Miten valita aktiivihiili viinin puhdistukseen ja värinpoistoon?

Aktiivihiilen rooli viinin puhdistuksessa ja väriaineiden poistossa

Tiede viinin puhdistuksen ja värinpoiston takana käyttäen aktiivihiiltä

Aktiivihiili toimii vetämällä epätoivottuja aineita viinistä fysikaalisen adsorptioon perustuvalla mekanismilla. Sen erittäin huokoinen rakenne sieppaa kaikenlaisia molekyylejä, mukaan lukien fenoleja, väriaineita ja hajuhaittoja aiheuttavia yhdisteitä. Materiaalilla on vaikuttava pinta-ala yli 1000 neliömetriä grammassa, mikä tekee siitä erittäin tehokkaan kiinnittämään aineita, jotka muodostuvat sekä käymis- että ikääntymisprosesseissa, kuten tanniinit tai geosmiini. Viimeaikaisen vuoden 2023 Desinfiointiraportissa julkaistujen tutkimusten mukaan puuperäinen jauhemainen aktiivihiili erottuu muista sen erityisen mesoporoisen rakenteen ansiosta, jonka huokoskoko vaihtelee 2–50 nanometrin välillä. Tämä ominaisuus mahdollistaa tehokkaan adsorptiokyvyn ja kohtuukalaisen suodatushyötysuhteen tasapainoisen yhdistelmän ilman, että laatu kärsii.

Miksi väri- ja hajuyhdisteet muodostuvat viiniin: Fenolihappamoituminen ja mikrobiologiset tekijät

Viini usein kehittää epätoivottuja värejä ja hajuja pääasiassa kahdesta syystä: fenolisen hapettumisen vuoksi, joka tapahtuu, kun viini altistuu ilmalle, ja hajonneiden mikrobien aiheuttamista ongelmista. Polyfenolien ja hapen reaktio luo ne keltaisenruskeat pigmentit, joita näkyy vanhemmissa viineissä, ja jotka eivät epäilettävästi vaikuta nesteen läpinäkyvyyteen. Tiettyjen hajonneiden mikro-organismien, kuten Brettanomyces bruxellensisin (yleisesti nimeltään Brett), tuottamat hajulliset yhdisteet synnyttävät epämiellyttäviä talli- tai lääkehaittoja, joita monet ihmiset eivät pidä. Huonot säilytysolosuhteet tai liian pitkä ikääntyminen tammapuutynnyreissä vain pahentavat näitä ongelmia. Siksi viininvalmistajien on keskityttävä tiettyihin puhdistusmenetelmiin, jotta he voivat pitää tuotteensa hyvän maun ajan mittaan.

Adsorptiomekanismit nestemäisessä värien poistossa: miten aktivoitu hiili poistaa epäpuhtauksia

Aktivoitu hiili™ -tuotteen tehokkuus perustuu sen monitasoiseen huoporakenteeseen:

• Mikroporisiteetti (<2 nm): Sieppaa pieniä, poolisia molekyylejä, kuten etyyli-fenoleja ja geosmiinia
• Mesoporisuus (2–50 nm): Sitoo keskipainoisia yhdisteitä, kuten tanniinit ja antosyaniinit
• Makroporeja (>50 nm): Parantaa virtausdynamiikkaa ja estää tukkeutumista suodatusta varten

Tämä hierarkinen rakenne mahdollistaa epäpuhtauksien valikoivan poiston samalla kun haittaannuttavien ainesosien häviö minimoidaan

Trendi: Luonnollisten puhdistusmenetelmien kasvava kysyntä orgaanisen viinin tuotannossa

