Теория самогоноварения

Теория самогоноварения

Материалы подготовлены по материалам книги "Производство спиртных напитков" Дорош А.К., Лысенко В.С.

​

Введение

В технологии получения спирта можно выделить три базовых этапа:

1. Получение и подготовка сусла для брожения;

2. Получение Браги и осуществление её брожения;

3. Извлечение спирта из отбродившей браги.

​

Пищевой этиловый спирт С2Н5ОН получают в результате брожения углеводов из различного пищевого сырья с ферментами дрожжей.

​

Сырьем для пищевого спирта служат углеводы, которые способны сбраживаться сразу или после специальной обработки-осахаривания. 

​

Для самогоноварения, углеводы подразделяют на:

Моносахариды:

- глюкоза (виноградный сахар),

- фруктоза (плодовый сахар);

 

Олигосахариды:

- сахароза (тростниковый или свекловичный сахар); 

- мальтоза (солодовый сахар);

- раффиноза (чаще всего встречается в  растениях). 

 

Полисахориды:

- крахмал (картофель, зерна хлебных злаков),

- инулин (содержится в клубнях топинамбура (земляная груша), корнях цикория).

​

Углеводы первого и второго типа, могут сбраживаться дрожжами без дополнительной обработки. Для третьей группы сырья необходимо использование солода и тепловая обработка. Крахмал в теплой воде набухает и превращается в клейстер. При обработки клейстера солодом, крахмал растворяется и затем осахаривается, превращаясь в сахар-мальтозу и полисахариды. 

​

Содержание моно и дисахаридов в плодах и ягодах, %

Виноград                                                  - 15,0

Шелковица                                              - 12,0

Рябина черноплодная                           - 10,8

Черешня                                                   - 10,6

Вишня                                                       - 10,3

Шиповник                                                 - 10,0

Слива                                                        - 9,5

Персики                                                    - 9,5

Крыжовник                                                - 9,1

Груша                                                         - 9,0

Яблоки                                                       - 9,0

Абрикосы                                                  - 9,0

Кизил                                                         - 9,0

Рябина                                                       - 8,5

Малина                                                       - 8,3

Черника                                                      - 8,0

​

Содержание крахмала в зерновых, зернобобовых и муке, %

​

Пшеница твердая                                   - 54,5

Рожь                                                          - 54,0

Овес                                                          - 36,5

Ячмень                                                     - 48,1

Гречиха                                                     - 52,9

Кукуруза крахмалистая                         - 58,0

​

Пшеничная мука высшего сорта         - 68,7

Пшеничная мука 1-го сорта                  - 67,1

Пшеничная мука 2-го сорта                  - 62,8

Пшеничная обойная                               - 55,8

Ржаная обдирная                                    - 59,3

Ячменевая мука                                      - 55,1

Кукурузная мука                                      - 68,9

​

Сусло для браги

Сусло из винограда, плодов и ягод

Сусло из плодов и ягод готовится двумя способами:

- белым способом

- красным способом

​

Белый способ - используется только чистый сок. Алгоритм следующий:

- от гребней отделяются ягоды;

- ягоды раздавливаются и прессуются;

- полученный сок фильтруют или отстаивают в течение суток, с последующим декантированием;

- очищенный сок помещается в бродильную емкость.

Сусло для коньячного сусла готовиться только по белой схеме.

​

Выход сока на 100 кг исходного сырья, л.:

• яблоки и груши            - 60-75

• вишня                            - 75

• смородина красная     - 60-65

• смородина черная       - 45

• малина                           - 65

• черника                          - 70

• слива                              - 65

​

Красный способ - после выдавливания сока, остаются выжимки, которые на 60-65 % состоят из воды и 35-40 % сухих веществ, в которых содержится значительное количество сахаров и ароматических субстанций, что делает их замечательным сырьем для производства фруктово-ягодных спиртов. Отрицательным моментом, является то, что выжимки содержать пектиновые вещества, которые в процессе брожения преобразуются в метиловый спирт.

​

Дрожжи

В пищевой промышленности, дрожжи разделяются 

• хлебопекарные

• пивные

• спиртовые

• винные

 

Дрожжи могут осуществлять брожение в широком диапазоне положительных температур. От 2 до 40 градусов. При температуре 45-50 дрожжи погибают. Высокая концентрация сахара и спирта отрицательно сказываются на активности дрожжей.

