Основы получения качественного зернового дистиллята

Производство зернового дистиллята La boisson spiritueuse de céréales включает в себя этапы измельчения сырья, расщепления крахмала и белков злаковых культур в легкую для усвоения дрожжами форму, сбраживания и дистилляции сусла на готовый продукт.

Существенное влияние на процесс производства ароматных зерновых напитков оказывают особенности биохимического состава зерна. Согласно существующей нормативной документации кукуруза подразделяется на три класса, пшеница мягкая и твердая выпускается пяти классов, ячмень — двух классов, рожь — четырех [1].

Так ячмень, отвечающий определенным показателям качества, используют для производства ячменного солода.

Кукуруза известна высоким содержанием экстрактивных веществ и нерастворимостью преобладающих белков (зеин, глютенин). Рис отличает высокое содержание в нем крахмала и превалирование в составе нерастворимого в воде белка оризина.

Переработка пшеничного зерна не вызывает особых затруднений, а лучшими для производства нейтрального спирта считаются ее низкобелковые сорта. По сравнению с пшеницей, зерна ржи характеризуются повышенным содержанием гемицеллюлоз (слизи, гумми-вещества), которые усложняют процесс осахаривания сусла из-за образования вязких сред.

В связи с этим для ржаных замесов рекомендуют использовать ферментные препараты цитолитического спектра действия.

Повышенная активность собственных ферментов сырья, амилаз ржи, позволяет проводить частичный гидролиз ее крахмала, что может быть актуально при использовании низкотемпературных способов получения зернового сусла. Особенности биохимического состава этого злака позволяет получать зерновой дистиллят с высокими ароматическими характеристиками [2].

Вместе с тем гемицеллюлозы и определенные группы белков ржи обладают экранирующим действием на нативный крахмал зерна, снижая его ферментативную атакуемость. Для устранения указанного блокирующего эффекта применяют ферментные препараты, содержащие эндопротеазы.

Получение зернового сусла

При выборе технологии получения зернового сусла необходимо учитывать степень растворения полимеров сырья в воде, условия максимального сохранения собственной ферментативной активности зерна (напр., рожь, в отличие от других злаковых, содержит активные амилазы и протеазы), оптимальные температуры для действия микробных амилаз, протеаз и цитаз.

В контексте крайнего фактора, можно выделить «жесткие режимы» с развариванием и «мягкие режимы» при температурах, не превышающих 100 °С. Из-за значительных недостатков первого способа подготовки зернового сырья к сбраживанию, далее он не рассматривается.

Однако, переход на обработку зерна при температурах до 100°С привносит проблемы микробиологического характера. Низкие температуры осахаривания замеса могут привести к инфицированию среды и, как следствие, к снижению выхода этилового спирта.

Вместе с тем, менее затратный способ «холодного затирания» требует увеличения степени дробления сырья с сопутствующим дополнительным расходом электроэнергии, либо внедрения технологических решений, направленных на изменение исходных свойств зерна (микробиологических характеристик, реологических и биохимических показателей).

Мягкие режимы осахаривания

Известно, что расщепление крахмала и белков растительного сырья может происходить как за счет собственных ферментов, так и под действием микробных ферментных препаратов. В первом случае используют ячменный солод (реже ржаной). Переработка несоложеного зерна требует применения эндоферментов.

Поскольку от размеров частиц сырья зависит доступность компонентов зерна к ферментативному гидролизу, измельчение рассматривается как необходимый фактор перевода крахмала в растворимое состояние.

В зависимости от биохимического состава и фермент-субстратной специфичности обрабатываемого материала, производство осахаренного сусла может осуществляется классическим настойным способом, а также его различными модификациями, включая приемы из пивоваренной отрасли [3].

Наиболее совершенный механико-ферментативный способ переработки зернового сырья применяют в производстве чистого спирта [4], а разнообразные варианты «холодного затирания» [5] тестируют во всем мире.

Общая продолжительность процесса получения зернового сусла по всем способам составляет не более 4 часов.

Дальнейшее сбраживание неосветленного сусла в сравнении с осветленным позволяет повысить выход спирта. В большинстве случаев это связано с потерями некоторого объема осветленного сусла при разделении неосветленного сусла на фракции.

Сбраживание зернового сусла

На эффективность процесса брожения влияют условия сбраживания (химический состава сусла, концентрация сухих веществ, степень гидролиза полимеров зернового сырья, кислотность и температура среды), используемая раса дрожжей (физиологическое состояние, особенности метаболизма), используемые активаторы брожения и продолжительность процесса.