Luomaviinintuotannon näyttää kasvavan melko nopeasti nykyään, noin 12 prosenttia vuodessa viimeisten Vuosi 2023 Beverage Industry -lukujen mukaan. Yhä useammat viinituottajat luopuvat kemiallisista käsittelyistä ja etsivät puhtaampia tapoja puhdistaa viinejään. Aktivoitu hiili on yleistynyt heidän keskuudessaan, koska Yhdysvaltain maatalousministeriö (USDA) on hyväksynyt sen luomukäsittelyvälineeksi, mikä tekee siitä hyvän ympäristöystävällisen vaihtoehdon entisiin synteettisiin viinityydykkeitä verrattuna. Noin kaksi kolmasosaa kaikista uusista luomiviinipulloilijoista käyttää jo aktivoitua hiiltä. Viininvalmistajat arvostavat erityisesti sitä, että se täyttää sekä EU:n että FDA:n elintarvikkeiden laatuvaatimukset, joten sääntöjen noudattaminen ei ole ongelma, kun heidän on puhdistettava viiniä ilman kemikaaleja.

Oikean tyypin aktivoitun hiilen valinta viinikäyttöön

Hiilipohjainen vastaan kookospähkinän kuoriaktivoitu hiili: Suorituskyky viinin puhdistuksessa ja väriaineiden poistossa

Viininväljäjät käyttävät usein kookoskuorista valmistettua aktivoitua hiiltä, koska näillä materiaaleilla on sopivan kokoisia huokosia, jotka ovat kooltaan 2–5 nanometriä. Nämä huokoset tarttuvat erittäin tehokkaasti tiettyihin fenolisiin aineisiin, jotka aiheuttavat valkoisten viinien ruskehtumisen ajan myötä. Toisaalta kivihiilestä valmistetut hiiliaineet sitoutuvat paremmin suurempiin väripigmenttimolekyyleihin, joiden koko on noin 1 000–1 500 Daltonia. Tämä tekee kivihiilestä peräisin olevista vaihtoehdoista hyviä punaviineille, mutta ne voivat joskus poistaa liian paljon aromaattisia aineita yhdessä epätoivottujen aineiden kanssa. Viime vuonna julkaistu tutkimus osoitti, että kookoskuorista valmistettu aktiivihiili sitoo katekiinit, jotka ovat tärkeitä tanniineja, noin 85 prosenttia nopeammin kuin kivihiilestä valmistettu vastineensa. Tällainen nopeusero on merkittävä tekijä varsinaisessa viininvalmistuksessa.

Jauhemaan ja rakeisen aktivoitun hiilen vertailu: Tehokkuus ja suodatusnäkökohdat

Viinin käsittelyssä jauhemaan aktiivihiili (PAC) toimii nopeasti ja poistaa värin noin 92 prosenttia jo 15 minuutissa. Tämä tekee siitä erinomaisen vaihtoehdon korkealaatuisten vintage-erien käsittelyyn, jossa ajoitus on ratkaisevan tärkeää. Aineella on valtava pinta-ala, noin 1 200 neliömetriä grammassa, mikä mahdollistaa tehokkaamman epäpuhtauksien sitomisen kuin millään muulla markkinoilla olevalla tuotteella. Mutta tässä hankaluus: jos hiiltä lisätään liikaa, viini menettää luonteenkilteensä eikä vain puhdistu. Karkea aktiivihiili (GAC) selviytyy jatkuvavirtauskäytöstä hyvin, mutta viinintekijöillä on huomattu mielenkiintoista ilmiötä paksuimmilla viineillä. Väriaineiden poisto laskee noin 30 prosenttia, koska rakeet eivät yksinkertaisesti pääse kaikkialle syvyyksiin niin kuin PAC. Useimmat kokeneet viinikellarin työntekijät sanovat kaikille halukkaille, että pienemmillä määrillä, joissa jokainen pisara merkitsee, ei mitään ole parempaa kuin PAC, kun pyritään säilyttämään hienotunteinen tasapaino läpinäkyvyyden ja makuominaisuuden välillä.

