1. Потребительские свойства этилового спирта.

Этиловый спирт выпускается промышленностью двух типов, пищевой и технический.

Пищевой этиловый спирт (ректификат, этанол, винный спирт) является сырьем для многих производств пищевой промышленности, химии, медицины и других отраслей. В пищевой промышленности этиловый спирт является сырьем для производства ликероводочных изделий, крепленых вин, слабоалкогольных коктейлей и парфюмерных изделий.

Этиловый спирт представляет собой бесцветную жидкость с характерным запахом, жгучим вкусом и легко воспламеняющуюся. Химическая формула спирта С₂Н₅ОН, относительная плотность 0,78927 при 20^оС, температура кипения 78,35^оС, теплота сгорания 26665 кДж\кг. Этиловый спирт очень гигроскопичен и смешивается с водой, эфиром, глицерином, бензином и другими органическими растворителями в любых соотношениях.

Химически чистый этиловый спирт имеет нейтральную реакцию. Спирт, вырабатываемый промышленностью, содержит небольшое количество карбоновых кислот, поэтому реакция его слабокислая.

Спирт и его крепкие (более 40% об.) водные растворы горят бледно-голубым слабо светящим пламенем. Спирт обладает взрывоопасными свойствами в границах от 13,7% к объему воздуха.

Впервые процесс перегонки спирта из вина был получен алхимиками Франции, которые назвали этот продукт «дух вина» что на латыни называется spiritus vini, которые в последствии получил русское название спирт.

Известно, что употребление алкоголя в ненормируемых количествах приводит к наркотическому, а затем и токсическому воздействию на организм человека. Алкоголь губительно воздействует на центральную нервную систему, печень, приводит к изменению в клеточной структуре организма. Высокие дозы алкоголя 7-8 г на 1 кг массы тела может быть смертельны для человека. Относительно безопасным может быть доза 10-20 г чистого алкоголя в день с учетом индивидуальных особенностей организма.

Технический спирт вырабатывают из древесины, тростника, сульфитных щелоков- отходов целлюлозно-бумажного производства его называют гидролизным, а также этиловый спирт синтезируют путем гидратации этилена , такой спирт называется синтетическим.

Промышленностью вырабатывается этиловый спирт – сырец по ГОСТ 131-67, спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья по ГОСТ Р51652-2000, спирт этиловый питьевой 95%-й по ГОСТ 5963-67.

3.6.1 Классификация этилового спирта

В соответствии с требованиями национального стандарта ГОСТ Р 51652-2000 и в зависимости от степени очистки пищевой этиливый ректификованный спирт подразделяют на:

- 1-го сорта ( для приготовления алкогольных напитков не используется);

- высшей очистки;

- «Базис»;

-«Экстра»;

- «Люкс»;

- «Альфа»

3.6.2 Технология производства этилового спирта

Технология производства спирта ректификата состоит из следующих стадий: подготовка крахмалосодержащего сырья, разваривание, осахаривание разваренной массы, подготовка дрожжей, сбраживание осахаренного сусла, перегонка спирта из зрелой бражки и его ректификация.

Характеристика основного и вспомогательного сырья. Для производства спирта используют крахмалосодержащее сырье: все виды зерновых культур, картофель, а также сахаросодержащее сырье: сахарную свеклу,сахарный тростник, сахарную мелассу, сахар-сырец, в редких случаях, плоды, ягоды, продукты их переработки. Крахмалсодержащее сырье в процессе технологии подвергается длительной многоступенчатой подготовке с целью перевода крахмала в сбраживаемые углеводы (моно и дисахариды).

Качество зернового сырья не нормируется, основная его характеристика — содержание крахмала. Чем выше эта величина, тем выше эффективность производства. Однако может перерабатываться и различное дефектное сырье (морозобойное, щуплое, подвергшееся самосогреванию, поврежденное при сушке, заплесневелое и т.д.). При использовании специальных технологических приемов из него можно получить качественный спирт.

Характеристика сырья и его вид также влияют на качество спирта, его органолептические показатели - вкус, цвет, запах.

Качество картофеля для спиртового производства определяется нормативным документом. Эти показатели являются базовыми, вместе с тем при отклонениях качественных характеристик картофеля он может перерабатываться как нестандартный. Важнейшей его характеристикой также является содержание крахмала.

Меласса является отходом сахарного производства с высоким содержанием сухих веществ (74-84 %), до 60 % которых составляет сахароза, непосредственно сбраживаемая дрожжами.

