Преобразование вина и его обработка - Техника фильтрования вина

ГЛАВА X
ФИЛЬТРАЦИЯ ВИНА

ТЕХНИКА ФИЛЬТРОВАНИЯ

Фильтрация вина¹ ставит две задачи: во-первых, придать вину прозрачность, разумеется, с учетом органолептических достоинств, и, во-вторых, достигнуть этого возможно быстрее и производительнее.
Решение первой задачи обнаруживает, что обычно применяемые фильтрующие поверхности должны быть разделены на две категории, отличающиеся одна от другой по своим характерным свойствам.
Эти различия высыпают наглядно, если рассмотреть самые обычные случаи, а именно фильтрование вина, содержащего дрожжи² через целлюлозу, асбест и инфузорную землю.

При фильтровании в воронку Бюхнера, внутренний диаметр которой равен 9 см, а поверхность 63 см, кладут тонкую шелковую сетку, 9 клеток которой занимают 1 мм, и вливают массу, состоящую из 2 г асбеста или целлюлозы, энергично размешанных в 250 мл воды; дают воде стечь, создавая вакуум в несколько сантиметров ртути; как только покрывающая слой асбеста или целлюлозы вода исчезает, вакуум удаляют, чтобы как можно тщательнее устранить опасность высыхания слоя, влекущую за собой значи тельное уменьшение пор. Наконец, накладывают еще один слой такой же шелковой ткани для предохранения от повреждения фильтрующего слоя при наливании вина. Давление при фильтрации легко можно регулировать краном, соединяющим колбу вакуума с окружающим воздухом; понижение давления, контролируемое с помощью приспособленного для этого ртутного манометра, составляло 5 см рт. ст., что примерно соответствует давлению 70 г на 1 см² жидкости и близко к давлениям, обычно применяемым при фильтрации вина. 

¹ Фильтрация представляет собой прохождение жидкости через фильтр, что ее осветляет. Фильтрование—это практическое применение фильтра. Авт.

² 6 г свежих хлебных дрожжей размешивают в небольшом объеме вина и вносят их в 1 л белого сульфитированного вина; фильтруют через фильтровальную бумагу; опыт производят с этой отфильтрованной суспензией, остающейся сильно мутной, но содержащей лишь дрожжи. Авт.

Через фильтр пропускают 100 мл мутного вина, фильтрат собирают в прозрачную и чистую бутылку и снова повторяют отбор таких же фракций до 10—20 раз; затем исследуют прозрачность последующих фракций.

Фильтрация через целлюлозу.

Первая фракция 100 мл дрожжевой суспензии, прошедшая через фильтр из бумажной массы¹, прозрачна или почти прозрачна; следующие фракции становятся все более и более мутными; мутность постепенно увеличивается и вскоре почти не отличается от мутности нефильтрованного вина. Если фильтровать суспензию, более насыщенную дрожжами, то уже первая фракция дает помутнение и муть гораздо скорее достигнет максимума. Если увеличить массу целлюлозы, то при прочих равных условиях жидкость дольше остается прозрачной.
Данный случай служит наглядным примером сорбции: очевидно, что поры целлюлозного фильтра больше клеток дрожжей, так как легко их пропускают. Однако вначале волокна целлюлозы задерживают дрожжи благодаря притяжению и сорбции до некоторого, впрочем не вполне определенного предела, так сказать, до насыщения этой сорбирующей способности. Действие сорбции тем значительнее, чем больше поверхность сорбирующего вещества. В рассматриваемом случае поверхность волокон, с которыми соприкасается вино, очень велика; можно считать, что она достигает нескольких квадратных дециметров на 1 см³ фильтрующей поверхности.
Дрожжи, задерживаемые бумажной массой, прилипают к ней не очень прочно; в микроскоп видно, что они пристают к волокнам целлюлозы, но легко отделяются. Понятно, что прилипание дрожжей будет происходить тем легче, чем меньше скорость прохождения вина.
Кислотность вина (доведенная до pH 2 и 4) не оказывает заметного влияния на скорость постепенного усиления мутности.
Если ту же самую суспензию дрожжей фильтровать не под слабым давлением, например 70 г, а под сильным — 280 г, то при прочих равных условиях наряду с уплотнением целлюлозы и уменьшением величины пор наблюдается, что первые фракции обладают гораздо меньшей мутностью. Следовательно, дрожжи частично задерживаются целлюлозой вследствие не только сорбции, но и отсеивания через более мелкие поры, чем дрожжевые клетки, или же скопления нескольких дрожжевых клеток в одной и той же поре фильтра. Разумеется, задержка клеток тем значительнее, чем больше уплотнение, и это облегчает сорбирующее действие целлюлозы и дольше сохраняет ее осветляющую способность.

