СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ЗЕРНОВОЙ БРАЖКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ РЕКТИФИКОВАННОГО СПИРТА
METHOD OF INCREASING EFFECTIVENESS OF GRAIN BEER PROCESSING IN RECTIFIED ALCOHOL PRODUCTION

Изобретение относится к спиртовой промышленности, а именно к технологии получения пищевого этилового спирта из сброженного крахмалсодержащего сырья, конкретно к способу повышения эффективности переработки зрелой зерновой бражки в производстве пищевого ректификованного спирта. Изобретение может быть использовано в производстве пищевого ректификованного спирта из зерновой бражки.
Многочисленные способы производства пищевого ректификованного спирта основаны на выделении из бражки бражного дистиллята и дальнейшем получении из него в процессах ректификации на высокоэффективных колоннах побочных фракций головных и/или промежуточных примесей и собственно товарного этилового спирта.
Развитие технологии ректификационной очистки пищевого этилового спирта в основном связано с разработкой новых технологических схем брагоректификационных установок (БРУ), позволяющих получить максимальный выход готового продукта с повышенными аналитическими и органолептическими показателями и сокращающих энергозатраты на перегонку и ректификацию за счет организации работы БРУ с многократным использованием греющего пара или применения термокомпрессии (тепловых насосов).
Перспективным названо (Никитина С.Ю. / Современное состояние и основные направления развития технологии ректификационной очистки пищевого этанола в России // Журнал «Производство спирта и ликероводочных изделий» - 2011 - №3 - С. 4-6) применение новых технологических разработок, обеспечивающих глубокую очистку спирта от примесей, таких как:
- использование в системах брагоректификации дополнительных колонн - сивушной, окончательной очистки, разгонной, деметанольной, эфирной и др. (Цыганков П.С., Цыганков С.П. / Руководство по ректификации спирта. - Москва: Пищепромиздат, 2001. 400 с. [1]; Алексеев В.П., Громов С.И., Грунин Е.А. и др. / Ресурсосберегающая технология в производстве спирта. - 1994. - Москва: «Пищевая промышленность», 168 с. [2]; Никитина С.Ю. / Разработка методов расчета и совершенствование процессов брагоректификации с целью получения высокоочищенного этилового спирта / Дисс. канд. техн. наук - Воронеж: ВГТА, - 1999. - 130 с. [3]; Порохова Н.А. / Повышение качества и увеличение выхода ректификованного спирта в системе брагоректификации: Автореф. дисс. канд. техн. наук - Киев, - 2000. - 16 с. [4]; Леонтьев B.C., Фаустов Л.С., Тимурин Н.И. / Повышение эффективности производства с минимальными затратами // «Ликероводочное производство и виноделие» №10, - 2009. С. 6-8 [5]; Антипов С.Т., Никитина С.Ю. / Инновационная технология ректификационной очистки этилового спирта. - Вестник Воронежской государственной технологической академии. - 2010. - №1. С. 69-72 [6]; RU 2579919 опубл. 10.04.2016 [7]);
- увеличение числа теоретических тарелок (1, 3, 5, 6);
- применение новых контактных устройств (5, 6);
- эпюрация бражки (1, 3);
- модернизация эпюрационного узла (RU 2270049 опубл. 20.02.2006; RU 2277433 опубл. 10.06.2006; RU 2342432 опубл. 27.12.2008; RU 2421523 опубл. 20.06.2011; RU 2579910 опубл. 10.04.2016);
- осуществление работы колонн БРУ при пониженном давлении (1, 2, 7; Мищенко А.С., Михненко Е.А., Кизюн Г.А., Журавский И.М., Ровный З.Б. / Энергосберегающие брагоректификационные установки // Производство спирта и ликероводочных изделий, Москва: «Пищевая промышленность», - 2002. - №3. - С. 10-11; Мищенко А.С. / Разработка и внедрение энергосберегающих технологий ректификации этилового спирта: Автореф. дисс. канд. техн. наук - Киев, - 2000. - 20 с.).
Внедрение данных технологических разработок требует больших капитальных затрат при модернизации существующих спиртовых производств - многократное использование греющего пара требует новых ректификационных колонн и теплообменного оборудования, рассчитанных на повышенное давление или существенное разрежение (большинство имеющегося оборудования для этих целей непригодно), а также дорогостоящую современную систему автоматизации и управления технологическим процессом. При этом результат внедрения вышеописанных технологических разработок порой несопоставим с материальными затратами на их реализацию.
Поэтому разработка способов, существенно повышающих эффективность БРУ и/или отдельных ее узлов и не связанных со значительными капиталовложениями, остается актуальной.
Другим, менее развитым направлением оптимизации производства пищевого ректификованного спирта, является улучшение качества бражного дистиллята, а также повышение полноты выхода спирта из используемого сырья. Как правило, развитие указанного направления связано с технологией сбраживания, включая особенности подготовки и ферментации используемого сырья, например, такие, как приготовление водной суспензии гомогенизированного сырья, его термообработку и термостатирование, применение определенных культур дрожжей для сбраживания, использование специальных режимов сбраживания -температурного, с доступом/или без доступа кислорода, ИК-излучение и Другие.