Разваривание крахмалсодержащего сырья. При разваривании происходит подготовка сырья к воздействию на него амилолитических ферментов путем разрушения клеточной структуры и растворения крахмала при высокой температуре. Разваривание крахмалсодержащего сырья осуществляется при непосредственном введении в него водяного насыщенного (острого) пара под давлением не менее 0,4-0,6 МПа. Этот процесс называется также водно-тепловой обработкой сырья. Полное растворение достигается при температуре 130-160° С в зависимости от происхождения крахмала. Небольшая его часть разрушается до продуктов распада крахмала: декстринов, мальтозы, глюкозы.

Другие вещества зерна и картофеля также претерпевают различные изменения, в частности, на качестве спирта отрицательно сказывается разрушение пектиновых веществ с образованием метилового спирта, термический распад сахаров с образованием оксиметилфурфурола и фурфурола; концентрация этих примесей нормируется в готовом продукте.

В настоящее время процесс разваривание проводят периодическим, полунепрерывным или непрерывным способом. При наиболее распространенном непрерывном разваривании замес или картофельная кашка подогревается сначала вторичным, затем острым паром до температуры разваривания и выдерживается при этой температуре, продвигаясь по варочным аппаратам.

Осахаривание разваренной массы. При осахаривании разваренного сырья крахмал с помощью ферментов, вводимых с осахаривающими материалами, гидролизуется до сбраживаемых дрожжами углеводов (глюкозы, мальтозы и т.д.), что является основной целью данной стадии. Для этого разваренную массу сначала охлаждают до температуры, оптимальной для выбранного вида осахаривающей амилазы и способа осахаривания (57- 61°С), а затем смешивают с осахаривающим препаратом - и - амилазы катализируют расщепление гликозидных связей до мальтозы Собственно осахаривание проводится периодически или по непрерывным схемам. Полноту осахаривания проверяют по йодной пробе. Осахаренный затор должен давать желтое окрашивание, а не фиолетовое. Полученное осахаренное сусло имеет массовую долю сухих веществ 16-18%, в том числе 13-15% сбраживаемых сахаров. Затем осахаренную охлаждают в теплообменниках или с помощью вакуума до температуры брожения 18-22°С.

Культивирование спиртовых дрожжей. Для сбраживания сусла применяют дрожжи вида Saccharomyces cerevisiae, так называемые спиртовые дрожжи, которые в начале производственного сезона размножают из чистой культуры, хранящиеся в пробирках. Многоступенчато увеличивая объем питательной среды от пробирки до маточника (500 дм^З), получают засевные дрожжи. Из маточника их передают в дрожжанки, где готовят производственные дрожжи периодическим или полунепрерывным способом на пастеризованном сусле. При устоявшемся режиме работы завода чистую культуру дрожжей не размножают, а в качестве засевных дрожжей используют часть избыточных производственных дрожжей.

Брожение сусла. На стадии брожения основным процессом является сбраживание сахаров с образованием спирта и диоксида углерода. Помимо главных продуктов брожения в заметных количествах накапливаются высшие спирты с числом углеродных атомов в молекуле больше двух, кислоты, альдегиды, эфиры, глицерин и другие примеси. Состав и количество примесей зависит от параметров брожения, вида сырья, расы дрожжей и других факторов. Так, при использовании дефектного сырья накапливаются формальдегид, пропионовый, масляный альдегиды, акролеин, диацетил, придающие спирту жгучий, горький вкус. При инфицировании среды посторонние микроорганизмы превращают сахара в кислоты, что приводит к снижению выхода спирта и ухудшению его качества.

Процесс брожения проводится в закрытых бродильных чанах, дрожжи вводятся в количестве 6-8 % от объема сусла, брожение длится 2-3 сут., образующийся углекислый газ уносит с собой некоторое количество спирта и примесей, которые улавливаются. В разные периоды температура брожения поддерживается на уровне 25-30°С, для чего в бродильных аппаратах установлен змеевик для охлаждения. Брожение проводят периодическим, циклическим или непрерывно-поточным способом.

По окончании процесса зрелую бражку с объемной долей спирта 8-8,5% направляют на брагоректификацию.

Особенности производства спирта из мелассы. Меласса содержит в достаточном количестве сбраживаемые сахара, в основном сахарозу, поэтому процесс производства спирта из нее значительно упрощается. Получение спирта из мелассы включает следующие основные стадии:

приготовление мелассного сусла (рассиропка); культивирование дрожжей; сбраживание мелассного сусла; брагоректификация.

