15
Содержание:
- Сбраживание исходного сырья
- Получение спирта-сырца и дробная дистилляция
- Дополнительные способы очистки
- Обработка активированным углем
- Очистка белком
- Метод высаливания
- Очистка перманганатом калия (марганцовкой)
- Предобработка кальцинированной содой и предобработка каустической содой
- Выводы
Ни для кого не секрет, все без исключения винокуры очень требовательно относятся к своим напиткам. Одними из главных составляющих получения достойного результата являются грамотный выбор способа очистки и его проведение, о которых расскажем в данной статье.
Под очисткой дистиллята подразумевается избавление крепкого спиртного напитка от вредных и токсичных примесей, а также улучшение вкусовых показателей готового продукта. Прежде чем разбираться в способах очистки, необходимо понять: какие вещества относится к вредным и токсичным соединениям, как они могут воздействовать на организм и как они влияют на вкус и аромат готового напитка.
Получение готового продукта можно разбить на 3 основных этапа:
- Сбраживание исходного сырья
- Получение спирта-сырца
- Дробная дистилляция или ректификация
На всех этих этапах идет постоянное образование новых веществ или преобразование имеющихся. Основная масса веществ образуется на этапе брожения, когда в бражке микроорганизмами происходит потребление углеводов, аминокислот, белков, жиров и т.д. Многообразие и количественный состав этих веществ будет зависеть от используемого сырья и микроорганизмов, выбранных для сбраживания этого сырья. Причем под понятием “микроорганизмы” подразумеваются не только дрожжи, но и другие применяющиеся винокурами для сбраживания культуры. В том числе молочнокислые бактерии или плесени. От их жизнедеятельности так же сильно будет зависеть состав браги.
Сбраживание исходного сырья
Вещества, составляющие брагу, можно разделить на 2 основные группы: растворимые и нерастворимые. К нерастворимым веществам относятся различного характера взвеси (косточки, шелуха и т.п.).
Нас интересует группа растворимых веществ, а именно летучие соединения. Данные вещества при перегонке переходят в спирт-сырец и готовый продукт. К ним относятся: вода, спирты, органические кислоты, эфиры, альдегиды, сивушное масло, и т.д. Всего насчитывают до 100 летучих веществ, входящих в состав бражки.
Рассмотрим основные из них, немного погрузившись в химию.
Спирты
Производные углеводов с гидроксильной группой (-ОН). По количеству этих групп спирты различают на: одноатомные, двухатомные, трехатомные и многоатомные.
В браге в основном находятся одноатомные спирты, которые в свою очередь делятся на: низшие, средние и высшие.
К низшим относятся: Метиловый, Этиловый, Пропиловый. Все они имеют спиртовой (алкогольный) аромат. По вкусу и аромату их не отличить, что кроет в себе большую опасность. 
Метиловый и пропиловый спирты для человека являются “ядами” и при дозировках от 30-50 мл. может наступить летальный исход.
Повышенное образование метилового спирта происходит из пектина, то есть при изготовлении плодово-ягодных браг. Именно поэтому в ГОСТ на крепкие напитки из фруктов прописан более высокий допуск по метиловому спирту.
Средние спирты: бутиловые и амиловые спирты. Имеют слабый алкогольный запах, чаще сивушный. Только 2-метилпропанол-2 имеет приятный аромат камфоры.
Высшие спирты содержат 6 и более углеродных оснований. Запах слабый, приятный или отсутствует полностью.
Спирты обладают высокой реакционной способностью, легко вступают в реакцию с органическими кислотами, образуя сложные эфиры или окисляются под воздействием атомарного кислорода до альдегидов.
Эфиры
Обладают различными приятными ароматами, их часто используют в парфюмерии и кондитерском производстве. Делятся на простые и сложные.
Простые эфиры
К ним относятся: диэтиловый эфир и ацетали. Ацетали образуются при протекании реакции между альдегидами и спиртами. Например, уксусный альдегид + этиловый спирт => диэтилацеталь.