Так, предложен способ производства бражного дистиллята, позволяющий унифицировать этот процесс, расширив сырьевую базу, и увеличить выход спирта в бражном дистилляте (RU 2312147 опубл. 10.12.2007). Данный способ включает разнообразие отличительных приемов, позволяющих достичь заявленного технического результата, - предварительную подготовку органического углеводсодержащего сырья, в том числе зерна, путем последовательного измельчения и приготовления его водной суспензии с одновременной термообработкой, термостатированием и комплексной ферментацией, его сбраживание с использованием культуры дрожжей Saccharomyces cerevisiae, раса XII, которое осуществляют анаэробно в условиях облучения источником ИК-излучения при температуре 29-30°С в течение 60-72 часов с периодическим перемешиванием воздействием ультразвука, и перегонку полученной при этом бражки.
Технические решения, направленные на улучшение качества бражного дистиллята, основанные не на оптимизации процесса сбраживания, не столь широко распространены. Одним из технологических приемов является коррекция рН спиртосодержащего сырья.
Известна химическая очистка спирта-сырца как вспомогательная операция, содействующая очистке спирта от примесей, трудно выделяемых методом ректификации. Она рассчитана на устранение из спирта-сырца кислот, эфиров, альдегидов и непредельных соединений. Для воздействия на эфиры и кислоты применяют едкую щелочь (NaOH), для воздействия на альдегиды и непредельные соединения - слабый раствор марганцовокислого калия. Иногда химическая очистка проводится только одной щелочью (Гладилин Н.И. Руководство по ректификации спирта. Пищепромиздат, 1952; Климовский Д.Н., Стабников В.Н. Технология спирта. Изд. 3-е. Пищепромиздат, 1960). Под действием щелочи эфиры омыляются, одновременно выделяется спирт, а кислота образует соответствующую соль. Количество необходимых реактивов должно быть взято с учетом особенностей исправляемого спирта-сырца, поскольку их избыток негативно сказывается на химическом составе исправленного сырца. Избыток щелочи приводит к тому, что щелочь, воздействуя на спирт, переводит его в альдегид. Избыток перманганата после окисления альдегидов и непредельных соединений также окисляет спирт. Поэтому в каждом отдельном случае следует предварительно проводить расчет количества необходимых реактивов на основании анализа сырца, например, по методу А.Н. Грацианова.
Из (https://alcodistillers.ru/forum/viewtopic.php?id=744, опубл. 23.12.2015) известно, что минимальная генерация примесей в дистилляте и больший выход чистого спирта при ректификации в процессе производства этилового спирта из сахарной бражки достигается нейтрализацией сахарной бражки, кислотность которой увеличивается, как правило, на 0,5-0,7 после сбраживания, гидрокарбонатом натрия до рН=7,0 перед процессом дистилляции (перед нагревом).
В (RU 2421509 опубл. 20.06.2011) описан способ производства дистиллята для крепких напитков (коньяк, кальвадос, бренди, виски и другие), предусматривающий раздельную от дрожжевых осадков перегонку спирта из спиртосодержащей жидкости (в том числе зерновой бражки) с фракционированием на головную, среднюю и хвостовую фракции, а перегонку дрожжевых осадков острым паром без фракционирования при поддержании продолжительности перегонки 15-25 мин и крепости перегоняемого спирта 72-74 об. % с последующей эгализацией спиртов. Отличительной особенностью данного способа является то, что перед перегонкой дрожжевых осадков проводят снижение в них величины рН до 1,8-2,3 (в случае зерновой бражки уксусной кислотой), затем обрабатывают острым паром и гомогенизируют в течение 1-2 ч, а спирт от перегонки дрожжевых осадков смешивают с головной и хвостовой фракциями спиртосодержащей жидкости до получения крепости в смеси 23-28 об. %, при этом соотношение головной и хвостовой фракций в смеси составляет 1:10-20, после чего смесь обрабатывают теплом при температуре 65-80°С, выдерживают при этой температуре 18-24 ч и подвергают фракционированной перегонке с выделением головной, хвостовой и средней фракции спирта, последнюю из которых добавляют в количестве 10-20% к объему средней фракции спирта из спиртосодержащей жидкости. Техническим результатом при использовании предлагаемого изобретения, в том числе, названо снижение в дистилляте легколетучих альдегидов и эфиров (ацетальдегид, этилформиат, метилацетат, этилацетат, изоамилацетат) и низкокипящих, наиболее токсичных высших спиртов - изоамиловых (2-металбутанол-1,3-метилбутанол-1) и изобутилового.
Описанные выше способы получения спиртовых дистиллятов не могут быть названы аналогами заявляемого изобретения вследствие отличающегося назначения. В первом случае спиртовой дистиллят получают из спирта-сырца, во втором случае спиртосодержащий (бражной) дистиллят получают из сахарной бражки, получаемой сбраживанием сахара, не являющимся крахмалсодержащим сырьем. Процессы сбраживания и переработки зрелых сахарной и зерновой бражек имеют свои особенности, обусловленные количеством гетерогенных частиц и соответственно консистенцией сырья. В отличие от зерновой бражки количество гетерогенных частиц (дрожжевых осадков) в сахарной бражке незначительно и эквивалентно количеству используемых для брожения дрожжей. Зрелая зерновая бражка представляет собой (дрожжевой осадок) густую гетерогенную смесь дрожжей, зерна и жидкости. Процессы, протекающие под воздействием щелочных реагентов в гетерогенной зерновой бражке, будут иметь особенности по сравнению с процессами в гомогенных спирте-сырце и сахарной бражке прежде всего из-за наличия различных диффузионных торможений и реакций с живыми микроорганизмами. В третьем приведенном источнике решается задача получения спирта в производстве крепких напитков, таких как коньяк, кальвадос, бренди, виски и другие, а не в производстве пищевого ректификованного этилового спирта. Авторы (RU 2421509 опубл. 20.06.2011) указывают, что важным техническим результатом данного изобретения является возможность регулировать химический состав и органолептические показатели дистиллята за счет более полного выделения в дистиллят ароматических соединений, содержащихся в спиртосодержащей жидкости и дрожжевых осадках и образующихся при их обработке и перегонке: линалоол, терпинеол, ионон и других соединений типа терпенов; среднекипящих и высококипящих эфиров жирных кислот, в том числе энантовых (этилкаприлат, этилкапринат, этиллактат, этилбутират, этилвалериат, 1,1-диэтоксипентан), высококипящих альдегидов жирных кислот (изовалериановый, изомасляный), высококипящих высших спиртов (бутандиол, β-фенилэтиловый спирт) и за счет обеспечения в дистилляте оптимальных концентраций вышеуказанных компонентов создание в нем единого цельного комплекса, в котором сочетаются достоинства каждого компонента. В случае производства пищевого ректификованного спирта, напротив, ставится задача максимального извлечения этанола из бражки при минимальном содержании примесей.
