способ производства спирта
Классы МПК: | C12G3/12 перегонкой |
Автор(ы): | Аванесьянц Рафаил Вартанович (RU), Агеева Наталья Михайловна (RU), Аванесьянц Рафаил Артурович (RU) |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-внедренческое предприятие "Эффект-91" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-05-05 публикация патента:
20.01.2011 |
Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ предусматривает спиртование сахарсодержащей среды до объемной доли этилового спирта 2,5-5,0% вторичным сырьем спиртового производства, ее осветление, сбраживание, биологическое обескислороживание сброженной среды, проведение ее термической обработки и последующее выделение спирта. В качестве сахаросодержащей среды используют виноградное сусло или плодово-ягодный сок. В качестве вторичного сырья спиртового производства используют головные и/или хвостовые фракции, и/или спирт-сырец плодового, виноградного или спиртового производства. Изобретение позволяет получить спирты нового улучшенного типа, округлого вкуса с гармоничным сочетанием ароматических компонентов. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Формула изобретения
1. Способ производства спирта, предусматривающий осветление сахарсодержащей среды, ее сбраживание и выделение спирта из сброженной среды, отличающийся тем, что перед осветлением сахарсодержащую среду спиртуют до объемной доли этилового спирта 2,5-5,0% вторичным сырьем спиртового производства, а перед выделением спирта проводят биологическое обескислороживание сброженной среды путем введения в нее свежей разводки чистой культуры дрожжей с концентрацией дрожжевых клеток 50-100 млн/см3 с последующим перемешиванием, после чего проводят термическую обработку, при этом ее осуществляют вначале при температуре 10-12°С в течение 2-3-х ч, а затем при температуре 55-60°С в течение 12-24 ч.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве сахарсодержащей среды используют виноградное сусло или плодово-ягодный сок.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вторичного сырья спиртового производства используют головные или хвостовые фракции или спирт-сырец виноградного или плодово-ягодного производства.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к винодельческой промышленности и может быть использовано для производства спирта, предназначенного для приготовления бренди (Российского коньяка, кальвадоса и др.) из сахарсодержащих сред, в частности, виноградного сусла или плодоягодных соков.
Известен способ получения коньячного спирта из слабоградусных виноматериалов, предусматривающий смешивание спирта-сырца с виноматериалом, фракционную перегонку смеси, дефлегмацию и конденсацию парового потока, отличающийся тем, что с целью повышения качества коньячного спирта, увеличения его выхода и снижения энергозатрат при смешивании используют спирт-сырец, полученный при перегонке винных дрожжевых осадков в количестве, обеспечивающем спиртуозность смеси 10-23%, а перед смешиванием спирт-сырец подвергают десульфитации до остаточного содержания сернистого ангидрида не более 35 мг/л (SU 1682383 А1, 07.10.1991, бюл. № 37, П.П.Любченков, Г.Н Руссу, Г.В.Морозан, К.Н.Олару).
Однако этот способ имеет существенный недостаток.
Десульфитация спирта-сырца до остаточного содержания сернистого ангидрида не более 35 мг/л указывает на высокое содержание сернистого ангидрида в исходных винных дрожжевых осадках, при перегонке которых сернистый ангидрид образует устойчивые соединения с этиловым спиртом и другими летучими примесями (тиоэфиры и меркаптаны). Эти соединения обладают неприятным запахом и при десульфитации спирта-сырца не удаляются, а переходят в смесь виноматериала со спиртом-сырцом, а затем в коньячный спирт при фракционной перегонке этой смеси, что ухудшает его качество. В связи с этим смешивание виноматериала с десульфитированным спиртом-сырцом является нецелесообразным.
Наиболее близким к заявляемому является способ производства коньячного спирта, включающий осветление виноградного сусла, без применения сульфитации, путем кратковременного 6-8 часового отстоя при температуре окружающей среды или в течение 12-15 часов на холоде при температуре не выше 10°С, сбраживание осветленного сусла и выделение коньячного спирта путем фракционной перегонки. (Общие технологические инструкции приготовления коньяков, М.: Пищепромиздат, 1998, стр.186-192).
Известный способ имеет ряд существенных недостатков: кратковременный отстой в течение 6-8 часов при температуре окружающей среды, достигающей в период переработки винограда 35-40°С, затруднен и практически не осуществляется из-за преждевременного забраживания сусла на «дикой» микрофлоре. Это вызвано тем, что при производстве виноматериалов для коньячного спирта применение сернистого ангидрида не допускается и его предельные дозы в виноматериале не должны превышать 15 мг/дм3. Но и эти предельные дозы, которые попадают в виноградное сусло при обработках винограда, по вышеуказанным причинам ухудшают качество коньячного спирта.
Осветление сусла на холоде также не дает желаемого результата, так как не удаляет сернистые соединения, которые попадают в виноградное сусло при обработках винограда. Кроме этого, осветление на холоде является дорогостоящим технологическим приемом.
В свою очередь при ограниченных дозах сернистого ангидрида активизируются окислительные ферменты сусла, происходит его глубокое окисление и ухудшение качества получаемого из него виноматериала, а затем при его перегонке коньячного спирта. Усиливается в сусле также действие ферментов, расщепляющих пектиновые вещества до уроновых кислот, являющихся основным источником образования метилового спирта как в виноматериале, так и в полученном из него коньячном спирте. В результате в коньячном спирте повышается содержание ацетальдегида, уксусной кислоты, изоамилового и изобутилового спиртов, изоамилацетата, метилового спирта и других нежелательных примесей. Одновременно снижается концентрация ароматичных спиртов и эфиров. Нерационально используется вторичное сырье спиртового производства.
Технический результат - исключение присутствия в коньячном спирте сернистых соединений, уменьшение содержания ацетальдегида, изоамилацетата метилацетата, метилового, изоамилового и изобутилового спиртов летучих кислот, обогащение ароматичными спиртами и компонентами энантового эфира и на этой основе улучшение качества готового продукта, эффективное использование вторичного сырья (головные или хвостовые фракции, или их смеси, или спирт-сырец виноградного или плодово-ягодного производства).
Технический результат достигается за счет того, что в способе производства спирта, предусматривающем осветление сахарсодержащей среды, ее сбраживание и выделение спирта из сброженной среды, перед осветлением сахарсодержащую среду спиртуют до объемной доли этилового спирта 2,5-5,0% вторичным сырьем спиртового производства, а перед выделением спирта проводят биологическое обескислороживание сброженной среды путем введения в нее свежей разводки чистой культуры дрожжей с концентрацией дрожжевых клеток 50-100 млн/см 3 с последующим перемешиванием, после чего проводят термическую обработку, при этом ее осуществляют вначале при температуре 10-12°С в течение 2-3-х часов, а затем при температуре 55-60°С в течение 12-24 часов.
В качестве сахарсодержащей среды используют виноградное сусло или плодово-ягодный сок.
В качестве вторичного сырья спиртового производства используют головные или хвостовые фракции, или их смеси, или спирт-сырец виноградного или плодово-ягодного производства.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что достижение положительного результата обеспечивается при соблюдении следующей совокупности технологических приемов предлагаемого способа.
- Спиртование сахарсодержащей среды до объемной доли этилового спирта 2,5-5,0% вторичным сырьем спиртового производства (головными или хвостовыми фракциями, или их смесями, или спиртом-сырцом виноградного или плодово-ягодного производства) обеспечивает ингибирование посторонней микрофлоры и предотвращает забраживание сахарсодержащей среды на период от 6 до 15 часов, необходимый для ее осветления. Содержащиеся во вторичном сырье, кроме этилового спирта, другие летучие примеси в высоких концентрациях (альдегиды, эфиры, высшие спирты) усиливают ингибирующее действие этилового спирта, так как проникая в клетку «дикой» микрофлоры они дополнительно ингибируют дрожжевые ферменты.
- При осветлении сахарсодержащей среды в условиях высокой концентрации летучих примесей обеспечивается не только осаждение взвешенных частиц, но и прохождение химических реакций, способствующих получению высокого качества сахарсодержащей среды перед ее сбраживанием. В частности на стадии осветления среды бутиловые, пропиловые и амиловые спирты связывают в нерастворимые комплексы сернистые и другие вредные соединения (сульфаты, сульфиты, нитраты и др.), которые попадают в виноградное сусло или плодово-ягодный сок при обработках винограда или плодово-ягодного сырья. Эти комплексы удаляются затем с осадком, что является профилактическим приемом против образования различных пороков при сбраживании виноградного сусла или плодово-ягодного сока и последующем выделении спирта из сброженной среды. Кроме этого, на стадии осветления блокируется расщепление пектиновых веществ до уроновых кислот, являющихся источником образования метилового спирта при осветлении, брожении и выделении спирта из сброженной среды.
Высшие спирты, содержащиеся во вторичном сырье, частично при осветлении трансформируются в аминокислоты, что при брожении стимулирует увеличение эфиров и ацеталей, а также 2.3 бутиленгликоля, улучшающих качество выделяемого спирта из сброженной среды.
При спиртовании вторичным сырьем спиртового производства происходит также обогащение сахарсодержащего сырья - виноградного сусла или плодово-ягодного сока их ароматическими веществами, которые в значительных количествах содержатся во вторичном сырье. Например, головная фракция обогащает его компонентами энантового эфира (этилкаприлатом и этилкапринатом) и терпеновыми спиртами (линалоол, ионон, терпениол и др.); хвостовая фракция вторичного сырья - -фенилэтанолом, высококипящими эфирами - этиллактатом и ценными альдегидами - изовалериановым. Спирт-сырец обогащает среду как компонентами головной, так и хвостовой фракций. Указанные компоненты усиливают типичность происхождения и сортовые особенности получаемого спирта. Такая подготовка виноградного сусла или плодово-ягодного сока перед сбраживавнием существенным образом изменяет их состав и качество, что оказывает существенное влияние на протекание процесса брожения. Улучшается качество виноматериалов и получаемого из него спирта при условии последующего снижения окислительно-восстановительного потенциала виноматериалов - сброженной среды. Это достигается проведением в дальнейшем биологического обескислороживания сброженной среды и ее термической обработкой.
- Биологическое обескислороживание сброженной среды путем введения в нее разводки чистой культуры дрожжей с концентрацией дрожжевых клеток 50-100 млн/см3 с последующим перемешиванием способствует инактивации окислительных и усилению восстановительных процессов. Инактивация окислительных процессов приводит к снижению образования в сброженной среде и в полученном спирте таких компонентов, как ацетальдегид, изоамилацетат, метилацетат, изоамиловый и изобутиловый спиты. Наблюдается также снижение активности пектиназ, в связи с чем ингибируется процесс гидролиза пектиновых веществ до уроновых кислот -предшественников метилового спирта. Кроме того, при контакте с дрожжевой биомассой происходит обогащение среды аминокислотами - предшественниками спиртов, обладающих ярким ароматом (фенилэтанол, линалоол, терпениол, ионон и др.), их эфирами и компонентами энантового эфира. Этим приемом достигается снижение в полученном спирте изоамилового и изобутилового спиртов, обладающих наиболее неприятным запахом и высокой токсичностью;
- термическая обработка поочередно при температуре 10-12°С в течение 2-3 часов, а затем при температуре 55-60°в течение 12-24 часов обеспечивает получение оптимальных количеств основных летучих примесей сброженной среды, в том числе альдегидов, сложных эфиров, высших спиртов, а также компонентов энантового эфира.
В качестве критериев эффективности заявляемого способа использовали величину массовой концентрации летучих примесей в пересчете на абсолютный алкоголь, дегустационную оценку спиртов и массовую концентрацию (суммарную) сернистых соединений в пересчете на сульфат-ион.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. Способ-прототип.
Виноградное сусло осветляли путем отстаивания на холоду при температуре +5°С в течение 12 часов, осветленную часть отделяли и сбраживали с использованием чистой культуры дрожжей. По окончании брожения сброженную среду подвергали двойной сгонке (первая - без фракционирования, вторая - с фракционированием), в результате чего получали коньячный спирт.
Пример 2. Заявляемый способ.
Сахарсодержащую среду - виноградное сусло спиртовали до объемной доли этилового спирта 2,5%, вторичным сырьем спиртового производства - головной фракцией виноградного производства, осветляли путем отстаивания 6 часов. Осветленное сусло сбраживали. После окончания брожения, перед выделением спирта, сброженную среду обескислороживали путем введения в нее свежей разводки чистой культуры дрожжей с концентрацией дрожжевых клеток 50 млн/см3 с последующим перемешиванием. Затем проводили термическую обработку: вначале при температуре 10°С в течение 2 часов, а затем при температуре 55°С в течение 12 часов. После этого сброженную среду подвергали двойной сгонке (первая - без фракционирования, вторая - с фракционированием). В результате получали коньячный спирт.
Пример 3. Заявляемый способ.
Сахарсодержащую среду - яблочный сок спиртовали до объемной доли этилового спирта 3,5%, вторичным сырьем спиртового производства -головной фракцией плодово-ягодного (яблочного) производства, осветляли путем отстаивания 10 часов. Осветленный сок сбраживали. После окончания брожения, перед выделением спирта, сброженную среду обескислороживали путем введения в нее свежей разводки чистой культуры дрожжей с концентрацией дрожжевых клеток 75 млн/см3 с последующим перемешиванием. Затем проводили термическую обработку: вначале при температуре 11°С в течение 2,5 часов, а затем при температуре 57°С в течение 16 часов. После этого сброженную среду подвергали двойной сгонке (первая - без фракционирования, вторая - с фракционированием). В результате получали яблочный спирт.
Пример 4. Заявляемый способ.
Сахарсодержащую среду - вишневый сок спиртовали до объемной доли этилового спирта 4,0%, вторичным сырьем спиртового производства - смесью головной и хвостовой фракций плодово-ягодного производства (вишневого), осветляли путем отстаивания 12 часов. Осветленный сок сбраживали. После окончания брожения, перед выделением спирта, сброженную среду обескислороживали путем введения в нее свежей разводки чистой культуры дрожжей с концентрацией дрожжевых клеток 90 млн/см 3 с последующим перемешиванием. Затем проводили термическую обработку: вначале при температуре 12°С в течение 3-х часов, а затем при температуре 60°С в течение 20 часов. После этого сброженную среду подвергали двойной сгонке (первая - без фракционирования, вторая - с фракционированием). В результате получали вишневый спирт.
Пример 5. Заявляемый способ.
Сахарсодержащую среду - виноградное сусло спиртовали до объемной доли этилового спирта 4,5%, вторичным сырьем спиртового производства - смесью головной и хвостовой фракций виноградного производства, осветляли путем отстаивания 15 часов. Осветленный сок сбраживали. После окончания брожения, перед выделением спирта, сброженную среду обескислороживали путем введения в нее свежей разводки чистой культуры дрожжей с концентрацией дрожжевых клеток 95 млн/см 3 с последующим перемешиванием. Затем проводили термическую обработку: вначале при температуре 12°С в течение 2,5-х часов, а затем при температуре 55°С в течение 22 часов. После этого сброженную среду подвергали двойной сгонке (первая - без фракционирования, вторая - с фракционированием). В результате получали коньячный спирт.
Пример 6. Заявляемый способ.
Аналогичен примеру 2, но в качестве вторичного сырья использовали хвостовую фракцию виноградного производства. Сброженную среду обескислороживали путем введения в нее свежей разводки чистой культуры дрожжей с концентрацией дрожжевых клеток 100 млн/см3, термическую обработку при температуре 55°С проводили в течение 24 часов.
Пример 7. Заявляемый способ.
Аналогичен примеру 3, но в качестве вторичного сырья использовали хвостовую фракцию плодово-ягодного (яблочного) производства.
Пример 8. Заявляемый способ.
Аналогичен примеру 2, но в качестве вторичного сырья использовали спирт-сырец виноградного производства.
Пример 9.
Заявляемый способ.
Аналогичен примеру 4, но в качестве вторичного сырья использовали спирт-сырец плодово-ягодного (вишневого) производства.
Таблица | |||||||||
Наименование | Концентрация компонентов, мг/100 мл.а.а. | ||||||||
компонента | Номер примеров | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
ацетальдегид | 21,2 | 12,9 | 11,1 | 13,4 | 13,7 | 10,2 | 10,0 | 13,8 | 14,1 |
этилформиат | 2,7 | 1,5 | 1,3 | 1,7 | 1,9 | 1,0 | 1,1 | 1,9 | 2,1 |
метилацетат | 0,61 | 0,20 | 0,40 | 0,47 | 0,31 | 0,24 | 0,50 | 0,37 | 0,52 |
этилацеталь | 3,0 | 4,9 | 3,9 | 4,1 | 3,8 | 5,1 | 4,3 | 5,2 | 4,3 |
этилацетат | 79,2 | 65,7 | 59,2 | 67,1 | 69,2 | 63,5 | 60,4 | 66,4 | 69,3 |
метанол | 81,4 | 48,3 | 57,8 | 61,2 | 49,1 | 49,1 | 59,3 | 55,1 | 70,4 |
этилбутират | 0,13 | 0,27 | 0,2 | 0,24 | 0,31 | 0,2 | 0,21 | 0,33 | 0,30 |
2-бутанол | 1,10 | нет | 0,70 | 0,57 | нет | нет | 0,80 | 0,30 | 0,70 |
н-пропанол | 71,2 | 59,1 | 62,3 | 63,1 | 57,3 | 57,1 | 60,5 | 62,1 | 65,1 |
н-бутанол | 8,3 | 3,8 | 5,1 | 5,7 | 4,9 | 3,1 | 4,7 | 4,5 | 5,9 |
изоамилацетат | 0,30 | 0,10 | 0,17 | 0,20 | 0,15 | 0,12 | 0,21 | 0,19 | 0,22 |
этилвалериат | 0,40 | 1,30 | 0,80 | 0,70 | 1,50 | 1,54 | 0,59 | 1,60 | 0,80 |
изобутанол | 152,0 | 78,0 | 81,3 | 94,8 | 90,1 | 75,3 | 79,1 | 87,2 | 96,9 |
Изоамиловые спирты: | |||||||||
2-метилбутанол-1 | 67,1 | 39,9 | 41,4 | 47,3 | 42,8 | 37,2 | 38,3 | 42,9 | 50,2 |
3-метилбутанол-1 | 185,4 | 135,4 | 130,5 | 141,2 | 137,2 | 133,4 | 134,2 | 140,4 | 147,4 |
циклогексанон | нет | 1,5 | нет | нет | 1,1 | 1,2 | нет | 1,7 | 0,4 |
этиллактат | 6,3 | 10,1 | 8,2 | 8,9 | 11,5 | 9,4 | 8,9 | 11,1 | 9,1 |
1-гексанол | 4,1 | 2,0 | 2,4 | 2,7 | 2,9 | 2,5 | 2,8 | 2,6 | 2,9 |
этилкаприлат | 0,8 | 2,8 | 1,9 | 1,7 | 3,1 | 1,7 | 1,3 | 2,9 | 1,4 |
этилкапринат | 1,9 | 3,4 | 2,8 | 2,5 | 2,3 | 2,4 | 2,3 | 3,2 | 2,6 |
фурфурол | 0,9 | 1,9 | 2,1 | 2,0 | 2,3 | 2,5 | 2,7 | 2,6 | 2,3 |
Фенилэтиловый спирт | 0,6 | 2,0 | 2,3 | 2,5 | 2,7 | 2,4 | 2,6 | 3,1 | 2,6 |
линалоол | 0,4 | 0,9 | 0,6 | 0,7 | 1,1 | 0,7 | 0,6 | 1,0 | 0,6 |
терпениол | 0,3 | 1,8 | 1,1 | 0,7 | 1,0 | 0,9 | 1,2 | 1,4 | 0,5 |
ионон | 0,50 | 0,90 | 0,70 | 0,60 | 0,70 | 0,70 | 0,50 | 0,75 | 0,64 |
Летучие кислоты | 14,9 | 8,3 | 9,5 | 10,9 | 11,1 | 11,5 | 12,0 | 12,2 | 11,9 |
изовалериановый | нет | 0,28 | 0,13 | 0,1 | 0,2 | 0,31 | 0,17 | 0,35 | 0,15 |
альдегид | |||||||||
Массовая концентра- циясульфат-ионов, мг/дм3 | 25,6 | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет | нет |
Дегустационная оценка дистиллятов, баллы | 7,7 | 8,4 | 8,1 | 8,0 | 8,2 | 8,2 | 8,0 | 8,3 | 8,1 |
Таким образом, данные таблицы показывают, что использование совокупности технологических приемов: спиртование сахарсодержащей среды до объемной доли этилового спирта 2,5-5,0% вторичным сырьем спиртового производства, биологическое обескислороживание сброженной среды перед выделением спирта с помощью высоких концентраций дрожжей (50-100 мл/см3 ) с последующим перемешиванием, термической обработки поочередно при температуре 10-12°С в течение 2-3-х часов, а затем при температуре 55-60°С в течение 12-24 часов, позволяют получить спирты нового улучшенного типа, создают возможность исключить в спирте присутствие сернистых соединений, уменьшить в нем содержание ацетальдегида, изоамилацетата, метилацетата, метилового, изоамилового и бутилового спиртов, обогатить ароматичными спиртами и компонентами энантового эфира, и на этой основе улучшить его качество. При этом достигается такое соотношение между альдегидами, эфирами и высшими спиртами, а также компонентами энантового эфира, при котором в молодом спирте обеспечивается гармоничный вкус и аромат. Обеспечивается также эффективное использование вторичного сырья спиртового производства.