Особенности перегонки коньячных cпиртов
При получении коньячных спиртов принимают меры к удалению нежелательных примесей, что достигается фракционированной перегонкой.
Помимо спиртов, перегоняются также альдегиды: уксусный, пропиловый, масляный и из высших альдегидов - фурфурол, получающийся в процессе перегонки из пентоз.
При перегонке переходят в отгон также летучие кислоты: уксусная, молочная и другие - и сложные эфиры. Из кислот наибольшее значение имеет уксусная. При перегонке нормальных здоровых вин количество ее в дистилляте бывает незначительно, причем часть уксусной кислоты в процессе перегонки участвует в образовании эфиров. Больные вина при перегонке дают дистиллят со значительным количеством уксусной кислоты, которая нередко делает спирт совершенно непригодным для производства коньяков.
Из эфиров, переходящих из вина в коньячный спирт, прежде всего надо указать на уксусноэтиловый эфир, количество которого, как и уксусной кислоты, зависит от состояния перегоняемого вина.
При перегонке больных вин в дистиллят может перейти значительное количество уксуоноэтилового эфира, что, конечно, неблагоприятно отразится на вкусе и аромате коньячного спирта.
Кроме уксусноэтилового эфира, в коньячный спирт переходят содержащиеся в вине в незначительных количествах другие сложные эфиры, которые весьма разнообразны в зависимости от кислот и спиртов, участвовавших в их образовании.
В процессе дистилляции не происходит полного перехода этих эфиров в отгон; перегоняется более или менее значительная их часть, в зависимости от условий дистилляции. Эфиры, переходящие в отгон, могут также образоваться при нагревании в процессе дистилляции, а с другой стороны, находящиеся в вине эфиры в тех же условиях могут разрушаться в результате гидролиза (омыления).
Перегонка вина для получения коньячного спирта начинается вскоре после окончания сезона виноделия и продолжается не дольше, чем до 1 мая следующего за урожаем года. Обычно после снятия вина с дрожжевого осадка, не дожидаясь полного осветления, приступают к его дистилляции.
Отличие в получении коньячных спиртов и этилового ректификованного спирта состоит в том, что при производстве ректификованного спирта стремятся, по возможности, полностью его очистить от летучих примесей. В коньячном производстве, наоборот, принимают меры, чтобы сохранить часть этих примесей (в среднем погоне), так как они обусловливают развитие при выдержке спиртов особых характерных для них аромата и вкуса коньяка.
Поэтому процесс дистилляции коньячных виноматериалов и сырого коньячного спирта, подчиняющийся общим законом дистилляции, требует от коньячного мастера особого подхода и умения направлять его в желательную сторону для получения такого дистиллята, который содержал бы определенные примеси и при выдержке мог бы развить специфические качества, присущие коньячным спиртам.
Процесс перегонки (дистилляции) жидких смесей основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различной летучестью, т. е. при одной и той же температуре обладают различной упругостью паров.
Вследствие различия упругости паров жидкостей, составляющих смесь, состав пара и, следовательно, состав жидкости, получающейся при конденсации этого пара, будет отличаться от состава начальной перегоняемой смеси; в паре более летучего компонента будет содержаться больше, чем в перегоняемой жидкости.
В своем простейшем виде перегонка сходна с процессом выпаривания, однако между ними имеется существенная разница. При выпаривании имеют дело с растворами, состоящими из летучего растворителя и нелетучего растворенного твердого вещества. В результате выпаривания удаляется часть растворителя и повышается концентрация раствора, причем остаток, не превратившийся в пар, представляет собой конечный продукт процесса выпаривания.
При дистилляции имеют дело с растворами, у которых и растворитель, и растворенное вещество обладают летучестью, вследствие чего при испарении таких растворов в пар превращается одновременно и растворитель, и растворенное вещество в количествах, соответствующих их летучести. В результате перегонки получается полное или частичное разделение раствора на составляющие его компоненты.
Между жидкостью (смесью) и паром над ней в закрытом сосуде устанавливается подвижное фазовое равновесие: вследствие теплового движения молекул из жидкости в паровое пространство в единицу времени переходит столько же молекул, сколько переходит обратно из пара в жидкость.
Из вина, содержащего воду, спирт, летучие ароматические вещества и пр., дистилляция отделяет в более или менее чистом виде спирт различной крепости.
