Брожение и перегонка
Дополнительно:- Сущность спиртового брожения
- Общая характеристика процессов брожения
- Теоретические основы процесса брожения.
- Методы сбраживания сусла.
- Влияние температуры брожения на качество браги.
- Сивушные масла. Причины нарастания при брожении.
- Послеспиртовая барда и пивная дробина в кормлении птицы
- Динамика изменений состава сусла при брожении.
- Борьба с диацетилом при производстве пива.
- Расход сахара при брожении.
- Методы определения качества браги.
- Недоброды. Причины возникновения.
- Осветление бражки сепараторами
- Промышленное производство спирта.
- Различия методов перегонки. Ректификация или дистилляция?
- Летучие вещества, переходящие в дистиллят (таблица)
- Связь температуры перегонки с крепостью дистиллята (таблица)
- Химический состав фракций погона.
- Перегонка коньячных виноматериалов.
Цель брожения сусла — сбродить сахар и накопить главные и вторичные продукты спиртового брожения с минимальными потерями летучих компонентов (спирта, эфирных масел, ароматических веществ брожения). Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи.
Различают главные и вторичные продукты спиртового брожения, к главным продуктам относятся этиловый спирт и С02, к вторичным — глицерин, 2,3-бутиленгликоль, ацетальдегид, пировиноградная, молочная, янтарная, лимонная, уксусная кислоты, ацетоин, сложные эфиры, высшие и ароматические спирты.
Вторичные продукты брожения оказывают большое влияние на органолептические свойства продукта, букет, вкус, типичность.
На ход спиртового брожения, выход вторичных продуктов и их соотношение влияют многие факторы, имеющие различную природу: химические (состав среды, сусла), биологические (раса дрожжей, концентрация и физиологическое состояние дрожжевых клеток), физические (температура, содержание взвесей в сусле, давление, динамический режим).
Дрожжи быстро развиваются в сусле с содержанием сахара 18—20 г/100 см3 и рН 3,5.
Скорость брожения замедляется при содержании сахара выше 20 г/100 см3 и ниже 2—3 г/100 см3, а также при рН ниже 3,5.
С повышением рН увеличивается интенсивность глицеро-пировиноградного брожения, при этом выход этилового спирта уменьшается, а выход глицерина, уксусной и янтарной кислот увеличивается.
В результате брожения сусла под воздействием добавленных в него дрожжей содержащийся в сусле солодовый сахар (мальтоза) расщепляется на этиловый спирт и углекислоту.
Установлено, что пока концентрация глюкозы в среде не упадет до 0,2 … 0,6%, мальтоза дрожжами не сбраживается. Глюкоза активирует «мальтозимазную» репрессивную систему, ингибирующую синтез мальтазы. Сбраживание мальтозы начинается, как правило, только после лаг-периода; дисахарид проникает в клетку с помощью пермеаз. Дрожжи, попавшие в благоприятную для их жизнедеятельности среду, начинают активно размножаться, расщепляя при этом солодовый сахар сусла. В результате с суслом начинают происходить различные превращения: меняется внешний вид деки (пленка на поверхности сусла), возрастает температура, в сусле образуются углекислый газ и этиловый спирт и т. д.
Поскольку фрукты сбраживаются в своем натуральном состоянии, брожение как процесс изменения пищевых продуктов появилось раньше человеческой истории. Однако люди с некоторых пор научились контролировать процесс брожения. Есть веские доказательства того, что люди сбраживали напитки в Вавилоне около 5000 г. до н. э., в Древнем Египте около 3000 г. до н. э., в доиспанской Мексике около 2000 г. до н. э. и в Судане около 1500 г. до н. э. Также существуют данные о дрожжевом хлебе в Древнем Египте около 1500 г. до н. э. и сбраживании молока в Вавилоне около 3000 г. до н. э. Китайцы, вероятно, первыми стали сбраживать овощи.
|
Продолжительность процесса зависит от температуры, при которой идет дображивание, и длится от нескольких дней до нескольких месяцев. |
Во время брожения, помимо реакции получения этилового спирта, одновременно происходит окисление образовавшегося спирта, в результате чего образуются вредные продукты окисления, попадающие в самогон. Так, например,
уксусный альдегид (СНзСОН)
который образуется при взаимодействии этилового спирта с воздухом, относится к третьему классу опасности (предельно допустимая концентрация ПДК=0,01 мг/м). Не менее опасными являются и другие продукты окисления:
этанол (СНз-СН2-ОН)
метан (СНз-ОН)
уксусная кислота (СНз-СО-ОН)
Содержание перечисленных продуктов окисления в браге, а, следовательно, и в готовом продукте - самогоне, можно значительно снизить путем ограничения доступа воздуха во время брожения (установка водяного затвора). К некоторому снижению содержания вредных продуктов окисления приводит увеличение скорости сбрвживакия за счет дополнительного внесения сахара в брагу (т.е. повышаем концентрацию сахара на 15-20%), что отрицательно сказывается на себестоимости готового продукта.
