A membránműveletek széles köre ma már jól bevált eljárás a borászati technológia legkülönfélébb szakaszaiban. Az újabb membráneljárások, mint például a pervaporáció, az elektrodialízis, az ozmotikus desztilláció, az előre irányuló ozmózis, vagy a membránkontaktorok új és érdekes perspektívákat kínálnak a minőség javítására és új termékek fejlesztésére az érzékszervi tulajdonságok veszélyeztetése nélkül.
Végtelen lehetőségek
Napjainkban a mikroszűrés a derítést követő stabilizálás kötelező lépése a borászatban, míg az ultraszűréssel a specifikus vegyületek – aromaanyagok, polifenolok és színanyagok – mennyiségének szelektív beállítása valósítható meg a kémiai egyensúly megtartása mellett. A nanoszűrés és a fordított ozmózis hasznos megoldás lehet a must cukortartalmának és a borok alkoholtartalmának szabályozásában. E nyomásvezérelt eljárásokon kívül az elektrodialízis a borkőstabilizálás, illetve a savtartalom korrigálásának gyors és adalékanyagmentes eszköze lehet, a gőznyomáskülönbséggel vezérelt ozmotikus desztilláció és pervaporáció pedig modern megoldást jelent a bor alkoholtartalmának csökkentésére.
| membránfolyamat | működési elv | nyomástartomány | pórusméret | membrán anyaga | visszatartott borösszetevők |
| mikroszűrés | nyomáskülönbség | 0,5–3 bar | 0,1–10 μm | szimmetrikus vagy aszimmetrikus polimer vagy kerámia | kolloidok, mikroorganizmusok, szilárd részek |
| ultraszűrés | nyomáskülönbség | 0,5–10 bar | 0,005–0,1 μm | aszimmetrikus polimer vagy kerámia | poliszacharidok, polifenolok, fehérjék |
| nanoszűrés | nyomáskülönbség | 2–40 bar | 0,001–0,005 μm | aszimmetrikus polimer vagy vékonyréteg-kompozit | cukrok, egyes szerves savak, monomer fenolos összetevők |
| reverz ozmózis | nyomáskülönbség | 10–100 bar | <0,001 μm | vékonyréteg- vagy sűrű szerkezetű kompozit vagy polimer | ionok |
| elektrodialízis | elektromos mező | <0,001 μm | polimerfilmek anionon- vagy kationcserélő funkcióval | töltéssel rendelkező kisméretű molekulák, pl. ionok és szerves savak | |
| ozmotikus desztilláció | gőznyomáskülönbség | 10–40 nm | hidrofób polimer üreges rostok | minden összetevő az etanol és az illósav kivételével | |
| pervaporáció | gőznyomáskülönbség | vákuum 0–20 mbar nyomástartományban | 30–60 nm | sűrű szerkezetű hidrofób polimer | minden összetevő az etanol és az illósav kivételével |
Szűrés
A cross-flow mikro- és ultraszűrés jól ismert, általánosan alkalmazott eljárás a borászati technológiában, mindkét megoldás célja a bor (vagy akár a must) optikai és technológiai értelemben vett tisztítása, szűrése a zavarosodások megszüntetésére. A hasonló funkciójú megoldásokkal (ülepítés, szeparálás, mélységi szűrés, kovaföldszűrés) szemben számos előnnyel rendelkezik:
- a fizikai tisztítás és a mikrobiológiai stabilizálás megvalósulása egy lépésben,
- a szűrési segédanyagra és további műveletekre fordított, valamint a laboratóriumi, energia- és működtetési költségek csökkenése,
- folyamatos, automatizált folyamat adatszolgáltatással,
- környezetvédelmi szempontok érvényesülése: kevesebb hulladék, energiamegtakarítás.
Keresztáramú szűrésnél a szűrendő folyadék tangenciálisan áramlik a membrán felületére és nyomáskülönbség hatására átszivárog a membránon. A tangenciális áramlás folyamatosan eltávolítja a visszamaradó anyagokat a membrán felületéről, ami a hagyományos szűréshez képest kisebb membránszennyeződést eredményez. Emellett a dinamikus szűrés is hatékony módszer a membrán teljesítményének javítására. Ezek a rendszerek olyan mechanikai eszközök használatán alapulnak, amelyek turbulenciát okoznak a membrán felületén, így az nem tömődik el, és a betáplálási áramlás is alacsony értéken tartható.
Mustjavítás
A potenciális alkoholtartalom növelése, azaz a mustjavítás klasszikus eszköze a must cukortartalmának direkt emelése kristályos szacharózzal, sűrített musttal vagy finomított mustsűrítménnyel. Az alternatív lehetőségek, mint a must víztartalmának csökkentése nanoszűréssel vagy reverz ozmózissal immár engedélyezett eljárások. Az előbbi egy nyomásvezérelt membráneljárás, míg a reverz ozmózis egy féligáteresztő membránon keresztül megvalósuló diffúziónak tekinthető, mely során csak az oldószer (víz) jut át a szűrőfelületen. Ez a jelenség az oldott anyag koncentrációjának növekedéséhez vezet a maradék oldatban.
