4.1 Исследование качественного и количественного состава летучих примесей арбузного спирта-сырца и дистиллята
Перегонка является сложным процессом, в котором принимают участие все летучие компоненты сброженного сока, оказывающие различное влияние на вкус и аромат получаемого впоследствии крепкого напитка.
Многолетняя практика производства плодовых и коньячных спиртов свидетельствует о необходимости разделения головной, средней и хвостовой фракций. При этом количество фракций объясняется химическим составом исходного плодово-ягодного виноматериала. Согласно литературным данным /101,112/ наиболее качественные плодовые спирты получают при перегонке плодового виноматериала с отделением от 1,5 до 2,5% головной фракции и хвостовой фракции при крепости спирта-сырца от 25 до 35% об /36, 55,84,85,124/. Кроме того, согласно данным /31,46/ количество головной фракции изменяют в широких пределах в зависимости от количества бутиловых и амиловых спиртов в плодовом виноматериал е.Экспериментальные данные представленные в предыдущих разделах свидетельствуют о том, что сброженный арбузный сок, выработанный из разных сортов арбузов, несколько отличается по составу летучих примесей от плодовых и виноградных. В связи с этим необходимо было исследовать процесс разделения фракций при перегонке арбузной бражки. В эксперименте исследованы варианты с отделением от 1,5 до 2,5% головной фракции и отделением хвостовой фракции 8-15%. Оптимальный по органолептическим показателям состав получали при крепости спирта-сырца от 25 до 35% об. Были получены следующие варианты: 1-
отбор 3% головной фракции и 8% хвостовой; 2-
отбор 1% головной фракции и 8% хвостовой; 3-
отбор 2% головной фракции и 10% хвостовой; 4-
отбор 1% головной фракции и 15% хвостовой.
В экспериментах для получения арбузного спирта-сырца из сброженного арбузного сока спиртуозностью 4,65% была использована модель аппарата шарантского типа. Результаты газохроматографических исследований показаны в таблице 9.
Таблица 9 — Массовая концентрация основных летучих примесей арбузного спирта-сырца (мг/дм3) в зависимости от условий фракционирования Наименование компонента спирт- сырец № 1 спирт- сырец №2 спирт- сырец №3 Спирт- сырец №4 Ацетальдегид 22,0 32,5 28,5 62 Этилформиат 0,5 1,2 0,9 3,2 Метил ацетат нет нет нет 0,3 Этилацетат 60,7 108,3 90,3 133 Метанол 70,4 97,8 112,5 167,5 2-пропанол 2,3 2,7 10,1 7,8 2-бутанол нет нет нет 0,6 1-пропанол 259,7 261,3 216,3 308 изо-бутанол 513,2 457,6 430,5 427,6 1-бутанол 3,8 2,5 4,0 7,3 Изоамилол 765,3 852 796,2 923,4 1-амилол 0,4 0,6 0,6 1,1 1 -гексанол 4,5 4,0 4,5 3,8 Этилкаприлат 3,0 2,6 5,0 1,3 Этиллактат Нет Нет нет 1,2 Линалоол 5,2 4,7 1,5 0,4 Фурфурол нет Нет нет Нет Кислотность 300 288 240 257 Крепость, % об. 27,9 30,3 34,1 41,5 Результаты исследований показали, что во время перегонки бражки активно протекал процесс новообразований.
Концентрация уксусного альдегида в исследованных образцах изменялась от 22 до 62 мг/дм3.