Miksi vähätuhkapitoista, elintarvikkeisiin soveltuvaa aktiivihiiltä tarvitaan juomien turvallisuuden ja selkeyden varmistamiseksi

Kun viinissä on liikaa tuhkaa (yli 5 %), siihen kulkeutuu rauta- ja kupari-ionit, jotka toimivat hapettumisprosessien katalyytteinä. Tämä johtaa haihtuvan hapen määrän nousuun, joka saattaa saavuttaa noin 0,3 grammaa litrassa, ja kiihdyttää viinin hajoamista ajan myötä. Hyvä uutinen on, että elintarvikkeisiin soveltuvat hiiliaineet, jotka täyttävät EU:n asetuksen (EY) N:o 231/2012 vaatimukset, käsitellään haponpesulla, jolla tuhkapitoisuus saadaan alle 3 %. Tällä käsittelyllä autetaan ylläpitämään tuotteen pH-tasapainoa ja poistetaan tehokkaasti noin 99,7 % okratoksiini A:sta, joka on homeiden tuottama haitallinen aine, joka voi kontaminoida viinejä, mikäli sitä ei valvota.

Huokosrakenteen ja pinnan ominaisuuksien arviointi tehokasta väriaineiden poistoa varten

Miten huokosten koon jakauma vaikuttaa fenolien ja väripigmenttien poistoon viinistä

Siitä, kuinka hyvin aktiivihiili toimii, riippuu suuresti huokosten koon ja poistettavien epäpuhtauksien yhteensopivuus. Pienet mikrohuokoset, jotka ovat alle 2 nanometriä, sitovat tehokkaasti aineita kuten gallusihappoa, jolla on matala molekyylipaino. Suuremmat mesohuokoset, joiden koko vaihtelee 2–50 nanometrin välillä, puolestaan toimivat parhaiten esimerkiksi punaviinistä löytyvien antosyaaninien tai monimutkaisten polymeristen tanniinien kanssa. Viime vuonna julkaistu tutkimus osoitti myös mielenkiintoisen seikan: kun testattiin hiiliä, jossa mesohuokosten tilavuus oli noin 15–20 prosenttia, ne pystyivät poistamaan noin 89 prosenttia väriaineista Cabernet Sauvignon -näytteistä. Tämä on huomattavasti parempi tulos kuin mikrohuokosvaltaisilla materiaaleilla, joiden poistoprosentti oli noin 54 prosenttia. Näin ollen käytännön sovelluksissa oikean tasapainon saavuttaminen vaikuttaa selvästi merkittävästi tulokseen.

Mikroporositeetti ja mesoporositeetti: niiden rooli eri molekyylimassojen yhdisteiden adsorptiossa

Kaksiporeinen järjestelmä toimii molekyyrisievenä:

• Mikroporositeetti (≈800 m²/g) : Valikoivasti sitoo monomeerisia fenoleja (150–300 Da) kokorajoituksen kautta
• Mesoporositeetti (0,4–2 cm³/g) : Mahdollistaa monikerroksisen adsorption suuremmista tanniineista (1 500–5 000 Da)

Tämä selittää, miksi kookoskuorihiilet ovat erinomaisia roseviinin käsittelyssä, yhdistäen korkean mikropoisen pinta-alan (850 m²/g) riittävän mesoporesisällön (0,35 cm³/g) saavuttaakseen tasapainon selkeytyksen ja aromaattipitoisuuden välillä.

BET-pinta-alanalyysi: fysikaalisten ominaisuuksien korrelointi tanniinien ja väriaineiden vähentymisen kanssa

BET-testien mukaan viinin käsittelyyn parhaiten sopivat aktiivihiilet ovat tyypillisesti pinta-alaltaan noin 800–1200 neliömetriä per gramma. Tätä väliä tarkasteltaessa tutkimukset osoittavat, että jokainen lisäyksellinen 100 m²/g pinta-alaa vähentää jäljelle jääviä tanniineja noin 15–18 prosenttia, vaikka tulokset voivat vaihdella laboratorio-olosuhteista riippuen. Mutta on syytä olla varovainen yli noin 1500 m²/g:n pinta-aloilla. Näillä korkeammilla tasoilla hiili alkaa sitoutua kaikkiin aineisiin valikoimatta, mikä tarkoittaa, että se poistaa paitsi epätoivottuja yhdisteitä myös ne miellyttävät makeutusesterit, jotka antavat viinille sen luonteen, ja heikentää näin aromaattista monipuolisuutta. Siksi optimaalisen pinta-alan löytäminen on erittäin tärkeää tehokkaan puhdistuksen ja viinin makun säilyttämisen kannalta.

