celkového objemu filtrační desky. Filtrovaná tekutina prochází kanálky relativně pomalu. Uvnitř kanálků dochází k záchytu pevných nečistot, mikroorganismů a koloidních částic. Na záchytu se podílí sítový mechanismus a adsorpce. Adsorpci umožňuje rozdílný elektrokinetický potenciál, tzv. zeta potenciál, mezi pozitivně nabitými stěnami kanálků a negativně nabitými částicemi. Adsorpce značně zesiluje filtrační účinek celulózových desek. Rozsah adsorpce závisí na pH, teplotě a rychlosti průtoku filtrované kapaliny a na velikosti elektrokinetického náboje celulózy (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Je třeba dbát na skutečnost, že částice zachycené tímto mechanismem se mohou při zastavení a obnovení filtrace z filtračního média uvolnit a znečistit tak filtrát (Starbard, 2008). K adsorpci je zapotřebí i určité 21

rychlosti proudění vína při filtraci. Jestliže se jí nedosáhne, pracuje se s příliš vysokým tlakem nebo je vyčerpána adsorpční kapacita, procházejí kalové částice filtrem (Steidl et al., 2002). Celulózové desky a moduly mají díky svému velkému vnitřnímu povrchu schopnost zadržet značné objemy kalné tekutiny (až 3 l/m2 kalů). V porovnání s filtračními membránami představuje tento parametr výraznou výhodu celulózových filtračních médií (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

3.3.5 Membrány Syntetické membrány s kalibrovanými póry jsou ve vinařské praxi využívány při několika technologických operacích. Při ultrafiltraci, při mikrofiltraci s přímým nebo podélným přítokem filtrované kapaliny a při reverzní osmóze. Membrány se využívají i u speciálních separačních technik elektrodialýzy a pervaporace. Při reverzní osmóze prochází membránou především molekuly rozpouštědla, i nejmenší rozpuštěné látky jsou membránou v závislosti na velikosti pórů převážně zadrženy, průměr pórů se pohybuje přibližně od 0,001 do 0,01 µm (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Jako filtrát (permeát) odchází především voda, určitý podíl alkoholu, aromatických látek a organických kyselin (Balík, 1996). Rozpuštěné látky, které jsou tvořené molekulami přibližně 10krát většími než je velikost molekul rozpouštědla, jsou oddělovány ultrafiltrací na membráně s průměrem pórů od 0,002 do 0,1 µm (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Ultrafiltrace odstraní většinu koloidních látek z vína a byla proto v omezené míře využívána k odstranění nestabilních proteinů z ošetřovaného vína. Zachycuje ale i barevné pigmenty a taniny z červených vín (Jackson, 2008). Použití ultrafiltrace v ošetření bílých vín zdá se neprodukuje neakceptovatelné výsledky ve smyslu negativního ovlivnění organoleptických vlastností bílého vína. Ošetření bílých vín ultrafiltrací je proto intenzivně zkoumáno (Flores et al., 1991). Při ultrafiltraci je možné zachytit některé polyfenoly, peptidy a zejména proteiny a polysacharidy. Jestliže jsou pro filtraci vín použity ultrafiltrační membrány, je třeba pracovat pouze s propustností na rozhraní mezi mikrofiltrací a ultrafiltrací. Jinak dochází k vysokým ztrátám barviv u vín červených a všeobecně k zachycování vyššího procenta koloidů, které se projeví v trvalých změnách filtrovaného vína, případně v destabilizaci vína proti vypadávání koloidních zákalů (Balík, 1996). 22

Mikrofiltrace zadržuje větší částice, průměr pórů membrány je přibližně od 0,1 do 10 µm. V praxi se hranice mezi ultrafiltrační a mikrofiltrační membránou stanovuje obtížně. Na jedné straně mohou být póry ultrafiltrační membrány porušeny vysokým filtračním tlakem a následně propouští i částice o větší velikosti než je definovaná nominální velikost zadržovaných částic. Na druhé straně mohou při mikrofiltraci zadržené nečistoty tvořit na povrchu membrány polarizační vrstvu, která postupně ucpává póry a zadržuje stále jemnější částice za zvyšujícího se filtračního tlaku. Membrány mohou být popisovány absolutní velikostí svých pórů nebo nominální velikostí zachycovaných částic. U mikrofiltračních membrán se velikost pórů udává v µm. Standardní rozměry pórů membrán využívaných při mikrofiltraci vína jsou 1,2; 0,65 a 0,45 µm. U ultrafiltračních membrán není velikost pórů tak přesně definovaná a není ani u všech pórů dané membrány úplně stejná. Proto jsou ultrafiltrační membrány popisovány spíše nominální velikostí nejmenších zachycovaných částic, velikost částic je vyjádřena jejich relativní molekulovou hmotností v Daltonech [Da]. Membrány se vyznačují vysokou a poměrně přesně definovanou separační účinností, rychlým průtokem filtrované kapaliny a dobrou fyzikální, chemickou a tepelnou odolností. Mikrofiltrační membrány se skládají z tenké filtrační vrstvy, která je uložená na základové vrstvě. Základová vrstva může být z materiálu stejného jako filtrační vrstva (membrány symetrické) nebo z odlišného (asymetrické a kompozitní membrány). První používané membrány byly vyrobeny z acetátů celulózy. Měli nízkou odolnost vůči mikroorganismům, teplotě a pH a byly náchylné na další stresové vlivy. Membrány

druhé

generace

byly

vyrobeny

z polymerů

polysulfonu

nebo

polyakrylonitrilu. Byly o mnoho odolnější. Membrány nynější třetí generace jsou vyrobeny z anorganických materiálů. Mají velice dobrou chemickou, fyzikální a tepelnou odolnost (snáší i teploty vyšší než 100 °C). Jejich životnost je téměř neomezená, lehce se čistí a dezinfikují. Mezi provozní parametry membrán patří transmembránový diferenční tlak, teplota filtrované kapaliny, která ovlivňuje její viskozitu, rychlost průtoku filtrované kapaliny a rychlost odtoku retentátu. Membrány jsou vyráběny odpařováním rozpouštědla z výchozího materiálu, rozpouštědlo proniká povrchem materiálu a vytváří tak póry. Porozita membrán závisí na počtu a velikosti těchto otvorů. Ve skutečnosti se filtrační membrány podobají více mycím houbám než sítům. Pro zvětšení filtračního povrchu se membrány plisují a takto poskládané se sestavují do filtračních modulů neboli svíček. Povrch membrány 23

v jednom modulu je až 0,82 m2. Několik modulů (1 až 4) může být sestaveno do jedné pevné a dokonale vzduchotěsné kazety. Po sterilizaci jsou tyto filtrační systémy připraveny k filtraci. Nevyžadují speciální přípravy a jsou zcela neutrální z hlediska senzorického ovlivnění filtrovaného vína. Existuje několik typů syntetických membrán. (1) Membrány z esterů celulózy (diacetáty nebo triacetáty celulózy) jsou vysoce permeabilní a mají dobrou filtrační kapacitu. Nejsou drahé, což podporuje jejich zavádění do praxe. Nevýhodou je již zmiňovaná citlivost k teplotě a pH a nebezpečí degradace mikroorganismy. Směsi acetátu a nitrátu celulózy jsou biologicky inertní, autoklávovatelné a chemicky odolné. (2) Polyamidové a polyimidové membrány jsou více odolné vůči vysokým teplotám a chemikáliím. Jsou pevnější než předešlý typ membrán. Ve vinařství se často využívají membrány vyrobené z nylonu 66. (3) Výchozím materiálem dalšího typu membrán je polyvinyliden fluorid (polymerizovaný vinyliden difluorid). Tyto membrány jsou tepelně, chemicky a fyzikálně stabilní. (4) Membrány z polytetrafluorethylenu se využívají při mikrofiltraci. Jsou získávány metodou

vytahování

nebo

protlačování

částečně

krystalizovaného,

polymerizovaného filmu polytetrafluorethylenu. Mají dobrou tepelnou, chemickou a fyzikální stabilitu a mohou být sterilizovány teplem. (5) Polypropylenové membrány poskytují díky své hloubce více úrovní filtrace. Filtrační proces probíhá v celé tloušťce membrány. Tyto membrány se využívají také jako předfiltrační. (6) Membrány ze skleněných vláken mohou být použity pro předfiltraci i pro koncovou filtraci. Velikost pórů se pohybuje od 1 do 40 µm. Tyto membrány jsou fyzikálně odolné, zvládají diferenční tlak 4 bary při teplotě 80 °C. Velikost pórů může být snížena potáhnutím skleněných vláken hygienicky nezávadnými pryskyřicemi. (7) Anorganické keramické membrány jsou vysoce inertní a téměř nezničitelné. Filtrační jednotka se skládá z makroporézní základny, na kterou jsou postupně ukládány různě silné vrstvy keramiky obsahující částice rozdílné velikosti. Čím menší jsou částice a mezi nimi vytvořené póry, tím tenčí je jejich vrstva (nejtenčí vrstvy měří pouze několik µm). Taková struktura poskytuje výbornou fyzikální odolnost a nízký odpor vůči toku filtrované kapaliny. Vnější vrstva obsahuje nejmenší částice, mezi kterými jsou póry s nejmenším průměrem. Tato vrstva je z hlediska filtrace nejaktivnější. V potravinářské praxi se keramické membrány uplatňují hlavně v tangenciálním režimu 24

(s podélným přítokem filtrované kapaliny k filtrační membráně). Keramické membrány se vyrábí z oxidů hliníku, zirkonia a titanu, ze sintrovaných (slinutých) kovů a z dalších materiálů. Tyto membrány se využívají pro mikrofiltraci a ultrafiltraci (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

25

3.4 Filtrační techniky a zařízení Ve vinařské praxi se využívá několik typů filtračních technik. Filtrace přes naplavenou vrstvu křemeliny, méně často perlitu nebo celulózy, filtrace přes celulózové desky a moduly, filtrace přes syntetické polymerní membrány s kalibrovanými póry s čelním přítokem filtrované kapaliny a tangenciální filtrace přes anorganické nebo organické membrány s podélným přítokem filtrované kapaliny k filtrační membráně.

3.4.1 Křemelinová filtrace Křemelinová filtrace je již mnoho let velice rozšířenou technikou pro čištění vín. Dříve se jako nosič filtračního křemelinového koláče využívala filtrační tkanina. Křemelina na ni byla naplavována v suspenzi s vínem nebo vodou a vytvořila na povrchu látky filtrační vrstvu. Až poté byla zahájena filtrace. Dnes se již využívá jiný způsob vytvoření filtrační vrstvy. Křemelina je na nosič naplavována kontinuálně, je průběžně dávkována čerpadlem do přicházejícího kalného vína, ještě než víno vstoupí do filtračního tělesa. Filtrační koláč tak postupně během filtrace narůstá, nečistoty jsou rozprostřeny v celé výšce filtrační vrstvy a vnější vrstva filtračního koláče se při dodržování správného pracovního postupu neucpe. Křemelinová filtrace je vhodná pro hrubou, jemnou i koncovou sterilní filtraci. Je to díky možnosti zvolit křemelinu s různou velikostí částic a tedy s různou permeabilitou a ostrostí filtrace, též díky možnosti použít směs křemeliny s jiným filtračním médiem (celulózou nebo perlitem). V tabulce 1 jsou znázorněny výsledky filtrace bílého kalného vína přes tři různé typy křemeliny s rozdílnou permeabilitou. Průběh filtrace lze předpovídat na základě výsledků předchozích laboratorních testů. Křemelinová filtrace slouží především jako první stupeň čištění jinak neošetřených vín. Může ale být díky jemné křemelině použita i k finálnímu ošetření vín před plněním do lahví. Tabulka 2 znázorňuje kvalitu a množství křemeliny potřebné na ošetření vína v různých fázích jeho výroby. V tabulce uvedené jednotlivé stupně filtrace vyžadují různé typy křemeliny a různé dávkování. Nevýhodou tohoto typu filtrace je produkce velkého množství odpadní křemeliny, která znečišťuje životní prostředí. Další nevýhodou je prašné pracovní prostředí. Tangenciální membránová filtrace může být adekvátní náhradou této technologie. 26