Сложные эфиры
Образуются при взаимодействии спиртов и органических кислот (реакция этерификации). Например, этиловый спирт + уксусная кислота => уксусноэтиловый эфир, обладает приятным фруктовым ароматом. Сложные эфиры помимо образования в процессе брожения и перегонки могут вноситься с исходным сырьем. К примеру, плодово-ягодное сырье очень богато сложными эфирами.
Альдегиды
В браге и продуктах перегонки представлены окисленными спиртами. Окисление спиртов может проходить при хранении, обработке или перегонке. Альдегиды интенсивно образуются при контакте с медными элементами в процессе отгонки. В браге в основном присутствует уксусный альдегид, фурфурол, акролеин.
Уксусный альдегид при растворении в воде дает приятный фруктовый аромат. Акролеин имеет неприятный удушающий запах, образуется при термическом разложении жиров. Фурфурол обладает приятным ароматом ржаного хлеба, образуется из рибозонуклеиновой кислоты, выделяющийся при автолизе дрожжей (гибели). Относится к сильнодействующим ядам. Его содержание в крепких напитках жестко регламентируется.
Почти все альдегиды в большом количестве придают напитку горечь.
Органические или карбоновые кислоты
Образуются как в процессе брожения, так и в небольшом количестве могут содержатся в исходном продукте. Являются основным продуктом жизнедеятельности молочнокислых бактерий. Повышенное содержание органических кислот так же наблюдается при использовании плесеней. Большая часть кислот придает горечь и резкий запах напитку.
Сивушное масло
В данную группу входят летучие органические вещества, обладающие значительно более высокой температурой кипения, чем у этилового спирта. Компоненты сивушного масла слабо растворимы в воде, но хорошо растворимы в спирте. В связи с этим при разбавлении спирта, содержащего большое количество сивушного масла, напиток мутнеет. Для данных соединений еще характерна маслянистая консистенция. В составе сивушного масла преобладает н-пропиловый, изобутиловый, амиловый и другие спирты. Соотношение этих спиртов напрямую зависит от состава используемого сырья. Н-пропиловый и изобутиловые спирты существенно ухудшают органолептические показатели готовой продукции. Самое большое их количество образуется при сбраживании сахарной свеклы. Поэтому самогон, сделанный из сахарной свеклы, считается самого низкого качества.
Количество соединений и их разнообразие будет в первую очередь зависеть от состава используемого сырья. Чем больше компонентов входит в состав сырья, тем больше будет образовано новых соединений и тем больше будет их количество. С точки зрения реакции спиртового брожения, все эти продукты являются побочными.
На процесс образования тех или иных компонентов можно влиять составом вносимых микроорганизмов и поддержанием определённых условий брожения.
Например, при производстве рома используют бактерии Клостридии (Clostridium), вырабатывающие в процессе жизнедеятельности масляную кислоту. Она, вступая в реакцию этерификации с этиловым спиртом, дает этилбутират, обладающий ярко выраженным ароматом ананаса.
Не стоит забывать и об условиях брожения. Чем сильнее стресс для дрожжевой клетки, тем больше побочных продуктов образуется. Стрессом являются: высокая температура брожения, высокая начальная плотность, малое количество питательных компонентов.
Таблица летучих соединений, образующихся в процессе брожения и перегонки.
Получение спирта-сырца и дробная дистилляция
Под воздействием температур при отгонке бражки или проведении дробной дистилляции продолжаются химические реакции с образованием новых компонентов. На процесс преобразования имеющихся соединений, так же будет влиять материал используемого оборудования. Чем дольше идет процесс отгонки, тем более глубокие изменения исходного состава.
В частности:
- Реакция этерификации – образование сложных эфиров из органических кислот и спиртов
- Окисление спиртов до альдегидов – происходит под воздействием кислорода или медных комплектующих.
- Окисление альдегидов – под воздействием кислорода превращаются в карбоновые кислоты.
Эти реакции могут как положительно, так и отрицательно сказаться на профиле будущего напитка. Если для некоторых дистиллятов реакции этерификации желательны, так как образовавшиеся эфиры задают правильный профиль конечного продукта, то для производства спирта они нежелательны, потому что забивают чистый аромат этилового спирта и дают спирту ненужную отдушину.
