Використання міді в самогонних апаратах

1. Сірчисті з'єднання. Причини виникнення.
2. цукрові браги
3. зернові браги
4. Плодово-ягідні браги
5. Порівняльний аналіз міді та нержавіючої сталі. Вплив на сірчисті з'єднання
6. хід експерименту
7. Отгонка браги на спирт-сирець
8. Дробная дистиляція
9. сенсорний аналіз
10. Визначення найбільш ефективних мідних ділянок, що впливають на органолептичний профіль продукту

Мистецтво приготування самогону з'явилося ще в далекій давнині. Освічені люди, алхіміки, монахи використовували всілякі підручні засоби для отримання цілющого пиття. Екстрагуючись ефірні масла і супутні компоненти з рослинної сировини, вони навіть не замислювалися про можливе використання апаратів в інших цілях.

Достовірно відомий часовий період початку використання дистиляції спиртових рідин (c IX по XIII століття), але точних даних про першовідкривача процесу не виявлено.

Перше обладнання представляло собою глиняні горщики з приробленими відводами для збору продукту. Надалі самогонні апарати зазнавали різні зміни - особливості конструкції, матеріали, способи нагрівання та охолодження.

Особливий внесок в історію самогонних апаратів внесли араби. В якості основного матеріалу для виготовлення обладнання вони почали застосовувати мідь, в зв'язку з кращими на той момент властивостями: високою теплопровідністю, корозійну стійкість, доступністю, пластичністю при механічній обробці.

На довгий період часу необхідність пошуку інших конструкційних матеріалів відпала, поки не з'явилася нержавіюча сталь. Широке поширення в харчових апаратах вона отримала завдяки відмінним характеристикам: більш високої корозійної стійкості, інертності до харчових продуктів, в тому числі спиртовмісним, стійкості до миючих засобів і відносній дешевизні. Так обладнання з нержавіючої сталі почало витісняти мідні апарати, що спричинило за собою гряду суперечок і розбіжностей серед самогонників. До сих пір частина з них впевнена і стверджує, що мідь робить позитивний хімічний вплив на кінцевий продукт, на відміну від нержавіючої сталі.

Правда це чи вигадка, постараємося розібратися разом з Вами в рамках даної статті.

Сірчисті з'єднання. Причини виникнення.

Основною перевагою міді, на яке посилаються прихильники даного обладнання, є можливість зв'язуватися сірчистих сполук в процесі перегонки. Для розуміння необхідності використання міді в обладнанні, спочатку доцільно з'ясувати джерела цих речовин і їх вплив на органолептичний профіль напою.

З метою більш детального аналізу, розглянемо найпоширеніші види браг: цукрові, зернові та плодово-ягідні.

цукрові браги

До складу цукрової браги входять вода, цукор, дріжджі і живильні компоненти.

Вода Джерелом сірки у воді можуть служити іони сульфатів, які обумовлюють жорсткість води. У питній воді (для браги) їх кількість мінімально, в межах від 0 до 10 мг / л.

Цукор Складається на 99,8% з сахарози і 0,2% вологи. Сірчисті з'єднання відсутні.

Дріжджова клітина Точний зміст сірки в дріжджовий клітці неможливо підрахувати, тому що вона входить в різні компоненти клітини у вигляді ферментів і амінокислот.

Поживна сіль Велика кількість мікро- і макроелементів роблять її незамінним джерелом поживних речовин в збідненого середовищі цукрової браги. Найчастіше до складу живильного солі входять: сульфат амонію, діаммоній фосфат, вітамін В1. Всі ці речовини необхідні для побудови клітинної структури дріжджів і активної роботи ферментів.

Склад цукрової браги дає уявлення про значну кількість сірчистих сполук. В результаті життєдіяльності дріжджів, в процесі бродіння, сірковмісні компоненти піддаються хімічним змінам. Велика їх частина перетворюється в сірководень і випаровується, інша може утворювати солі і вступати в реакцію при бродінні і первинної отгонке. Отримувані при цьому сірчисті з'єднання, мають гарну летючість і розчинність в спирті. Ці сірчисті компоненти чинять негативний вплив на органолептиком кінцевого продукту, але виявляють вони себе тільки при розведенні ректифікату або дистиляту водою, до розведення їх вкрай важко вловити (визначити) в спирті (або дистилляте).

Найчастіше самогонники пишуть на форум: «спирт хороший, без запаху, а після розведення в напої з'являються відтінки гуми ...» - це той самий випадок!