Tab. 1 Parametry bílého vína po filtraci přes tři různé typy křemeliny s rozdílnou permeabilitou (podle Guimberteau, 1993) Typ křemelinové filtrace Hrubá Střední Jemná (1,5 Darcy) (0,35 Darcy) (0,06 Darcy) 2 Průměrný průtok (hl/h/m ) 20 15 7 Index zanášení (viz kap. 3.4.3) 250 50 22 Kalnost (NTU) 1,33 1,04 0,36 Živé kvasinky (na 100 ml) 5 000 4 500 500 Živé bakterie (na 100 ml) 7 700 3 000 1 500 Kontrolní vzorek vína: kalnost NTU = 21, živé kvasinky (na 100 ml) 270 000, živé bakterie (na 100 ml) 180 000. Tab. 2 Naplavovací filtrace: kvalita a množství filtračního média potřebného na ošetření vína v různých stupních jeho zpracování. (A) mladé víno, první filtrace (prosinec), (B) víno vylisované z matolin rmutu, (C) víno zrající alespoň jednu zimu, (D) víno filtrované deskovou filtrací, příprava na lahvování, (E) víno filtrované přes membrány, příprava na lahvování (podle Guimberteau, 1993)

A B C D E

První naplavení (10 – 20 minut) Kvalita Množství (Darcy) (kg/m2) 2–3 0,5 – 1 2–3 0,5 – 1 1–2 0,5 1 0,5 1 0,5

Druhé naplavení (10 – 20 minut) Kvalita Množství (Darcy) (kg/m2) 2–3 0,5 2–3 0,5 1–2 0,5 0,4 – 1 0,5 0,06 – 0,4 0,5

Kontinuální naplavování Kvalita Množství (Darcy) (g/hl) 2–3 200 – 300 2–3 200 - 400 1–2 50 – 200 0,4 – 1 20 – 50 0,06 – 0,4 20 – 50

Rychlost průtoku (hl/h/m2) 5 5 10 15 15

Křemelinové filtry Filtry určené pro naplavovací filtraci se skládají z vertikálních nebo častěji horizontálních nosičů, které se snadněji čistí. Nosiče jsou obvykle vyrobeny z pletiva z nerezové oceli, z vinutého nerezového lichoběžníkového profilu, někdy také ze syntetické tkaniny nebo celulózových desek. Filtr je vybaven dopravním čerpadlem a dávkovacím čerpadlem, které vstřikuje suspenzi křemeliny do vína, dříve než víno vstoupí do tělesa filtru.

27

Moderní typy těchto filtrů jsou vybaveny doplňkovou filtrační jednotkou, která přefiltruje veškeré víno, které zbylo po skončení filtračního cyklu v tělese filtru neboli zvonu. Dále jsou vybaveny systémem pro odstranění použitého filtračního média suchou cestou, což snižuje míru znečišťování životního prostředí. K odstraňování filtračního média se často využívá odstředivá síla. Horizontální nosiče se roztočí a filtrační koláč je odstředivou silou odmrštěn na stěny zvonu. Křemelina je následně ze zvonu odstraněna uzavíratelným otvorem v jeho spodní části. V současnosti jsou křemelinové filtry vyráběny z nerezové oceli, která usnadňuje jejich čištění a údržbu. Důkladné vyčištění celého zařízení po skončení filtračního cyklu je jako u veškeré vinařské technologie velice důležité. Na obrázku 4 je schematicky znázorněn kontinuálně naplavovaný křemelinový filtr s horizontálně umístěnými nosiči ve formě sít z nerezové oceli. Vstupním ventilem (1) se víno dostane k dopravnímu čerpadlu (2), které dodává vínu potřebnou kinetickou energii a vhání ho přes inspekční skleněnou část trubice (3) do vlastního filtračního tělesa (4) s horizontálně uloženými filtračními talířovými síty. Po průchodu filtrační vrstvou se vyčištěné víno dostává přes inspekční skleněnou část trubice (5) k výstupnímu ventilu (6). Součástí filtru je zásobník (7) obsahující suspenzi filtračního média a dávkovací čerpadlo (8). Filtrační zvon je ve spodní části opatřen uzavíratelnými dvířky (9) pro odstraňování použitého filtračního média. Po ukončení filtračního cyklu je zbylé víno ve zvonu filtrováno doplňkovou filtrační jednotkou (10). Před započetím filtrace musí být na nosiči připraveny dvě naplavené vrstvy. Dávky filtračních médií potřebné pro naplavení těchto vrstev ukazuje tabulka 2. Druhá vrstva zahajuje filtrační cyklus. První vrstva slouží jako mechanická podpěra pro druhou vrstvu a je naplavena z hrubého média (o permeabilitě 1 Darcy a více) s možným přídavkem média na bázi celulózy (v množství 10 %). Efektivita filtrace závisí na kvalitním naplavení této podpůrné vrstvy. Náhlé změny tlaku ve filtru způsobené rychlým otevíráním a zavíráním ventilů nejsou během přípravné fáze na závadu. Naopak. Naplavené vrstvy jsou díky nim více stabilní a odolné proti případným tlakovým rázům v průběhu filtrace, kterým je ale třeba se důsledně vyvarovat.

28

8 3 7 4 10

5 9 6

2

1

Obr. 4 Schéma kontinuálně naplavovaného křemelinového filtru s horizontálně umístěnými nosiči (podle Ribéreau-Gayon et al., 2006)

Je doporučováno naplavovat obě přípravné vrstvy pomocí vody nebo vyfiltrovaného vína. Jakmile jsou obě vrstvy naplaveny, může začít filtrace vína. Vnější povrch naplavené vrstvy je neustále obnovován kontinuálním naplavováním stejného filtračního média, jako je ve druhé vrstvě, nebo směsí médií. Díky tomu nedochází k rychlému ucpávání filtrační vrstvy a prodlužuje se délka filtračního cyklu. Pokud se filtruje víno, které se bude následně lahvovat, je třeba ke kontinuálnímu naplavování použít křemelinu jemnější, než byla křemelina použitá k vytvoření první podpůrné vrstvy. Množství dávkované křemeliny kolísá od 20 do 200 g/hl filtrovaného vína a může být v případě vysoce zakalených vín i vyšší. Diferenční tlak je zpočátku nízký a může se postupně zvyšovat v závislosti na nastavení procesu naplavování. Optimální filtrační podmínky odpovídají růstu tlaku 0,1 až 1 bar za hodinu po celou dobu filtračního cyklu. Pokud je množství naplavovaného média nedostatečné, efektivita filtrace klesá, filtrační vrstva se ucpává, tlak rychle vzrůstá a filtrační cyklus se zkracuje. Pokud je množství naplavovaného média zbytečně vysoké, tlak sice vzrůstá velice pomalu, ale filtrační cyklus se zkracuje nadbytečných zaplňováním filtrační 29

komory filtračním médiem. Rychlost průtoku vína filtrem při filtraci je znázorněna v závislosti na typu použitého filtračního média v tabulce 2. Kvalitu filtrace je třeba v průběhu celého filtračního cyklu kontrolovat. Proces kontroly může být automatizován. Hlavní příčinou nedostatečného čištění vína při filtraci je příliš hrubé filtrační médium, které není schopné zachytit všechny drobnější nečistoty. Náhlé změny tlaku během filtrace v kombinaci s chybnou obsluhou filtru mohou poničit filtrační vrstvu, ze které se následně uvolňují kalové částice znečišťující vyfiltrované víno. Další příčinou nedostatečného čištění vína je ucpávání nosičů filtračního média mechanickou překážkou. V takovém místě nedochází k cirkulaci tekutiny a naplavování filtrační vrstvy. Jakmile ale dojde ke vzrůstu tlaku, překážka je vytlačena a víno začíná procházet uvolněnou oblastí, aniž by bylo vyčištěno, protože filtrační vrstva média v tomto místě neexistuje. Po ukončení filtračního cyklu, tj. po vyfiltrování vína zbylého ve filtračním zvonu, musí být filtr důkladně umyt a vysušen. Pravidelné chemické čištění a odstraňování vinného kamene nezbytné.

Kalolisy Kalolisy se využívají k filtraci kapalin s vysokým obsahem pevných kalových částic. Tzn. k filtraci usazenin po statické sedimentaci bílých moštů, k filtraci kvasničných kalů po skončení fermentace a k filtraci usazených kalů a čiřidel po čiření a stočení vín. Schéma kalolisu je znázorněno na obrázku 5. Kalolis se skládá ze sady polypropylenových desek (1) popř. pružných membránových desek (2) se schopností stlačovat filtrační koláč prostřednictvím obvodu s tlakovým vzduchem (3). Desky jsou zasazeny do rámu z nerezové oceli (4) a pevně jsou stlačeny hydraulickým pístem. Na tyto desky se napínají polypropylenové filtrační plachetky (5), které uvnitř filtru mezi sebou uzavírají filtrační komory (6), do kterých je vysokotlakým pístovým čerpadlem (7) dopravována filtrovaná kapalina centrálně vytvořeným přívodním kanálem (8). Pístové čerpadlo je vybaveno vyrovnávací tlakovou nádrží (9). Po průchodu filtrované kapaliny filtrační vrstvou, která se tvoří na plachetkách, pokračuje filtrát výstupními kanálky v deskách do sběrného potrubí (10) a následně ven z filtru. Tlakem vzduchu se na závěr filtrace vysuší vzniklé filtrační koláče a kaly se téměř suché odstraní.

30

10

5

3

9 6 8

7

1

10

2

4

Obr. 5 Schéma kalolisu (podle Ribéreau-Gayon et al., 2006) Kaly, které budou čištěny kalolisem, nevyžadují před zahájením filtrace žádné zvláštní přípravy. Pouze se přidá filtrační médium a vzniklá suspenze je dopravována do filtru pístovým čerpadlem. Množství a kvalita použitého filtračního média v závislosti na typu filtrované kapaliny je znázorněna v tabulce 3. Tab. 3 Filtrační média používaná při filtraci kalolisy (podle Guimberteau, 1993) Filtrační médium Kaly po sedimentaci bílého moštu Sediment po bílkovinném čiření Kaly po čiření bentonitem Kvasničné kaly po fermentaci Nečistoty jsou

Perlit Křemelina Křemelina Křemelina

společně s filtračním

Permeabilita Množství (Darcy) (kg/hl) 2–5 1–3 1–2 1–3 médiem

1–2 0,5 – 2 0,5 – 2 0,5 – 2

Průměrný průtok (hl/h/m2) 0,5 – 2 1,5 – 3 1,5 – 3 0–1

zachyceny na filtračních

plachetkách. Nečistoty se v kombinaci s filtračním médiem podílí na vytváření filtrační vrstvy, díky čemuž je tento filtrační systém do jisté míry samoregulační. Velmi kalné tekutiny jsou kalolisy poměrně efektivně čištěny, nelze však očekávat filtrát s vysokým stupněm čirosti. K vyfiltrování 240 hl kapaliny za 8 hodin, při průměrném průtoku 1 hl/h/m2, bude třeba filtrační plocha o velikosti 30 m2, což přibližně odpovídá 45 31

deskám o velikosti 80 cm x 80 cm. Díky možnosti použít různý počet desek, lze kalolisy dobře přizpůsobit odlišným podmínkám jednotlivých filtračních operací a vytvořit v případě potřeby i velkou filtrační plochu. Čištění kalolisů se dříve považovalo za velmi obtížnou operaci. Dnes je již tato činnost značně zjednodušená a k vyčištění filtru o ploše 30 – 100 m2 je třeba jen 20 – 80 minut. Čištění může být i plně automatizováno. Vakuové rotační filtry Vakuové rotační filtry se využívají stejně jako kalolisy k čištění kapalin s velkým množstvím kalových částic. Jejich použití je technicky náročnější a vyžadují od obsluhy určitý stupeň odbornosti. Díky neustálému obnovování filtrační vrstvy je průtok filtrované kapaliny vakuovým rotačním filtrem během celého filtračního cyklu konstantní a relativně vysoký. Existují ale důvody k obavám, že vakuum může způsobit změny ve složení filtrované kapaliny a to především ve smyslu ztrát těkavých sloučenin. Zejména bylo u filtrátu pozorováno snížení koncentrace volného oxidu siřičitého a oxidu uhličitého (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Další nevýhodou vakuového rotačního filtru je kromě vysokých pořizovacích a provozních nákladů i nebezpečí oxidace ošetřované kapaliny, kterému se nelze vzhledem ke konstrukci filtru vyhnout (Jackson, 2008). Na obrázku 6 je znázorněn průřez vakuovým rotačním filtrem. Skládá se z válcového bubnu s pláštěm z perforovaného síta, které slouží jako podpěra pro nerezovou filtrační tkaninu (1). Buben se otáčí volitelnou rychlostí kolem své horizontální osy. Je umístěn v nádrži (2) a z části ponořen do suspenze filtrované kapaliny. Ve spodní části nádrže je umístěno míchací zařízení (3), které zajišťuje homogenitu filtrované kapaliny nebo rozmíchává suspenzi filtračního média v průběhu naplavování filtrační vrstvy. Jako filtrační médium se používá křemelina nebo s podobně dobrými výsledky i levnější perlit. Vývěva vytváří prostřednictvím několika sekcí (4) rozmístěných po celé vnitřní ploše bubnu podtlak, dochází k nasávání tekutiny z nádrže a odvodu filtrátu osově umístěnou výpustí (5). Během přípravy filtrační vrstvy dochází díky vytvořenému podtlaku k naplavování filtračního média na povrch rotujícího bubnu. Filtrační vrstva (6) bývá 5 až 10 cm silná a její naplavení trvá zhruba 60 minut. 32