​

На заметку:

• Благоприятным для сбраживания является сусло, на начальном этапе содержащее не более 18% сахаров. Рекомендуемый диапазон от 12 до 18 % сахаристости.

• Для спиртового брожения оптимальной считается температура 28-30 градусов.

• Спиртовые дрожжи перестают сбраживать сахара, при достижении спирта в браге 12-13 % 

• Лучшей питательной средой для размножения спиртовых дрожжей является среда на основе солода, так как она содержит все необходимые для жизнедеятельности вещества

​

Брожение

С момента внесения дрожжей в сусло начинается его брожение, конечной целью которого является максимально полное и быстрое сбраживание сахаров в спирт. Спиртовое брожение сложный биохимический процесс, в результате которого сахара бражки под действием ферментов дрожжей превращаются в спирт и углекислый газ.

​

Выход спирта при промышленном производстве из 100 кг исходного сырья, л.

​

Сахар                     - 60,0

Рожь                       - 34,1

Ячмень                  - 36,0

Пшеница               - 40,3

Овес                       - 32,2

Кукуруза                - 38,1

Рис                          - 43,4

Гречиха                  - 43,4

Солод ячменный - 31,0

​

Независимо от сырья, используемого для приготовления сусла, превращение сахаров в спирт идет примерно идентично. Выделяют три основные стадии:

1. Предварительное брожение (взбраживание);

2. Главное брожение;

3. Дображивание.

​

Стадия предварительного брожения. На этой стадии дрожжи главным образом размножаются. С течением времени скорость брожения увеличивается, но по мере накопления в бражке спирта, скорость образования новых дрожжей замедляется и при достижении его доли в несколько процентов образование новых дрожжевых клеток прекращается.

​

Стадия главного брожения. Этот период характеризуется бурным превращением сахара в спирт и углекислый газ. Происходит разогрев бражки за счет выделения тепла при брожении сахаров.

​

Стадия дображивания. Происходит дображивание сахаров. Интенсивность образования и выделения пузырьков углекислого газа замедляется и постепенно прекращается.

​

В условиях промышленного производства практикуется технологический цикл, в котором:

• начальная температура брожения 18-20 градусов;

• на предварительном этапе 23-24 градуса;

• главном этапе 29-30 градусов;

• на этапе дображивания 27-28 градусов

​

Состав зрелой бражки

Зрелая брага состоит из растворимых и нерастворимых в воде веществ, состав и содержание которых определяются компонентами и качеством исходного сырья, технологиями получения и брожения сусла. К числу растворимых относятся этиловый и метиловый спирты, углекислый газ, сивушные масла, кислоты, соли, не перебродившие сахара и т.д. Растворимые вещества также разделяют на летучие (те, которые испаряются при нагреве) и не летучие. Всего в зрелой бражке около 70 летучих веществ.

 

Основные летучие органические компоненты зрелой бражки разделяют на четыре группы:

1. Спирты;

2. Эфиры;

3. Альдегиды;

4. Кислоты

​

Многие из летучих веществ не только ухудшают вкусовые показатели спирта, но и являются сильнодействующими ядами. Метиловый спирт и фурфурол более чем в 80 раз, амиловый спирт 19 раз, изобутиловый спирт в 8 раз, пропиловый спирт в 4 раза токсичней этилового спирта.

​

Особенно опасен образующийся из пектинов метиловый спирт. Этот спирт, даже после приема внутрь 10-15 мл, может вызвать потерю зрения и даже смерть. В то же время его запах напоминает запах этилового спирта, а близость их физических параметров затрудняет очистку от него даже в условиях промышленного производства.

​

Особенно много метила в бражке из сахарной свеклы. Согласно исследованиям, содержание метилового спирта в бренди из косточковых плодов составляет 3-4%, ягод 2% в перерасчете на безводный спирт.

​

Виноматериал, полученный по красной схеме содержит метилового спирта в несколько раз больше, чем в сусло, полученное по белой схеме. Крайне мало метилового спирта в зерновых брагах. В браге из сахара метиловый спирт отсутствует.

​

Перегонка

Извлечение этилового спирта из зрелой браги производится перегонкой. В её основе лежит испарение жидкости с последующей конденсацией паров двумя методами:

1. Дистилляцией (от латинского "стекание по каплям"). Перегонка жидкости с целью очищения

2. Ректификацией (от латинского выпрямления). Способ более тщательной очистки  

​

Обычно в спиртовой промышленности термины перегонка и дистилляция употребляются как равнозначные и обозначают процесс, итоговым продуктом которого является Спирт-сырец (СС), а термином ректификация называют процесс тонкой очистки спирта-сырца от примесей для получения ректифицированного спирта.