У цукрових Брага головним представником сірчистих речовин є s-метілтіоацетат і схожі з ним хімічні сполуки. S-метілтіоацетат утворюється з сірки і метілтіоацетата при температурному впливі (первинної отгонке). Дане утворення пов'язане з руйнуванням дріжджової клітини і вивільненням великої кількості сірчистих речовин. Їх присутність виражається запахом гуми або каучуку, а також медичним або запахом сечовини.

Для скорочення негативного впливу сірчистих сполук в дистилятах з цукрової браги, необхідно:

1. Уникати попадання дріжджового осаду в перегінний куб, що дозволить скоротити освіту s-метілтіоацетата;

2. Вести бродіння при температурах в межах 20-26 ℃ для кращого випаровування сірчистих з'єднання під час інтенсивного бродіння;

3. Використовувати спиртостійкі штами дріжджів, щоб уникнути руйнування дріжджової клітини при бродінні.

зернові браги

До складу зернової браги входять вода, зерно і дріжджі.

На предмет присутності сірковмісних компонентів раніше були проаналізовані вода і дріжджі.

Розглянемо середній хімічний склад компонентів зерна:

1. Крохмаль - 55- 70%
2. Вода - до 15%
3. Білок - 10-20%
4. Некрахмалістие полісахариди - 3-5%
5. Вітаміни та мінеральні речовини - 2,5-3,5%
6. Жири - до 2%

Основними джерелами сірчистих сполук в зерновий брагу є білок, деякі вітаміни і мінеральні речовини, жири та жирні кислоти.

У Табл. 1 представлені сірковмісні компоненти, що негативно позначаються на органолептичних показниках готового продукту.

з'єднання

запах

Освіта

сірководень

тухлі яйця

в процесі бродіння при розкладанні складних сірковмісних сполук

Метіональ

Варена картопля

в процесі затирання при розщепленні серосодержащей амінокислоти (метіоніну)

Метантіол

гнильний

в результаті біохімічного розпаду метіоніну

ДМС (діметилсульфід)

Варені овочі

в процесі затирання

ДМДС (діметілдісульфід) і ДМТС (діметілтрісульфід)

Варена капуста, гума

в результаті біохімічної деградації метіоніну

s-метілтіоацетат

Гума

в процесі першої відгону при температурному впливі з сірки і метілтіоацетата

Всі перераховані вище з'єднання добре розчиняються в спирті і легко переходять в кінцевий продукт, впливаючи на смако-ароматичні властивості.

У технології приготування зернових браг розрізняють 2 основні схеми проведення процесу бродіння - білу і червону. За білою схемою, сбраживается відфільтроване від дробини після затирання сусло. По червоній схемою, бродіння ведеться разом з дробиною.

Основні способи скорочення сірковмісних компонентів в зернових Брага:

1. Уникати попадання дріжджового осаду в перегінний куб, що дозволить скоротити освіту s-метілтіоацетата;
2. Вести бродіння при температурах в межах 20-26 ℃ для кращого випаровування сірчистих з'єднання під час інтенсивного бродіння;
3. Використовувати спеціальні штами дріжджів, щоб уникнути руйнування дріжджової клітини при бродінні;
4. Кип'ятити відфільтроване після затирання сусло протягом 20-30 хвилин з відкритою кришкою - може бути застосовано тільки для білої схеми. Дана операція дозволить скоротити вміст сірчистих сполук (ДМС, ДМДС і ДМТС) в результаті їх випаровування. Після кип'ятіння потрібне швидке охолодження сусла (не більше 20-30 хв), щоб уникнути вторинного освіти цих компонентів;
5. Перед відгонкою брагу необхідно максимально відокремити від дробини та дріжджів;
6. Виключити зараження браги сторонніми мікроорганізмами, дотриманням мікробіологічної чистоти обладнання, а також своєчасної відгонкою.

Плодово-ягідні браги

Основу браги складають вода і плодово-ягідну сировину.

Хімічний склад компонентів плодово-ягідної сировини однаковий, різниться лише процентний вміст. До складу входять такі речовини: вода, вуглеводи, органічні кислоти, фенольні сполуки, азотисті компоненти, макро- і мікроелементи, вітаміни.

При вирощуванні сировини для багатого врожаю та боротьби зі шкідниками часто використовують комплекси мінеральних добрив. Дані підгодівлі і добрива містять джерела сірки, які в більшій частині переходять в сировину. Поряд з добривами, в сировину в якості сірковмісних компонентів виступають деякі амінокислоти (метіонін, цистеїн) і вітаміни.

У зв'язку з високим вмістом органічних кислот в плодово-ягідних Брага, процеси освіти побічних сірчистих продуктів при первинній отгонке протікають з підвищеною силою і навіть невеликий вміст цих компонентів може негативно вплинути на смако-ароматичні властивості готового продукту. Тому процес перегонки браги на спирт-сирець повинен протікати максимально швидко.