Borkőstabilizálás
A borkősav sói, a borkő és a kalcium-tartarát a szőlőmustban a telítésiérték-közeli mennyiségben vannak jelen. E sók oldhatósága etanol jelenlétében, illetve alacsony hőmérsékleten csökken, ami kristályos kiválásukhoz vezet. Az elterjedt stabilizációs módszerek közé tartozik a hidegstabilizálás, az ioncsere és a kémiai vegyületek alkalmazása. Az elektrodialízist a hidegstabilizálás alternatívájaként fejlesztették ki, annak korlátai miatt. Ebben a folyamatban elektromos mező hatására vándorolnak az ionok az egyik oldatból a másikba egy féligáteresztő membránon keresztül.
A bor savtartalmának korrigálása
A bipoláris elektrodialízis a savtartalom növelésének alternatív technikája, amely lehetővé teszi a kálium folyamatos kivonását és az oxóniumionok dúsítását, ami a bor pH-értékének csökkenéséhez vezet.
A bipoláris elektrodialízissel végzett savemelés előnye, hogy a pH-érték precízen beállítható az ízérzet minimális megváltozása mellett.
A savtartalom csökkentésre szintén több stratégia alkalmazható, úgy, mint az almasav mikrobiológiai lebontása, a borkő kicsapása, a kémiai savtalanítás például kalcium-karbonáttal, vagy akár a házasítás. A savtartalom növeléséhez hasonlóan a bipoláris elektrodialízis a bor savtalanítására is megoldás lehet. A folyamat hasonló a savemeléshez, de a kationcserélő membránokat anioncserélő membránokra cserélik, hogy a borkősav és az almasav feleslegét kivonják, miközben a kálium a borban marad.
A must cukortartalmának csökkentése
A várható alkoholtartalom csökkentésének egyik módszere a must cukortartalmának csökkentése. Ez egy sorba kapcsolt ultraszűrést és nanoszűrést alkalmazó membrántechnikával valósítható meg.
Ez a megoldás számos előnnyel jár, különösen az erjesztés és a bor minősége szempontjából. A kiindulási cukortartalom csökkentése mérsékli az erjedés elején az ozmotikus stresszt, az erjedés végén pedig a megemelkedett alkoholtartalom miatti toxikus stresszt. Az eljárás megőrzi a bor érzékszervi minőségét, mivel az erjedés és érlelés során kialakuló aromákat ez a folyamat nem befolyásolja.
A bor alkoholtartalmának direkt csökkentése, eltávolítása
A borok alkoholtartalmának csökkentése többféle membrántechnikával is megvalósítható. Szóba kerülhet a reverz ozmózis, a nanoszűrés, az ozmotikus desztilláció és a pervaporáció, melyek különféle membránanyagokkal és mechanizmusokkal távolítják el az etanolt, miközben a bor alapvető komponensei változatlanul megmaradnak.
A nanoszűrés és a reverz ozmózis a termikus megoldások ígéretes alternatíváit jelentik, mivel kíméletes hőmérsékleti körülmények között távolítják el az alkoholt, megőrizve a bor minőségét és a bioaktív vegyületeket.
Az ozmotikus desztilláció egy nem nyomásvezérelt membráneljárás, amelyet víz és más oldószerek extrakciójára használnak oldatokból atmoszférikus nyomáson és szobahőmérsékleten.
Az előre irányuló ozmózis (forward osmosis) egy feltörekvő membrántechnológia. Ígéretes megoldásnak tűnik számos területen, például víz sótalanításában, sóoldatok koncentrálásában, szennyvízkezelésben stb. Az élelmiszertudományban megkísérelték ezzel gyümölcslevek sűrítését és italok alkoholmentesítését is, de az előre irányuló ozmózis ebben az alkalmazásban sajnos még nem stabil eljárás, mivel csökken a fluxus a visszatartott anyagok extrém nagy mennyisége miatt.
A bor részleges alkoholmentesítésére membránkontaktorokat is alkalmaztak, bár a siker nem teljes, ugyanis a sztrippelőszerként alkalmazott víz bizonyos mértékig megváltoztathatja a bor oxigénizotópos arányát. Ez súlyos eredetvédelmi aggályokat vet fel.
Az egyik legszelektívebb membrántechnológia, a pervaporáció kiemelkedik a bor alkoholmentesítésének lehetséges technológiájaként. Az etanol vizes rendszerekből történő eltávolításához elvileg organofil membránokra van szükség, amelyek megkönnyíthetik az etanolmolekulák szállítását, miközben megakadályozzák a vízmolekulák átjutását. Más alkoholmentesítő technikákkal, például a hagyományos desztillációval összehasonlítva a pervaporáció kevesebb energiafelhasználást igényel, rendkívül szelektív (azaz magas az etanol elválasztási hatékonysága), könnyen kezelhető, és hatékony a kisebb koncentrációban jelen lévő komponens eltávolításában is.
(A Szerző megjegyzése: a szőlőből készült termékek előállításához alkalmazható borászati eljárások, ezen belül az engedélyezett membránműveletek körét, az ezekre vonatkozó feltételeket, korlátozásokat és követelményeket a jelenleg hatályos „a Bizottság (EU) 2019/934 felhatalmazáson alapuló rendelete” szabályozza. A cikk Youssef El Rayess, Roberto Castro-Munoz, Alfredo Cassano (2024): Current Advances in Membrane Processing of Wines: A Comprehensive Review. Trends in Food Science & Technology, Vol. 147. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2024.104453 című publikációjának szerkesztett fordítása.)
Dr. Sólyom -Leskó Annamária