Таким образом, разработка способов повышения эффективности переработки зерновой бражки в производстве пищевого ректификованного этилового спирта, не связанных с затратами на переоборудование существующих производств, включая узлы сбраживания и брагоректификации, остается актуальной.
Задачей изобретения является повышение эффективности переработки зрелой бражки из зерна различных видов в производстве пищевого ректификованного этилового спирта, включающее увеличение выхода бражного дистиллята и этилового спирта из бражки, улучшение качества получаемых бражного дистиллята и барды, а также разработка нового эффективного способа для этого, не требующего значительных материальных затрат при внедрении в существующие производства ректификованного этилового спирта, и расширяющего арсенал известных способов указанного назначения.
Техническим результатом изобретения является новый способ повышения эффективности переработки зрелой бражки, позволяющий увеличить выход этилового спирта из нее до 6,6% и улучшить органолептические свойства бражного дистиллята и барды за счет модификации (изменения) химического состава зрелой зерновой бражки, подаваемой в качестве сырья на переработку дистилляцией.
Задача решается, и технический результат достигается заявляемым способом повышения эффективности переработки зрелой зерновой бражки в производстве пищевого ректификованного спирта, включающим получение из нее бражного дистиллята и барды перегонкой, при котором перед направлением на дистилляцию зерновую бражку смешивают с щелочным реагентом до повышения значения водородного показателя (рН) бражки на 0,4-3,2 единицы.
Способ осуществляют следующим образом.
В качестве сырья были приготовлены спиртовые бражки, полученные ферментативным брожением различных зерновых культур - пшеницы, ржи, кукурузы (по ПТР00339595-02-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья» и ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья»). Показатель кислотности - водородный показатель используемых в способе зрелых спиртовых зерновых бражек рН=4,1-4,9. До направления на дистилляцию (предварительно или непосредственно перед направлением) в образец зрелой зерновой бражки при перемешивании добавляют щелочной реагент, фиксируя значение кислотности полученной среды при помощи рН-метра с термокомпенсацией с ценой деления, равной 0,1 единицы. В качестве щелочного реагента использовали оксид кальция, карбонаты кальция, натрия, магния, калия, гидрокарбонат натрия, гидроксид натрия. В качестве щелочного реагента могут быть использованы вещества, вступающие в химическое взаимодействие с кислотами с образованием солей, пригодных для использования в качестве пищевых добавок, например, оксиды и/или гидроксиды, и/или карбонаты и/или гидрокарбонаты натрия, калия, кальция, магния, их смесей и т.д. Выбор щелочного реагента ограничивается лишь экологичностью продуктов его взаимодействия с кислотами. Так, продуктом реакции карбоната кальция (пищевая добавка Е170) и оксида кальция (Е529) с уксусной кислотой является ацетат кальция - пищевая добавка Е263 и т.д.
При модификации состава зерновой бражки ее смешением с щелочным реагентом происходит повышение водородного показателя бражки за счет нейтрализации кислот, содержащихся в спиртовой бражке. Из полученных бражек, рН которых был увеличен на 0,4-3,2 ед., в процессе дистилляции выделяли бражные дистилляты с температурой конца кипения 98°С и кубовые остатки - барды. Дистилляция осуществлялась либо методом простой перегонки, либо ректификации с использованием насадочной колонки, эквивалентной трем теоретическим тарелкам. В полученных бражных дистиллятах методом газовой хроматографии при помощи хроматографа «Хроматэк-Кристалл 5000.1» определяли содержание этилового спирта, а также примесей - сложных эфиров и ацетальдегида в пересчете на 100% спирт.
Рассчитывали выход бражного дистиллята из бражек как отношение количества фактически полученного бражного дистиллята к количеству бражки, подвергнутой дистилляции для их получения, выраженное в процентах:
бд
бд/Мисх
В=М*100%, где
бд
В - выход бражного дистиллята из исходной бражки, %
бд
М - масса бражного дистиллята, г
исх
М - масса исходной бражки, г.
Выход этилового спирта из бражек рассчитывали, как произведение выхода бражного дистиллята и массовой доли этилового спирта в нем:
эс
бд
c
В=В*X, где
эс
В - выход этилового спирта из исходной бражки, %,
бд
В - выход бражного дистиллята из исходной бражки, %,
с
Х - массовая доля этилового спирта в бражном дистилляте.
Также определяли органолептические характеристики полученных бражных дистиллятов и бард.
Полученные данные сравнивали с соответствующими данными бражных дистиллятов и бард, полученных из бражек, не прошедших модификацию перед дистилляцией.
Рассчитывали относительные показатели увеличения выхода бражного дистиллята, выхода этилового спирта, изменение содержания эфиров и ацетальдегида в дистилляте в пересчете на 100% спирт по формулам, представленным ниже.
увбд
бд2
бд
бд
Δ=(В-В)/В*100%, где
увбд
Δ - увеличение выхода бражного дистиллята,
бд
В - выход бражного дистиллята из исходной бражки, %,
бд2
В - выход бражного дистиллята из модифицированной бражки, г.
увэс
эс2
эс
эс
Δ=(В-В)/В*100%, где
увэс
Δ - увеличение выхода этилового спирта,
эс
В - выход этилового спирта из исходной бражки, %,
эс2
В - выход этилового спирта из модифицированной бражки, г.
исэ
2
1
1
Δ=(У-У)/У*100%, где
исэ
Δ - изменение содержания сложных эфиров, %
1
3
У - содержание сложных эфиров в бражном дистилляте, полученном из исходной бражки без ее предварительной модификации, мг/дм,
2
3
У - содержание сложных эфиров в бражном дистилляте, полученном из модифицированной бражки, мг/дм.
иса
2
1
1
Δ=(А-А)/А*100%, где
иса
Δ - изменение содержания ацетальдегида, %,
1
3
А - содержание ацетальдегида в бражном дистилляте, полученном из исходной бражки без ее предварительной модификации, мг/дм,
2
3
А - содержание ацетальдегида в бражном дистилляте, полученном из модифицированной бражки, мг/дм.
Для удобства восприятия полученные данные сведены в таблицу.
Заявляемое изобретение позволяет увеличить выход бражного дистиллята из зерновой бражки на 1,7-15%, этилового спирта - на 0,4-6,6%, снизить содержание сложных эфиров в бражном дистилляте на 2,3-67% и увеличить содержание ацетальдегида в бражном дистилляте на 43-583%. Ацетальдегид имеет более высокую летучесть по сравнению с этанолом и может быть легко отделен от него в процессах дальнейшей ректификации спирта, при этом увеличение его содержания в бражном дистилляте приводит к снижению его содержания в кубовом остатке, что позволяет получать барду с улучшенными органолептическими характеристиками. Полученную барду можно будет использовать на корм скоту или в качестве питательной среды для выращивания кормовых дрожжей. Сложные эфиры, представленные в большой степени этилацетатом, имеют близкие к этанолу температуры кипения и трудноотделимы от него в процессах ректификации. Соответственно снижение количества сложных эфиров в бражном дистилляте будет способствовать снижению количества побочных фракций в процессах дальнейшей ректификации спирта.
При коррекции (увеличении) рН зерновой бражки менее чем на 0,4 ед., не достигается заявленного результата в значительной степени, прежде всего существенного увеличения выхода этанола из бражки. При увеличении рН бражки более чем на 3,2 ед., наблюдается существенное снижение выхода этанола из бражки, ухудшаются органолептические характеристики получаемых продуктов переработки бражки - бражного дистиллята и барды.
Изобретение иллюстрируется примерами конкретного выполнения.
Пример 1.
Исходную спиртовую бражку из ржаного зерна с рН=4,9, полученную сбраживанием в соответствии с ПТР00339595-02-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья», массой 1000 г, помещают в колбу и проводят простую перегонку, отбирая дистиллят до 98°С. Полученный бражной дистиллят и кубовый остаток взвешивают, с помощью рН-метра определяют водородный показатель рН, и оценивают органолептические свойства. Отмечают наличие резкого кислого оттенка в запахе бражного дистиллята, а также серый цвет и резкий неприятный кислый запах барды с однородной, гомогенной структурой, похожей на кашу. Методом газовой хроматографии определяют содержание этилового спирта, сложных эфиров и ацетальдегида в бражном дистилляте в пересчете на 100% спирт.
Выход бражного дистиллята 19,0%.
Содержание этилового спирта 40,0%.
Выход этилового спирта 7,6%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 311 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 50 мг/дм.
рН дистиллята 4,8; рН барды 5,0.
Пример 2.
Исходную спиртовую бражку из ржаного зерна рН=4,9, массой 1000 г, помещают в колбу и при постоянном перемешивании добавляют щелочной реагент - карбонат магния («чда»), измеряя рН с помощью рН-метра с термокомпенсацией с ценой деления значений рН, равной 0,1 единицы, до изменения рН на 0,8 ед. (количество карбоната магния 6,0 г). Полученную модифицированную бражку с водородным показателем рН=5,7 подвергают перегонке, отбирая дистиллят до 98°С. Аналогично примеру 1 полученный бражной дистиллят и кубовый остаток взвешивают, с помощью рН-метра определяют водородный показатель рН, и оценивают органолептические свойства: умеренный запах бражного дистиллята, а также серый цвет и умеренно-неприятный кислый запах барды, в котором проявляется хлебный аромат, структура барды однородная. Методом газовой хроматографии определяют содержание этилового спирта, сложных эфиров и ацетальдегида в бражном дистилляте в пересчете на 100% спирт.
Выход бражного дистиллята 20,7%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 38,2%.
Выход этилового спирта 7,9%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 266 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 149 мг/дм.
Сравнивают данные с соответствующими данными бражного дистиллята, полученного из бражки, не прошедшей модификацию перед дистилляцией (по примеру 1).
Увеличение выхода бражного дистиллята - 9,0%.
Увеличение выхода этилового спирта 4,0%.
Снижение содержания сложных эфиров на 14,5%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 198,0%.
рН дистиллята 5,1; рН барды 5,9.
Пример 3.
Пример 3 осуществляют в условиях примера 2, в качестве щелочного реагента используют оксид кальция («чда») в количестве 2,5 г до изменения значения рН на 1,2 ед. (до рН 6,1).
Выход бражного дистиллята 21,2%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 37,1%.
Выход этилового спирта 7,9%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 255 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 189 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 11,6%.
Увеличение выхода этилового спирта 3,5%.
Снижение содержания сложных эфиров на 18,0%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 278,0%.
рН дистиллята 5,2; рН барды 6,2.
Отмечают умеренный запах дистиллята, серый цвет и хлебный аромат барды, структура барды однородная.
Пример 4.
Пример 4 осуществляют в условиях примера 3, но в качестве щелочного реагента использован оксид кальция («чда») в количестве 4,0 г до изменения значения рН на 2 единицы (до рН 6,9), а перегонку осуществляют спустя 12 часов после модификации.
Выход бражного дистиллята 19,8%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 39,3%.
Выход этилового спирта 7,8%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 280 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 145 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 4,2%.
Увеличение выхода этилового спирта 2,4%.
Снижение содержания сложных эфиров на 10,0%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 190,0%.
рН дистиллята 8,0; рН барды 8,3.
Отмечают умеренный запах дистиллята, серо-коричневый цвет и хлебный аромат барды, структура барды однородная.
Таким образом, наибольшее увеличение выхода спирта из ржаной бражки с рН=4,9 фиксируют при увеличении рН на 0,8 ед., дистиллята - при увеличении рН на 2 ед., максимальное изменение содержания примесей - при увеличении рН на 2 ед.
Пример 5.
Пример 5 осуществляют в условиях примера 1, но в качестве исходной спиртовой бражки использована бражка из пшеничного зерна с рН=4,8, сброженная в соответствии ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья».
Выход бражного дистиллята 17,8%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 46,2%.
Выход этилового спирта 8,2%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 294 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 72 мг/дм.
рН дистиллята 5,3; рН барды 4,5.
Отмечают наличие резкого кислого оттенка в запахе дистиллята и серый цвет, резкий неприятный кислый запах барды, структура барды однородная.
Пример 6.
Пример 6 осуществляют в условиях примера 2, но в качестве исходной спиртовой бражки используют бражку из пшеничного зерна с рН=4,8, сброженную в соответствии ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья», а в качестве щелочного реагента - карбонат кальция («чда») в количестве 20,8 г до изменения значения рН на 0,4 ед. (до рН 5,2).
Выход бражного дистиллята 19,8%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 43,2%.
Выход этилового спирта 8,6%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 183 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 103 мг/дм.
Сравнивают данные с соответствующими данными бражного дистиллята, полученного из бражки, не прошедшей модификацию перед дистилляцией (по примеру 5).
Увеличение выхода бражного дистиллята 11,2%.
Увеличение выхода этилового спирта 4,1%.
Снижение содержания сложных эфиров на 37,8%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 43,1%.
рН дистиллята 4,8; рН барды 5,2.
Отмечают умеренный запах дистиллята и серый цвет, умеренно неприятный кислый запах барды с появлением хлебного аромата, структура барды однородная.
Пример 7.
Пример 7 осуществляют в условиях примера 6, но в качестве щелочного реагента использован карбонат натрия («чда») в количестве 5,3 г до изменения значения рН на 1,2 ед. (до рН 6,0).
Выход бражного дистиллята 20,5%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 41,6%.
Выход этилового спирта 8,5%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 174 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 118 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 15,2%.
Увеличение выхода этилового спирта 3,8%.
Снижение содержания сложных эфиров на 40,8%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 63,9%.
рН дистиллята 5,7; рН барды 6,7.
Отмечают умеренный запах дистиллята, серый цвет и хлебный аромат барды, структура барды однородная.
Пример 8.
Пример 8 осуществляют в условиях примера 6, но в качестве щелочного реагента использован оксид кальция («чда») в количестве 4,8 г до изменения значения рН на 3,3ед. (до рН 8,1).
Выход бражного дистиллята 19,5%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 42,7%.
Выход этилового спирта 8,3%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 96 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 20 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 9,6%.
Увеличение выхода этилового спирта 1,3%.
Снижение содержания сложных эфиров на 67,4%.
Снижение содержания ацетальдегида на 72,2%.
рН дистиллята 6,9; рН барды 9,5.
Отмечают умеренный запах дистиллята, при этом цвет получаемой барды - коричневый, кубовый продукт имеет неприятный запах с негомогенной структурой и агломератами, «хлопьями».
В группе экспериментов с пшеничной бражкой наибольшее увеличение выхода спирта наблюдают при увеличении рН на 0,4 ед., дистиллята - при увеличении рН на 1,2 ед., максимальное уменьшение содержания сложных эфиров при увеличении рН на 3,3 ед., увеличение содержания альдегидов - при увеличении рН на 1,2 ед. При увеличении рН на 3,3 ед. происходит не увеличение, а снижение количества альдегида в бражном дистилляте, что, по-видимому, связано с протеканием процесса альдольной конденсации ацетальдегида. При увеличении рН на 3,3 ед. существенно снижается показатель увеличения выхода спирта, а также отмечается высокое значение рН полученной барды - 9,5 и ухудшение ее органолептических свойств - изменение цвета на темно-коричневый, неоднородная консистенция с более крупными агломератами, наличие отталкивающего оттенка в запахе.
Пример 9.
Пример 9 осуществляют в условиях примера 1, но в качестве исходной спиртовой бражки использована бражка из ржаного зерна с рН=4,9, сброженная в соответствии с ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья», а дистилляцию осуществляют методом ректификации с использованием насадочной колонки, эквивалентной трем теоретическим тарелкам.
Выход бражного дистиллята 18,2%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 41,8%.
Выход этилового спирта 7,6%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 240 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 25 мг/дм.
рН дистиллята 5,1; рН барды 4,8.
Отмечают наличие резкого кислого оттенка в запахе дистиллята, серый цвет, резкий неприятный кислый запах барды, структура барды однородная.
Пример 10.
Пример 10 осуществляют в условиях примера 2, но в качестве исходной спиртовой бражки использована бражка из ржаного зерна с рН=4,9, сброженная в соответствии с ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья», а в качестве щелочного реагента - карбонат калия («чда») в количестве 4,9 г до изменения значения рН на 0,9 ед. (до рН 5,8).
Выход бражного дистиллята 20,5%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 38,4%.
Выход этилового спирта 7,9%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 229 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 65 мг/дм.
Сравнивают данные с соответствующими данными бражного дистиллята, полученного из бражки, не прошедшей модификацию перед дистилляцией (по примеру 9).
Увеличение выхода бражного дистиллята 12,6%.
Увеличение выхода этилового спирта 3,4%.
Снижение содержания сложных эфиров на 4,6%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 160,0%.
рН дистиллята 5,2; рН барды 5,9.
Отмечают умеренный запах дистиллята и серый цвет, умеренно неприятный кислый запах барды с появлением хлебного аромата, структура барды однородная.
Пример 11.
Пример 11 осуществляют в условиях примера 10, но в качестве щелочного реагента использован оксид кальция («чда») в количестве 3,0 г до изменения значения рН на 1,4 ед. (до рН 6,3).
Выход бражного дистиллята 18,5%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 43,2%.
Выход этилового спирта 8,0%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 220 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 80 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 1,7%.
Увеличение выхода этилового спирта 5,0%.
Снижение содержания сложных эфиров на 8,3%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 220,0%.
рН дистиллята 8,0; рН барды 6,4.
Отмечают умеренный запах дистиллята, серый цвет и хлебный аромат барды, структура барды однородная.
Пример 12.
Пример 12 осуществляют в условиях примера 10, но в качестве щелочного реагента использован оксид кальция («чда») в количестве 4,5 г до изменения значения рН на 2,0 ед. (до рН 6,9), и дистилляцию бражки осуществляют методом ректификации с использованием насадочной колонки, эквивалентной трем теоретическим тарелкам.
Выход бражного дистиллята 19,6%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 40,2%.
Выход этилового спирта 7,9%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 215 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 97 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 7,7%.
Увеличение выхода этилового спирта 3,5%.
Снижение содержания сложных эфиров на 10,4%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 288,0%.
рН дистиллята 5,6; рН барды 8,5.
Отмечают умеренный запах дистиллята и серо-коричневый цвет и хлебный аромат барды, структура барды однородная.
В группе экспериментов с ржаной бражкой с рН=4,9, сброженной в соответствии ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья», наибольшее увеличение выхода спирта фиксируют при увеличении рН на 1,4 ед., дистиллята - при увеличении рН на 0,9 ед., максимальное изменение содержания примесей - при увеличении рН на 2,0 ед.
Пример 13.
Пример 13 осуществляют в условиях примера 1, но в качестве исходной спиртовой бражки использована бражка из кукурузы с рН=4,1, сброженная в соответствии с ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья».
Выход бражного дистиллята 20,5%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 42,0%.
Выход этилового спирта 8,6%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 323 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 68 мг/дм.
рН дистиллята 4,0; рН барды 4,8.
Отмечают наличие резкого кислого оттенка в запахе дистиллята и желтый цвет, резкий неприятный кислый запах барды, структура барды однородная.
Пример 14.
Пример 14 осуществляют в условиях примера 2, но в качестве исходной спиртовой бражки использована бражка из кукурузы с рН=4,1, сброженная в соответствии с ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья», а в качестве щелочного реагента использован гидрокарбонат натрия (первый сорт по ГОСТ 2156-76) в количестве 35,0 г до изменения значения рН на 1,3 ед. (до рН 5,4).
Выход бражного дистиллята 23,1%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 39,0%.
Выход этилового спирта 9,0%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 287 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 102 мг/дм.
Сравнивают данные с соответствующими данными бражного дистиллята, полученного из кукурузной бражки, не прошедшей модификацию перед дистилляцией (по примеру 13).
Увеличение выхода бражного дистиллята на 12,7%.
Увеличение выхода этилового спирта на 4,6%.
Снижение содержания сложных эфиров на 11,2%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 50,0%.
рН дистиллята 5,2; рН барды 5,7.
Отмечают умеренный запах дистиллята и желтый цвет, умеренно неприятный запах барды, структура барды однородная.
Пример 15.
Пример 15 осуществляют в условиях примера 14, но в качестве щелочного реагента использован карбонат натрия (натрий углекислый безводный по ГОСТ 32802-2014) в количестве 6,4 г до изменения значения рН на 2,2 ед. (до рН 6,3).
Выход бражного дистиллята 23,5%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 39,0%.
Выход этилового спирта 9,2%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 216 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 158 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 14,6%.
Увеличение выхода этилового спирта 6,5%.
Снижение содержания сложных эфиров на 33,1%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 132,4%.
рН дистиллята 6,0; рН барды 6,3.
Отмечают умеренный запах дистиллята и желтый цвет, приятный запах вареной кукурузы барды, структура барды однородная.
Пример 16.
Пример 16 осуществляют в условиях примера 14, но в качестве щелочного реагента использован оксид кальция («чда») в количестве 5,0 г до изменения значения рН на 2,8 ед. (до рН 6,9), а перегонку осуществляют спустя 20 часов после модификации.
Выход бражного дистиллята 21,6%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 41,6%.
Выход этилового спирта 9,0%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 180 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 176 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 5,4%.
Увеличение выхода этилового спирта 4,4%.
Снижение содержания сложных эфиров на 44,3%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 158,8%.
рН дистиллята 7,8; рН барды 8,3.
Отмечают резкий запах дистиллята и желто-коричневый цвет, приятный запах вареной кукурузы барды, структура барды однородная.
В серии экспериментов с бражкой из кукурузы наибольшее увеличение выхода и спирта, и дистиллята наблюдают при увеличении рН на 2,2 ед., при этом максимальное изменение содержания примесей зафиксировано при увеличении рН на 2,8 ед.
Пример 17.
Пример 17 осуществляют в условиях примера 1, но в качестве исходной спиртовой бражки использована бражка из ржаного зерна с рН=4,3, сброженная в соответствии с ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья».
Выход бражного дистиллята 22,0%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 44,0%.
Выход этилового спирта 9,7%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 330 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 88 мг/дм.
рН дистиллята 4,8; рН барды 4,8.
Отмечают наличие резкого кислого оттенка в запахе дистиллята и серый цвет, резкий неприятный кислый запах барды, структура барды однородная.
Пример 18.
Пример 18 осуществляют в условиях примера 2, но в качестве исходной спиртовой бражки использована бражка из ржаного зерна с рН=4,3, сброженная в соответствии с ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья», а в качестве щелочного реагента - гидроксид натрия («чда») в количестве 2,8 г до изменения значения рН на 1,3 ед. (до рН 5,6).
Выход бражного дистиллята 25,0%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 40,0%.
Выход этилового спирта 10,0%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 323 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 386 мг/дм.
Сравнивают данные с соответствующими данными бражного дистиллята, полученного из ржаной бражки с рН=4,3, не прошедшей модификацию перед дистилляцией (по примеру 17).
Увеличение выхода бражного дистиллята 13,7%.
Увеличение выхода этилового спирта 3,5%.
Снижение содержания сложных эфиров на 2,1%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 338,6%.
рН дистиллята 4,8; рН барды 5,8.
Отмечают умеренный запах дистиллята и серый цвет, умеренно неприятный кислый запах барды с появлением хлебного аромата, структура барды однородная.
Пример 19.
Пример 19 осуществляют в условиях примера 18, но в качестве щелочного реагента использован оксид кальция («чда») в количестве 3,0 г до изменения значения рН на 1,8 ед. (до рН 6,1).
Выход бражного дистиллята 24,8%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 41,5%.
Выход этилового спирта 10,3%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 315 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 353 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 12,9%.
Увеличение выхода этилового спирта 3,0%.
Снижение содержания сложных эфиров на 4,6%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 301,1%.
рН дистиллята 8,0; рН барды 6,2.
Отмечают умеренный запах дистиллята и серый цвет, хлебный аромат барды, структура барды однородная.
Пример 20.
Пример 20 осуществляют в условиях примера 18, но в качестве щелочного реагента использован оксид кальция («чда») в количестве 4,0 г до изменения значения рН на 2,3 ед. (до рН 6,6), а перегонку осуществляют спустя 8 часов после модификации.
Выход бражного дистиллята 24,5%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 40,3%.
Выход этилового спирта 9,9%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 305 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 601 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 11,5%.
Увеличение выхода этилового спирта 6,6%.
Снижение содержания сложных эфиров на 7,6%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 583,0%.
рН дистиллята 5,4; рН барды 9,2.
Отмечают резкий запах дистиллята. Барда имеет серо-коричневый цвет, неоднородную консистенцию с агломератами с отталкивающим оттенком в запахе.
Пример 21.
Пример 21 осуществляют в условиях примера 18, но в качестве щелочного реагента использован оксид кальция («чда») в количестве 5,0 г до изменения значения рН на 3,2 ед. (до рН 7,5), а перегонку осуществляют спустя 3 часа после модификации.
Выход бражного дистиллята 24,0%.
Содержание этилового спирта в бражном дистилляте 40,5%.
Выход этилового спирта 9,7%.
3
Содержание сложных эфиров в бражном дистилляте 298 мг/дм.
3
Содержание ацетальдегида в бражном дистилляте 273 мг/дм.
Увеличение выхода бражного дистиллята 9,1%.
Увеличение выхода этилового спирта 0,5%.
Снижение содержания сложных эфиров на 9,7%.
Увеличение содержания ацетальдегида на 210,2%.
рН дистиллята 7,8; рН барды 9,5.
