포도주의 안정화 처리

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3. 포도주의 안정화 처리

3-1. 기구와 재료

층 여과기는 판과 판사이에 여과포가 있어 섬유 통로를 통과할 때 불용성 입자를 막는다. 굵은 구멍에서 미세한 구멍까지 여러 가지 등급이 있으며, 여과 정밀도가 보증되지 않기 때문에 여과 포도주의 미생물을 체크할 필요가 있다. 여과기의 재질은 스텐레스 스틸, 플라스틱, 플라스틱에 에폭시 코팅한 것등 다양하지만 여과 효율은 여과포의 성능과 여과 용량으로 정해진다. 여과포의 사용 전후에는 염산 또는 구연산 1%용액으로 씻는다. 약 5분간 산세후 10배 이상의 물로 세척한다.

멘브레인필터는 특별한 여과장치를 필요로 한다. 필터는 얇고 견고하며 기공의 크기는 0.8, 0.65, 0.45, 0.22㎛등이 있다. 미리 원심분리기나 예비 여과기등으로 포도주 속의 1㎛이상의 입자를 제거하거나, 전처리 여과기를 이용하여 미리 청징화해 둘 필요가 있다.

역류 마이크로 여과는 내경이 2mm로 기공 크기가 0.2㎛인 폴리에틸렌 모세관보다 성능이 좋으며, 여과기 구멍이 막히는 일이 없다. 바람직한 여과도를 얻을 때까지 포도주를 재순환시켜 여과한다. 포도주는 튜브에 자동적으로 주입되며 순환한다.

한외여과와 역침투는 특정 크기 범위의 분자물질을 제거할 수 있는 여과이고, 역침투(R/O)는 한외여과의 일종이다. 여과할 때 걸리는 압력, 포도주가 흐르는 유속, 여과막의 구멍크기는 다르다. 한외여과에서는 콜로이드 입자를 막상에 걸리게 하기위해 특별히 작은 층(콜로지온막)을 이용한다. 분자형태나 전하의 요인도 관계가 있지만 가장 큰 영향을 주는 인자는 분자 크기다. 한외 여과막에 걸리는 것은 분자량이 1,000~1,000,000의 물질이다. U자관 중앙을 반투막(분자사막)으로 구분하고, 한쪽은 물, 한쪽은 포도주를 넣고 방치하면 순수는 포도주쪽으로 흘러 들어온다. 이 상태를 침투라 하고, 양쪽 수면의 차이가 침투압이다. 여기에 침투압 이상의 고압을 용액 쪽으로 가하면 용액속의 물만이 순수로 이동하며, 이것을 역침투라 하며 이원리에 근거한 장치로 포도주의 여과를 행한다.

여과조제로서 규조토가 사용되고 있다. 규조토는 단세포 조류인 규조 식물의 시체로부터 된 규질의 퇴적물이다. 크기는 보통 25㎛정도로, 현미경으로 보면 많은 구멍이 있다. 산화규소가 주성분이며, 소량의 알미늄, 철, 인, 칼슘, 마그네슘, 칼륨등이 함유되어 있다. 사용목적은 층여과기의 여과속도를 높이고, 필터 수명을 연장시킨다. 규조토를 사전에 코팅한 금속필터도 있다. 규조토를 소량의 물 도는 포도주에 녹여 여과포상에 균일하게 퇴적시킴으로 대량의 포도주를 필터에 막히는 일없이 여과할 수 있다. 여과조제양이 적으면 필터가 빨리 막히며 너무 많으면 필터의 빈공간이 없어진다. 규조토는 고운 것, 중간 것, 굵은 것 3가지 크기가 있는데, 미세한 입자가 혼탁물질 감소율은 높지만 어과 속도는 느리다(굵은 입자의 약1/3). 규조토를 이용한 전여과에서도 효모와 박테리아의 생균수를 1/100~1/1,000로 줄일 수 있다.

침전제는 단백질계 침전제(젤라틴, 아이싱그라스, 카세인 및 난백)와 이산화 규소계 침전제(벤토나이트, 이산화규소 젤 및 콜로이드상의 이산화규소)가 있다.