Приготовление мелассного сусла заключается в его антисептировании и разбавлении водой (рассиропливании). При антисептировании в мелассу вносят соляную или серную кислоту для подкисления, хлорную известь как антимикробный агент. При сильном инфицировании исходной мелассы проводят тепловую стерилизацию. Высокая концентрация сухих веществ (75-80 %) мелассе не позволяет сбраживать ее в исходном виде, поэтому мелассу разбавляют водой. Спиртзаводы, перерабатывающие мелассу, работают по одно- или двух поточной схемам. По однопоточной схеме готовят одну рассиропку с массовой долей сухих веществ 21-22 %, на которой размножают дрожжи, и ее же подвергают сбраживанию. По двухпоточной схеме готовят сусло 12-14%-й концентрации для размножения дрожжей, 32-34%-й концентрации для сбраживания. Более низкая концентрация дрожжевого сусла способствует получению активных дрожжей, при соединении их с основным суслом концентрация его устанавливается на уровне 21-22%, оптимальном для брожения. Культивирование дрожжей при переработке мелассы проводится практически так же, как и при получении спирта из зернового и картофельного сырья. Однако в мелассное дрожжевое сусло, как правило, вносят питательные соли (источник азота, фосфора). Размножение чистой культуры производственных дрожжей проводят при аэрации. Сбраживание мелассного сусла протекает при температуре 28-31°С в течение 18-20 ч., так как среда содержит только сбраживаемые углеводы. В зрелой бражке накапливается объемная доля спирта 8-9 %.

Перегонка и ректификация спирта. Перегонкой называется процесс разделения смеси, состоящей из двух или большего числа компонентов, кипящих при разных температурах. Бражка представляет собой многокомпонентную смесь, включающую летучие и нелетучие соединения. Количество летучих примесей составляет в среднем не более 0,5 % от объема спирта, однако число их достигает 70. Если бражку представить как двухкомпонентную смесь легколетучей фракции (спирт с летучими примесями) и труднолетучей фракции (вода с нелетучими компонентами), то разделение этой смеси будет подчиняться законам перегонки. При нагревании летучая фракция будет переходить в паровую фазу и после конденсации отводиться в виде жидкости. Труднолетучая фракция останется в перегонном кубе. В процессе разделения этой двухкомпонентной смеси получают спирт-сырец, содержащий основную массу примесей, и барду. Спирт-сырец имеет концентрацию спирта 88 %, высокую концентрацию примесей. Он не является самостоятельным продуктом, а используется для получения ректификованного спирта на ректификационных аппаратах спиртовых или ликероводочных заводов. Однако теперь спирт-ректификат получают непосредственно из бражки на брагоректификационных установках непрерывного действия, не выделяя спирт-сырец. По химическим свойствам летучие примеси спирта делят на спирты, альдегиды, эфиры, кислоты.

По степени летучести примеси делят на четыре группы: головные, хвостовые, промежуточные и концевые. Головные примеси имеют температуру кипения ниже температуры кипения спирта и испаряются в первую очередь. К ним относят уксусный и масляный альдегиды, акролеин, диэтиловый, уксусно-метиловый, уксусно-этиловый эфиры и др. Хвостовые примеси (уксусная кислота, фурфурол) всегда менее летучи, чем спирт. Промежуточные и концевые примеси имеют характер головных или хвостовых в зависимости от концентрации спирта в смеси. Промежуточные фракции более летучи при низких концентрациях спирта. Основными их представителями являются высшие спирты (изоамиловый, изобутиловый, пропиловый), изовалерианово-изоамиловый, уксусно-изоамиловый эфиры. Концевые примеси имеют большую летучесть при высоких концентрациях спирта. Типичный их представитель — метиловый спирт.

Выделение спирта из бражки и его очистка (ректификация) проводят на брагоректификационных установках, состоящих минимум из трех колонн: бражной, эпюрационой и ректификационной. В бражной колонне пары спирта с примесями отделяют от предварительно освобожденной от углекислого газа и подогретой бражки. В холодильнике водно-спиртовые пары конденсируются и поступают в виде бражного дистиллята крепостью 20-25% в эпюрационную колонну, где дистиллят освобождается от головных и части промежуточных примесей. Вместе с этиловым спиртом эти примеси конденсируются в холодильнике и отводятся как побочный продукт брагоректификации, называемый головной фракцией. Спирт-эпюрат направляется в ректификационную колонну. Здесь происходит отгонка, укрепление спирта и его отбор в верхней части колонны, а также отделение хвостовых, промежуточных примесей (сивушного масла) и дополнительная очистка от головных и концевых примесей. Побочные продукты ректификации (головная фракция, сивушное масло) содержат большое количество этилового спирта, который иногда выделяют с помощью дополнительных эпюрационных колонн.