Během filtrace jsou veškeré nečistoty při průchodu filtrované tekutiny zachyceny na povrchu filtrační vrstvy. Tato tenká povrchová vrstva volitelné šířky (několik desetin milimetru) pokrytá nečistotami (7) je neustále odřezávána nastavitelným nožem (8). Filtrační povrch je neustále obnovován a průtok filtrované kapaliny zůstává v průběhu celého filtračního cyklu přibližně konstantní. Délka filtračního cyklu je závislá na tloušťce naplavené filtrační vrstvy a rychlosti přibližování nože směrem k filtračnímu bubnu (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

7 6 4 1 5 8

2

3

Obr. 6 Schéma řezu vakuovým rotačním filtrem (podle Ribéreau-Gayon et al., 2006)

Tabulka 4 ukazuje rychlost průtoku různých typů filtrovaných kapalin vakuovým rotačním filtrem a potřebné množství filtračního média na jejich filtraci. Tab. 4 Rychlost průtoku filtrované tekutiny a spotřeba filtračního média u různých aplikací vakuového rotačního filtru (podle Guimberteau, 1993) Filtrovaná tekutina Víno Kaly Sediment Mošt

Rychlost průtoku (hl/h/m2) 4–6 0,5 – 2 2–3 3–5

33

Spotřeba filtračního média (kg/hl) 0,20 – 0,60 1–2 1 – 2,5 0,75 – 1,5

3.4.2 Filtrace přes celulózové desky Filtrace přes celulózové desky je často využívána jako finální filtrace před lahvováním, protože může dle použitého typu desek zajistit nejen jiskrně čisté víno, ale i víno mikrobiologicky stabilní. Deskové filtry Celulózové desky jsou dodávány v lepenkových kartonech a mají tvar čtverce se stranou o délce 40, 60 nebo 100 cm. Při filtraci zachycují kalové částice sítovým mechanismem a adsorpcí. Rozlišují se dvě hlavní skupiny desek, čistící desky a sterilizační neboli mikrobiologicky účinné filtrační desky. Sterilizační desky mají vyšší specifickou zadržovací schopnost a některé z nich jsou schopny zachytit veškeré mikroorganismy ve filtrované kapalině a dosáhnout tak sterilního filtrátu. V obou zmíněných kategoriích je dodávána řada desek s různými provozními parametry. Retenční schopnost celulózových desek je charakterizována nominální velikostí částic (vyjádřená v µm), při které jsou tyto částice za normálních podmínek ještě filtračním médiem zachyceny, ale zároveň může dojít i k průniku malého množství větších částic.

U filtračních

desek lze také

stanovit

maximální

množství

mikroorganismů v suspenzi, které budou při průchodu deskou zachyceny na filtrační ploše 1 cm2 za předem definovaných provozních podmínek. Bakterie jsou díky své malé velikosti méně efektivně zadržovány než kvasinky. Rychlost průtoku filtrované kapaliny přes nejjemnější sterilizační desky je podstatně nižší než rychlost průtoku přes čistící desky. Sterilizační desky jsou také náchylnější na ucpávání v průběhu filtrace. Filtrační desky se vkládají do deskových filtrů. Velikost filtrační plochy je závislá na množství použitých filtračních desek a lze ji dle potřeby mezi jednotlivými aplikacemi měnit. Rám filtru je vyrobený z nerezové oceli a jednotlivé rámečky, mezi které se vkládají celulózové desky, jsou vyrobeny též z nerezové oceli nebo z plastu. Deskové filtry s reverzními komorami umožňují použití dvou setů filtračních desek s rozdílnými provozními parametry na jednom filtračním rámu během jedné pracovní operace. Na obrázku 7 je znázorněno schéma deskového filtru (a) bez a (b) s reverzní komorou.

34

(a)

(b)

Obr. 7 Schéma deskového filtru (a) bez a (b) s reverzní komorou (podle Ribéreau-Gayon et al., 2006)

Víno musí být pro finální deskovou filtraci před lahvováním řádně připraveno, tzn. předčištěno. Jedině tak lze dosáhnout uspokojivých průtoků filtrované kapaliny přes mikrobiologicky účinné desky. Toto přípravné čištění může zahrnovat spontánní sedimentaci, čiření, centrifugaci nebo křemelinovou filtraci. Filtrace přes celulózové desky se za přesně stanovených podmínek řídí dynamikou filtrace postupného ucpávání pórů kalovými látkami. Vhodnost vína pro deskovou filtraci lze ověřit v laboratorních podmínkách. V praxi ve většině případů nedojde během jednodenního filtračního cyklu k totálnímu ucpání filtračních desek. Na druhou stranu je pro ekonomicky efektivní provoz deskových filtrů dobré vědět, jaký objem filtrované tekutiny může být během 8 pracovních hodin vyfiltrován. Na základě laboratorních testů a následné extrapolace lze tuto hodnotu poměrně přesně stanovit. Hodnoty průtoků doporučované výrobci za osmihodinový pracovní cyklus jsou u čistících desek 5600 až 7200 l/m2 a u sterilizačních desek 2800 až 4000 l/m2. Pokud nejsou tyto hodnoty dosaženy, znamená to, že víno nebylo dostatečně předčištěno a nemůže být zajištěna kvalitativně a ekonomicky efektivní deskové filtrace. Po provedené křemelinové filtraci i přes poměrně hrubou křemelinu lze obvykle víno filtrovat přes čistící i sterilizační desky, při dosažení dobré rychlosti průtoku i 35

kvality filtrace. Je třeba si ale uvědomit, že se víno během zrání neustále mění, především se mění jeho koloidní složení, což vede ke zvýšení kalnosti a počtu životaschopných mikroorganismů. Tabulka 5 ukazuje takové změny u sladkého bílého vína během jeho skladování. Z uvedených údajů vyplývá, že je vhodné u vína provádět křemelinovou filtraci méně než jeden týden před plánovanou deskovou filtrací. Tab. 5 Změny v koloidním složení sladkého bílého vína během skladování po provedené křemelinové filtraci (podle Serrano, Ribéreau-Gayon, 1981) Kalnost (NTU) Ihned po filtraci Po 15 dnech Po 1 měsíci

0,9 5,5 6,9

Životaschopné kvasinky (103/100 ml) 2 320 480

Heterogenita celulózových desek neumožňuje vždy získat jasný a přesný výsledek z laboratorního testu o vhodnosti vína pro deskovou filtraci. Proto se pro toto posouzení může využívat i měření tzv. indexu zanášení (z anglického fouling index) vína na membránách (viz kapitola 3.4.3). Víno připravené na deskovou filtraci by mělo mít následující parametry: kalnost méně než 1 NTU, index zanášení IC menší než 200 a počet životaschopných mikroorganismů menší než 100 na 1 ml. Dodržení těchto kritérií je nezbytné pro efektivní deskovou filtraci se správným čistícím účinkem, dostatečnou eliminací mikroorganismů a s uspokojivou rychlostí průtoku filtrované kapaliny (viz Tab. 6). Tab. 6 Po sobě jdoucí stupně čištění sladkého bílého vína až do stavu téměř úplné sterility, dosažené finální deskovou filtrací (podle Serrano, nepublikovaná data)

Index zanášení Průměrný průtok (l/h/m2) Kalnost (NTU) Živé kvasinky (103/100 ml) Živé bakterie (103/100 ml)

Neošetřené víno, před filtrací Neměřitelný

Víno po křemelinové filtraci 250

Víno po sterilizační deskové filtraci 24

2 000

420

21

1,33

0,33

270

5

<1

180

8

<1

36

V tabulce 7 jsou znázorněny výsledky filtrace vína přes různé kvalitativní stupně filtračních desek. Takové pokusy se využívají v průmyslové filtraci k posouzení čistícího účinku jednotlivých desek a k následnému výběru nejvhodnější varianty. Výsledky pokusu ukazují, že je nezbytné použití dostatečně jemných desek k dosažení vysoce efektivní filtrace těsně před lahvováním. Výsledná ztráta části polysacharidů je negativním avšak zanedbatelným efektem filtrace na kvalitu vína. Tab. 7 Filtrační pokus s cílem najít nejvhodnější typ desek pro finální filtraci daného červeného vína (podle Serrano, nepublikovaná data)

Kalnost (NTU) Živé kvasinky na 100 ml Živé bakterie na 100 ml Redukce polysacharidů (%)

Před filtrací 1

Čistící desky č. 3 0,78

Čistící desky č. 5 0,69

Čistící desky č. 7 0,44

Čistící desky č. 10 0,34

Sterilizační desky 0,34

800

50

15

5

<1

<1

9 500

2 100

900

130

<1

<1

0

0

0

5

5

Jak již bylo zmíněno výše, pro zajištění dostatečné rychlosti průtoku při filtraci přes jemné desky je třeba víno na tuto operaci řádně připravit (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Pokud tomu tak není, víno může být filtrováno ve dvou stupních v jediné pracovní operaci s využitím filtru vybaveného reverzní komorou. První stupeň filtrace na hrubších deskách zachytí velké kalové částice a umožní tak dosáhnout dostatečně vysoký průtok při filtraci ve druhém stupni přes jemné desky s požadovaným čistícím účinkem (Serrano, Ribéreau-Gayon, 1991). Aby se minimalizovalo riziko mikrobiální kontaminace, je vhodné eliminovat mezi finálním filtrem a plničkou lahví jakékoli zásobní nádrže. Průtok vína filtrem při závěrečném ošetření před lahvováním musí být tedy kontinuální a musí odpovídat průtoku vína plničkou lahví. Výrobci doporučované hodnoty průtoku filtrovaného vína přes celulózové desky jsou u čistících desek 700 l/h/m2 (tj. 100 l/h přes desku 40 x 40 cm) a u sterilizačních desek 350 l/h/m2 (tj. 50 l/h přes desku 40 x 40 cm). Novější složení a struktura celulózových desek umožňuje při filtraci dosáhnout vyšších průtoků, tj. 900 l/h/m2 přes čistící desky a 500 l/h/m2 přes sterilizační desky (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Pokud je víno pro deskovou filtraci řádně připraveno, mohou být tyto průtoky udržovány celých 8 hodin, aniž by diferenční tlak ve filtru překročil 0,5 až 37