젤라틴은 소뼈나 가죽으로부터 추출된 섬유상의 콜라겐이 그 원료이다. 젤라틴에는 2가지 타입이 있다. 산형의 젤라틴은 산성으로 조제되어 +로 대전되어 있다. 알칼리형은 염기처리 되어 +전하가 적다. 앙금이 제거된 포도주 페놀은 음(-)의 전기를 띄고 있기 때문에 산형 젤라틴으로 침전물이 가라앉는다.

아이싱그라스는 건조한 철갑상어 부레에서 얻은 것으로 젤라틴보다는 질이 떨어지는 동종의 단백질이다. 페놀이 많은 적포도주와 로제포도주의 앙금을 가라앉히는데 사용된다. 또한 카제인(우유단백질)과 난백의 알부민을 탄닌제거에 이용하는 일도 있다.

벤토나이트는 팽창한 격자 구조의 규산알루미늄 점토의 총칭으로 몬모리온석이라고도 한다. 포도주의 단백질은 벤토나이트를 첨가함으로서 제거할 수 있다. 벤토나이트는 약 1mm×500㎚의 상당히 작은 판상 물질이며, 판 끝 부분에 +전하를 띤 원자보다도 -전하를 띤 원자가 많기 때문에 전체적으로는 -전하를 띠고 있다. 벤토나이트가 물에 잠기면 콜로이드상의 물질이 되어 벤토나이트나트륨 1g당 750㎡의 크 표면적이 된다. 나트륨형이 칼슘형보다 큰 표면적을 얻을 수 있고 가라앉히는 침전물의 양이 많다. 칼슘형은 판상물질이 응집되기 쉽다.

비팽윤성 무수 실리카겔은 세밀한 간격이 있는 해면상을 이루고 있다. 실리카 겔은 건조 상태와 습윤 상태가 있는데, 습윤 상태가 포도주 청정화에서 단백질 흡착에 사용된다.

콜로이드상의 이산화규소(이산화규소의 콜로이드 분산액)는 수화물로서 수중에 현탁해 있는 이산화규소를 말하고 큰 표면적을 가지므로 안정하며, 표면은 수산화되어 활성이 있다. 이것은 벤토나이트를 대신하는 무기물의 청정화제로서 사용되고 있다. 알칼리 상태에서 음의 전하를 띠고 전기적으로 음성의 소수성 콜로이드로서 작용한다. 단백질과 이산화규소의 결합은 수소결합이다. 콜로이드 입자의 크기와 단백질의 변성과는 밀접한 관계가 있다. 콜로이드 입자의 직경이 2~3㎚라면 단백질의 구조를 깨뜨리지 않으나 5~10㎚라면 한정적인 변성을 일으키며 20~30㎚라면 강한 변성을 일으킨다.

3-2. 앙금 제거 

포도주의 주 발효가 끝나고 잠시 후면 탱크 바닥에 효모균체나 현탁물질이 침전되므로 곧바로 앙금을 제거할 필요가 있다. 사이펀, 펌프, 배출용 밸브, 연속원심분리기를 사용하며, 산막효모의 번식을 방지하고, 산화를 방지하기 위해 저장탱크내의 공기를 탄산가스 혹은 탄산+질소가스로 대체한다. 앙금제거가 지연되면 자기소화(효모 세포의 분해된 물질)에 의한 유화수소취(Off flavor)가 발생하고, 산막효모나 초산균의 생육을 허용케 하요 포도주 부패의 원인이 된다. 반대로 앙금제거를 늦춰 효모의 침전 성분을 용출시켜 향미의 증강을 도모한 슐리와인을 만들거나 마로락틱발효를 촉진시키는 경우도 있다.