Вкусовые и ароматические показатели будущего напитка в значительной мере определяются содержанием и составом летучих компонентов сброженного сусла. Суммарное содержание летучих компонентов при применении пивоваренных дрожжей превышает данные показатели в случае использования спиртовых дрожжей.

С другой стороны, общий выход и крепость спирта выше с применением спиртовых дрожжей.

Дистилляция зернового сусла

Дистилляция представляет собой процесс концентрирования этанола с направленным регулированием состава летучих компонентов в продукте.

Органолептика напитка определяется квалификацией персонала, качеством сброженного сусла и количеством сопутствующих спирту примесей, перешедших в конечный продукт в процессе дистилляции.

Различные зерновые напитки имеют разное соотношение сопутствующих спирту примесей в достаточно широком диапазоне концентраций. Условия перехода летучих компонентов в дистиллят зависят от многих факторов.

Предварительный нагрев сброженного сусла

Установлено [8], что в отличие от коньячных дистиллятов, предварительный нагрев сброженного зернового сусла характеризуется повышением потерь спирта и, в зависимости от длительности, снижает органолептические показатели молодого спирта — в аромате появляются уваренные тона и подгоревшей хлебной корки.

Продолжительный нагрев сусла приводит к повышению в несколько раз концентрации фенилэтилового спирта в средней фракции, однако с меньшим содержанием ацетальдегида и этилацетата в головной части погона. Повышение концентрации фурфурола в несколько раз обусловлено прохождением в нагреваемой среде сахароаминной реакции.

Вследствие низкой кислотности зернового сусла интенсификации процессов этерификации не отмечено.

Предположительно, среди компонентов могут присутствовать такие, как гептиловый спирт, который сообщает дистилляту запах и привкус прогорклого масла, а также октиловый и нониловый спирты, ухудшающие его дегустационные показатели.

Оборудование для дистилляции

Производят зерновые спирты из бражки путем простой или многократной дистилляции на аппаратах периодического действия с отделением головной, средней и хвостовой фракций. В промышленности могут применять более экономичные установки непрерывного действия [6].

Аппараты периодической перегонки в большей применяют для производства элитных солодовых напитков в небольших объемах или, напротив, в домашнем кустарном производстве, где повторяемость результатов дистилляции не имеет определяющего значения или носит случайный характер.

Дистилляционные установки непрерывного действия имеют более высокие производительность и степень очистки конечного продукта.

Существенный недостаток колонн непрерывной перегонки — кратковременное воздействие высокой температуры на дистиллируемое сырье, что не позволяет в полной мере проходить процессам новообразования летучих примесей, имеющих место в кубах аппаратов периодического действия.

Помимо наименьших затрат (выхода готового продукта до 97–98 % от абсолютного спирта в бражке), этот способ позволяет получить дистиллят стабильного химического состава, но его органолептические характеристики при этом могут проигрывать из-за обеднения примесными компонентами, формирующими букет напитка.

Скорость перегонки

Медленная дистилляция приводит к дополнительным потерям этилового спирта с головной фракцией. При этом
выход средней фракции по безводному спирту снижается. С другой стороны, увеличение продолжительности дистилляции приводит к снижению содержания этилкарбамата [7], повышению показателей высших спиртов, за счет дезаминирования соответствующих аминокислот, и к перераспределению в их составе в сторону снижения концентрации изоамилола, что положительно отражается на органолептической характеристике напитка.

Чем продолжительнее процесс дистилляции, тем интенсивнее протекают процессы новообразования, и, следовательно, обогащение дистиллята ароматобразующими летучими компонентами: эфирами, альдегидами и другими
карбонильными соединениями.

Кроме того, медленная перегонка способствует получению зернового дистиллята с большим содержанием компонентов энантового эфира за счет этерификации высших жирных кислот (капроновой, каприловой, каприновой) дрожжевой клетки.

Способ дистилляции

Способ дистилляции влияет на крепость фракций и определяет общие потери спирта.

Так, выход фракций при однократной дистилляции на колонных аппаратах характеризуется большим содержанием летучих компонентов и высших спиртов, чем перегонка по схеме двукратной дистилляции. Например, повышение концентрации 1‑пропанола, изобутанола и изоамилола вместе со снижением метанола дает дистиллят, наиболее богатый аромато- и вкусообразующими компонентами при меньшем содержании токсичной примеси — метанола.

Вместе с тем, двойная перегонка дает больше фенилэтилового спирта, фурфурола и ацетона. И если последний компонент ухудшает вкус и запах конечного продукта, то первые два вещества в определенных концентрациях позитивно влияют на оргнолептику дистиллята.

Кроме того, с позиции выделения ацетальдегида, содержание которого может негативно сказаться на органолептических характеристиках дистиллята, двойная перегонка предпочтительнее.