0,7 barů. Pokud víno není dostatečně předčištěno, filtrace se zastaví již po 4 nebo 5 hodinách. Výrazné zvýšení tlaku ve filtru je pak nutné, aby filtrace probíhala po celých 8 hodin. Filtrační efektivita celulózových desek je výrobci zaručována až do diferenčního tlaku 3 barů u čistících desek a do 1,5 baru u sterilizačních desek. Kvalita filtrace vína může být dobrá i při těchto vysokých tlacích, je ale lepší se jim vyhnout, způsobují ztráty únikem filtrované kapaliny (Serrano, Ribéreau-Gayon, 1981). Požadovaný počet desek ve filtru je závislý na velikosti průtoku vína na plničce lahví. V praxi bylo vypočítáno, že plnička s kapacitou 3000 lahví za hodinu vyžaduje filtr s 23 čistícími nebo 45 sterilizačními deskami o velikosti 40 x 40 cm. Pokud bylo víno na deskovou filtraci dobře připraveno, celulózové desky se neucpou ani po 8 hodinách provozu a průtok jimi zůstane uspokojující. Z ekonomických důvodů je výhodné takové desky používat k filtraci několik dní. Musí se ale zajistit, aby nedošlo ke kontaminaci desek v mezičase, kdy nejsou používány. To lze zaručit vyprázdněním filtru na konci pracovní doby, jeho důkladným vyčištěním a sterilizací průtokem horké vody o teplotě 85 °C po dobu 20 minut, buď ve stejném, nebo v opačném směru než je směr průtoku vína při filtraci. Navíc takovým vyčištěním dochází k částečné regeneraci filtračních desek. Používat filtrační desky více dnů je možné v případě, kdy za deskovým filtrem následuje konečná membránová filtrace. Pokud je desková filtrace finálním ošetřením vína a pokud musí být víno po této filtraci absolutně sterilní, potom se musí filtrační desky měnit každý den. Před započetím deskové filtrace je třeba celé filtrační zařízení důkladně sterilizovat, zvláštní pozornost je nutné věnovat sterilizaci samotného filtru a filtračních desek (i nových). Význam takové sterilizace ukazuje tabulka 8. Tab. 8 Vliv sterilizace deskového filtru na kvalitu filtrace (podle Serrano, 1984)

Kalnost (NTU) t = 5 min t=4h t=8h

Nesterilizovaný filtr

Sterilizovaný filtr

0,97 0,87 0,84

0,56 0,62 0,66

Živé kvasinky (buněk/100 ml) t = 5 min 70 <1 t=4h 20 <1 t=8h 10 <1 Kontrolní vzorek vína: kalnost NTU = 1,25; živé kvasinky 500 buněk/100 ml. 38

Z tabulky vyplývá, že sterilizace filtračního zařízení značně zvyšuje efektivitu zachycování kvasinkových buněk, což je zvlášť důležité u vín se zbytkovým cukrem. Pokud totiž nedojde ke sterilizaci filtračního zařízení, prvních několik litrů filtrovaného vína s sebou strhává veškerou kontaminaci přítomnou ve filtračním zařízení a negativně tak ovlivňuje kvalitu filtrátu. Filtrační systém je sterilizován parou nebo horkou vodou o teplotě 90 °C. Sterilizační médium cirkuluje systémem po směru filtrace za nízkého tlaku (0,2 barů) po dobu 20 minut. Čas se začíná měřit od chvíle, kdy se filtr nahřál na sterilizační teplotu. Následně je filtr ochlazen studenou vodou při diferenčním tlaku menším než 0,2 barů. Pro sterilizaci i chlazení je vhodné používat přefiltrovanou vodu bez přítomných pevných částic a mikroorganismů. Snižuje se tak riziko ucpávání desek již během jejich přípravy a riziko mikrobiální kontaminace během jejich chlazení. Množství vody potřebné ke sterilizaci a chlazení je obvykle dostačující i k odstranění nežádoucích pachů a příchutí nových celulózových desek, které by mohly způsobit zhoršení organoleptických vlastností vína. I tak je ale vhodné vodu vytékající z filtru během chlazení senzoricky zkontrolovat. Jakmile filtr zchladne, je z něj vypuštěna chladící voda a je ihned naplněn filtrovaným vínem. Jedna filtrační deska o velikosti 40 x 40 cm zadržuje po takovém přípravném proplachu až 0,85 l vody. Je proto nutné se prvního přefiltrovaného vína zbavit, protože je vysoce zředěné a organolepticky vadné. Jeho množství je minimálně 1 litr na jednu desku o velikosti 40 x 40 cm. V případě, že se filtrační desky využívají jen jeden pracovní den, je na konci pracovní doby filtr vypuštěn, rozložen a opláchnut horkou vodou. Chemické čištění detergenty by se mělo provádět jedenkrát týdně. Všechny výše popsané operace brání mikrobiální kontaminaci vína, která se snadno může stát velkým problémem. Modulové filtry Tyto filtry využívají pro svůj provoz filtrační moduly, které se skládají z několika kruhových výseků celulózových filtračních desek upevněných čočkovitě na drenážní tělo z polypropylenu a tvořících uzavřený systém. Díky této konstrukci je použití modulových filtrů v porovnání s deskovými jednodušší a odpadá zde i riziko ztrát

39

filtrované kapaliny úkapem z filtru při vysokých tlacích. Na obrázku 8 jsou znázorněny dvě varianty modulových filtrů o různé velikosti a použité filtrační moduly.

(b)

(a)

Obr. 8 Modulový filtr osazený (a) jedním a (b) čtyřmi moduly (podle Ribéreau-Gayon et al., 2006)

Filtrační moduly jsou k dispozici ve dvou velikostech. S průměrem 284 mm s filtrační plochou 1,8 m2 a s průměrem 410 mm s filtrační plochou 3,7 m2. Do jednoho filtračního tělesa je možné naistalovat jeden až čtyři moduly a přizpůsobit tak celkovou filtrační plochu požadovanému průtoku. Pro zajištění ekonomicky efektivního provozu je nutné využívat stejné filtrační moduly několik dní. Proto se filtry na konci pracovní doby regenerují průplachem modulů horkou vodou o teplotě 45 °C ve směru filtrace s následnou sterilizací vodou o teplotě 90 °C (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Modulové filtry zajistí uspokojivé čištění vína v jedné operaci i po několika dnech provozu za předpokladu, že filtrované víno je předem alespoň částečně ošetřeno, např. v sudu vyzrálé červené víno. Na druhou stranu nelze očekávat úspěšnou sterilní filtraci, požadovanou u vín se zbytkovým cukrem (Serrano, Ribéreau-Gayon, 1991).

3.4.3 Membránová filtrace Membránová filtrace se využívá k ošetřování vína těsně před lahvováním v případech, kdy je vyžadováno plnění vína do lahví za sterilních nebo alespoň nízko mikrobiálních podmínek. Aby bylo dosaženo uspokojivého průtoku a omezilo se nadměrné ucpávání membrány, musí být víno před membránovou filtrací řádně 40

předčištěno. Filtrační membrány jsou dodávány ve formě filtračních modulů neboli svíček, které po upevnění do tělesa filtru tvoří filtrační jednotku připravenou k použití. Velikost průtoku filtrované tekutiny membránovým neboli svíčkovým filtrem závisí na počtu paralelně zapojených filtračních svíček v každé filtrační jednotce a na počtu těchto paralelně uspořádaných jednotek. Velikost částic, které je membrána schopná zadržet, neboli její retenční hodnota závisí na velikosti pórů membrány. Tedy membrána s průměrem pórů 0,5 µm bude mít retenční hodnotu 0,5 µm a bude zadržovat všechny částice s průměrem větším než 0,5 µm. Ve vinařství využívané filtrační membrány se řadí do kategorie mikrofiltračních membrán s velikostí pórů od 0,45 µm do 1,2 µm. Běžně se před koncové membránové filtry řadí tzv. předfiltry, které finální membrány chrání a brání jejich nadměrnému a rychlému zanášení. V praxi využívaný membránový filtrační systém tedy sestává z předfiltrační a konečné filtrační jednotky, které jsou sériově upevněny na společné základně. Předfiltry Existují dvě kategorie předfiltrů. Hloubkové předfiltry jsou hrubé filtry vyrobené ze skleněných vláken nebo polypropylenu, samotných nebo s přídavkem křemeliny nebo celulózy. Pevné částice zachycují uvnitř filtrační vrstvy adsorpcí a sítovým mechanismem a mají velkou retenční kapacitu. Povrchové předfiltry zachycují pevné částice na svém povrchu. Jsou vyrobeny z esterů celulózy nebo vrstev polypropylenu a mají dobrou specifickou zadržovací schopnost. Předfiltry nejsou vždy definovány absolutní retenční hodnotou. Udaná hodnota vyjádřená v µm často odpovídá nominální retenční hodnotě. V tomto případě i určité množství částic s průměrem větším než je udaná retenční hodnota projde skrz filtrační vrstvu. Specifická zadržovací schopnost je definována retenční kapacitou a retenční efektivitou. Tyto dvě charakteristiky jsou protichůdné, navzájem komplementární a závislé na kompaktnosti filtrační vrstvy. Čím více jsou zhutnělá vlákna filtračního média, tím nižší je jeho kapacita a vyšší efektivita a naopak. Účelem předfiltrů je zvýšit průtok filtrované tekutiny přes koncové membránové filtry. Předfiltry nemohou zaručit dokonalé čistění a zadržení všech mikroorganismů filtrované tekutiny.

41

Koncové membránové filtry Aby bylo dosaženo na koncových membránových filtrech dobrých výsledků, musí být většina nečistot z vína předem odstraněna. Tím se sníží index zanášení filtrovaného vína a jeho průtok finální membránou bude pak uspokojující. Předčištění vína může být realizováno křemelinovou filtrací. Hrubá křemelina (1,5 Darcy), vhodná pro přípravu vín pro deskovou filtraci, není dostatečně efektivní v přípravě vína pro filtraci membránovou. Průtok takového vína membránou je potom příliš nízký (150 l/h/m2) i při vysokém tlaku (3 bary) a filtrační membrána se rychle ucpává. K přípravě vína musí být tedy využita relativně jemná křemelina (0,06 Darcy), která následně během membránové filtrace zajistí dostatečně velký průtok filtrovaného vína (400 l/h/m2). K posouzení vhodnosti vína pro membránovou filtraci se provádějí laboratorní testy obdobné jako před filtrací deskovou. Podle výsledků testů lze předvídat chování vína během jeho membránové filtrace. Jedním z důležitých ukazatelů je index zanášení IC (z anglického fouling index) a maximální objem Vmax přefiltrovaný do ucpání membrány. Fouling index IC se vypočte podle vztahu IC = T400 – 2T200. T400 je čas potřebný k přefiltrování 400 ml vína přes membránu s velikostí pórů 0,65 µm a filtrační plochou 3,9 cm2, při tlaku 2 bary. T200 je čas potřebný k přefiltrování 200 ml vína za stejných podmínek. Pokud víno ucpává membránu nadměrně, není vždy možné získat 400 ml filtrátu. V takovém případě se po pěti minutách poznačí objem propuštěný membránou. Měření indexu zanášení vína na membránách se využívá i k předpovídání průběhu deskové filtrace tohoto vína (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Maximální objem Vmax přefiltrovaný do ucpání membrány se vypočte podle vztahu:

Vmax =

3(V5 V2) 5V2 2V5

V2 a V5 jsou objemy propuštěné membránou po dvou a pěti minutách při tlaku 1 bar. Stejný vzorec se využívá pro stanovení Vmax i u deskové filtrace, experimentální metoda je ale odlišná (Gaillard, 1984). Aby koncová membránová filtrace měla požadovaný čistící účinek a uspokojivý průtok, filtrované víno musí mít fouling index (IC) menší než 20 (nebo v horším případě menší než 30) a Vmax musí být vyšší než 4000 ml (v horším případě alespoň 2500 ml).