Снижает количество вредных веществ и строгое соблюдение температурного режима процесса брожения (6-16 С)
Брожение является основным этапом технологического процесса приготовления самогона. Оттого, как происходит сбраживание, зависит и выход готового продукта и его качество.
Брожение - это сложная химическая реакция, требующая строгого температурного режима и определенной концентрации компонентов.
Схематично данную реакцию можно представить следующим образом:
сахар —> этиловый спирт + вода + углекислый газ
C12H22O11 —> C2H5OH + H2O + CO2
Одним из важных факторов эффективности сбраживания является поддержание оптимальной температуры (не менее 18°С и не выше 24°С). Так, резкое похолодание в начальный период брожения, может полностью его остановить, несмотря на то, что ещё не весь сахар выбродил.
При низкой температуре дрожжи остаются живыми, но не могут работать. В этом случае необходимо повысить температуру; дрожжи смогут продолжить работу и доведут брожение до конца, но для этого предварительно необходимо "возмутить" их перемешиванием.
Высокая температура брожения гораздо более опасна, так как она может настолько ослабить жизнедеятельность дрожжей, что возобновить их работу не удастся. В этом случае рекомендуем снять резиновой трубкой сусло с дрожжей, добавить свежих и поставить емкость в помещение с температурой не выше 20°С.
Скорость реакции сбраживания в нормальных условиях пропорциональна концентрации сахара в браге, но следует учитывать, что реакция сбраживания прекращается при достижении концентрации образовавшегося спирта выше 10 объемных процентов.
Отсюда следует, что при недостаточном количестве сахара брожение будет происходить медленно, а излишки сахара просто не будут участвовать в реакции образования спирта, что приведет к дополнительным потерям.
Оптимальная концентрация сахара
Спирт является мощным стерилизатором, поэтому существует предельная концентрация спирта, выше которой обычные дрожжевые грибки погибают. Эта концентрация близка к 13%об (по сахару в исходном сусле - 13%/0,64=20,3%). Именно из-за этого мы никогда не видим сухих вин с концентрацией спирта более этого порогового значения (если это не крепленые столовые вина).
Дрожжам последние 3%об. (от 10% до 13%) до своей «кончины» даются особенно трудно и процесс брожения сильно замедляется. На промышленных спиртзаводах, где время является элементом рентабельности, дрожжевой затор готовят с концентрацией сахара 14%сах - существенно ниже предельной. В результате этого длительность брожения не превышает 72 часов, а концентрация спирта в бражке никогда не поднимается выше 9%об.
При концентрации сахаров выше 20%мас. возникает «недоброд» сахара, что снижает выход спирта, а при концентрациях сахаров менее 10% брожение может перейти в уксусное - произойдет практически полная потеря спирта.
Процесс приготовления браги из пшеницы или другого зерна имеет специфические особенности. Зерно замачивают на несколько дней, проращивают три дня в теплом месте, просушивают 12-14 часов, но не так интенсивно, как на предыдущих этапах.
Затем зерно крупно размалывают обычной толкушкой и разбавляют водой в соотношении один к трем, добавляют сахар из расчета 200 г на 1 кг зерна, дрожжи из расчета 50 г на 1 кг зерна, а также солод в соотношении: на 1 литр воды и 2 кг пшеницы или ржи берется 0, 16 кг солодового молока.
Полученную смесь настаивают в теплом месте в течение 10-15 дней, периодически встряхивая и удаляя образовавшуюся на поверхности накипь. В процессе приготовления брагу накрывают материей или марлей, так как ее запах привлекает насекомых.
При приготовлении браги из картофеля рекомендуем следующие соотношения: на 6-8 кг картофеля берется 10 литров воды, 0,2 кг смеси солодов, 0,3 кг сахара и 0, 15 кг дрожжей. В случае использования гороха в качестве исходного сырья на 2 кг гороха и 7 литров воды добавляют 0,1 кг дрожжей, 0,2 солода и 0,25 кг сахара.