3-3. 앙금 침전

1) 벤토나이트

적포도주는 높은 폴리페놀 함량 때문에 폴리페놀 단백질 복합체가 만들어져 침전이 제거되기 때문에 단백질 혼탁은 백포도주에서 발생한다. 특히 세미요, 쇼비뇽 블랑, 모스캣계 포도주는 단백질이 많다. 80℃에서 6시간 가열 후(혹은 49℃에서 2일간), 4℃에서 17시간 냉각하여 탁해짐이 생기는지 아닌지를 육안으로 관찰하여 혼탁 판정을 한다. 포도주는 통상 냉각 안정화 처리가 이루어지기 때문에, 저온에서 불안정한 단백질은 여과되는 경우가 많다. 벤토나이트가 녹아있는 모든 단백질을 제거하진 못한다. 필요한 양은 100~200㎎/ℓ이다. 포도주 단백질은 과즙, 과피, 종자 및 효모에서 유래한 당단백질이 기본이다.

가능한 소량의 물과 벤토나이트를 되도록 천천히 혼합하여 크림상으로 한다. 충분히 팽창시키기 위해 24시간 방치하고 다시 혼합한다.(믹서기 사용) 그리고 다시 24시간 방치한다. 현탁액중의 벤토나이트 농도는 통상 5%(wt/vol)이다. 720㎖ 유리병에 포도주를 넣고 여러 양(100, 150, 200,250,300mg/ℓ)의 벤토나이트 현탁액을 가하고, 저장온도로 하룻밤 방치한다. 5%의 현탁액 1㎖에는 50mg의 벤토나이트가 함유되어 있기 때문에 농도를 100mg/ℓ로 한 경우에는 1.44㎖의 현탁액을 가한다. 흡착 속도는 pH와 알콜 농도에 의존한다. 낮은 pH가 단백질의 +전하가 증가하여 제거속도가 높아진다. pH가 3.6보다 3.0이 1/4로 양이 준다. 알코올 농도가 높으면 침전 효율이 좋아진다.

2) 콜로이드상의 이산화 규소(실리카 졸)

코포롤 V-300 : 콜로이드 상태의 이산화규소는 30%, 비중 1.195, 입자 반경은 7~15㎛로, 알칼리에서 -전하, 소수성 콜로이드로써 작용한다. 통상 젤라틴과 함께 첨가하여 단백질을 응집시키고, 농약을 제거할 수 있다는 보고도 있다.

필요하다면 젤라틴(젤라틴:물=1:5)을 따뜻한 물에 녹인다. 콜로이드상의 실리카에 의한 침전은 상당히 빡빡하고, 벤토나이트 침전의 1/10이지만, 포도주에 잔존 비율이 높다. 액상 이산화규소와 젤라틴은 일정한 간격을 두고 각각 첨가한다. 탄닌 제거가 필요할 때는, 먼저 젤라틴(2.5~5g/hℓ)을 넣고 30분간 둔다. 균일화를 위해 30분 더 놔둔 후 액상 실리카(50~100㎖/hℓ)를 첨가한다. 실리카와 젤라틴의 비는 중요하나 적당한 비는 포도주에 따라 다르기 때문에 시험할 필요가 있다. 제조회사의 지시에 따르는 것이 안전하다.

청징화는 보통 24시간이면 종료한다. 단백질 제거가 목적인 경우는 첨가 순서를 반대로 한다. 처리온도는 25℃를 넘지 않도록 한다.

3) 젤라틴등

젤라틴과 탄닌이 수소결합하여 생긴 복합체가 불용화되어 침전되므로 주로 탄닌 제거에 사용된다. 백포도주엔 사용되는 일이 드문데 결합되어야 할 탄닌이 충분하지 않으면 젤라틴이 남아 맛이 변하거나 탁해지는 원인이 되는 경우가 있다. 백포도주의 앙금을 가라앉게 하려면 주정첨가 포도주(브랜디)에 1%정도 농도로 용해된 탄닌을 먼저 첨가하고, 24시간 후에 젤라틴을 6~10% 수용액으로 해서 첨가한다. 탄닌과 젤라틴의 농도는 15~120㎎/ℓ(동량)이다. 포도주는 통상 2~3주간 방치한다.

적포도주는 가끔 젤라틴(30~300㎎/ℓ 농도로 첨가)에 의한 청징화가 이루어진다. 탄닌은 로제와인이나 적포도주에 충분히 함유되어 있어 첨가할 필요는 없다. 탄닌 함량이 높은 과실주도 젤라틴만으로도 상당히 잘 청징화 된다. 젤라틴에 의한 침전은 낮은 온도(보통 25℃이하에서 행하고 16℃까지 내리면 효율이 좋다)에서 촉진되며 포도주의 pH에 의해 상당히 영향을 받는다.

생선의 부레에서 체취한 아이싱글라스는 백포도주 청정화에만 사용하는 것이 무난하다. 500g의 아이싱그라스 조각을 50g의 주석산과 20g의 중주석산칼륨을 넣은 물 50ℓ에 교반하여 녹이고, 결이 굵은 필터로 여과하여 사용한다. 100ℓ에 1~2.5g의 아이싱그라스를 첨가한다.

카제인은 백포도주 침전에 사용된다. 2%의 카세인 수용액을 만들고 카제인 60~240mg/ℓ농도로 포도주에 넣는다. 카세인의 반량의 탄닌을 첨가한다. 탄닌은 5%의 탄닌산, 10% 에탄올 용액으로 한다.

난백도 청징화에 사용된다. 난백만 냉수와 혼합하여 식염을 첨가하면 혼합물은 맑아지기 때문에, 이것을 적포도주의 앙금을 침전시키는데 사용한다. 200ℓ 포도주에 5~10개의 난백에 해당되는 혼합액을 가한다. 건조 난백은 8~16g이 필요하다.

4) 활성탄, PVPP(폴리페놀 수지)

활성탄에는 정전적, 화학적 및 흡착작용이 있다. 포도주의 갈색이나 유해한 냄새를 제거하기 위해 사용하며, pH가 낮으면 흡착성이 증가하고, 온도가 내려가면 흡착성은 낮아진다. 반면에 포도주의 향미가 손상되는 경우도 있다. 120~2,400mg/ℓ의 활성탄을 첨사하고, 240mg/ℓ의 벤토나이트를 첨가하여 여과한다.

PVPP는 고농도의 폴리페놀을 함유한 백포도주의 갈색을 저하시키는데 이용된다. 결합작용은 로이코 안토시아닌>카테인(catechin)>후라보놀>페놀의 순으로 강하다. 1~수십mg/ℓ를 첨사하고, 1시간 교반후, 24시간 정치한다. 이용한 PVPP는 앙금제거와 여과단계에서 제거된다. 최근 PVPP를 함침한 시트에 포도주를 통과하여 페놀을 제거하는 방법이 행해진다. 시트는 온수로 역류 세척하고, 0.5% 가성소다로 헹구면 재생된다. 10회정도 사용한다.

5) 페로시안화 칼륨, 황산동

포도주에 페로시안화칼륨을 가하면 철, 동 및 그밖에 금속이온과 청색 침전을 만들어 이러한 금속을 제거할 수 있다. 이것을 블루 파이닝(blue fining)이라 한다. 경험을 쌓은 기술자만이 실시한다.

황화수소는 이온의 환원에 의하여 생성된 가스이다. 이온이 효모의 투과효소에 의해 세포내로 들어가고, 황산염, 아황산염을 거쳐 황화수소로 된다. 아미노산이 적은 과즙의 발효로 황화수소가 발생한다. 황화수소의 냄새는 강하고, 강한 효모취 또는 썩은 달걀 냄새가 난다. 황화수소를 제거하지 않으면, 천연가스 또는 양배추의 냄새가 나는 에칠멜카부탄이 되고, 또한 디에틸황화물로 산화가 일어난다. 이러한 화합물을 제거하는 것은 어렵다. 백포도주의 황화수소는 포도주의 정치나 앙금제거, 원심분리에 의하여, 또 적포도주의 황화수소는 통풍에 의하여 감소시킬 수가 있다. 황화수소는 4g/1,000ℓ의 동을 첨가함으로서 제거되지만, 이 동을 페로시안화칼륨으로 제거하지 않으면 안되기 때문에 매우 번거롭다. 

3-4. 냉각

새로운 포도주는 중주석산칼륨으로 과포화되어 있다. 이 화합물은 물에 녹기 어려우며 물-알코올 용액에는 더욱 녹기 어렵다. 중주석산염은 오랜 기간에 걸쳐 천천히 침전되기 때문에 병입 할 때 포도주가 투명해도 소비자가 냉장고에서 냉각시키면 흰 주석산염의 결정이 석출되는 경우가 있어 판매상 문제가 된다.

중주석산칼륨은 10.5% 알코올 용액 100ℓ중에 30℃에서 4.60g, 15℃에서 2.53g, 5℃에서 1.75g, 0℃에서 1.41g, -4℃에서 1.21g 녹아있다.

포도주를 빙점 근처까지 냉각하여 과잉한 주석산염을 침전시켜 제거한다. 주석산염과 함께 칼슘염이나 색소도 침전된다. 모든 적포도주 및 몇 개의 로제 포도주는 붉은 침전을 갖는다. 미세하게 분쇄도니 중주석산 결정을 첨가하면 급속히 동염이 제거되므로 효율적이다. 테이블 와인은 -4~-5.5℃까지, 알코올을 첨가한 후식포도주는 -7~-9.5℃까지 냉각하여 7~10일간 방치한다. 저온에서는 실온보다 다량의 산소가 녹기 때문에 온도를 올리면 급속히 산화될 위험이 있으므로 저장온도로 할 때는 공기의 존재에 특히 주의할 필요가 있다. 주석산염의 용해도는 온도가 내려가면 작아지고 알코올농도가 높아져도 작아진다. 다음은 중주석산칼륨을 안정화시키는데 필요한 포도주 처리온도를 계산하는 식이다.

온도(-℃) = (알콜 농도(%)/2) - 1

예) 10.6% 알코올의 경우  -(10.6/2) - 1 = -4.3℃

3-5. 가열

가열의 목적

① 열응고성 콜로이드(단백질등)를 응고시켜 화학적, 물리적으로 포도주를 안정화 시킨다.

② 세균이나 효모를 파괴하여 미생물학적으로 포도주를 안정화 시킨다.

③ 포도의 효소활성을 없애서 효소적으로 안정화 시킨다.

④ 후식 포도주의 숙성을 앞당긴다.

대부분의 효소는 양조학적으로 중요하지 않으나, 폴리페놀옥시다아제의 존재는 포도주를 갈변시키기 때문에 주의해야 한다. 가열처리는 아황산처리를 하지 않거나 불충분할 때 행한다. 가열 살균 조건은 주로 온도와 시간에 의해 변하지만, pH가 낮을수록, 알코올 농도가 높을수록, 유리 아황산 농도가 높을수록 효율은 좋아진다. 효모의 경우 생세포는 45~50℃로 수 초간 가열하면 살균되지만, 효모 아포는 55~60℃에서 비로소 사멸하기 때문에 모든 효모를 죽이려면 소정의 온도로 몇 분간 가열할 필요가 있다. 효소의 활성화를 없애려면 75℃로 몇 분간 또는 90℃에서 수 초간 가열한다.

① 저온(가열) 살균(55,60, 65℃에서 몇 분간 또는 70, 80℃에서 약 1분간)

② 순간 저온(가열) 살균(90, 100℃에서 수 초간)

③ 가열 병입(Hot bottling : 45, 48℃ 또는 그이상의 온도로 가열 후 병 안에서 자연 냉각)

열이 품질이나 색조 등에 나쁜 영향을 미치기 때문에 가열 살균이나 가열 병입은 점차 사용하지 않게 된다.

3-6. 아황산 처리

포도주 안정성에 대해 제조상 직면하는 문제는 주석산염, 색, 황화수소, 단백질, 금속, 페놀, 미생물이 포함된다. 이중, 주석산염, 단백질 및 금속이외의 불안정 요인은 15~30㎎/ℓ의 유리 아황산의 존재에 의하여 거의 해결할 수 있다.