42

Pokud je třeba z vína eliminovat pouze kvasinky, používají se membrány s velikostí pórů 1,2 µm. Pokud je třeba odstranit kvasinky i bakterie, je nutné použít membrány s velikostí pórů 0,65 µm nebo i 0,45 µm. Tyto membrány jsou velice tenké (150 µm). Díky velmi vysoké porozitě je adsorpční mechanismus zadržování částic zanedbatelný. Všechny částice, větší než je průměr pórů, zachycují membrány sítovým mechanismem na svém povrchu. Výrobci udávaný průtok přes membránu při filtraci řádně připraveného vína je 800 l/h/m2, tzn. 1440 l/h přes svíčku s filtrační plochou 1,8 m2 (tzn. přes svíčku o délce 762 mm). Doporučuje se, v zájmu prodloužení životnosti membrán a oddálení jejich nezvratného ucpání, filtrační systém předimenzovat tak, aby pracoval na polovinu své kapacity, tzn. s průtokem 400 l/h/m2 nebo 720 l/h přes svíčku s filtrační plochou 1,8 m2. Tyto poloviční průtoky mohou být udržovány při diferenčním tlaku pod 1 bar. Provoz membránového filtru při nízkém diferenčním tlaku minimalizuje ucpávání membrány, ačkoli membrány samotné jsou navrženy tak, aby vydržely diferenční tlak 7 barů. Počet potřebných koncových filtračních svíček je určen, podobně jako u deskové filtrace, velikostí konstantního průtoku vína na plničce. Před plničku s výkonem 3000 lahví za hodinu (2250 l/h) je třeba předřadit tři filtrační svíčky o délce 762 mm, každá s filtrační plochou 1,8 m2 a průtokem 720 l/h. Aby membránová filtrace byla ekonomicky efektivní, je třeba jedny filtrační svíčky, před jejich úplným ucpáním, využívat několik týdnů nebo dokonce měsíců. Celý systém musí být před začátkem filtrace sterilizován, podobně jako u deskových filtrů. Sterilizační médium, pára nebo horká voda o teplotě 90 °C, cirkuluje systémem při nízkém tlaku ve směru filtrace. Aby nedošlo k poškození membrán, musí být voda před použitím filtrována. Jakmile je systém vysterilizován, je ochlazen filtrovanou studenou vodou. Po ochlazení filtru by se měly před začátkem filtrace provést dva testy, které prověří integritu vlhkých membrán a stav těsnění ve spojích. Jedná se o test integrity (difuzní test) a tzv. bubble point test. Pracovní postup a vyhodnocení testů poskytuje výrobce membrán. Provádění testů je nezbytné k zajištění požadované efektivity membránové filtrace. Aby životnost membrán byla co nejdelší, regenerují se denně po každém filtračním cyklu. Filtrovaná voda o teplotě 40 °C cirkuluje systémem 15 minut po směru filtrace. Následně se teplota vody zvýší na 90 °C a systém je sterilizován po dobu 20 minut. Předfiltry se ošetřují stejným způsobem, je ale možné regeneraci i sterilizaci provádět i proti směru filtrace. 43

Pokud je dodržován správný pracovní postup a prováděno pravidelné ošetření membrán, poskytuje membránová filtrace, v systému předfiltru a koncového membránového filtru, velice kvalitní výsledky (viz tabulka 9). Tab. 9 Výsledky filtrace červeného vína v systému předfiltru a koncového membránového filtru (podle Serrano, nepublikovaná data) Živé kvasinky Živé bakterie (buněk/100 ml) (buněk/100 ml)

Fouling index (IC)

Kalnost (NTU)

27 18 17

0,28 0,17 0,16

500 5 <1

1 100 80 <1

26 21 17

0,29 0,21 0,18

1 200 2 <1

20 000 240 <1

21 18 16

0,40 0,24 0,20

2 400 4 <1

27 000 3 800 1

První den

Vstup filtru Výstup předfiltru Výstup finální membrány Druhý den

Vstup filtru Výstup předfiltru Výstup finální membrány Třetí den

Vstup filtru Výstup předfiltru Výstup finální membrány

Kvalita filtrace zůstává vysoká po několik dní, současně při zachování dostatečně vysokého průtoku. Tato filtrační technika má ovšem, v kombinaci s přípravnými čistícími procesy, větší negativní vliv na koncentraci polysacharidů než desková filtrace. Proto by se měla využívat jen v odůvodněných případech. Nezbytné je zajistit správné provozní podmínky membránové filtrace a pravidelně monitorovat její výsledky. Membránová filtrace dokáže zajistit perfektní ošetření vína těsně před lahvováním.

Filtrace

je

označována

jako

nízko

mikrobiální,

pokud

počet

životaschopných mikroorganismů není ve finálním produktu větší než 1 buňka na 100 ml. U sterilní filtrace počet životaschopných mikroorganismů není větší než 1 buňka na jednu láhev (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

44

3.4.4 Tangenciální filtrace Standardní filtrační techniky jsou označovány jako frontální nebo transverzální, filtrovaná tekutina totiž prochází filtračním médiem ve směru kolmém vzhledem k jeho povrchu. Zachycené kalové částice vytvářejí na povrchu filtračního média koláč, který se může podílet na čistícím mechanismu. Zároveň ale tento koláč filtrační médium postupně ucpává (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Při tangenciální (cross-flow) filtraci je tok filtrované tekutiny vzhledem k filtračnímu povrchu podélný. Filtračním médiem je membrána s relativně malými póry. Tato membrána udržuje na straně přítoku filtrované tekutiny přetlak, díky němuž malé množství tekutiny prochází póry přes membránu. Tím dochází k čištění filtrované tekutiny. Kalové částice se na povrchu membrány neusazují, protože jsou neustále strhávány proudem filtrované tekutiny. Efektivita čištění je regulována změnou velikosti diferenčního tlaku a změnou rychlosti průtoku filtrované tekutiny a odtoku filtrátu. Díky přetlaku dochází k ohřívání cirkulující tekutiny, je proto vyžadováno chlazení, které snižuje teplotu filtračního systému (Guimberteau, 1993; Don che, 1994). Na obrázku 9 je znázorněno schéma cross-flow filtrace. Filtrovaná tekutina (1) je do systému dopravována vysokotlakým čerpadlem (2). Dostává se k modulu (3) obsahujícímu filtrační membránu, kde dochází k filtraci a následně odtéká filtrát (4). Cirkulující tekutina je ochlazována chladicím systémem (5). Zkoncentrované kalové látky ze systému odchází nastavitelnou výpustí (6). Filtrovaná tekutina obíhá systémem pomocí dalšího cirkulačního čerpadla (7). Ucpávání membrány je v určité míře i u tangenciální filtrace nevyhnutelné, dochází k němu ale mnohem méně než u frontální filtrace. Ucpávání membrány může mít za následek hromadění zachycených částic, které mohou navíc interagovat s povrchem membrány. Protože ucpávání snižuje výkonnost filtrace, je minimalizováno vhodným nastavením hydrodynamických parametrů filtrace (rychlost průtoku, teplota, diferenční tlak), úpravou vlastností filtrovaného produktu nebo výběrem vhodného typu membrán a jejich vlastností. Navíc jsou cross-flow filtry vybaveny systémem pro zpětný tok filtrátu a filtrované tekutiny, díky němuž dochází k tzv. odstřelu kalů ucpávajících membrány zpět do filtrované tekutiny (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

45

3

4

5 6

7

2

1

Obr. 9 Schéma cross-flow filtrace (podle Ribéreau-Gayon et al., 2006)

I samotná vnitřní struktura membrány sehrává při tangenciální filtraci důležitou roli. Rozlišují se tzv. symetrické membrány, jejichž póry jsou cylindrického tvaru a při zachycování částic se využívá jak sítového efektu, tak i adsorpce uvnitř pórů, což vede na počátku filtrace k vyššímu výkonu, ale k snadnějšímu vyčerpání kapacity membrány. Asymetrickým tvarem pórů se rozumí postupné kónické rozšiřování od filtračního povrchu membrány. Tato úprava preferuje sítový způsob záchytu před adsorpcí uvnitř membrány s efektivnějším odtokem filtrátu na druhé straně membrány, čímž se zvyšuje kapacita, tedy životnost uvedených membrán (Balík, 1996). Rozlišuje se tangenciální ultrafiltrace (průměr pórů 0,1 – 0,001 µm) a tangenciální mikrofiltrace (průměr pórů 10 – 0,1 µm). V praxi ovšem dochází v určité míře k ucpávání pórů, což má za následek zmenšování jejich průměru. Proto není hranice mezi tangenciální ultrafiltrací a mikrofiltrací tak ostrá, jak by se zprvu mohlo zdát. První pokusy s tangenciální filtrací ve vinařské praxi probíhaly na ultrafiltračních membránách, které zachycovaly nejen kalové částice ale i koloidní makromolekuly přítomné ve filtrované suspenzi. Cílem bylo odstranit zejména nestabilní proteiny z bílých vín. Velice brzy se ale ukázalo, že za těchto podmínek dochází u bílých vín 46

k hlubokým analytickým a organoleptickým změnám. Přesto bylo vyvinuto několik enologických aplikací, avšak s využitím mikrofiltračních membrán s průměrnou velikostí pórů mezi 0,1 a 1 µm. Pomocí tangenciální filtrace je možné dosáhnout perfektně čistého a mikrobiologicky stabilního vína v jediné pracovní operaci, bez předchozího předčištění ošetřovaného vína a bez negativního vlivu na jeho složení. Díky technologickému pokroku v produkci membrán a možnosti výběru různých typů membrán s odlišnými vlastnostmi je možné filtrační zařízení přizpůsobit mnoha různým aplikacím. Tangenciální mikrofiltrace je ve vinařské praxi v mnoha různých aplikacích využívána již přes 15 let. K dispozici jsou dnes vhodné membrány jak pro filtraci moštu a neošetřeného vína, tak pro finální filtraci předčištěného vína před lahvováním. Tangenciální filtrace může být vhodnou alternativou ke křemelinové filtraci a to zvláště v případech, kde by velké množství odpadní křemeliny mohlo vést k nadměrnému znečisťování prostředí. Nicméně má cross-flow filtrace stále dvě velké nevýhody: nízký hodinový průtok na m2 filtrační plochy a její vysoká cena v porovnání s tradičními filtračními metodami (Ribéreau-Gayon et al., 2006; Steidl et al., 2002). Byly navrženy různé aplikace této filtrační techniky. (1) Odkalování bílých moštů. Výsledek je vynikající, odkalení ale může být i nadměrné, což následně vede k problémům během fermentace. Technické a ekonomické výhody této aplikace nebyly dosud jasně prokázány. (2) Příprava nízkoalkoholických nápojů z hroznů – hroznového moštu, perlivého hroznového moštu a částečně fermentovaných nápojů z hroznového moštu. Tangenciální mikrofiltrace v tomto případě zajišťuje čisté a mikrobiálně stabilní meziprodukty, které mohou být skladovány ve sterilních nádobách až do následující technologické operace (odstranění nestabilních bílkovin bentonitem, vysrážení vinného kamene mrazem). (3) Čištění vín. Tangenciální mikrofiltraci je možné využívat především jako součást technologického postupu výroby bílých vín, které dosahují lepších průtoků než vína červená. Cross-flow filtrace může být využita na konci fermentace k zajištění mikrobiologické stability vína nebo k ošetření vína před lahvováním. Určité technické aspekty však neumožňují připojení cross-flow filtru bezprostředně před plnící linku. Při tangenciální filtraci je třeba se vyvarovat riziku eliminace vysokomolekulárních sacharidů a bílkovinných koloidů, které jsou nejen nedílnou složkou vína, ale zároveň určují i jeho organoleptické vlastnosti. Fenoly v červeném víně mají tendenci 47

membrány ucpávat a snižovat průtok skrz ně. Existují navíc obavy, že tyto fenoly mohou být cross-flow filtrací měněny, což následně negativně ovlivňuje barvu červeného vína (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Srovnání účinnosti různých typů filtrace bílého a červeného vína po proběhlém čiření ukazuje tabulka 10. Tab. 10 Výsledky různých typů filtrace bílého vína čiřeného krevním albuminem (8 g/hl) a červeného vína čiřeného želatinou (8 g/hl) (podle Serrano et al., 1992) Kontrola

Průtok (l/h/m2) Bílé víno Červené víno

Křemelinová filtrace

Tangenciální filtrace Anorganická membrána Anorganická Organická 0,2 µm se membrána membrána zpětným 0,2 µm 0,4 µm čistícím tokem

1 020 950

137 85

245 150

68 57

Kalnost (NTU) Bílé víno Červené víno

7,00 3,00

0,32 0,51

0,26 0,22

0,60 0,21

0,28 0,10

Živé kvasinky (buněk/100 ml) Bílé víno Červené víno

30 000 200 000

1 400 4 200

<1 16

10 110

<1 5

Živé bakterie (buněk/100 ml) Bílé víno 7 200 6 500 130 850 50 nepočitatelné Červené víno 16 000 8 500 12 500 500 Hydrodynamické podmínky: transmembránový diferenční tlak 0,7 – 1,3 barů; tangenciální průtok mezi 2 a 3 m/s; vyloučené koncentrované kaly méně než 0,2 %. Patrný je rozdíl ve velikosti průtoku u tangenciální a u křemelinové filtrace, zvláště při filtraci červeného vína. Průtoky u tangenciální filtrace jsou nicméně vyšší než u časně prováděných testů. Ucpávání membrány není zanedbatelné a vysvětluje nižší průtok přes organickou membránu 0,4 µm v porovnání s průtokem přes anorganickou membránu 0,2 µm. Všechny v tabulce uvedené tangenciální mikrofiltrace poskytují