Конечно самым главным способом очистки от вредных примесей является фракционная перегонка или ректификация, когда отделяют головную и хвостовую фракцию от питьевой. О подробностях процесса можно почитать в нашей статье “Дробная дистилляция”.
При соблюдении технологий достигается высокая степень очистки конечного продукта от вредных примесей, а полученный продукт по большому счету не нуждается в дополнительных очистках.
Дополнительные способы очистки
Известно большое количество дополнительных способов повышения качества получаемого напитка. Некоторые из них применяют для улучшения качества уже готового продукта, некоторые используют для предварительной очистки, чтобы упростить фракционное разделение.
Чаще всего применяют следующие методы очистки и предобработки:
- Углевание готового продукта
- Обработка готового продукта марганцовкой
- Обработка готового продукта или предобработка белком
- Предобработка высаливанием
- Предобработка кальцинированной содой и предобработка каустической содой
Обработка активированным углем
Самый распространенный метод очистки готового продукта. В основном применяется в обработке водно-спиртовых сортировок для придания характерного водочного вкуса и аромата.
Сортировка - смесь воды и спирта в заданных пропорциях.
Для обработки сортировок используется только активированный уголь, он имеет разную пористую структуру и является сорбентом. Именно этим свойством отличается от обычного угля.
Сорбент – тело, поглощающее вещества из окружающей среды. Уголь является адсобретном - поглощает вещества благодаря своей развитой поверхности. Его поры образуются при химической или термической обработке обычного угля, в результате чего разрушаются смолы и продукты пиролиза. В угле появляется большое количество пор.
В ликероводочном производстве используют березовый активированный уголь (сокращенно БАУ). Он относится к активным углям газового типа, т.е. его основное применение — это адсорбция веществ из воздуха.
Почему используется березовый уголь в ликёроводочной промышленности?
Дело в том, что поры углей содержат кислород и чем выше удельная поверхность угля, тем больше кислорода там содержится. Кислород активно участвует в химических реакциях при углевании и его излишнее количество может существенно сказаться на конечном вкусе продукта. Некоторые исследователи наоборот склоняются к мнению, что кислород, участвуя в реакциях окисления спирта, улучшает органолептические показатели водки. Уголь с высокой активностью, имеющий большое количество пор, при обработке ведет к росту в готовом продукте количества метилового спирта и ацетона. Причем чем дольше обработка, тем больше его образуется. Уголь на своей поверхности адсорбирует лишь высокомолекулярные соединения. При обработке сортировок углем очистка уходит на второй план. Здесь важны реакции, приводящие к образованию эфиров, которые обуславливают букет водки. Поэтому основное применение угля происходит на предприятиях, занимающихся именно производством водки.
Для сравнения удельная поглощающая поверхность активированного березового угля составляет до 700 м2 / 1 г , а кокосового угля до 1300 м2 / 1г . Причем при одинаковой массе углей газового типа БАУ имеет самый маленький показатель, но его вполне достаточно для обработки сортировок.
В результате при обработке сортировки кокосовым углем образование побочных продуктов будет протекать интенсивнее, что может привести к дальнейшему дисбалансу в напитке. Этот фактор стоит учитывать.
Что происходит с сортировкой при прохождении через слой угля?
При контакте с углем незначительная часть уксусного альдегида адсорбируется на поверхности угля. В это время кислород, содержащийся в порах, окисляет этиловый спирт до уксусного альдегида. Так же из-за кислорода окисление проходит с образованием уксусной кислоты.
этиловый спирт => уксусный альдегид => уксусная кислота
Таким образом, поглощение компенсируется новообразованиями и общее количество уксусного альдегида в продукте не изменяется.
Далее уксусная кислота реагирует со спиртом, давая этилацетат (этиловый эфир уксусной кислоты), который отвечает за букет водки. Эфиры улучшают качество напитка, маскируя другие примеси, обладающие неприятным ароматом.