Явление отсеивания вследствие непрохождения через поры выступает еще отчетливее, если пользоваться не целлюлозной массой в виде размельченной фильтровальной бумаги, а самой бумагой (представляющей собой, в сущности, сильно уплотненную и высушенную целлюлозную массу); количество листов бумаги, положенных слоями один на другой в фильтре, берут из расчета, чтобы их общий вес достигал 2 г, т. е. примерно до десяти листов.

¹ Фильтр приготовляют следующим образом: в ступку, содержащую немного воды п 2 г клочков изорванной фильтровальной бумаги, доливают да 250 мл, и вливают в воронку Бюхнера, как было указано. Авт.

В аналогичном опыте с 2 г чистого асбеста без примеси целлюлозы при том же давлении 70 г последовательные фракции по 100 мл остаются совершенно прозрачными; в то же время производительность фильтра значительно ниже: каждая фракция получается в течение трех-четырех минут вместо 10—15 секунд (на целлюлозном фильтре).
В данном случае происходит постоянная задержка дрожжей, очевидно вследствие того, что поры фильтрующего слоя достаточно малы. Дрожжи задерживаются в них механически, отсевом при просеивании. Асбестовый фильтр, следовательно, плотнее, чем фильтр из целлюлозы.
С точки зрения фильтрационных свойств его отличие от целлюлозного фильтра состоит в том, что волокна асбеста, имеющие под микроскопом вид нитей и пучков нитей, значительно тоньше, чем волокна целлюлозы (0,001—0,003 мм вместо примерно 20—30). Упрощенно, пренебрегая тем, что волокна образуют чрезвычайно разнообразные переплетения в фильтрующем слое, это можно себе представить по рис. 12. Из двух одинаковых фильтров, изготовленных из двух фильтрующих материалов одинакового веса, более мелкими порами обладает асбестовый.
На основании закона Пуазейля становится понятным, почему пропускная способность асбестового слоя значительно меньше, хотя общий объем промежутков (измеряемый весом задержанной жидкости) в обоих случаях почти одинаков; без сомнения, у асбестового фильтра число пор гораздо больше. Поэтому производительность, пропорциональная четвертой степени их диаметра, с уменьшением этого диаметра очень быстро падает.
Можно, следовательно, задерживать дрожжевые клетки как слоем целлюлозы, так и асбеста, но на различных основаниях. 

Асбест задерживает их неограниченно и независимо от своей массы, лишь бы вся поверхность фильтра была плотно покрыта асбестом; целлюлоза же задерживает их лишь временно и в тем большей степени, чем больше ее масса.

Фильтрация через смесь асбеста и целлюлозы.

Прибавление небольшого количества асбеста к целлюлозной массе, примерно от 12 до 25% общего веса, часто применяемое на практике, создает случай, в котором механическая задержка в порах помогает адсорбции точно так же, как и уплотнение волокон целлюлозы.

Рис. 12. Схема фильтрующих слоев:
I —целлюлозы; II — асбеста; III — смеси асбеста с целлюлозой.

Производительность при этом достигает средней величины. Это доказано следующим опытом. На рис. 12,III дана схема такого фильтра; понятно, что даже при введении очень малых количеств асбеста размеры пор значительно уменьшаются. (Чтобы определить содержание асбеста в фильтрационной массе, ее надо прокалить и взвесить остаток, так как асбест представляет собой неорганическое вещество, а целлюлоза — органическое.)
В последовательных фракциях фильтрата наблюдается, что увеличение мутности происходит медленнее, чем в целлюлозном фильтре. В виде примера может послужить ряд помутнений, полученных при пользовании фильтровальной массой, состоящей из целлюлозы (88%) и асбеста (12%), через которую во всех случаях пропускали одну и ту же предварительно профильтрованную суспензию дрожжей (помутнение равно 12). В последней строке приведены данные фильтрования через чистую целлюлозу для сравнения с полученными фильтрованием через смесь чистой целлюлозы и асбеста (табл. 41).
Напомним, что обозначение показателей интенсивности мути дано в главе III о коллоидах.
При пользовании смесью, содержащей 25% асбеста, мутность не превышала 3. Эта же смесь, предварительно высохшая на фильтре, давала полную прозрачность, но при очень малой производительности.