48

vyšší úroveň čištění než křemelinová filtrace. Přesto není filtrát vždy naprosto sterilní a to zejména v případě, kdy zpětný čistící tok poruší polarizační vrstvu. Analýzy ukázaly, že tangenciální mikrofiltrace v porovnání s křemelinovou filtrací snižuje koncentrace polysacharidů a těkavých fermentačních produktů ve filtrovaných bílých vínech. Tangenciální mikrofiltrace také ovlivňuje antokyany a taniny červených vín. Pokud ale bereme v úvahu přirozené změny odehrávající se ve víně během jeho zrání, jsou pak změny způsobené tangenciální filtrací v průběhu času méně výrazné. Pomocí standardních testů organoleptických analýz nebyly mezi vzorky vín, filtrovanými tangenciální a křemelinovou filtrací, po 1, 6 a 12 měsících zrání zjištěny žádné signifikantní rozdíly (práh 5 %). Tangenciální mikrofiltraci je třeba chápat nikoli jako metodu konečného ošetření vína před lahvováním, ale spíše jako alternativu křemelinové filtrace při přípravě především bílého vína na závěrečnou filtraci. Širšímu rozšíření této metody ale brání nízké filtrační průtoky a vysoké pořizovací a provozní náklady. Tato filtrační technika produkuje také určité množství odpadních kalů, které je třeba náležitě zpracovat, aby nedocházelo k nadměrnému znečišťování prostředí. Díky absenci křemeliny jsou ale odpadní produkty tangenciální filtrace v porovnání s odpadními produkty křemelinové filtrace menší zátěží pro životní prostředí. (4) Čištění sedimentů po čiření vín. V této aplikaci byla tangenciální mikrofiltrace na membránách s průměrem pórů od 0,2 do 0,8 µm porovnávána s vakuovým rotačním filtrem. Průtok byl u tangenciální filtrace nižší (50 – 100 l/h/m2 oproti 350 – 500 l/h/m2 u vakuového filtru), ale čistící účinek byl výrazně vyšší, jak v mnohem nižší výsledné kalnosti, tak v efektivnější eliminaci mikroorganismů. Ztráty vína byly u tangenciální filtrace nižší (0,2 % oproti 4 – 6 % u vakuového filtru). Změny v chemickém složení vína byly u tangenciální filtrace méně výrazné, zvláště v případě oxidu uhličitého a těkavých látek, které byly vakuem rotačního filtru z ošetřované tekutiny ve značné míře odstraněny. Organoleptické testy nepotvrdily u výsledného produktu tangenciální filtrace výrazné senzorické změny (práh 5 %) (Don che, 1994).

49

3.5 Vliv filtrace na složení a organoleptické vlastnosti vína Koncoví zákazníci poptávají perfektně čisté a stabilní víno. Přílišnou a neuváženou filtrací může být ale kvalita vína ovlivněna i negativně. Je známo, že filtrace může mít na víno škodlivé účinky, zejména je ale kritizována za ztenčování vín. Tato kritika se týká především koncové filtrace těsně před lahvováním, je v mnoha případech ale neopodstatněná. Správně zvolená a důsledně provedená filtrace má na kvalitu vína pozitivní dopad, zatímco nedbalá nebo přehnaná filtrace má rozhodně na kvalitu vína dopad negativní. Pro filtraci stejně jako pro každé jiné ošetření vína platí, že k úspěchu vedou správně zvolené podmínky a perfektní bezchybné provedení. Je pak na vinaři, aby správně rozhodnul, které zásahy jsou pro výrobu kvalitního vína nezbytné, a aby následně zajistil jejich správný a bezchybný průběh. Před vlastním provedením filtrace by mělo být zváženo několik možných negativních následků. Vedle změn v chemickém složení může být filtrace zodpovědná za sekundární jevy, vznikající jako důsledek nesprávných pracovních postupů nebo použití nekvalitních filtračních materiálů a zařízení. Těmto negativním následkům se lze vyhnout a při výrobě kvalitního vína je to dokonce nutné. Za prvé je třeba se během filtrace vyvarovat kontaktu vína se vzduchem. Negativní vliv filtrace může být mnohdy ve skutečnosti zapříčiněn pronikáním vzduchu do vína během jeho čerpání, které je nedílnou součástí filtračního procesu. Víno následně odtéká z filtru nasycené kyslíkem a zbavené oxidu uhličitého. To může způsobit kovové zákaly nebo ztrátu aroma, zvláště ve vínech s nízkým obsahem volného SO2. Víno je třeba před tímto rizikem chránit a filtrační systém pravidelně odvzdušňovat a kontrolovat jeho vzduchotěsnost. Dalším důležitým bodem je použití kvalitních filtračních materiálů. Nekvalitní filtrační média mohou přenášet do vína zemité, papírové nebo látkové tóny. Obvykle je takto postiženo pouze prvních několik litrů vína, v určitých případech může ale tento defekt přetrvávat i po přefiltrování většího množství vína. Nejběžnější jsou papírové tóny přenášené do vína z celulózových desek. Výrobci proto doporučují proplachovat nové filtrační desky několika litry filtrované vody. Proplachováním desek je filtr současně chlazen po proběhlé sterilizaci. Odstranění negativních tónů z filtračních desek lze kontrolovat ochutnáváním přefiltrované vody. Na jednu desku může být spotřebováno 10 až 20 litrů vody, aby došlo ke kompletnímu odstranění papírové 50

pachutě. Filtrační tkanina (především bavlněná) a křemelina mohou také do vína přenášet nežádoucí tóny, získané při skladování v nevětraných a vlhkých prostorách (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

3.5.1 Změny ve složení vína a dopad na jeho senzorické vlastnosti Pokud jsou eliminována výše zmíněná rizika, kvalita vína nebude průchodem přes filtrační vrstvu negativně ovlivněna. Účelem filtrace je odstranění kalnosti a eliminace cizích těles a nečistot, které by časem vytvořili usazeninu. Bylo by absurdní očekávat od těchto látek pozitivní vliv na senzorické vlastnosti vína. Navzdory rozšířenému přesvědčení, čisté víno vždy chutná lépe, než stejné víno byť jen s nízkým stupněm zakalení. Vína vyrobená z nešetrně lisovaných hroznů resp. rmutu a z hroznů napadených hnilobou ztratí při filtraci při nejmenším část své hořkosti a hrubosti, což zajisté zlepší jejich senzorické vlastnosti. Filtrace přes jemné filtrační desky nebo sterilizační membrány neovlivní negativně senzorické vlastnosti vína za předpokladu, že celý proces filtrace bude pečlivě řízen a kontrolován. Největší změnu lze pozorovat po první křemelinové filtraci mladého vína s vysokým obsahem kalových částic a mikroorganismů. Díky časnému provedení tohoto zákroku získá mladé víno na eleganci a stane se příjemně vytříbeným (Ribéreau-Gayon et al., 2006; Steidl et al., 2002). Některá filtrační média díky své filtrační efektivitě zachytí kromě kalových částic i makromolekuly, které jsou nedílnou součástí struktury vína. Tyto makromolekuly přispívají k charakteru vína nejen vytvářením pocitu plnosti a jemnosti, ale zároveň fixují aromatické látky. Aromatický projev vína může tedy být, v případě odstranění těchto makromolekul během filtrace, změněn (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Testy bylo objektivně prokázáno, že filtrace snižuje obsah několika látek zodpovědných za chuťový a aromatický projev vína. Negativní vliv tohoto snížení na organoleptické vlastnosti vína nebyl ale při hodnocení panelem porotců statisticky prokázán (Henick-Kling et al., 1996). Filtrovaná vína obsahují od 10. měsíce zrání v dubovém sudu nižší koncentrace esterů než nefiltrovaná vína. Rozdíl je nejmarkantnější v 16. měsíci a následně klesá. Nejvíce postiženými estery jsou isoamylacetát, ethylbutyrát a ethylhexanoát. Není známo, zda jsou tyto změny ve víně senzoricky zjistitelné (Jackson, 2008). 51

Změny v senzorických vlastnostech vína pozorované bezprostředně po filtraci se ztratí již krátce po provedení takového ošetření (Starbard, 2008). Vliv různých typů filtračních technik na chemické složení bílého a červeného vína je znázorněn v tabulkách 11 a 12. Tab. 11 Vliv různých typů filtračních technik na chemické složení bílého vína (výsledky v mg/l) (podle Don che, 1994) Kontrola

Optická hustota (420 nm) Taniny Celkové polysacharidy Vyšší alkoholy Acetáty vyšších alkoholů Těkavé mastné kyseliny Ethylestery mastných kyselin

Hrubá křemelina

Jemná křemelina

(2,3 Darcy)

(0,35 Darcy)

Čistící desky; příprava hrubou křemelinou

Sterilizační desky; příprava hrubou křemelinou

Membrána 0,65 µm; příprava jemnou křemelinou

(2,3 Darcy)

(2,3 Darcy)

(0,35 Darcy)

0,084

0,087

0,083

0,079

0,080

0,078

71 570

69 540

68 517

67 521

68 518

66 454

317

312

312

308

309

291

3,5

3,5

3,4

3,4

3,2

2,9

14,3

14

12,8

13,8

13,7

12,3

4,3

4,2

4,0

4,4

4,0

3,8

52

Tab. 12 Vliv různých typů filtračních technik na chemické složení červeného vína (podle Don che, 1994) Kontrola

Polysacharidy volné (mg/l) Polysacharidy celkem (mg/l) Index fenolických sloučenin (D280) Taniny (g/l) Antokyany (mg/l) Intenzita barvy Odstín barvy

Hrubá křemelina

Jemná křemelina

(1,5 Darcy)

(0,06 Darcy)

Čistící Sterilizační desky; desky; příprava příprava hrubou hrubou křemelinou křemelinou

Membrána 0,65 µm; příprava jemnou křemelinou

(1,5 Darcy)

(1,5 Darcy)

(0,06 Darcy)

426

420

389

380

385

342

650

630

607

625

620

562

41

40

39

40

39

37

2,7 252

2,6 243

2,4 225

2,5 240

2,4 230

2,3 208

0,53

0,54

0,62

0,59

0,59

0,57

0,81

0,79

0,81

0,78

0,80

0,80

Z výsledků filtračních experimentů, které byly podkladem pro předcházející dvě tabulky, vyplynulo několik závěrů: (1) Filtrace přes hrubou křemelinu (2,3 a 1,5 Darcy) neovlivňuje chemické složení vína. Filtrace přes jemnou křemelinu (0,35 Darcy) snižuje množství polysacharidů a kondenzovaných taninů o 10%. U vzorků hodnocených jeden měsíc po provedení filtrace nebyly zjištěny žádné organoleptické vlivy tohoto ošetření. (2) Čistící ani sterilizační desky nepůsobí ve víně výraznější změny než jemná křemelina. Bylo zaznamenáno snížení obsahu esterů, vznikajících v průběhu fermentace. Terpeny muškátových odrůd nebyly ale ovlivněny. Ve víně nebyly vlivem deskové filtrace zjištěny výraznější organoleptické změny. (3) Není vhodné ani užitečné filtrovat víno jemnou křemelinou (0,35 Darcy) před deskovou filtrací. (4) Membránová filtrace (0,65 µm) způsobuje výraznější snížení obsahu polysacharidů, fenolických látek a esterů než filtrace desková. Aromatické látky typické pro muškátové odrůdy nebyly ovlivněny. U vzorků hodnocených jeden měsíc po

53

provedení membránové filtrace nebyly zjištěny žádné výrazné organoleptické změny způsobené tímto ošetřením. (5) Prvotní testy tangenciální filtrace ukázaly její velký vliv na složení filtrovaného vína, což mělo za následek snížení jeho kvality. Zejména byla postižena barva červeného vína. Momentálně dostupné membrány nemají již na složení vína tak výrazný vliv. Přesto musí být stále tato filtrační technika využívána s velkou opatrností a v jejím průběhu je nutné pravidelně kontrolovat kvalitu filtrátu. (6) Je třeba se vyhnout nadbytečným filtracím vína, každá filtrační operace může mít na víno potenciálně škodlivý účinek. Víno je nutné filtrovat podle racionálně sestaveného výrobního technologického postupu, který zohledňuje aktuální a požadované vlastnosti filtrovaného produktu. Použití filtračních technologií by se mělo omezit na nutné minimum (Don che, 1994).

