Почему в одной бутылке вина на дне видны кристаллы винного камня, а в другой – нет? Почему вина одного сорта винограда у разных производителей отличаются не только по вкусу, но и по цвету? И причем тут электрический ток? На все эти вопросы есть один ответ: электродиализ.
Как связаны электроток и вино и почему это важно, рассказывает доктор химических наук, профессор Кубанского государственного университета и руководитель научного проекта «Фундаментальные основы увеличения жизненного цикла ионообменных мембран при осуществлении тартратной стабилизации вин методом электродиализа» Письменская Наталия Дмитриевна.
Расскажите, как Вы решили стать ученым? Почему выбрали именно химию?
Я считаю, что огромную роль в выборе профессии играют наставники и учителя, поэтому я очень благодарна своему школьному учителю химии Волик Алексею Степановичу, фронтовику, большому энтузиасту своего дела. Школьный кабинет химии в нашей станице не уступал нынешним стандартам и мы, школьники, с утра и до вечера проводили там химические опыты. Еще один человек, который являлся и является моим наставником, Гнусин Николай Петрович. Еще на первом курсе он отобрал заинтересовавших его студентов. Благодаря ему мы стали проводить много времени в лаборатории и ходить на лекции старшекурсников, чтобы потом выгадать время для научной работы. Таким образом я и влилась в коллектив кафедры физической химии.
Расскажите о проекте. Чем был обусловлен выбор именно этой темы?
Проект, которым мы занимаемся, не первый в данном ряду. Мы делаем попытки расширить возможности мембранных методов для инновационных способов получения высококачественного вина. Метод не новый. Речь идет о стабилизации вина без добавления химических реагентов. Принципы этого метода разработали французы в 90-х годах прошлого века и они же активно его применяли. Преимущества электродиализной тартратной стабилизации по сравнению с обработкой вин холодом или методом оклейки заключаются в нулевых потерях спирта, сохранении качества вина, устранении излишков калия и кальция, исключении возможности окисления вина, экономии времени и производственных площадей. Основой электродиализного аппарата являются ионообменные мембраны. Одни из них пропускают только положительно заряженные ионы, другие пропускают только отрицательно заряженные ионы. Через канал, образованный такими мембранами, прокачивается вино, включается ток и под воздействием электрического поля те ионы, которые отвечают за выпадение винного камня, из вина убираются.
Установка не занимает много места и не нарушает органолептические показатели вина. Спирт через мембраны не проходит, все ценные компоненты, как антоцианы, придающие цвет и обладающие антиоксидантными свойствами, тоже остаются в вине. Это с одной стороны хорошо, с другой плохо. Почему? Потому что эти вещества начинают взаимодействовать с мембранами, которые со временем теряют свои свойства. И те мембраны, которые используются в пищевых процессах, имеют одну и ту же проблему — они засоряются веществами. Этот сложный процесс называется фаулинг. Из-за него возникает необходимость часто приобретать мембраны. Однако стоит учитывать, что сама электродиализная установка стоит немало, а при этом львиная доля трат приходится на приобретение мембран. К тому же сегодня чаще всего используются японские мембраны, один квадратный метр которых стоит порядка двухсот долларов. А для аппарата требуется не один квадратный метр.
Вы обозначили основной целью проекта решить вопрос с фаулингом анионообменных мембран в процессе тартратной стабилизации вина методом электродиализа без применения химических реагентов. На чем будет основано это решение?
Наш проект состоит из двух направлений. Первое из них – фундаментальное. Мы изучаем, какие вещества в первую очередь взаимодействуют с мембранами и как именно они это делают. Мы должны выяснить, как на это взаимодействие влияет электрическое поле, как на это влияет скорость прокачки раствора и так далее, факторов много. Все это нужно для того, чтобы изучить главный вопрос и найти способ решения. Второе, более практическое направление, заключается в следующем. До недавнего времени в России вопросами усовершенствования мембран при электродиализной стабилизации занималась французская международная компания Eurodia/Oenodia. Фирма использовала в основном японские мембраны с немалой стоимостью. На сегодняшний день компания Eurodia/Oenodia временно приостановила деятельность в России. При рассмотрении вариантов приобретения мембран стало понятно, что сейчас появились доступные по цене мембраны из Китая, но они достаточно новые на рынке и до нас никто их не использовал для тартратной стабилизации вина. Поэтому еще одной целью проекта является сравнение возможностей японских и китайских мембран с тем, чтобы понять, можем ли мы произвести замену и во что это выльется.