Таблица 41
Интенсивность мути в последовательно профильтрованных фракциях

Фильтрование через	Фракция
	1	3	4	7	10	12
Смесь целлюлозы 4- асбест	0	1	2	3	4	5
Чистую целлюлозу	1	6	9	10	—	—

В итоге характерной особенностью фильтрующего слоя из смесей асбеста с целлюлозой остается постепенное усиление интенсивности мути в последовательных фракциях и резкое улучшение прозрачности по сравнению с чистой целлюлозой благодаря отсеивающему действию. С целью уменьшить поры фильтра к целлюлозе рекомендуют еще добавлять инфузорную землю.

Фильтрация через инфузорную землю.

Фильтры из ткани с фильтрующим слоем из инфузорной земли (кизельгура), введенной в первую порцию вина, пропускаемую через ткань, находят очень широкое применение, главным образом для молодых вин с большим содержанием взвешенных веществ. Инфузорная земля представляет собой кремнистые отложения, образованные путем накопления панцирей диатомовых водорослей. Под микроскопом эти панцири имеют довольно разнообразный вид. Инфузорная земля отличается незначительной плотностью (0,28—0,30). Вследствие этого размер пустот в фильтрующем слое достигает 80% всей массы, что весьма содействует фильтрации.
На лабораторном фильтре DMS, работающем под давлением (рис. 9), коллодиевую перегородку заменяют фильтровальным полотном и наслаивают на полотно инфузорную землю (обычно смешанную с древесным углем, благодаря чему в какой-то степени устраняется привкус земли, сообщаемый ею вину, а иногда с желатином (или казеином) и танином, придающими инфузорной земле прилипаемость). Сначала фильтр наполняют фильтруемым вином, которое доходит до 5; а затем, закрывая 5 и открывая 5, вводят в фильтр суспензию образующего слой вещества, после этого закрывают 6,а 5 открывают. Профильтрованное вино отбирают, как и в предыдущем случае, дробными порциями по 100 мл.
Результаты, полученные в отношении дрожжевых, а также и другого рода помутнений, весьма наглядны. За исключением первых 100 мл, имеющих очень легкую муть, все остальные фракции в продолжение всего опыта остаются совершенно прозрачными. В этом случае, как и при фильтрации через чистый асбест, происходит простая задержка частиц мути порами меньшего размера, чем эти частицы.
Вес инфузорной земли, взятой для опыта, составлял 80—160 г на 1 м²; при меньших количествах не всегда получалась полная прозрачность; в практических условиях при фильтрованиях больших объемов вина требуются значительно меньшие количества фильтрующего материала.
Описанный выше простой прибор дает возможность легко и точно определять влияние на прозрачность и производительность всех факторов фильтрации: ткани, ее положения, изгибов, покрытия фильтрующим слоем, мутности, давления и его изменений, присутствия газа и пр.

Влияние характера мути вина.

1. Любое вино, вторично забродившее после осветления, содержащее только дрожжи (активность которых подавляется введением сернистой кислоты), ведет себя при различных способах фильтрования подобно суспензии хлебных дрожжей, исследованной в предыдущих опытах: наблюдается полная прозрачность, если фильтрующим слоем служит чистый асбест или инфузорная земля, и возрастание помутнений в последующих фракциях при пользовании целлюлозой. Если для фильтрующего слоя пользуются смесью целлюлозы с асбестом, то это увеличение мути в последующих фракциях обнаруживается в меньшей степени. Такой же результат получается и при испытании больших количеств вина.
   Если фильтрация через асбест вина, в котором не приостановлено антисептиком брожение, дает возрастающую муть в последующих фракциях, то без проверки можно было бы предположить, что фильтрация и в этом случае зависит от сорбции клеток дрожжей асбестом. На самом же деле это объясняется тем, что вокруг дрожжей, задержавшихся в глубине асбестового фильтра, выделяется углекислый газ, который разрыхляет фильтрующий слой. Поэтому рекомендуемое обычно сульфитирование вин, находящихся в брожении, вполне разумно. Присутствие одного лишь углекислого газа в мутном виде недостаточно, чтобы изменить ход фильтрации, которая происходит вполне безукоризненно.
2. Протеины могут присутствовать в вине в различном состоянии. Природные протеины, которые находятся в прозрачном вине, сорбируются асбестом или инфузорной землей, но не бумажной массой. Протеины, подвергшиеся коагуляции при нагревании и еще не образовавшие хлопьев, напротив, сорбируются целлюлозой и ведут себя, как дрожжи.
3. У вин, пораженных медным кассом, муть обычно задерживается полностью. Однако в это вмешивается степень развития касса. Мы встречали вина, которые после фильтрации через смесь целлюлозы (80%) и асбеста (20%) казались прозрачными при обычном наблюдении, но на черном фоне обнаруживали легкое помутнение.
4. При фильтровании очень мутного вина, пораженного белым кассом, наблюдались такие же явления, как и при фильтровании дрожжевых помутнений или вызванных протеинами, способными коагулировать при нагревании. Наличие одновременно и сорбции и задержки порами (при фильтровании через чистую целлюлозу) убедительно подтверждается тем, что муть достигает своего максимума в четвертой фракции и затем постепенно уменьшается до полной прозрачности в двенадцатой фракции. Нередко, по-видимому, благодаря своей величине частицы полностью задерживаются даже целлюлозой, и при этом происходит задержка только порами.
5. Суспензии более крупных частиц (каолина), разумеется, отфильтровываются целлюлозой единственно благодаря задержке в порах.
6. Как правило, молодые вина, нагруженные главным образом дрожжами и протеинами в процессе коагуляции, а также пораженные железным кассом, очень тонкая муть которых в большинстве случаев оседает медленно, при фильтровании через целлюлозу дают возрастающие помутнения или иногда постоянные помутнения. Чтобы получить совершенно прозрачные вина фильтрованием через целлюлозу, надо применять большую массу ее или даже многократно возобновлять фильтрование на новых фильтрующих слоях. При использовании чистого асбеста или инфузорной земли всегда достигается полная прозрачность.

Таким образом, все исследованные нами виды помутнений целлюлоза задерживает только в начале прохождения жидкости, следовательно, благодаря процессу сорбции, разумеется, если частицы недостаточно крупны, чтобы быть задержанными порами. Наоборот, чистый асбест или инфузорная земля позволяют задерживать такие помутнения.

1. Ниже будет рассмотрено влияние камедей на засорение фильтров и вызываемое этим понижение их производительности, иногда довольно значительное. Но возникает вопрос, оказывает ли присутствие камедей какое-либо влияние на желательную прозрачность. Для выяснения этого можно сравнить поведение белого вина, получившего 200 мг гуммиарабика, и контрольного вина, профильтрованного в тех же условиях.

Если задерживание мути фильтром (дрожжи, желатин, коагулируемый при 80°, молодое вино) совершенно очевидно обусловлено сорбцией, судя по быстрому увеличение мутности в последующих порциях, то введение в такие вина гуммиарабика не изменяет хода этого увеличения мутности или очень мало его изменяет. Уже почти прозрачные вина, осветленные путем фильтрации, при наличии гуммиарабика могут обладать в ряде случаев несколько меньшим блеском, причем это различие, по существу, очень слабое, заметно лишь при боковом освещении на черном фоне.
Напротив, если мутящие частицы задерживаются порами меньшими, чем частицы мути, то введение гуммиарабика иногда препятствует получению одинаковой прозрачности. Это может быть объяснено тем, что защитные коллоиды препятствуют слипанию частиц, которые приходят в соприкосновение с фильтрующей перегородкой, возможно при помощи того же механизма, которым они стабилизируют суспензии. Защитные коллоиды могут противодействовать заклиниванию частиц в канальцы, способствуя их взаимному скольжению, и у фильтрующего слоя сохраняется лишь сорбирующая способность, вызывающая возрастание мутности последующих фракций. Отсюда становится понятным, почему вина, очень богатые защитными коллоидами, могут с трудом поддаваться осветлению фильтрацией, несмотря на более быстрое засорение фильтров.