산소의 존재 하에서 루코 안토시아닌과 후라벤(로이코시아니징의 탈수로부터 생김)은 갈색 물질을 생성한다. 그러나 환원상태에서는 후라벤이 축적되어 다음에 산소를 만나면, 후라벤은 적색의 후라비리움염이 되는데 이것이 포도주를 분홍색으로 만든다.(Pinking 현상) 충분한 아황산과 아스코르빈산이 존재하면, 이 반응은 일어나지 않는다.

모든 포도주는 산소에 대해 저항력을 갖고 있다. 그것은 폴리페놀을 함유하여 산소의 수용체가 되기 때문이다. 폴리페놀 함량에 따라 포도주 산화에 대한 저항성의 강약이 정해진다. 적포도주는 내성이 충분하고 백포도주는 높지 않으며, 로제는 중간이다.

포도주의 pH가 상승하면 활성형 아황산량은 감소하고 불활성 이온형이 증가한다. 미생물에 대한 저해 활성은 유리 아황산 양과 관계있고, 총 아황산(유리 아황산+결합 아황산)과는 거의 관련이 없다. 유리 아황산은 SO₂․H₂O(H₂SO₃), HSO₃^-, SO₃^2-로 된다. 이중 SO₂․H₂O(분자상 SO₂)가 활성형태이다. SO₂의 pKa는 1.76이다. SO₂내성 효모, 사카로마이세스․세레이시에의 생육저지에 필요한 SO₂.H₂O의 양은 0.8~1.5㎎/ℓ이다. 발효를 멈추게 하기 위해서는 1.5 mg/ℓ, 숙성중의 포도주에는 1.2㎎/ℓ로 계산되어 있다.

pH 3.5가 넘는 포도주에는 SO₂․H₂O가 거의 존재하지 않는다고 해도 좋으며, 아황산을 첨가해도 의미가 없다. 따라서 아황산을 첨가할 때는 포도주의 pH를 정확하게 알 필요가 있다. 각 pH에 있어서  SO₂의 양은 다음의 식을 이용하여 계산할 수 있다.

            free SO₂ mg/ℓ

SO₂ mg/ℓ = ---------------

            1 + 10^pH-pKa

숙성 포도주안의 효모의 생육 저지에 필요한 분자상 SO₂양을 1.2㎎/ℓ로 한 경우, pH 3.2에서는 39, pH 3.3에서는 49, pH 3.5에서는 77, pH 3.7에서는 121 mg/ℓ의 유리 아황산이 필요하기 때문에, 활성형 아황산을 확보하는데 pH의 중요성을 알 수 있다.

3-8. 금속

금속에 의한 포도주 오염의 대부분은 동과 철이다. 강산의 주석산은 금속을 천천히 녹인다. 알미늄이나 아연 용기가 쓰이지 않고, 스텐레스스틸제 용기가 사용되는 이유이다.

철이 적포도주에 들어가면 ‘Blue casse'라 불리는 혼탁을 만들어 금속성의 청색을 부여한다. 백포도주는 ’White casse'를 생성한다. 포도주에 0.7 g/ℓ의 구연산을 가해 통풍시킨 후, 적량의 과산화수소(제1철을 제2철로 변화시킴)를 첨가하여 혼탁이 생기지 않으면 철 혼탁의 걱정은 없다. 시판 포도주는 5~10mg/ℓ정도의 철이 존재하지만 혼탁은 일어나지 않는다. 혼탁이 일어나면 카제인을 이용하여 앙금을 침전시킨다.

포도주의 동은 농약에 포함된 거나, 황화수소 제거를 위해 추가된 황산동, 청동제 밸브 류에서 유래한 것이다. 포도주 20㎖에 적량의 황화나트룸 용액을 첨가했을 때 0.5㎎/ℓ이상의 동이 존재하면 혼탁을 일으킨다. 동은 탈청제(Blue fining) 또는 건조 효모 첨가에 의한 흡착으로 제거한다.