Если вино подвергают перегонке, то пары всегда богаче спиртом, чем кипящее вино, потому что спирт более летуч, чем вода. В практике перегонки вина наблюдается, что когда вино на половину испарится, то весь спирт из него улетучивается. В этом случае возможно сконденсировать и собрать в продуктах перегонки, имеющих половинный объем по сравнению со взятой жидкостью, все количество содержавшегося в жидкости спирта.
Повторяя ту же операцию с полученным конденсатом до полного улетучивания спирта, получают то же количество спирта в еще меньшем объеме, т. е. он будет более концентрированным. Таким образом, можно отделить спирт от воды до предела, зависящего от устройства применяемого аппарата, и получить спирт высокой крепости.
Крепостью водно-спиртового раствора (этилового спирта) называется процентное содержание безводного спирта в данном растворе. Крепость выражают в весовых процентах, показывающих весовое содержание спирта (в г) в 100 г раствора, или в объемных процентах, показывающих объемное содержание спирта (в мл) в 100 мл раствора. Значительно реже прибегают к измерению содержания граммов спирта в 100 мл раствора (концентрационные проценты).
Объем раствора изменяется в зависимости от температуры. Поэтому крепость водно-спиртового раствора в объемных процентах относится к одной температуре, называемой нормальной.
ГОСТ 3639-50 «Растворы водно-спиртовые. Методика определения крепости» предусматривает, что крепость водно-спиртового раствора выражается в объемных процентах при нормальной температуре +20°. Объем водно-спиртового раствора выражается в литрах при температуре раствора 4-20°. Отсюда вытекает, что в 100 л водно-спиртового раствора крепостью, например, 45% об. при 20° содержится 45 л безводного спирта.
Этиловый спирт кипит при температуре 78,3° (при давлении 760 мм рт. ст.), а температура кипения смеси воды со спиртом тем более приближается к температуре кипения воды (100°), чем больше ее относительное содержание в смеси. Так как этиловый спирт испаряется быстрее, чем вода, то перегоняемая смесь по своему составу постепенно приближается к воде.
Перегонка коньячных виноматериалов
Перегонка, как метод разделения летучих смесей, компоненты которых имеют разные точки кипения, в коньячном производстве применяется для выделения коньячного спирта, очистки его от нежелательных примесей и обогащения веществами, превращения которых определяют характерные особенности вкуса и букета коньяка высокого качества.
Таким образом, коньячный спирт является многокомпонентной системой и наряду с этиловым спиртом (62-70% об.) и водой (30-38% об.) содержит также высшие спирты, эфиры, альдегиды, ацетали, органические кислоты и другие примеси, чье суммарное количество не превышает 1%.
Летучие примеси и их количественное соотношение определяют органолептические показатели свежеотогнанного коньячного спирта. Характеристика основных примесей коньячного спирта представлена в таблице.
Компоненты | Температура хранения,oС | Химическая формула | Краткая характеристика |
---|---|---|---|
Уксусный альдегид | 20,8 | С2Н4О | Бесцветный, с резким неприятным запахом |
Пропиловый альдегид | 50,0 | С2Н5О | Бесцветный, с резким неприятным запахом |
Акролеин | 55,6 | С3Н4О | Резкий запах |
Муравьиноэтиловый эфир | 54,1 | С3Н6О2 | Приятный аромат |
Уксуснометиловый эфир | 56,6 | С3НО2 | Нейтральный аромат |
Уксуснометиловый эфир | 56,6 | С3НО2 | Нейтральный аромат |
Метиловый спирт | 65,0 | СН4О | Нейтральный аромат |
Масляный альдегид | 75,0 | С4Н8О | Резкий неприятный запах |
Уксусноэтиловый эфир | 77,0 | С4Н8О2 | Приятный аромат |
Этиловый спирт | 78,3 | С2Н6О | Слабый запах и жгучий вкус |
Пропиловый спирт | 97,4 | С3Н8О | Приятный острый аромат |
Вода | 100,0 | Н2О | Без запаха |
Ацеталь | 102,9 | С6Н14О | Острый запах |
Изобутиловый спирт | 108,4 | С4Н20О | Сильный запах, жгучий вкус |