Во всех образцах присутствовал такой ценный компонент коньячных спиртов, как этилформиат (0,5-3,2 мг/дм3 ); метилацетат - только в образце № 4 (0,3 мг/дм3); этилацетат изменялся от 68,7 до 133 мг/дм3, что придавало спиртам-сырцам специфический тон. Концентрация этилкаприлата в спиртах составляла (мг/дм3) 1,3-5,0; этиллактата - 0-1,2; фурфурол не обнаружен ни в одном из исследованных образцов. Это обусловлено тем, что в арбузном соке содержится незначительное количество полисахаридов, в первую очередь пентозанов, которые гидролизуются в процессе перегонки с образованием фурфурола и его производных.Отличительной особенностью исследованных вариантов от других плодовых сырцов является отсутствие или низкие концентрации вторичных спиртов: 2-бутанол - 0-0,6; 2-пропанол 2,7-10,1 мг/дм3. Среди спиртов нормального строения (мг/дм3) преобладал 1-пропанол - 216-308; были обнаружены также первичные бутиловый — 2,5-7,3, амиловый - 0,4-1,1, гексиловый - 3,8-4,5; максимальная концентрация спиртов изостроения найдена для изоамилола - 765,3-923,4; несколько меньше содержание изобутанола - 427,6-513. Из непредельных спиртов обнаружен линалоол — 0,4-5,2 мг/дм3. Кислотность спиртов изменялась в зависимости от варианта дистилляции от 240 до 300 мг/дм3 б.с. Концентрация метанола находилась в пределах 71,4-167,5 мг/дм3. Основываясь на проведенных исследованиях можно отметить, что для варианта № 3 достигалось наименьшее, по сравнению с другими вариантами, содержание ацетальдегида, метанола, 1- пропанола, изобутанола, изоамилола, этилкаприлата и летучих кислот; несколько менее сбалансированный состав по содержанию 2-пропанола и этилацетата по сравнению с вариантами 2 и 4.
Как известно, одним из путей образования высших спиртов является декарбоксилирование аминокислоты с образованием амина и последующим его дезаминированием и гидратированием в соответствующий спирт. Второй путь - это гидролитическое дезаминирование аминокислоты, в результате чего образуется оксикислота и аммиак.
Далее оксикислота, декарбоксилируясь и восстанавливаясь, переходит в соответствующий высший спирт /32,78/. Исследованиями Ж. Риберо-Гайон и др. /76/ было установлено, что сивушные спирты могут образовываться и из Сахаров. При этом количество аминокислот быстро уменьшается в начальные 18-35 часов брожения. Ввиду того, что основное количество высших спиртов обнаруживается после прекращения роста дрожжей, это явление объясняют образованием кетокислот и последующим образованием высших спиртов. Возможно образование высших спиртов в результате реакции переаминирования аминокислот с кетокислотами. Таким образом, наличие аминокислот увеличивает содержание высших спиртов только до определенных пределов, но в тоже время несомненно их участие в реакциях синтеза высших спиртов /78/.Проведенные исследования показали, что спирт-сырец представляет собой многокомпонентную систему и содержит значительные количества 1- пропанола, изобутанола и изоамилола; характерной особенностью является незначительное количество ацетальдегида, метанола, 1-гексанола и сложных эфиров. Таким образом, полученные результаты позволили считать, что наилучшим является режим с отбором фракций головной — 2%; хвостовой — 10%.
Качество арбузной бражки оказало существенное влияние на состав спирта-сырца. Были исследованы следующие варианты в вышеуказанном режиме перегонки: 1 .Контроль, естественное осветление; 2.Перегонка сырья с дрожжевыми осадками; 3.
Бражка, выработанная из арбузов с признаками гниения; 4.
Бражка с признаками уксусного скисания.
Результаты измерений показаны в таблице 10. Таблица 10 — Массовая концентрация основных летучих примесей арбузного спирта-сырца (мг/дм ) в зависимости от качества исходного сырья Наименование компонента Контроль спирт-сырец №2 спирт-сырец №3 Спирт-сырец №4 Ацетальдегид 33,0 47,5 57,8 62 Этилформиат 1,2 1,8 0,9 3,2 Метилацетат нет Нет 0,9 0,3 Этилацетат 58,2 121,3 100,3 166 Метанол 66,0 198,2 72,5 188 2-пропанол 2,3 4,7 17,1 8,8 2-бутанол нет 0,2 10,8 0,9 1-пропанол 247,4 297,2 314 286 Изо-бутанол 413,2 485,4 580,5 444,7 1-бутанол 1,8 2,8 21,3 11,4 Изоамилол 665,3 758 996,2 • 923,4 1-амилол 0,3 0,4 0,7 1,2 1 -гексанол 3,5 3,0 4,1 3,3 Этилкаприлат 1,0 5,6 2,0 4,3 - Этиллактат нет 2,5 4,8 5,2 Линалоол 2,2 0,8 0,4 0,4 Фурфурол нет Нет нет нет Кислотность 278 295 340 957 Микробиальное поражение как исходного сырья, так и готовой бражки приводило к некоторому ухудшению качества получаемого затем спирта- сырца, что согласуется с аналогичными исследованиями спирта-сырца
виноградного, яблочного, сливового происхождения /114- 119,149,154,160,166,187/.