Окончательно перебродившая брага приобретает специфический, слегка горьковатый привкус; образование пены и выделение газа в ней практически прекращается, хотя при встряхивании емкости пузырьки газа со дна все ещё поднимаются. Запах также заметно меняется и из резкого становится кисло-сладким.
Умение правильно определить момент созревания браги весьма важно для получения хорошего самогона. При перегонке перезревшей браги снижается его качественные параметры, а использование недозревшей браги существенно уменьшает выход конечного продукта. Однако настоящее умение уловить момент, когда брага созрела, приходит с опытом, поскольку для каждого вида сырья существуют свои особые признаки.
Опытные винокуры знают, что брожение бывает разных видов: волнистое, переливное, смешанное, покровное и пенистое.
Так, для картофеля покровное брожение не считается нормальным. Оно показывает, что дрожжи ослабли и в раствор необходимо добавить молодых, сильных дрожжей.
Пенистое брожение часто ведет к выплескиванию сусла и потере сырья. Для борьбы с этим вредным для самогоноварения явлением имеется много способов. Например, используют пеногасящие средства: растительное масло или топленое сало, можно добавить печенье, но чаще всего просто переставляют емкость из теплого места в более прохладное, а затем через 2-3 дня, когда пик брожения проходит, возвращают ее на прежнее место.
Можно также использовать сильно сброженное дрожжевое тесто или чистый солод.
Важнейшим элементом процесса сбраживания являются дрожжи - вещество из микроскопических грибков, которые и вызывают брожение. Спирт является продуктом жизнедеятельности дрожжей, но, когда крепость браги достигает 15°, большинство видов дрожжей погибает, независимо от наличия в браге ещё не перебродившего сахара.
При брожении плодово-ягодного сырья можно использовать так называемые "дикие дрожжи", которые легко получить в домашних условиях.
Для этого спелые ягоды (мыть их нельзя, так как можно смыть дрожжи, находящиеся на поверхности) разминают и помещают в стеклянную бутыль.
На 2 стакана размятых ягод кладут полстакана сахарного песка и наливают стакан воды.
Смесь взбалтывают, закрывают ватной пробкой и ставят в темное теплое место на 3-4 дня.
Затем сок отделяют от мезги через марлю и употребляют вместо селекционных дрожжей.
Для обеспечения нормального брожения на 10 литров браги добавляют 300 г закваски.
Срок хранения закваски не более 10 дней.
Обычные дрожжи в самогоноварении можно заменить и другими продуктами, например, томатной пастой. В зависимости от концентрации ее берут в 2-3 раза больше, чем дрожжей.
Употребляют для этих целей и отвар хмеля.
Во время брожения, помимо реакции получения этилового спирта, одновременно происходит окисление образовавшегося спирта, в результате чего образуются вредные продукты окисления, попадающие в самогон.
Так, например, уксусный альдегид (СН3СОН), который образуется при взаимодействии этилового спирта с воздухом, относится к третьему классу опасности (предельно допустимая концентрация ПДК=0, 01 мг/ м).
Не менее опасными являются и другие продукты окисления: этанол (СН3-СН2-ОН), метан (СН3-ОН), уксусная кислота (СН3-СО-ОН).
Содержание перечисленных продуктов окисления в браге, а, следовательно, и в готовом продукте - самогоне, можно значительно снизить путем ограничения доступа воздуха во время брожения (установка водяного затвора).
К некоторому снижению содержания вредных продуктов окисления приводит увеличение скорости сбраживания за счет дополнительного внесения сахара в брагу (т.е. повышаем концентрацию сахара на 15-20%), что отрицательно сказывается на себестоимости готового продукта.
Примечательно, что вплоть до 70-х годов прошлого столетия главным, принципом винокуров или, по-нынешнему, самогонщиков было - гнать как можно медленнее, используя для перегонки не более 45 % объема имеющейся браги. Принцип "лучше меньше, да лучше" в самогоноварении был характерен не только для первого перегона, когда получался простой самогон, но и для второго и третьего. Все это приводило к значительным потерям сырья, и было возможно лишь в условиях нетоварного производства, существовавшего в России в период крепостного права. Винокур вряд ли задумывался о рентабельности своего дела - главной его заботой было качество напитка, для достижения которого он не жалел ни исходных продуктов, ни времени.
Так, например, из 28 литров браги получали только один литр простого, но "доброго" самогона, который при вторичной перегонке и разбавлении давал 0,55 литра водки наивысшего качества. И если русскому помещику приходилось выбирать, то он всегда предпочитал родную водочку заморским крепким напиткам, в том числе и знаменитым французским коньякам.