Изомасляноэтиловый эфир | 101,1 | С10Н12О2 | Приятный аромат |
Бутиловый спирт | 117,5 | С4Н10О | Нейтральный аромат |
Изомасляноэтиловый эфир | 101,1 | С10Н12О2 | Приятный аромат |
Бутиловый спирт | 117,5 | С4Н10О | Нейтральный аромат |
Уксусная кислота | 118,1 | С2Н4О2 | Резкий запах |
Масляноэтиловый эфир | 121,0 | С10Н12О2 | Приятный аромат |
Амиловый спирт оптически деятельный | 128,0 | С5Н2О | Неприятный удушливый запах |
Изовалериановоэтиловый спирт | 134,3 | С7Н14О2 | Приятный аромат |
Уксусноизоамиловый эфир | 137,6 | С7Н14О2 | Приятный аромат |
Пропионовая кислота | 140,9 | С3Н6О2 | Нейтральный аромат |
Гексиловый спирт | 157,2 | С6Н14О | Нейтральный аромат |
Фурфурол | 162,0 | С5Н4О2 | Аромат горького миндаля |
Масляная кислота | 162,8 | С4Н8О2 | Неприятный запах прогорклого масла |
Изовалериановая кислота | 177,0 | С5Н10О2 | Неприятный запах |
Изовалерианово-изоамиловый спирт | 190,0 | С10Н20О2 | Приятный аромат |
Капроновая кислота | 205,0 | С6Н12О2 | Нейтральный аромат |
Энантовая кислота | 223,5 | С7Н14О2 | Нейтральный аромат |
Каприловая кислота | 237,5 | С8Н16О2 | Нейтральный аромат |
Среди них главную ключевую роль играют высшие спирты, уксусноэтиловый эфир, уксусный альдегид и уксусная кислота.
Высшие спирты обнаружены в коньячном спирте в количестве 1000-3500 мг/дм3. Главными компонентами высших спиртов являются изоамиловый, изобутиловый и н-пропиловый спирты. Остальные высшие спирты составляют не более 10-15%. Содержание сложных эфиров в винных дистиллятах колеблется от 200 до 1600 мг/дм3, причем основная доля приходится на уксусноэтиловый эфир – до 93%.
Общее количество алифатических альдегидов в коньячных спиртах составляет 30-500 мг/дм3, из них преобладающая часть приходится на уксусный альдегид.
Основными кислотами коньячного спирта являются кислоты жирного ряда. Их содержание в спирте колеблется от 30 до 500 мг/дм3, при этом до 60% приходится на долю уксусной кислоты.
Кроме основных примесей, в коньячном спирте обнаружены в менее значительных количествах различные спирты, эфиры, альдегиды и кислоты, играющие определенную роль в сложении свойств коньячных спиртов.
В винных дистиллятах определены фарнезол, терпенеол, линалоол, фениламиловый и бензиловый спирты. Найдены эфиры спиртов – метилового, пропилового, бутилового, амилового, гексилового, актилового, нонилового, фенилэтилового (а также их изомеров) и кислот – муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной, валериановой, изовалериановой, капроновой, энантовой, каприловой, пеларгоновой, каприновой, лауриновой, меристиновой, пальметиновой, стеариновой. Кроме уксусного, в коньячных спиртах встречается муравьиный, пропионовый, валериановый, изовалериановый и кратоновый альдегиды.
Положительное влияние на вкус коньячных спиртов оказывает фурфурол, который обнаружен только в продуктах, полученных шарантским способом перегонки.
Коньячные спирты получают на аппаратах периодического и непрерывного действия.
Аппараты периодического действия, на которых загрузка куба виноматериалом или спиртом-сырцом, перегонка их на коньячный спирт и отвод барды производятся периодически, делятся на установки двойной (двукратной) и однократной сгонки.
В аппаратах двойной перегонки виноматериала в начале получают спирт-сырец, а затем при перегонки спирта-сырца – коньячный спирт.
Аппараты однократной перегонки обеспечивают получение коньячного спирта необходимой крепости непосредственно из виноматериала.
Все части, соприкасающиеся со спиртсодержащей жидкостью и ее парами, изготовлены из меди и покрыты полудой. Полезный объем куба обычно равен 65-80 дал.
В результате первой перегонки из виноматериала, имеющего крепость 8-12% об., получается дистиллят – коньячный спирт-сырец, крепостью 23-32% об. (в количестве 25-33% от объема виноматериала, взятого на перегонку) и коньячная барда, идущая на утилизацию для получения виннокислых соединений.