В 2 раза, по сравнению с контролем возросла концентрация уксусного альдегида, этилацетата, этилкаприлата; до 50% увеличилась массовая концентрация сивушного масла, в несколько раз - кислотность сырца. Концентрация 2-бутанола — характерного маркера недоброкачественного исходного сырья - хоть и изменилась существенно по сравнению с контролем, но по абсолютному значению — 10,7мг/дм3 — оставалась незначительной.
Перегонка бражки с дрожжами привела к увеличению концентрации метанола в 3 раза, на 50% массовых концентраций ацетальдегида, этилацетата, и других эфиров; на 10-15% - сивушного масла, причем содержание вторичных спиртов почти не изменилось. Перегонка бражки с дрожжами способствовала обогащению спирта-сырца ароматическими веществами, оказывающими благоприятное влияние на органолептическую оценку в дальнейшем получаемого продукта; способствовала максимальному коэффициенту извлечения спирта из бражки.Перегонка бражки со следами бактериального поражения приводила к получению спирта-сырца несколько худшего качества, чем контроль, однако нарастание концентраций нежелательных примесей оказалось не таким существенным, как это имеет место при работе с плодовыми спиртами из семечковых и косточковых плодовых культур /114-119,149/. Отмечено присутствие неидентифицированных компонентов во всех исследованных спиртах.
Исследование процесса фракционирования арбузной бражки показало, что характер распределения летучих примесей во время перегонки аналогичен виноградным и плодовым спиртам, таблица 11.В экспериментах для повторной сгонки и получения арбузного дистиллята была использована модель аппарата шарантского типа. Исходная концентрация спирта-сырца составляла 30—40% об.
Таблица 11 — Характер распределения основных летучих примесей во время процесса фракционирования Компонент 1 .Сброженный арбузный сок, крепостью 4,65% 2.
Спирт-сырец, крепостью 31,6% 3.
Головная фракция, в количестве 1%. 4.
Средняя фракция, дистиллят в количестве 25%, крепостью 62,5% 5.
Хвостовая фракция 2. 1 2 3 4 5 Ацетальдегид 7,5 60,5 371,2 87,4 16,4 Метилацетат нет 5,0 88,3 14,1 Нет Изобутираль нет Нет 16,0 6,8 Нет Этилацеталь нет Нет 295,5 37,7 Нет Этилацетат 3,2 2,0 633,0 25,7 1,5 Метанол нет 27 173,0 231,7 94,5 Этилбутират 1,2 Нет 12,8 нет Нет 2-пропанол нет 3,5 16,1 2,8 Нет 2-бутанол 6,0 Нет 12,8 нет Нет 1 -пропанол 24,0 88,0 809,0 374,0 42,5 Неизвестный нет 3,8 Нет нет Нет и-бутанол 6,2 39,1 672,0 215,0 6,3 • Этилвалериат нет Нет 0,5 нет Нет и-амилацетат нет Нет 0,5 нет Нет Диэтоксипентан нет 1,9 72,8 нет Нет 1 -бутанол нет 5,0 15,4 13,1 Нет Метил-2-бутанол-1 2,3 32,6 527,0 170,7 2,0 Метил-3 -бутанол-1 10,3 114,3 1576 620,0 14,1 1-амилол нет Нет 1,1 0,6 Нет 1 -гексанол нет 4,9 16,6 10,7 Нет Этилкаприлат нет Нет 30,7 5,1 Нет Неизвестный нет 4,9 Нет 22,0 Нет Фурфурол нет Нет Нет нет Нет В результате повторной перегонки достигали увеличение крепости, снижение концентрации летучих примесей и получали арбузный дистиллят.