Процесс изготовления качественного самогона, наливок и ликеров на его основе весьма сложен. Многообразие химических компонентов, участвующих во всех этапах приготовления самогона, начиная с выбора исходного сырья и заканчивая перегонкой и очисткой готового продукта, требует тщательного подхода и строжайшего соблюдения технологии.
Учитывая, что на протяжении большого периода времени литература по вопросам "винокурения" находилась под запретом, как не отвечающая "социалистическому образу жизни" многие рецепты приготовления самогона безвозвратно утеряны и забыты, утрачен многовековой опыт приготовления качественных напитков на основе самогона в домашних условиях. Следует помнить, что многие начинающие "винокуры", не обладая достаточным опытом, не зная технологии домашнего приготовления, становятся жертвами своей "кухни" - подрывают здоровье, отравляются.
Следует учитывать, что во время перегонки концентрация спирта в смеси будет постоянно снижаться. Это вызовет непроизвольное повышение температуры кипения спиртосодержащей смеси (браги), тем самым ухудшая условие перегонки. Идеальными условиями для получения качественного самогона является соблюдение температурного режима в пределах 78-83°С у входа в охладитель на протяжении всего времени перегонки.
При перегонке следует помнить, что спиртосодержащая жидкость не вода и начинает кипеть раньше. Кипение легких примесей, содержащихся в браге, начинается при температуре 65-68°С (метиловый спирт - 64,7°С, уксуснометиловый эфир - 57,1°С, уксусноэтиловый эфир - 77,8°С и т. д.). Этиловый спирт кипит при температуре 78, 1°С.
Температура кубовой жидкости (°С) | Содержание спирта в кубе (% об) | Содержание спирта в отборе (% об) | Примечание |
---|---|---|---|
88 | 21,9 | 68,9 | |
89 | 19,1 | 66,7 | |
90 | 16,5 | 64,1 | |
91 | 14,3 | 61,3 | |
92 | 12,2 | 57,9 | |
93 | 10,2 | 53,6 | |
94 | 8,5 | 49,0 | |
95 | 6,9 | 43,6 | |
96 | 5,3 | 36,8 | |
97 | 3,9 | 29,5 | |
98 | 2,5 | 20,7 | |
99 | 1,2 | 10,8 | |
100 | 0 | 0 |
Технологическая операция выделения этилового спирта в следствии нагрева перебродившей браги до температуры кипения спиртосодержащей смеси с последующим охлаждением спиртовых паров называется перегонкой.
Для перегонки браги и частичной очистки самогона используются различные конструкции самогонных и ректификационных аппаратов.
Перегонка является сложным процессом и требует строгого соблюдения температурного режима на всех стадиях.
Принципиально процесс перегонки может быть выражен следующей схемой:
Для получения качественного самогона нагревание браги следует проводить поэтапно. Для обоснования выбора температурного режима рассмотрим графическое изображение процесса перегонки.
Рисунок 1
Данная кривая несколько идеализирована, так как в реальных условиях строгое соблюдение температурного режима сопряжено с большими трудностями, а, зачастую, и невыполнимо.
Во избежание ошибок, часто допускаемых винокурами, не имеющими достаточного опыта, предлагаем обратить Ваше внимание на ключевые моменты процесса перегонки:
первая критическая точка (1) соответствует температуре кипения легких примесей, содержащихся в браге (t=65-68"С);
вторая критическая точка (2) соответствует температуре кипения этилового спирта (t=78°С)
и при температуре смеси выше 85°С (точка 3) начинается интенсивное выделение тяжелых фракций - сивушных масел.
Режим нагрева браги до критической точки 1 практически не лимитирован, причем, чем выше скорость нагрева, тем эффективнее работа самогонного аппарата.
При достижении температуры 65-68°С начинается интенсивное выделение легких примесей. Поэтому самогон, в простонародье называемый "первач", полученный в режиме нагрева браги от 65°С до 78°С является наиболее ядовитым и малопригодным даже для наружного употребления (недопустимо приготовление лосьонов и других спиртонасыщенных настоев).
Начало процесса интенсивного испарения, что соответствует т. 1, легко определяется при наличии в камере испарителя регистрирующего прибора - термометра.
При отсутствии термометра температура, соответствующая критической точке 1 без особого труда определяется визуально: появляется легкий спиртовой запах, на стенках холодильника начинается конденсация влаги - "запотевание", выделяются первые капли на выходной горловине холодильника и стенках приемной колбы.