3.5.2 Srovnání vlivů filtrace a čiření na ošetřované víno Velkou výhodou filtrace oproti čiření je rychlost čištění ošetřovaného vína. Zakalené víno je okamžitě čisté za předpokladu, že nedochází k nadměrnému ucpávání filtračního média. Výhodou čiření je vyšší stabilita ošetřeného vína díky eliminaci nestabilních koloidů. Po filtraci zůstávají nestabilní koloidní látky ve víně, později se sráží, víno zakalují a vytváří na dně láhve usazeninu. Čiření je obzvláště efektivní v odstraňování koloidních barviv z červeného vína a v prevenci proti kovovým zákalům. Techniky čiření a filtrace se navzájem nevylučují. Naopak. Při přípravě vína na lahvování mohou být podle potřeby použity obě. Čiření předcházející filtraci částečně vysráží z ošetřovaného vína částice zodpovědné za ucpávání filtračního média a zvýší tak průtok vína při následující filtraci. Zachycování kvasinek a bakterií při filtraci je též efektivnější u vína, které bylo již čiřeno. Na druhou stranu je čiření mladých vín efektivnější, pokud bylo víno předem již hrubě zfiltrováno. Taková hrubá filtrace částečně z vína odstraní slizovité látky a pevné částice, čiřidla pak působí efektivněji a velice kalná mladá vína mohou být čiřena o něco dříve. Čiření však mnohem více než filtrace ovlivňuje složení vín a může je i senzoricky ztenčovat. Ošetření červených vín bílkovinnými čiřidly nebo bentonitem snižuje jejich barvu razantněji než filtrace (Ribéreau-Gayon et al., 2006). 54

3.5.3 Koncová filtrace vína před lahvováním Filtrace je poslední manipulací před lahvováním vína. Je třeba zdůraznit, že při použití kvalitních filtračních materiálů, zařízení, dodržení postupu a při správném načasování manipulace vzhledem k technologicko-vývojovému stádiu ošetřování vína, se v konečné fázi neporuší jeho původní senzorické vlastnosti. Po dobu filtrace dochází pouze k nepatrným změnám v jeho látkovém složení. Senzorické změny, které se projeví vzápětí po filtraci především v rozbité vůni a chuti, se po několika dnech nebo týdnech ztratí. Filtrované víno, zbavené zbytků látek bránících plnému rozvinutí charakteristických vlastností, se následným ležením stává jemnější a jakostnější. Ke každému vínu je třeba přistupovat individuálně a není možné označit nesprávně provedenou filtraci za příčinu neúspěchu, jestliže jsou vína několikrát necitlivě scelována, čiřena a filtrována (Balík, 1996). Červená vína by neměla být lahvována bez předcházející filtrace, ledaže by byla přijata nezbytná preventivní opatření. Některá vína nejsou dokonale čistá ani po 18 – 24 měsících zrání v sudu, obzvláště v případech, kdy nebyla čeřena. Pokud jsou taková vína lahvována bez předcházející filtrace, může se v lahvi během zrání vytvořit sediment nestabilních fenolických látek nebo v závažnějším případě sediment mikroorganismů. To v některých případech vede ke vzniku nepříjemného zápachu vína. Zatímco octové a mléčné bakterie rodu Oenococcus nepředstavují pro vývoj vína vážnou hrozbu, mléčné bakterie rodu Pediococcus a kvasinky rodu Dekkera (Brettanomyces) jsou pro víno mnohem nebezpečnější (Millet, 2001). V případě, že jsou tyto mikroorganismy ve víně přítomny, je filtrace vína, s ohledem na množství a životaschopnost těchto mikroorganismů, spíše doporučována. Pokud je filtrace správně provedena, neovlivní organoleptické vlastnosti vína. Pouze neadekvátně zvolená nebo nesprávně provedená filtrace má za následek nevyhovující výsledky. Těžko si lze představit lahvování bílých vín bez předcházející filtrace. Sebemenší problém s čirostí vína je totiž ihned zřetelný. U vín obsahujících kyselinu jablečnou navíc existuje, vlivem nezachycených mléčných bakterií, značné riziko nastartování malolaktické fermentace (Ribéreau-Gayon et al., 2006).

55

4. Vlastní komentář k řešené problematice Filtrace je důležitou součástí technologického výrobního postupu bílých, růžových i červených vín. Zvyšuje kvalitu vyráběného vína včasným odstraněním nežádoucích složek, zlepšením jeho organoleptických vlastností a zajištěním mikrobiologické stability. Působí na ošetřované víno negativně pouze v případě nesprávného nebo excesivního použití. Důležitou roli hraje správné a racionální sestavení filtračního plánu pro dané konkrétní víno s ohledem na návaznosti na další technologické operace. Celkové množství filtračních zákroků by mělo být co nejnižší v zájmu minimální zátěže ošetřovaného vína. Filtrační technologie prošly v několika posledních letech značným vývojem. Především filtrace přes membrány, frontální i tangenciální, byly výrazně vylepšeny a jejich vývojem se v současnosti zabývá mnoho firem po celém světě. Pokrok s sebou přináší stále efektivnější filtrační technologie s vysokou kapacitou pro zadržení kalových částic a mikroorganismů se současným snížením negativních vlivů filtrace na ošetřované víno. Vývoj je zaměřen i na vyšší selektivitu filtrace ve smyslu zadržení pouze nežádoucích látek z vína. Důležitým aspektem vývoje filtračních zařízení je stálé zjednodušování jejich obsluhy, díky čemuž zvládne filtrovat víno i méně kvalifikovaný dělník ve vinařském provozu, což sebou nese kromě snížení personálních nákladů i menší riziko poškození vína nesprávně provedeným zákrokem. Též se při vývoji filtračních technologií projevuje snaha o minimalizaci negativního vlivu filtrace na životní prostředí snižováním množství odpadních produktů. Vývoj, i když ne tak progresivní, se odehrává i v oblasti přípravy klasických filtračních materiálů - celulózy, křemeliny, perlitu a celulózových filtračních desek. Cílem jejich neustálého vylepšování je co nejefektivnější filtrace s vysokou zádržnou kapacitou a co nejmenším negativním ovlivněním ošetřovaného vína. Klasické filtrační materiály se používají v kombinaci s novými látkami se specifickými vlastnostmi k dosažení požadovaných účinků na filtrované víno. V zájmu efektivní filtrace jsou modernizovány i odpovídající typy filtrů. Filtrace kromě zlepšení organoleptických vlastností vína působí pozitivně i na jeho mikrobiologickou stabilitu. V dnešní době moderní vína se svěží kyselinou a harmonicky působícím zbytkovým cukrem jsou ideálním prostředím pro rozvoj kvasinek a bakterií. Jejich množení lze zabránit fyzikálně – zvýšenou teplotou při 56

pasterizaci, chemicky konzervačními látkami nebo odstraněním všech životaschopných buněk z vína ještě před jeho lahvováním. Pouze poslední zmíněná možnost má při výrobě vína budoucnost a dosahuje se jí právě vhodně zvolenou filtrační technologií. Vzhledem k velkému množství různých stylů vín a možnosti volby mezi několika filtračními metodami s odpovídajícími filtračními výsledky, nelze stanovit jednoznačně nejlepší a nejvhodnější filtrační postup. Spotřebitel se při nákupu vína nerozhoduje jen podle ukazatelů charakterizujících kvalitu provedené filtrace, ale je velkou měrou ovlivněn dalšími faktory a především marketingem jednotlivých vinařství, prosazujících mnohdy diametrálně odlišné hodnoty ve vztahu k ošetření vína filtrací. Z toho vyplývá, že i víno, které nebylo ošetřeno filtrací, může mít na trhu větší úspěch, než víno dokonale zvládnuté po stránce filtračního ošetření. Filtraci je proto třeba přizpůsobit i celkové marketingové strategii daného vinařství. Filtrace jako technika ošetření vín vzbuzuje mnohdy přehnané obavy a emocionálně zbarvené reakce. Důvodem pro to může být její rychle viditelný účinek a veliká síla, která když je vinařem dobře zvládnuta, dokonale poslouží pro dobro věci a kvalitu vína. Pokud se ale vymkne kontrole, může se rychle stát nechtěným zlem kazícím prožitek z vyrobeného vína.

57

5. Závěr Kalové částice a mikroorganismy jsou filtrační vrstvou zachycovány dvěma způsoby. Částice větší než průměr pórů filtračního média jsou zachyceny sítovým mechanismem vně nebo uvnitř filtrační vrstvy, částice menší než průměr pórů jsou zachyceny adsorpcí ve filtrační vrstvě. Schopnost vína ucpávat při průchodu filtrační vrstvu nesouvisí s jeho vizuálně pozorovanou kalností. Vizuálně čistá vína mohou při filtraci ucpávat filtrační vrstvu více než zakalená vína. Ke zvýšení filtračního průtoku a zmírnění ucpávání filtrační vrstvy koloidními polysacharidy se s úspěchem využívají pektolytické enzymy. Kvalitu filtrace lze hodnotit pomocí fyzikálních a mikrobiologických metod. Mezi fyzikální metody patří turbidimetrie a nefelometrie, stanovení obsahu pevných látek a stanovení počtu pevných částic. Mikrobiologické analýzy zahrnují počítání celkového počtu mikroorganismů pod optickým mikroskopem, kultivaci kvasinek a bakterií na specifických médiích a epifluorescenční mikroskopii. Výkonnost filtračního média je dána dvěma parametry, porozitou a permeabilitou. Porozita je vyjádřena procentuálně jako poměr objemu volného prostoru v porózním médiu k celkovému objemu tohoto média. Permeabilita filtračního média definuje jeho propustnost pro filtrovanou kapalinu. Jednotkou je 1 Darcy. Důležitou charakteristikou filtračního média je prahová velikost částic, při které již filtrační médium není schopno tyto částice zadržet. Tato vlastnost je buď absolutní, nebo nominální. Jako filtrační média se využívají celulóza, křemelina, perlit a filtrační membrány. Celulóza je dodávána ve formě celulózových desek a modulů anebo prášku. Základem desek jsou celulózová vlákna doplněná křemelinou nebo perlitem. Další složkou může být kationt výměnná pryskyřice (katex) nebo PVPP. Prášek je samostatně nebo v kombinaci s dalším filtračním médiem využíván při naplavovací filtraci. Křemelina je složená ze schránek jednobuněčných řas rozsivek o velikosti od několika μm do několika set μm. Podle velikosti částic se křemeliny dělí do několika tříd. Perlit vzniká zpracováním vulkanické vyvřelé horniny. Je více porózní než křemelina, ale má nízkou adsorpční kapacitu a je nejúčinnější při jemné filtraci. Syntetické membrány s kalibrovanými póry jsou ve vinařské praxi využívány při ultrafiltraci, při mikrofiltraci s přímým nebo podélným přítokem filtrované kapaliny a při reverzní osmóze.