Annoksen, kosketusajan ja prosessiolosuhteiden optimointi

Optimaalisen annostuksen ja kosketusaikojen määrittäminen puhtauden ja makuominaisuuksien säilyttämisen tasapainottamiseksi

Viinin puhdistuksen ja väriaineiden poiston saaminen oikein tarkoittaa annostelun (yleensä noin 0,5–2,5 grammaa litraa kohti) ja käsittelyajan (2–24 tuntia) optimaalisen tasapainon löytämistä, vaikka tämä vaihtelee sen mukaan, millaisia epäpuhtauksia on läsnä. Viime vuonna julkaistu tutkimus Journal of Enologyssa paljasti mielenkiintoisen seikan: kun viinintekijät jättivät käsittelyn kestämään yli 8 tuntia, he huomasivat noin 18 %:n laskun punaviinin väriaineisiin, niin sanottuihin antosyaniineihin. Siksi ajoituksen tarkkuus on niin tärkeää. Useimmat viinitarhat tekevät ensin pienimuotoisia testejä selvittääkseen, milloin fenolien poisto alkaa tasaantua, koska liiallinen käsittely voi poistaa tärkeitä aromaattisia komponentteja, kuten terpeenejä ja estereitä, jotka antavat viinille sen erityisen luonteen.

Parhaat käytännöt ylikäsittelyn estämiseksi ja viinin aromiprofiilien säilyttämiseksi

Aktiivihiilen liiallinen käyttö (>3 g/L) voi poistaa haihtuvia tioliryhmiä, jotka tuovat sitruksen ja trooppisten hedelmien sävyjä lajikkeisiin kuten Sauvignon Blanc ja Chenin Blanc. Ylihoitolta välttämiseksi:

• Käytä hiiltä vaiheittain selkeytysvaiheiden aikana
• Pitäkää liuenneen hapon pitoisuus alle 0,5 mg/L estääksenne hapettumisvauriot
• Yhdistä valikoivien puhdistusaineiden, kuten bentoniitin, kanssa suojatakseen aromaattista kokonaisuutta

Nämä käytännöt auttavat säilyttämään lajikkeen luonteen samalla kun saavutetaan haluttu selkeys.

PH:n, lämpötilan ja viinin koostumuksen vaikutus aktiivihiilen tehoon

Kun pH-arvo laskee välille 3,2–3,8, fenolien sitoutuminen hiilipintaan paranee noin 22 %. Tämä johtuu siitä, että hiili varautuu positiivisesti, mikä luo sähköstaattisia vetovoimia fenolien negatiivisten varauksien kanssa. Alhaisemmat lämpötilat noin 12–15 asteessa hidastavat sitoutumisen nopeutta. Tämä saattaa aluksi vaikuttaa haitalliselta, mutta se antaa viininviejille paremman hallinnan tanniinien säätelyssä ja karvauden tason hallinnassa. Niille, jotka käsittelevät korkeampi-alkoholisia viinejä, yli 14 % tilavuusprosenttia esittää erityisiä haasteita. Etanolimolekyylit alkavat kilpailla tilasta hiilen pinnalla, joten tyypillisesti tarvitaan noin 40 % enemmän hiilimateriaalia samojen tulosten saavuttamiseksi. Olemme vahvistaneet tämän FTIR-spektroskopia-tutkimuksilla laboratoriotyössämme.