Еще один аспект фаулинга: в вине есть сахара и много питательных веществ. Микроорганизмы на мембранах в такой среде быстро нарастают. Нам необходимо провести анализы, в том числе микробиологические для оценки результата. Потому что мы можем выбрать замечательные на первый взгляд мембраны, а окажется, что они в процессе эксплуатации выделяют вредные вещества или на них в ускоренном темпе растут патогенные микроорганизмы.
Насколько увеличится жизненный цикл ионообменных мембран по сравнению с текущим их состоянием?
Уже сейчас проект выполнен на 50%. Можно сказать, что мы получили первое впечатление о том, сравнимы ли по свойствам японские и китайские мембраны. Вывод такой, что да, замену мы произвести можем. Конечно, это предварительный вывод, потому что требуется большое количество многофакторных исследований. Мы поняли, что эти мембраны имеют несколько иную химическую природу и механизмы фаулинга у них другие. И мы нащупали способ, который позволяет без разборки аппарата, без промывки какими-то вредными веществами за счет смены направления электрического поля осуществлять частичную отмывку. Сейчас сказать, во сколько раз нам удастся продлить жизненный цикл мембраны, рановато. Эти исследования запланированы на следующий год. Но метод определен, дальше будем бить в эту точку для того, чтобы не только заменить дорогие и недоступные мембраны, но и найти способы их очистки.
Какой экономический эффект ожидать предприятию, которое решится внедрить разработанную Вами в процессе реализации проекта технологию?
Давайте вспомним, что виноградарство у нас в крае на подъеме. За последние годы Краснодарский край увеличил экспорт вина и шампанского в несколько раз. В 2022 году производства региона выпустили 23,3 миллиона декалитров винодельческой продукции. То есть это чрезвычайно объемное тоннажное производство, требующее скорости и точности, ну и про качество забывать не будем. Тартратная стабилизация вин методом электродиализа позволит перерабатывать огромные объемы продукции быстро, не тратя много средств и времени на приобретение и очистку мембран. Отличительной особенностью электродиализа является простота масштабирования производительности установок, которая может составлять от 10 до 200 л/час. Поскольку элетродиализная стабилизация осуществляется непосредственно перед розливом вина в бутылки, мобильные электродиализные установки могут закупаться консорциумом производителей и перемещаться на разные предприятия по мере необходимости. Экономический эффект зависит от того, насколько этот метод будет внедрен.
Насколько значимыми для экономического роста Краснодарского края будут исследования по Вашему проекту?
Для экономики края, я считаю, это важно. Ведь полученные в результате исследований знания можно применить на уже функционирующих предприятиях Краснодарского края (закупивших или взявших в лизинг электродиализные установки) для улучшения технико-экономических показателей тартратной стабилизации вина.
Наталия Дмитриевна, а есть ли у вас какое-нибудь хобби? Связано ли оно с наукой и работой?
Я считаю, что хобби у человека появляется для того, чтобы самореализоваться и уйти от серости трудовых будней. Научная жизнь чрезвычайно многообразна и требует одновременного задействования огромного количества компетенций. Например, у нас мультидисциплинарная область. Приходится на только наукой заниматься, но и преподаванием, быть психологом, писать заявки и так далее. Мне этого хватает.
Что Вас вдохновляет на плодотворную работу?
Вдохновение черпаем из работы. Любая научная деятельность подобна детективу. Имеется некий «преступник» или загадка, и задача ученого, используя подручные средства, найти разгадку или «виновника».
Расскажите, был ли у Вас опыт работы с Кубанским научным фондом ранее?
Да, был. Мы принимали участие в конкурсе фонда с проектом, направленным на попытку извлечь из отходов очень ценные компоненты для удобрений. Речь идет о фосфатах и ионах аммония. Это те вещества, которые являются нутриентами. Мы с коллективом исследовали возможности нашего электродиализатора, чтобы получить возможность извлекать эти вещества. А еще я являюсь экспертом Кубанского научного фонда.
Что бы Вы посоветовали молодым учёным, которые только вливаются в научную жизнь Краснодарского края?
Хочу пожелать не бояться, пробовать новое и прислушиваться к себе и к советам старшего поколения. Главное – дерзать и обязательно участвовать в научных конкурсах.
____________________________________________
Подписывайтесь на наши информационные ресурсы:
