Биохимические и физико-химические процессы производства игристых вин 9 страница

а также крепости перегоняемой жидкости (табл. 18). Такая же зависимость наблюдается и для Ки примесей.

Для пересчета концентрации летучих веществ, выраженной ъ молярных процентах, в массовые и объемные проценты и обратно используют следу­ющие формулы:

*мол = (*мас: Л*_а) Ю0/[х_мас: М_а + (100 — л; _мас): М_в];

Хмас = ХмолМ_а-100/[х_молМ_а + (100~х_ыол) М_в], " •

где Л1_а и Л1 в — молекулярные массы чистого компонента соответственно А и В, кг/моль;

*мас = ЯобРаДРа #об)>

*об = *масРа*об/Ра>

где р_а — плотность чистого компонента А при 20 °С; х₀б — объемная кон­центрация чистого компонента А при 20 °С.

Из данных табл. 18 следует также, что относительное содер­жание этилового спирта в парах увеличивается по мере сниже­ния спиртуозности жидкости в кубе. Исключение составляет точка С (см. рис. 71), в которой при атмосферном давлении обеспечивается равенство состава пара и жидкости при крепо­сти этилового спирта 89, 41 % мол. (97, 5 % об.).

Поскольку коэффициенты ректификации характеризуют ле­тучесть примесей по сравнению с летучестью этилового спирта, их величины позволяют судить о степени очистки этилового спирта от той или иной примеси. Ориентируясь на них, можно точно определить, при какой спиртуозности этилового спирта летучая примесь носит головной (Кр. п> 1), промежуточный (Л'р. п=1) и хвостовой (/Ср. _п< 1) характер.

Так, например, в условиях перегонки при атмосферном давлении коньяч­ных виноматериалов на спирт-сырец при содержании этилового спирта от 4, 16% мол. (12, 2% об.) до 0, 004%, мол. (0, 03% об.) дистиллят будет час­тично очищен от метилового, Р-фенилэтилового спиртов, уксусной и масляной кислот (Кр. п< 1). Остальные летучие примеси будут головными. При фрак­ционной перегонке спирта-сырца от исходной крепости 11, 53% мол.

(30, 5 % об.) до 0, 004 % мол. (0, 03 % об.) в первоначальный момент сгонки, связанный с отбором головного погона, дистиллят будет обогащаться метило­вым.спиртом (Кр. п=1, 42), уксусным альдегидом (Кр. _п=4, 95), этиловыми' эфирами уксусной и каприновой кислот (Кр. п соответственно равен 7, 79 и 9, 92). В этот же момент сгонки изо-амиловый спирт и этиловый эфир мо­лочной кислоты имеют Кр. п, близкий к единице, т. е. они являются промежу­точными примесями. В дальнейшем по мере снижения спиртуозности перего­няемой жидкости они приобретают ха­рактер головных.

Таким образом, использова­ние коэффициентов испарения и

ректификации примесей дает возможность проводить анализ работы дистилляционных установок и определять в зависимо­сти от спиртуозности перегоняемой жидкости условия накопле­ния летучих веществ в дистиллятах.

При перегонке вина или спирта-сырца наряду с содержа­щимися в них летучими веществами отгоняются также соеди­нения, образовавшиеся в процессе самой перегонки.

Образование летучих соединений при перегонке. Длитель­ное кипячение (8—10 ч) виноматериала или спирта-сырца при перегонке по классической (шарантской) технологии создает благоприятные условия для прохождения сложных реакций, следствием которых является образование новых продуктов. В эти реакции вовлекаются как нелетучие соединения вина (уг­леводы, азотистые, фенольные соединения, нелетучие кислоты и др.), так и летучие. В результате в самом кубе происходит увеличение количества одних составных веществ летучего ком­плекса перегоняемой жидкости за счет новообразования, умень­шение содержания других в результате их превращений, а также появление новых химических соединений. Эти про­дукты частично переходят в дистиллят и оказывают сущест­венное влияние на качество коньячного спирта. Поэтому отсут­ствие условий, обеспечивающих новообразование летучих сое­динений и их переход в дистиллят, делает невозможным получение на некоторых конструкциях дистилляционных аппа­ратов коньячного спирта, равноценного по качеству спирту классического (шарантского) способа перегонки.