58

Ve skutečnosti se filtrační membrány podobají více mycím houbám než sítům. Existuje několik typů syntetických membrán. Filtrace přes naplavenou vrstvu křemeliny, méně často perlitu nebo celulózy, je vhodná pro hrubou, jemnou i koncovou sterilní filtraci. Slouží ale především jako první stupeň čištění jinak neošetřených vín. Principu naplavování křemeliny je s malou obměnou využito i u kalolisů a vakuových rotačních filtrů při filtraci kapalin s vysokým obsahem pevných kalových částic (tzn. moštů a kalů). Filtrace přes celulózové desky je často využívána jako finální filtrace před lahvováním, protože může dle použitého typu desek zajistit nejen jiskrně čisté víno, ale i víno mikrobiologicky stabilní. Víno musí být pro deskovou filtraci řádně připraveno, tzn. předčištěno. Modulové filtry využívají pro svůj provoz filtrační moduly, které se skládají z několika kruhových výseků celulózových filtračních desek upevněných čočkovitě na drenážní tělo z polypropylenu a tvořících uzavřený systém, díky čemuž je použití modulových filtrů jednodušší, ale ekonomicky náročnější. Filtrace přes syntetické polymerní membrány s čelním přítokem filtrované kapaliny se využívá k ošetřování vína těsně před lahvováním v případech, kdy je vyžadováno plnění vína do lahví za sterilních nebo alespoň nízko mikrobiálních podmínek. Aby bylo dosaženo uspokojivého průtoku a omezilo se nadměrné ucpávání membrány, musí být víno před membránovou filtrací řádně předčištěno. Běžně se před koncové membránové filtry řadí tzv. předfiltry, které finální membrány chrání a brání jejich nadměrnému a rychlému zanášení. Pokud je třeba z vína eliminovat pouze kvasinky, používají se membrány s velikostí pórů 1,2 μm. Pokud je třeba odstranit kvasinky i bakterie, je nutné použít membrány s velikostí pórů 0,65 μm nebo i 0,45 μm. Při tangenciální (cross-flow) filtraci je tok filtrované tekutiny vzhledem k filtračnímu povrchu podélný. Filtračním médiem je anorganická nebo organická membrána s relativně malými póry. Kalové částice se na povrchu membrány neusazují, protože jsou neustále strhávány proudem filtrované tekutiny. Pomocí tangenciální mikrofiltrace je možné dosáhnout perfektně čistého a mikrobiologicky stabilního vína v jediné pracovní operaci, bez předchozího předčištění ošetřovaného vína. Ve vinařské praxi se cross-flow filtrace využívá při odkalování bílých moštů, při přípravě nízkoalkoholických nápojů, při čištění vín a při čištění sedimentů po čiření vín. Správně zvolená a důsledně provedená filtrace má na kvalitu vína pozitivní dopad, zatímco nedbalá nebo přehnaná filtrace má rozhodně na kvalitu vína dopad negativní. Během filtrace je třeba se vyvarovat kontaktu vína se vzduchem, důležité je samozřejmě 59

použití kvalitních filtračních materiálů. Účelem filtrace je odstranění kalnosti a eliminace cizích těles a nečistot, které by časem vytvořili usazeninu. Bylo by absurdní očekávat od těchto látek pozitivní vliv na senzorické vlastnosti vína. Navzdory rozšířenému přesvědčení, čisté víno vždy chutná lépe, než stejné víno byť jen s nízkým stupněm zakalení. Na druhou stranu filtrace snižuje obsah několika látek zodpovědných za žádoucí chuťový a aromatický projev vína. Změny v senzorických vlastnostech vína pozorované bezprostředně po filtraci se ale ztratí již krátce po provedení takového ošetření. Filtrace přes hrubou křemelinu (2,3 a 1,5 Darcy) neovlivňuje chemické složení vína. Filtrace přes jemnou křemelinu (0,35 Darcy) snižuje množství polysacharidů a kondenzovaných taninů o 10%. Čistící ani sterilizační desky nepůsobí ve víně výraznější změny než jemná křemelina. Bylo ovšem zaznamenáno snížení obsahu esterů, vznikajících v průběhu fermentace. Membránová filtrace (0,65 μm) způsobuje výraznější snížení obsahu polysacharidů, fenolických látek a esterů než filtrace desková. Prvotní testy tangenciální filtrace ukázaly její velký vliv na složení filtrovaného vína, což mělo za následek snížení jeho kvality. Momentálně dostupné membrány nemají již na složení vína tak výrazný vliv. Přesto musí být stále tato filtrační technika využívána s velkou opatrností. Je třeba se vyhnout nadbytečným filtracím vína, každá filtrační operace může mít na víno potenciálně škodlivý účinek. Víno je nutné filtrovat podle racionálně sestaveného výrobního technologického postupu, který zohledňuje aktuální a požadované vlastnosti filtrovaného produktu. Použití filtračních technologií by se mělo omezit na nutné minimum. Filtrace je poslední manipulací před lahvováním vína. Bílá ani červená vína by neměla být lahvována bez předcházející filtrace. Při použití kvalitních filtračních materiálů, zařízení, dodržení postupu a při správném načasování manipulace vzhledem k technologicko-vývojovému stádiu ošetřování vína, se v konečné fázi neporuší jeho původní senzorické vlastnosti.

60

6. Souhrn a Resume, Klíčová slova a Key words Filtrace přes hrubou křemelinu (2,3 a 1,5 Darcy) neovlivňuje chemické složení vína. Filtrace přes jemnou křemelinu (0,35 Darcy) snižuje množství polysacharidů a kondenzovaných taninů o 10%. Čistící ani sterilizační desky nepůsobí ve víně výraznější změny než jemná křemelina. Bylo ovšem zaznamenáno snížení obsahu esterů, vznikajících v průběhu fermentace. Membránová filtrace (0,65 μm) způsobuje výraznější snížení obsahu polysacharidů, fenolických látek a esterů než filtrace desková. Prvotní testy tangenciální filtrace ukázaly její velký vliv na složení filtrovaného vína. Momentálně dostupné membrány nemají již na složení vína tak výrazný vliv. Je třeba se vyhnout nadbytečným filtracím vína, každá filtrační operace může mít na víno potenciálně škodlivý účinek. Změny v senzorických vlastnostech vína pozorované bezprostředně po filtraci se ztratí již krátce po provedení takového ošetření. Správně zvolená a důsledně provedená filtrace má na kvalitu vína pozitivní dopad, zatímco nedbalá nebo přehnaná filtrace má rozhodně na kvalitu vína dopad negativní. Klíčová slova: filtrace vína, filtrační materiály, filtrační techniky, vliv filtrace

Filtration through a coarse diatomaceous earth precoat (2.3 and 1.5 Darcy) did not affect chemical composition of wine. The same operation with fine earth (0.35 Darcy) reduced the polysaccharide and condensed tannin content by 10%. Neither clarifying nor sterilizing flat-sheet filters caused any more noticeable changes than fine earth filters. A reduction in fermentation esters was noted. Membrane filtration (0.65 μm) caused a more marked reduction in polysaccharides, phenols and esters than flat-sheet filtration. The first trials of tangential filtration showed that it had a major impact on wine composition. Currently available membranes do not have such a harmful effect. It is important not to filter wines too many times as each operation can have a detrimental effect. Even if a winemaker detects a minimal sensory change as a result of filtration, this change is often noted to dissipate a short while after bottling. Properly selected and thoroughly controlled filtration has positive effects on quality, whereas careless or excessive treatment may have a decidedly negative impact.

Key words: filtration of wine, filter materials, filter techniques, influence of filtration 61

7. Seznam použité literatury a pramenů BALÍK, J. Víno a filtrace. Vinařský obzor. Článek v časopise. Velké Bílovice: Svaz vinařů České republiky, 1996, sv. 89, s. 72-73. ISSN 1212-7884. DON CHE, B.

es a uisitions r entes dans es traitements physiques du vin

n iden es sur a o

osition hi i ue et es ara t res or ano e ti ues des vins.

Talence: Institut d oenologie, Université de Bordeaux II; Paris: Diffusion Tec et Doc Lavoisier, 1994, 191 s. ISBN 2877774082 9782877774086. DUBOURDIEU, D. e her hes sur es o sa harides se r t s ar otr tis inerea dans la baie de raisin. Th se Doctorat, Université de Bordeaux II., 1982, 251 s. OCLC 490719736. FLORES, J. H. – HEATHERBELL, D. A. – HENDERSON, L. A. – MCDANIEL, M. R. Ultrafiltration of wine: effect of ultrafiltration on the aroma and flavor characteristics of White Riesling and Gewurztraminer wines. American journal of enology and viticulture. Journal article. Davis, CA, USA: American Society for Enology and Viticulture (ASEV), 1991, 42 (2), s. 91-96. ISSN 0002-9254.

GAILLARD, M. La filtration finale des vins sur membranes. Vignes et Vins. Journal article. Rabastens: Institut Technique de la Vigne et du Vin, 1984, 326, s. 22-41. ISSN 0395-9465. GUIMBERTEAU, G. La clarification des mo ts et des vins : filtration, centrifugation, flottation. Journal International des Sciences de la Vigne et du Vin, N° hors-s rie. Martillac: Vigne et vin publications internationales, 1993, 130 s. OCLC 800527272. HENICK-KLING, T. – WOLF, T. E. – HARKNESS, E. M. Proceedings for the Fourth International Symposium on Cool Climate Enology & Viticulture. Endicott, New York: Creative Printing, 1996, s. VI-80-83. OCLC 299959346.

62

JACKSON, RON S. Wine science: principles and applications. 3rd Edition. Amsterdam; Boston: Elsevier/Academic Press, 2008, 751 s. ISBN 978-0-12-373646-8. LAFON-LAFOURCADE, S. – JOYEUX, A. Techniques simplifiees pour le denombrement et l' identification des microorganismes vivants dans les mouts et les vins. Connaissance de la Vigne et du Vin. Journal article. Talence: INRA, Université de Bordeaux II, 1979, 13 (4), s. 295-310. ISSN 0010-597X. MILLET, V. D na i ue et survie des o u ations ba t riennes dans es vins rou es au ours de ' eva e intera tions et

ui ibres. Thése Doctorat, Université de Bordeaux

II., 2001, 113 s. PPN060558814. MILLET, V. – LONVAUD-FUNEL, A. The viable but non-culturable state of wine micro-organisms during storage. Letters in applied microbiology. Journal article. West Sussex, England: John Wiley and Sons, Ltd, 2000 Feb, 30 (2), s. 136-141. ISSN 02668254. RIBÉREAU-GAYON, P. – GLORIES, Y. – MAUJEAN, A. – DUBOURDIEU, D. Handbook of Enology, Volume 2: The Chemistry of Wine, Stabilization and Treatments. 2nd Edition. West Sussex, England: John Wiley and Sons, Ltd, 2006, 429 s. ISBN 0470-01037-1. RIBÉREAU-GAYON, J. – PEYNAUD, E. – RIBÉREAU-GAYON, P. – SUDRAUD, P. S ien es et Te hni ue du Vin, Vo u e 4 C arifi ation et Stabi ization. Mat rie s et Installations. 3 me édition. Paris: Dunod, 1977, 643 s. ISBN 2040051821 9782040051822.

SERRANO, M. Controle microbiologique des vins sur les chaines d' embouteillage. Connaissance de la Vigne et du Vin. Journal article. Talence: INRA, Université de Bordeaux II, 1984, 18 (2), s. 127-133. ISSN 0010-597X. SERRANO, M. – PONTENS, B. – RIBÉREAU-GAYON, P. A study of different tangential microfiltration membranes and a comparison with filtration through layers of diatomaceous earth. Journal International des Sciences de la Vigne et du Vin. Journal 63

article. Bordeaux: Vigne et Vin Publications Internationales, 1992, 26 (2), s. 97-116. ISSN 1151-0285. SERRANO, M. – RIBÉREAU-GAYON, P. Etude th ori ue et rati ue de a fi tration des vins sur plaques. Th se Doctorat, Université de Bordeaux II., 1981, 136 s. OCLC 490239733. SERRANO, M. – RIBÉREAU-GAYON, P. Essais d intégration d un filtre tangentiel et d un filtre presse dans la chaîne de préparation des vins. Journal International des Sciences de la Vigne et du Vin. Journal article. Bordeaux: Vigne et Vin Publications Internationales, 1991, 25 (4), s. 229-320. ISSN 1151-0285.

STARBARD, N. Beverage Industry Microfiltration. 1st Edition. Ames, Iowa: WileyBlackwell, 2008, 292 s. ISBN 978-0-8138-1271-7. STEIDL, R. – LEINDL, G. Cesta ke š ičkov

u vínu. 1. vydání. Valtice: Národní salon

vín, 2003, 67 s. ISBN 80-903201-4-7. STEIDL, R. – SCHÖDL, H. et al. Sk e ní hos odářství. 1. vydání. Valtice: Národní salon vín, 2002, 307 s. ISBN 80-903201-0-4.

64