На основании ранее проведенных исследований выяснено, что спирт- сырец представляет собой многокомпонентную систему и содержит вещества различных классов, с широким диапазоном температур кипения.
Его очистка от летучих примесей основана на различии коэффициентов испарения или коэффициентов ректификации /77,90,133/. Если коэффициент ректификации больше единицы, примесь испаряется быстрее этилового спирта и накапливается в головной фракции.Процессы перераспределения веществ связаны с коэффициентами ректификации и концентрацией этилового спирта /77,90/. Если коэффициент ректификации меньше единицы, примесь испаряется медленнее этилового спирта и перегоняется в хвостовую фракцию. Когда же коэффициент ректификации равен единице, примеси испаряются одновременно с этанолом, и при перегонке не будет происходить его очистки. При низкой концентрации этанола коэффициент ректификации промежуточных примесей больше единицы, и они являются головными примесями; при высокой концентрации этанола, напротив, их коэффициент ректификации меньше единицы, и они приобретают характер хвостовых примесей. При определенной крепости летучесть примесей и этанола одинаковы, и их коэффициенты равны единице (изомасляный альдегид, ацеталь, метилацетат, метанол и т.п.).
Результаты исследований (таблица 11) показали, что содержание летучих примесей в сброженном арбузном соке минимально как в качественном, так и в количественном отношении. Из полученных результатов следует, что во время перегонки бражки и спирта-сырца активно протекают процессы новообразования за счет довольно высокой исходной кислотности спирта- сырца. При получении спирта-сырца происходило существенное концентрирование летучих примесей и появление их в количестве выше предела обнаружения аналитического оборудования. Максимальная концентрация примесей, как в количественном, так и в качественном отношении получена в головной фракции, несколько меньшие количества - для собственно дистиллята и концентрации, приближающиеся к показателям исходной бражки, - в случае анализа хвостовой фракции.
Концентрация уксусного альдегида изменялась от 60,5 до 371,2 мг/дм3 для спирта-сырца и головной фракции соответственно; для средней фракции
I Л
- 87,4.
Обнаружен значительный унос с головной фракцией (мг/дм ) таких ценных компонентов как метилацетат - 88,3, этилацеталь - 292,5, этилкаприлат - 30,7. Этилвапериат, изоамилацетат и диэтоксипентан концентрировались в головной фракции, а в средней не обнаружены. Основная доля этилацетата также наблюдалась в головной фракции, что способствовало улучшению аромата получаемого продукта. Метиловый спирт распределялся примерно поровну между головной и средней фракциями. Вторичные спирты также в основном переходили в головную фракцию. Концентрация 1-пропанола, изобутанола, изоамилола в 2-3 раза оказалась выше в головной фракции чем в средней, что способствовало улучшению органолептической оценки дистиллята.Выполненные исследования свидетельствуют о необходимости отбора не менее 1% головной фракции для удаления избытка нежелательных компонентов и улучшения органолептических показателей дистиллята. Ввиду того, что в хвостовой фракции количество примесей невелико (основная масса сложных эфиров и сивушного масла переходит в среднюю фракцию), то хвостовая фракция может быть подвергнута дополнительной перегонке для извлечения этилового спирта, обедненного летучими примесями.
В результате повторной перегонки спирта-сырца достигали увеличение крепости, уравнивание концентраций летучих примесей. Таким образом, получали арбузный дистиллят, который в последующем использовали в технологии крепкого напитка.
Еще по теме 4.1 Исследование качественного и количественного состава летучих примесей арбузного спирта-сырца и дистиллята:
- 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
- 4.1 Исследование качественного и количественного состава летучих примесей арбузного спирта-сырца и дистиллята