В кубе во время кипячения вина происходит образование альдегидов, спиртов, кислот, эфиров, летучих фенолов и других соединений. В зависимости от исходного состава виномЗтериа-лов, содержания в них дрожжевого осадка количества новооб-разующихся веществ могут колебаться в заметных пределах. Так, прирост альдегидов может составить 3—60 %, летучих эфиров — 5—30 %, высших спиртов 0—3 %, летучих кислот 0— 1 %. Образование этих соединений связано со многими процес­сами, среди которых наиболее значимы окислительно-восстано­вительные, реакции меланоидинообразования, этерификации, распада.

Высокая температура вина в кубе, а также наличие кисло­рода создают благоприятные условия для интенсивного прохож-. дения окислительно-восстановительных процес­сов, в которые вовлекаются многие соединения вина.

Так, окисление спиртов, и прежде всего этилового, приводит к образованию альдегидов — уксусного, изобутилового, изо'ами-лового, бензилового, р-фенилэтилового и др. Источником обра­зования альдегидов может быть также окислительное дезами-нирование и последующее декарбоксилирование аминокислот. Возникающие при этом альдегиды содержат на один углерод­ный атом меньше, чем исходная аминокислота.

40»

Дальнейшее окисление альдегидов приводит к образованию соответствующих кислот, которые вовлекаются затем в различ­ные реакции_ч

Реакция меланоидинообразования интенсивно протекает в процессе перегонки. Ее промежуточными продук­тами являются алифатические альдегиды, летучие кислоты, аль­дегиды фуранового ряда и другие продукты. Количество» этих соединений повышается по мере увеличения продолжительно­сти перегонки. Реакция меланоидинообразования проходит более интенсивно в присутствии дрожжей, что влечет накопле­ние больших количеств летучих веществ при дистилляции вина с дрожжевым осадком. Присутствующие в вине пентозы, мётил-пентозы, гексозы обеспечивают появление фурфурола, метил-фурфурола, оксиметилфурфурола, а также фурилкарбинола, фурилакролеина, фуранкарбоновой кислоты.

Реакции этерификации также имеют место при пе­регонке. В наибольших количествах из эфиров при перегонке образуется уксусноэтиловый эфир, меньше накапливается ме-тилацетата, изобутилацетата, изоамилацетата, зтилсукцината, диэтилмалата, этилсалицилата. Большему новообразованию эфиров в кубе способствует более, низкое значение рН вина. Добавление дрожжевых осадков к перегоняемому вину резко увеличивает прирост эфиров в дистилляте. Это связано с пере­ходом в вино из дрожжей высших спиртов, вступающих в даль нейшем в реакции этерификации, а также энантового эфира. Экспериментально установлено, что при дистилляции вина с дрожжами (до 7%) в течение 6—8 ч происходит прирост в дистилляте н-пропанола (29, 4 %), изобутанола (30, 5 %), ак­тивного изоамилола (39, 5 %), неактивного изоамилола (42, 5 %). Помимо спиртов алифатического ряда в дистилляте увеличи­вается содержание терпеновых спиртов — линалоола, а-терпи-неола, ароматических — р-фенилэтанола, бензилового спирта. В винах эти спирты содержатся в небольших количествах. С увеличением продолжительности перегонки количество выс­ших спиртов увеличивается, в особенности высококипящих и труднолетучих. Как правило, их больше в последних пробах дистиллята. Новообразовавшиеся спирты вступают также в ре­акцию этерификации. В дистилляте экспериментально обнару­жены линалилацетат, терпенилацетат, р-фенилэтанолацетат, бензилацетат.

При кипячении виноматериала в кубе проходят гидроли­тические процессы, реакции дегидратации, де-карбоксилирование. В результате имеют место распад углеводов, дегидратация пентоз и гексоз и образование цикли­ческих альдегидов, распад сложных эфиров, ацеталей. Возни­кающие продукты вовлекаются в ходе перегонки в новые реак­ции, образуя летучие вещества.