Коньячный спирт-сырец подвергается фракционной перегонке. При этом выделяются:
- головная фракция (в количестве 1-3% от объема спирта-сырца), содержащая значительное количество альдегидов, эфиров и высших спиртов с резким запахом и неприятным вкусом;
- средняя фракция (коньячный спирт первого сорта, отбирается в количестве 30-35% от объема исходного спирта-сырца), крепостью 60-70% об., которая закладывается на длительную выдержку в дубовых бочках;
- хвостовая фракция (отбирается при понижении крепости дистиллята до 40-50% об.), объем которой составляет 17-23% от объема сырого коньячного спирта.
Оставшаяся в кубе жидкость составляет 37-52% от объема взятого на перегонку спирта-сырца.
В последующем головная и хвостовая фракции смешиваются и также подвергаются перегонке. При этом выделяются вторичные головная и хвостовая фракции, а также коньячный спирт второго сорта.
Коньячный спирт второго сорта также закладывается на длительную выдержку в дубовых бочках и используется при производстве трехлетних коньяков.
Остальные фракции непригодны для выработок коньячного спирта и направляются на ректификацию для извлечения этилового спирта.
Аппарат однократной перегонки состоит из тех же основных элементов, что и аппарат двойной перегонки. Однако его дефлегматор выполнен в виде двух пустотелых чечевицеобразных тарелок, окруженных бортиками и охлаждаемых водой, в связи с чем этот аппарат обладает укрепляющим эффектом.
Такие аппараты изготавливаются из меди с объемом куба 120 дал.
При работе на аппарате с дефлегмационными тарелками коньячный спирт получают непосредственно из виноматериала в результате однократной фракционированной перегонки. При этом выделяют головную фракцию в количестве 0,7-1,0%, среднюю фракцию (коньячный спирт) в количестве 10-14%, хвостовую фракцию в количестве 11-15% от объема виноматериала, взятого на перегонку, и отходы производства – коньячную барду. Коньячный спирт закладывается на выдержку, а остальные фракции подвергаются переработке для получения душистых вод, винной кислоты и этилового спирта.
Аппараты двойной перегонки обладают одним важным преимуществом – на них получают высококачественный коньячный спирт с оптимальным содержанием необходимых примесей.
Однако они не экономичны и малоэффективны. Производительность их низка в связи с небольшим объемом куба и большими затратами времени на выполнение вспомогательных операций (загрузка, выгрузка), а расход теплоты чрезмерно высок.
Направленное регулирование химического состава коньячного спирта и повышение производительности аппаратов осуществляют с применение процесса ректификации виноматериала.
Среди ректификационных аппаратов, работающих на заводах России, можно отметить периодически действующий ректификационный аппарат КУ-500, непрерывно действующий ректификационный аппарат К-5, типичной установкой непрерывного действия для получения коньячного спирта с отбором эфиро-альдегидной фракции является установка МНИИПП, аналогичная ей схема получения коньячного спирта применена в аппарате К-5М.
В конечном итоге выбор типа перегонного аппарата и схемы технологического процесса определяются, прежде всего, необходимостью получения коньячного спирта, отвечающего самым высоким физико-химическим и органолептическим требованиям.
Молодой коньячный спирт представляет собой бесцветную или светло-соломенного цвета прозрачную жидкость с чистым, жгучим вкусом, с легким привкусом этилового спирта. Аромат молодого спирта сложный, с выраженными винными и легкими цветочными тонами.
По химическим показателям свежеотогнанный коньячный спирт должен соответствовать следующим требованиям.
- объемная доля этилового спирта – 62,0-70,0% об.;
- массовая концентрация высших спиртов в пересчете на изоамиловый спирт – 180-600 мг/100см3 безводного спирта;
- массовая концентрация альдегидов в пересчете на уксусный альдегид – 3-50 мг/100см3 безводного спирта;
- массовая концентрация средних эфиров в пересчете на уксусно-этиловый эфир – 50-250 мг/100см3 безводного спирта;
- массовая концентрация летучих кислот в пересчете на уксусную кислоту – не более 80 мг/100см3 безводного спирта;
- массовая концентрация фурфурола – не более 3,0 мг/100см3 безводного спирта;
- массовая концентрация метилового спирта – не более 1,2 г/дм3;
- массовая концентрация меди – не более 8,0 мг/дм3;
- массовая концентрация общей сернистой кислоты – не более 45 мг/дм3;
- массовая концентрация железа – не более 1,0 мг/дм3.