Отмечают резкий запах дистиллята и желто-коричневый цвет, наличие отталкивающего оттенка в запахе барды, неоднородная консистенция барды с более крупными агломератами.
В серии экспериментов с ржаной бражкой с рН=4,3, сброженной в соответствии с ПТР00339595-01-17 «Часть I. Подготовка и сбраживание сырья», наибольшее увеличение выхода спирта наблюдают при увеличении рН на 2,3 ед., дистиллята - на 1,3 ед., максимальное снижение сложных эфиров при увеличении рН на 3,2 ед., наибольшее увеличение количества альдегидов зафиксировано при увеличении рН на 2,3 ед. Также как в случае с пшеничной бражкой при увеличении рН на 3,3 ед. (пример 8), снижается показатель увеличения выхода спирта, бражного дистиллята, изменяется качество полученной барды - высокое значение рН и ухудшение органолептических свойств - изменение цвета на желто-коричневый, неоднородная консистенция с более крупными агломератами, наличие отталкивающего оттенка в запахе. Однако еще достигается, хоть и в меньшей степени, заявленный результат - увеличение выхода спирта, бражного дистиллята, снижение количества сложных эфиров и увеличение количества альдегида, а также сохранение качества барды.
В процессе ферментативного брожения зерна в результате жизнедеятельности микроорганизмов помимо этилового спирта происходит образование различных соединений, в том числе различных альдегидов, спиртов и органических кислот, преимущественно уксусной. Значительная кислотность обеспечивает протекание в процессах временного хранения, транспортировки или переработки зрелой бражки разнообразных химических реакций с участием этанола с образованием вторичных примесей. Примером может служить образование этилацетата из уксусной кислоты и этанола, либо образование диэтилацеталя из ацетальдегида и этанола. Вследствие образования различных азеотропов между компонентами получаемой смеси переработка бражки даже из идентичного сырья может привести к значительной разнице в качественных и количественных характеристиках получаемых продуктов - бражного дистиллята и барды, что подтверждается приведенными примерами.
Повышение водородного показателя в процессе модифицирования конкретной бражки на 0,4 единицы приводит к снижению количества эфиров в бражном дистилляте на 37,7% (пример 6). Дальнейшее увеличение рН бражки обеспечивает дальнейшее снижение количества сложных эфиров в бражном дистилляте, причем в значительном количестве при получении бражек с щелочной реакцией (примеры 8, 16, 20, 21), что объясняется возможным протеканием реакции омыления эфиров.
Количество ацетальдегида в бражном дистилляте в интервале увеличения рН модифицированной бражки относительно исходного значения на 0,4÷3,2 единицы увеличивается. Повышение рН бражки более чем на 3,2 единицы (пример 8), благоприятствует протеканию процесса альдольной конденсации ацетальдегида, что снижает его количество в бражном дистилляте и приводит к образованию смолоподобных веществ, наблюдаемых в виде неоднородной структуры барды с крупными агломератами, ухудшающих органолептические свойства получаемой барды - изменение цвета на коричневый, появление неприятного запаха.
Основным критерием эффективности переработки бражки является выход этанола. Значительное повышение выхода этанола происходит именно при увеличении рН модифицированной бражки относительно исходного значения на 0,4÷3,2 единицы. Выход за пределы заявленного интервала приводит к снижению эффективности и получению незначительных результатов.
Повышение водородного показателя бражки в интервале значений 0,4÷3,2 благоприятно сказывается на органолептических свойствах получаемых продуктов. Из запаха бражного дистиллята и барды исчезает резкий кислый неприятный оттенок, что обусловлено удалением органических кислот. При этом получаемая барда приобретает насыщенный хлебный аромат (или аромат вареной кукурузы в случае кукурузной бражки), что позволяет применять ее в качестве корма в животноводстве. Следует отметить, что при увеличении рН выше 3,2 единиц (пример 8) барда приобретает неприятный запах и вид, обусловленный структурными изменениями составляющих ее компонентов, а также наличием смолоподобных веществ полимеризации альдегидов в щелочной среде. В пограничных значениях увеличения рН (пример 21) запах и внешний вид могут быть признаны удовлетворительными, хотя и появляется отталкивающий оттенок в запахе.
Представленные примеры показывают, что в результате переработки зрелой бражки из зерна различных сортов после изменения ее состава щелочным реагентом до увеличения рН на 0,4-3,2 ед. относительно аналогичных результатов, полученных из зрелой бражки без модификации, происходит:
1) увеличение выхода бражного дистиллята до 15%,
2) увеличение выхода этилового спирта из бражки до 6,6%,
3) снижение содержания сложных эфиров в бражном дистилляте до 67%,
4) увеличение содержания ацетальдегида в бражном дистилляте до 583%,
5) улучшение органолептических свойств получаемой барды, которая в дальнейшем может быть использована на корм скоту или в качестве питательной среды для выращивания кормовых дрожжей.
Предлагаемый способ повышения эффективности переработки зрелой зерновой бражки в производстве пищевого ректификованного спирта расширяет арсенал известных способов указанного назначения и позволяет достичь заявленный результат - увеличение выхода бражного дистиллята и этилового спирта из бражки, улучшение качества получаемых бражного дистиллята и барды. Способ не требует значительных материальных затрат при внедрении в существующие производства ректификованного этилового спирта - модификация бражки может быть осуществлена как в специально сконструированном узле, так и непосредственно в бродильных чанах по завершении брожения или в передаточном чане.
* - относительно значения, полученного из исходной бражки (без добавления щелочного реагента)