Mukauttaminen ja laadunvarmistus elintarvikkeiden käyttöön viininviemisessä

Aktiivihiiliratkaisujen mukauttaminen puna-, valko- ja roséviinilajikkeille

Kun on kyse punaviinin käsittelystä, mesoporoiset hiiliaineet, joiden porokoosta 2–50 nanometrin kokoisia, toimivat erittäin hyvin poistaessaan häiritsevät polymeeriset fenantyolit ottamatta samalla liikaa antosyaniineja, jotka pitävät viinin ulkonäön hyvänä pitkän ajan. Valko- ja roséviinit tarvitsevat kuitenkin jotain muuta. Nämä herkät lajikkeet reagoivat paremmin alle 2 nanometrin mikroporoiisiin hiiliaineisiin, joilla on juuri sopiva adsorptiokyky päästä eroon rikin tuoksuilta ilman, että niiden tunnettuja kukkais- ja hedelmäaromeja häiritään. Joissain mielenkiintoisissa tutkimuksissa on havaittu, että kookoskuorihiilellä voidaan vähentää tanniineja vanhoissa punaviineissä noin 92 prosenttia nopeammin kuin tavallisilla kivihiiperäisillä vaihtoehdoilla. Puuperäiset hiiliaineet puolestaan näyttävät säilyttävän aromattisissa valkoviineissä tärkeitä haihtuvia estereitä huomattavasti tehokkaammin, minkä vuoksi ne ovat suosittu valinta viininviljelijöiden keskuudessa, jotka haluavat säilyttää viininsä tunnusominaisuudet.

Valikoivien epäpuhtauksien poistoon tarkoitetut funktionalisoidut hiiliaineet ilman aistinvaraisiin ominaisuuksiin vaikuttamista

Pinnaltaan modifioituneet hiiliaineet toimivat itse asiassa paremmin sitoutumisen valinnassa. Kun pinnat ovat hapettuneet ja niissä on runsaasti karboksyyli ryhmiä, ne pyrkivät tarttumaan poolisiin aineisiin, kuten etyylifenoleihin, vetysidosten kautta. Eipooliset aromaattiset yhdisteet, kuten terpeenit ja norisoprenoidit, pysyvät käytännössä koskemattomina. Viineille on olemassa vielä yksi lisätemppu: nämä pH-herkät hiiliaineet menettävät protoneja tyypillisellä viinin pH-alueella 3–4, mikä tekee niistä tehokkaampia sähkövarauksellisten yhdisteiden, kuten jäljelle jääneiden sulfiittien, sitomisessa. Käytännön testit osoittavat, että nämä edistyneemmät materiaalit vähentävät 4-etyyliguaikolia, tuhmaa savuisen epämiellyttävää makua, lähes 80 %. Erityisen vaikuttavaa on se, että tämä tapahtuu ilman, että vaikuttaisiin positiivisiin vaniljapuun vanerroinnista johtuviin makuun tai mausteisiin.

Säädösten noudattaminen: Sertifikaatit alkoholijuomissa käytettävälle aktiivihiilelle

Turvallisuus on ensisijainen tärkeysasia ruokakelpoisten aktiivihiilituotteiden osalta. Näiden materiaalien on täytettävä tiukat standardit, kuten FDA:n säännös 21 CFR 177.1520, joka rajoittaa liuenneen tuhkan määrää alle 0,1 %:iin, sekä EU:n asetus (EY) N:o 231/2012, joka asettaa maksimipitoisuudet arseenille (3 miljoonasosaa) ja lyijylle (5 ppm). Parhaat valmistajat ylittävät nämä perusvaatimukset tarjoamalla eriä, jotka on sertifioitu ISO 22000 -elintarviketurvallisuusjärjestelmän mukaisiksi, ja suorittamalla riippumattomia testejä yli 32:lle eri mahdolliselle epäpuhtaudelle. Kun eko-viiniala jatkaa vaikuttavaa noin 12 %:n vuosittaista kasvua, viinituottajat pyytävät erityisesti ECOCERT- (johon kuuluu COSMOS-standardit) ja NSF/ANSI 60 -sertifikaatteja. Nämä todistukset auttavat tuottajia täyttämään sekä biodynaamisen maanviljelyn periaatteet että kuluttajien kasvavaa kysyntää luonnollisesti tehdylle viinille ilman synteettisiä lisäaineita.