Из-за наличия в угле гидроксильных соединений, хорошо реагирующих с кислотами, снижается общая кислотность сортировки. Она становится более питкой и мягкой.
Превышение концентрации угля или длительное углевание приводит к росту уксусноэтилового эфира и количества альдегидов, что может привести к обратному эффекту и придать конечному напитку навязчивый сладковатый привкус и ощутимый фруктовый аромат.
Адсорбирующая способность угля тем лучше, чем крупнее молекулярная масса компонента и ниже крепость сортировки !
В промышленности различают 2 основных способа углевания сортировки:
- Динамический способ Заключается в прокачке сортировки через колонны с углем. Вертикальные колонки заполняются углем и затем через них подают сортировку с заданной скоростью. Для полного заполнения колонны сортировку подают снизу вверх. Для колонн высотой 4200 мм и диаметром 700 мм, дозировка угля составляет 250-300 килограмм. Скорость прокачки через данные колонны от 300 до 600 литров в час.
- Обработка во взвешенном слое В сортировку вносят угол и активно перемешивают получившуюся смесь заданное количество времени. Установка имеет диаметр 700 мм и высоту 3500 мм , дозировка составляет примерно 540 килограмм угля, время контакта около 5 часов.
Очистка белком
Метод основан на разрушении белковых молекул и их коагуляции (слипания и выпадения в осадок) под воздействием спирта. В процессе сворачивания и слипания молекулы белка захватывают крупномолекулярные соединения, входящие в состав сивушного масла, вместе с ними выпадают на дно емкости в виде хлопьев. Для очистки используют любые жидкие белоксодержащие продукты. Обычно ими выступают яичный белок или молоко.
По эффективности очистки метод считается слабым и ведет к относительно высокой потере доли этилового спирта. Дозировки зависят от используемого материала.
На 10 литров 40 градусной водки обычно используют: 1-2 яичных белка, 0.1-0.3 литра молока или 0.06 килограмм сухого молока. Молоко используют обезжиренное.
Белковые молекулы так же увлекают за собой красящие и опалесцирующие вещества, придавая напитку блеск. Чаще всего используется молоко, так как молочный сахар лактоза, входящая в состав молока, остается в очищаемом напитке и умягчает его вкус.
Обрабатывают белком как спирт-сырец перед дробной дистилляцией, так и готовый напиток. После добавления белоксодержащих продуктов, очищаемый продукт перемешивают и ждут полного осаждения хлопьев, после чего проводят декантацию (снимают осветлившийся напиток с осадка). Затем продукт отправляют на дробную дистилляцию или проводят фильтрацию для удаления остатков белка.
Метод высаливания
Основан на изменении растворимости компонентов в водно-спиртовом растворе при изменении плотности раствора. В промышленности это достигается добавлением в водно-спиртовой раствор веществ, усиливающих плотность раствора. В результате повышения плотности раствора сивушное масло всплывает наверх и собирается в капли на поверхности раствора. Из раствора сивушное масло удаляют механическим способом, а сам водно-спиртовой раствор затем отправляют на дробную дистилляцию. Метод применяют только для предварительной очистки спирта-сырца.
К веществам, используемым для повышения плотности раствора предъявляется особый ряд требований. Они должны:
- Обладать инертностью к водно-спиртовому раствору и материалам перегонного куба и колонн
- Быть нелетучими, чтобы при дистилляции или ректификации не попасть в конечный продукт
На практике себя очень хорошо зарекомендовала соль Поташ (углекислый калий). При добавлении ее в водно-спиртовой раствор наблюдается снижение кислотности и нейтрализация реакции разложения альдегидов. Так же при добавлении Поташ из раствора хорошо выделяется сивушное масло и наблюдается снижение головной фракции.
Принцип обработки спирта-сырца с помощью соли Поташ
В сырец необходимо влить концентрированный раствор соли и дождаться образования слоя из сивушного масла. Для ускорения реакции допускается подогрев раствора до температуры 60 градусов Цельсия. Пропорции: на 100 литров воды добавить 40 килограмм Поташ и влить 40 литров сырца крепостью 80% об. После удаления образовавшегося слоя сивушного масла, отправить сырец на дробную отгонку.