Таким образом, перегонка вина, являющегося сложной мно- 410

гокомпонентной системой, сопровождается глубокими превра­щениями входящих в его состав компонентов. В результате об­разуются новые продукты, часть из которых может отсутство­вать в исходном вине. Их источником могут быть нелетучие компоненты вина (углеводы, азотистые вещества), претерпе­вающие различные превращения в результате участия в окис­лительно-восстановительных процессах, реакциях меланоидино­образования, дегидратации и др. Образование новых соедине­ний может осуществляться также за счет летучих веществ вина, например при этерификации, окислительных процессах.

Помимо состава вина значительное влияние на образование летучих веществ при перегонке оказывает режим работы ап­парата, в частности продолжительность сгонки. Влияние ре­жима работы аппарата выражается удельной тепловой нагруз­кой на виноматериал (в кДж-ч/дал) q = QxjD, где Q —количе­ство тепла, переданное виноматериалу от теплоносителя, кДж; т — продолжительность теплового воздействия на виномате­риал, ч; D — количество исходного виноматериала, дал.

Для установки шарантского типа удельная тепловая нагрузка на вино-материал равна 72—78 тыс. кДж-ч/дал; на аппаратах непрерывного дейст­вия типа К-5 180—200 кДж-ч/дал, поскольку, задержка виноматери­ала на тарелках аппарата составляет всего 0, 03 ч. Чтобы повысить удель­ную тепловую нагрузку на виноматериал в перегонных аппаратах непрерыв­ного действия до уровня шарантских аппаратов, необходимо установить до­полнительный резервуар (перегреватель). Его вместимость будет определяться производительностью установки, а также температурой нагрева виномате­риала. Так, при температуре кипения и расходе виноматериала 120— 150 дал/ч должна быть обеспечена задержка виноматериала в перегрева­теле до 10 ч. Повышение температуры обработки до 110°С (нагрев при дав­лении 150 кПа) сокращает продолжительность выдержки виноматериала до 4—5 ч и способствует уменьшению вместимости резервуара, в котором такая обработка проводится. Поддерживать температуру 110°С и давление 15 кПа можно за счет установки напорного бака для виноматериала на вы­соте 15 м от перегревателя.

На появление новых продуктов при перегонке оказывает влияние также материал перегонного аппарата. Эксперимен­тально установлено, что ионы меди катализируют ряд химиче­ских реакций, проходящих в кубе, в частности окислительно-восстановительные реакции. Ионы меди играют и другую важную роль. Так, проведенные во Франции исследования пока­зали, что спирт, полученный в кубе из нержавеющей стали или стекла, имеет неприятный запах из-за присутствия ^-в нем жир­ных кислот, переходящих в вино из дрожжей. Медь при ди­стилляции образует с жирными кислотами нерастворимые соли, появляющиеся в дистилляте в конце перегонки в виде частичек масла зеленого или коричневого цвета, легко всплывающих на поверхность спирта-сырца. По составу эти частички представ­ляют собой соли меди с масляной, капроновой, каприловой, лау-риновой кислотами.

Рис. 72. Принципиальные схемы установок по производству коньячного спирта:

а — шарантского типа; б — однократной сгонки; в — К-5; г — К-5м; д — с промежуточ­ным отбором фракции из укрепляющей колонны; е ~ сырцовая брагоректификацион-ная; ж —с эпюрацией крепкого спиртопродукта; з —с раздельным отбором фракций коньячного спирта; / — куб; 2 — шаровой воздушный дефлегматор; 3 — холодильник-конденсатор; 4 — дефлегматор с водяным охлаждением; 5 — перегонная колонна; 6 — конденсатор; 7 — перегреватель; 8 — охладитель перегретого вина; 9 — эпюрационная колонна; В —барда; В — виноматериал; Г — головной погон; Д — дистиллят; С —спирт-сырец; К — коньячный спирт;.К — хвостовая фракция; Я —греющий пар; О —охлаж­дающая вода; Ф — флегма