​

Поступающая на перегонку зрелая брага содержит 10-12% этилового спирта, около 70% воды, а также значительное количество летучих и нелетучих примесей. Цель перегонки - получить максимально концентрированный этиловый спирт-сырец, очистив его от воды и нелетучих веществ.

​

Физические процессы при перегонки браги описываются законами термодинамики и не будут здесь рассмотрены. Возьмем только рекомендации на основе их.

​

В начале перегонки, когда брага наиболее богата этиловым спиртом, первые порции дистиллята будут максимально обогащены альдегидами. При этом их доля в каждой новой порции дистиллята уменьшается по мере процесса перегонки. Доля сивушных масел наоборот растет. Поэтому, если в процессе перегонки браги отделить первые порции дистиллята, наиболее богатые альдегидами, то оставшаяся часть будет обеднена ими, При отделении последних порций дистиллята, бедных этиловым спиртом, но наиболее богатых сивушными маслами, получаем среднюю часть, насколько это возможно очищенную от альдегидов и сивушных масел.

​

Проведя аналогичную перегонку второй раз (отсекая головы и хвосты), получаем еще более чистый от ненужных примесей дистиллят.

​

Очистка

Очистка спирта путем дистилляции и ректификации относится к горячим методам очистки. Наряду с ними, существую методы холодной очистки. Они разделяются:

1. Физические;

2. Химические;

3. Комбинированные

​

Физические методы

1. фильтрация.

2. вымораживание. Необходимо отметить, что поскольку при вымораживании доля воды в растворе непрерывно уменьшается, а спирта повышается и все малорастворимые в воде примеси хорошо растворимы в этиловом спирте, этот метод малоэффективен.

3. обработка белоксодержащими веществами. В основе данного метода лежит способность этилового спирта свертывать коллоидные частицы белков, находящихся в воде, образовывая хлопьеобразные агрегаты. Далее хлопья захватывают мельчайшие твердые частицы и капельки сивушного масла и медленно оседают. Однократная обработка не очень эффективна. Многократная, приводит к потери спирта, но дает положительный результат.

4. растворение примесей маслами. В основе метода лежит опытно установленный факт способности к высокой растворимости спиртов сивушного масла в некоторых жидких углеводородах и пищевых жирах.

5. высаливание

​

Химические методы

Химические методы очистки основаны на химическом взаимодействии между молекулами примеси и вносимого в водно-спиртовой раствор химического реактива. Если бы образовавшиеся вещества были нерастворимы  и/или не летучими, а очищающий реактив взаимодействовал только с определенной примесью, это был бы идеальный метод очистки. Однако на практике это не достижимо. Новые вещества, образующиеся при нейтрализации примеси, являются новыми примесями. Зачастую они улучшают органолептические показатели, но могут оказаться не менее ядовитыми, чем нейтрализуемые примеси. По сути одни примеси, заменяются другими, маскируя только неприятный запах. Эти методы могут быть эффективны только при тщательном лабораторном контроле проходящих процессов. Выдержать химическую очистку в домашних условиях крайне затруднительно.

​

Комбинированные методы

Древесный уголь. Уголь для очистки водно-спиртовых растворов получают обжигом древесины при температурах 800-1000 градусов

Подготовленный таким образом уголь обладает высокой поглощательной способностью в отношении многих веществ. Установлено, что на компоненты водно-спиртового раствора он действует двояким образом:

1. физически, как абсорбент, избирательно поглощая некоторые из них;

2. химически, как катализатор, способствуя окислению имеющихся веществ и образованию новых.

На заметку:

​под действием активного угля, количество альдегидов вначале увеличивается, потом начинает уменьшаться и достигает минимального значения через 15-20 минут обработки, после чего снова начинает увеличиваться и через 5-6 часов после начала обработки превышает исходную концентрацию в 1,3-1,5 раза.

В общем, исходя из органолептических качеств водки, получаемой из качественного спирта, считается, что основная роль угля заключается в катализе процессов образования альдегидов, окисления спиртов в карбоновые кислоты, реакций между спиртом и карбоновыми кислотами, в результате чего образуются эфиры, обуславливающие "вкусовой букет" водки. При этом сорбирующие свойства угля по отношению к сивушному маслу, считается второстепенным.