Очистка перманганатом калия (марганцовкой)
Относится к химическим методам очистки спирта содержащих растворов. Их сложность заключается в близких реакционных способностях компонентов водно-спиртового раствора и в контроле за реакциями, побочными продуктами. В результате химической очистки можно получить более ядовитые соединения, нежели изначально были в растворе. Марганцовкой обрабатывают уже готовый продукт.
Марганцовка является сильным окислителем и эффект от ее добавления будет зависеть в том числе от кислотности водно-спиртового раствора.
В щелочной среде при добавлении марганцовки выделяется 3 атома кислорода, в кислотной среде 5 атомов кислорода. Атомарный кислород окисляет спирты и альдегиды.
Так при добавлении марганцовки начинают протекать следующие реакции окисления:
- Метиловый спирт до формальдегида
- Этиловый спирт до уксусного альдегида
- Изоамиловый спирт до изовалерьянового альдегида
На этом реакции окисления не заканчиваются и получившиеся альдегиды продолжают окисляться. Образовавшиеся в ходе этих реакций вещества вступают в реакции с уже имеющимися в растворе компонентами, образуя сложные эфиры.
В результате всех этих сложных реакций появляются вещества по типу изоамилового эфира изовалерьяновой кислоты, обладающие ярко выраженным яблочным ароматом (яблочная эссенция, активно применяющаяся в кондитерском производстве). Так же образуются вещества с ярко выраженными фруктовыми и цветочными ароматами.
По реакционной способности простые спирты окисляются активнее чем сивушное масло. Так что для очистки продукта от высокомолекулярных соединений, входящих в состав сивушного масла, марганцовка считается малоэффективной.
Единственным положительным эффектом от добавления марганцовки можно считать тот факт, что при комнатной температуре происходит полное окисление всего метилового спирта, находящегося в растворе.
В целом обработка готового продукта марганцовкой больше является маскировкой с помощью образовавшихся сложных эфиров, дурно пахнущих компонентов сивушного масла. По факту обработка марганцовкой не является очисткой водно-спиртовой смеси, так как при избавлении от метилового спирта и альдегидов происходит загрязнение продукта сложными эфирами и кислотами.
Окончание реакции при обработке марганцовкой считают смену цвета раствора. На этом эффекте построен анализ качества спирта (проба Ланга) - чем медленнее раствор меняет окраску, тем чище спирт.
Предобработка кальцинированной содой и предобработка каустической содой
Обработка данными веществами относится к химическим методам очистки. Суть добавления данных компонентов заключается в их щелочных свойствах.
При добавлении кальцинированной соды, она вступает в реакцию с карбоновыми кислотами, образуя нерастворимые соли. В результате снижается количество эфиров в конечном продукте.
Каустическая сода не только образует нерастворимые соли с карбоновыми кислотами, но и омыляет сложные эфиры с образованием карбоновой кислоты и соответствующего спирта.
Концентрация необходимых веществ определяется в лаборатории методом титрования спирта-сырца.
Выводы
Касаемо очистки дистиллятов, можно сделать некоторые умозаключения:
- Известные способы очистки в основном направлены на снижение концентрации сивушного масла в готовом продукте. На современном оборудовании для домашнего винокурения пользователь в полной мере достигает высокой очистки продукта от сивушного масла, поэтому нет особой необходимости в обработке спирта при соблюдении правильной методики производства напитков.
- Методы, направленные на придание характерных вкусовых параметров (углевание), имеют место быть. Без их использования не добиться классических органолептических показателей, свойственных напитку. Важно соблюдать дозировки при обработке и применять каждый метод только для конкретных категорий напитков.
- Самое важное при стремлении получить качественный напиток с минимальным содержанием вредных примесей — это борьба не с последствиями, а с предшественниками. В первую очередь необходимо следить за условиями брожения, правильно подбирать микроорганизмы и проводить качественное разделение продукта по фракциям.