Момент перехода процесса от т. 1 до т. 2 является наиболее ответственным, так как требует резкого уменьшения скорости нагрева в относительно малом температурном диапазоне. В противном случае может произойти выброс браги.
Критическая точка 2 соответствует началу основного процесса перегонки самогона. Следует учитывать, что во время перегонки концентрация спирта в смеси будет постоянно снижаться. Это вызовет непроизвольное повышение температуры кипения спиртосодержащей смеси (браги), тем самым ухудшая условие перегонки.
Идеальными условиями для получения качественного самогона является соблюдение температурного режима в пределах 78-83°С на протяжении основного времени перегонки.
Критическая точка 3 соответствует минимальному содержанию этилового спирта в браге. Чтобы извлечь эти остатки, требуется повысить температуру браги, что в свою очередь вызовет интенсивное выделение тяжелых фракций - сивушных масел, значительно ухудшающих качество самогона.
Температура начала интенсивного выделения сивушных масел соответствует точке 3 и составляет t=85°С.
Выбор оптимального режима перегонки в пределах 78-83°С подтверждается при рассмотрении зависимости содержания алкоголя, алкогольных и водяных паров в испарителе, при нагревании спиртосодержащей смеси - браги.
Прекратить перегонку следует при повышении температуры браги выше 85°С (критическая точка 3).
Если встроенный в испаритель термометр отсутствует, то необходимость прекращения перегонки определяется с помощью бумажки, смоченной в полученном в данный момент самогоне.
Если намоченная бумажка вспыхивает синим огнем, то перегонку можно продолжить.
Прекращение же загорания говорит о том, что концентрация этилового спирта мала, а преобладают сивушные масла. В этом случае перегонку следует прекратить или полученный далее продукт собирать в отдельную емкость для переработки со следующей партией браги.
http://adzeriho.narod.ru
adzeriho@rambler.ru
Процесс перегонки требует строгого соблюдения температурного режима на всех
операциях (их всего три)
1. Сначала надо как можно быстрее нагреть брагу до температуры 65−68° С, при которой
кипят и интенсивно выделяются чрезвычайно ядовитые легкие фракции. Они продолжают
выделяться до температуры 78° С, и надо дать им испариться.
Самогон, полученный в интервале температуры 65−78° С, называется «первач». Его надо
отбирать отдельно. Поскольку он содержит много вредных веществ, его не рекомендуется
использовать даже для наружного применения.
2. Когда испарение в температурном диапазоне 65−78° С закончится, надо очень медленно
и плавно повышать температуру браги до 83° С. Интервал 78−83° С и представляет собой фазу
отбора пищевого самогона.
3. Как только температура превысит 85° С, начинается интенсивное испарение тяжелых
фракций, содержащих сивушные масла, и усиливается испарение воды (чем больше паров воды,
тем меньше крепость самогона). Эта фракция также мало пригодна для использования. Ее, как и
первую фракцию, отбирают в отдельную емкость.
Итак, для получения высококачественного самогона сбор конденсата необходимо начинать
при нагреве браги до 78° С и заканчивать при 83° С.
Чем продолжительнее этот период, тем полнее будет извлечен спирт из браги.
Максимальная температура отбора пищевого конденсата не должна превышать 85° С.
Если испаритель не имеет встроенного термометра, то необходимость прекращения
перегонки определяется с помощью бумажки, смоченной в полученном в данный момент
самогоне. Если намоченная бумажка вспыхивает синим огнем, то перегонку можно продолжить.
Прекращение же загорания говорит о том, что концентрация этилового спирта мала, а
преобладают сивушные масла.
В этом случае перегонку следует прекратить или полученный далее продукт собрать в
отдельную емкость для переработки со следующей партией браги.
Прекращать перегонку браги следует тогда, когда в отгоне пропадает или едва ощущается
на вкус горечь. Если в брагу при перегонке добавить соли, то перегонка происходит быстрее, а
отгон будет крепче.
Обычно для выделения всего содержащегося в браге спирта требуется перегнать на более
1/3 начального объема.
Первая фракция перегонки (на стадии 1) составляет 3−8% общего объема выгнанного
самогона и используется сугубо в технических целях или вообще не используется. Отбирается
отдельно.
Вторая фракция перегонки (полученная на стадии 2) используется для внутреннего
употребления. Отбирается отдельно.
Третья фракция перегонки (на стадии 3) содержит много сивушных масел, но ее можно
перегнать еще раз. Отбирается отдельно.