Для мінімізації сірчистих сполук в дистилятах з плодово-ягідної браги необхідно:

1. Уникати попадання дріжджового осаду в перегінний куб і тривалого кип'ятіння браги, що дозволить скоротити освіту s-метілтіоацетата;
2. Вести бродіння при температурах в межах 20-26 ℃ для кращого випаровування сірчистих з'єднання під час інтенсивного бродіння;
3. Використовувати спеціальні штами дріжджів, щоб уникнути руйнування дріжджової клітини при бродінні.
4. Підтримувати мікробіологічну чистоту в процесі приготування.

Порівняльний аналіз міді та нержавіючої сталі. Вплив на сірчисті з'єднання

В даний час факт впливу матеріалів перегінного обладнання на кінцевий продукт ще до кінця не вивчений.

Ряд експериментів по впливу обладнання з міді і нержавіючої сталі на кількісний склад сірчистих сполук був проведений групою наукових співробітників Единбурзького дослідного інституту.

У своїй роботі вчені розглянули основні сірковмісні компоненти, які супроводжують продукт на всіх стадіях виробництва: s-метілтіоацетат, ДМС, ДМДС, ДМТС, ММФДС (метил-2-метил-3-фурил дисульфид).

Початкові дослідження були спрямовані на виявлення факту впливу міді по відношенню до сірчистим речовин. Спеціально для проведення досвіду застосовувалися скляні дистилятори. Проводилась первинна перегонка ідентичних зразків браг. Різниця полягала в тому, що в одну з нагріваються колб попередньо була додана мідний дріт.

У подальшому отримані дистиляти аналізували шляхом органолептичного та хімічного (газохроматографічному методом) аналізу на наявність сірчистих сполук. Було встановлено, що зразок, отриманий при отгонке з мідним дротом, містив меншу кількість сірчистих сполук і володів кращими смако-ароматичними властивостями.

Для проведення основного циклу експериментів виготовили кілька лабораторних апаратів з міді і нержавіючої сталі. Метою даної серії дослідів було показати різницю кількості сірчистих сполук в кінцевому продукті при отгонке браги на повністю мідному апараті та встановлення з нержавіючої сталі. А також показати ефективність використання мідних вузлів в різних частинах перегінного апарату (випарний куб, колона, холодильник).

Обсяг лабораторних апаратів склав: 2 літри для відгону браги і 1 літр для дробової (другий) перегонки спирту-сирцю.

Спочатку проводилася отгонка браги на спирт-сирець, потім подрібнена дистиляція. Дослідження щодо змісту сірчистих сполук були спрямовані на порівняння спиртів, отриманих подвійною перегонкою, використовуючи повністю мідні і повністю нержавіючі перегінні апарати.

хід експерименту

Як матеріал для відгону використовувалася солодове брага, приготована по білій схемі. Для чистоти експерименту весь обсяг браги заморожувався і по ходу всього експерименту зберігався при температурі -20 ℃. У міру проведення досвіду, необхідну кількість браги розморожували і проводили дослідження. Кожне дослідження виконувалося мінімум 3 рази, на підставі чого були отримані усереднені значення показників.

Отгонка браги на спирт-сирець

У перегінний апарат заливали 1.65 л збродженого сусла, додавали піногасник і проводили отгонку. Температура в холодильнику підтримувалася на рівні 5 ℃. З кожної відгону було зібрано рівну кількість сирцю обсягом 500 мл і міцністю 50%.

Дробная дистиляція

В апарат заливали 500 мл спирту-сирцю, отриманого на попередньому етапі, проводили дробову отгонку. Температура в холодильнику була 5 ℃. В ході фракційної перегонки відібрали: 25 мл головної фракції, 100 мл тіла (дистиляту) і 160 мл хвостовій фракції.

Далі проводився сенсорний і хімічний аналіз отриманих продуктів.

сенсорний аналіз

Проводився спеціально навченої групою експертів з Шотландського науково-дослідного інституту з великим досвідом проведення дегустацій віскі. Випробування проходили в спеціально підготовленому приміщенні з роздільними кабінками для кожного експерта.

Зразки, розбавлені до фортеці 20% були передані дегустаторам. Їх оцінка проводилася по 3-х бальною шкалою. При сенсорному аналізі порівняння спиртів, отриманих на повністю мідному і повністю нержавіючому обладнанні, використовувалися наступні найбільш важливі терміни для оцінки аромату: гострий, хвостовий, зерновий, трав'яний, квітковий, свіжі фрукти, розчинник, мильний, солодкий, маслянистий, кислий, сірчистий, гнильний , металевий, чистий (без сторонніх запахів). Пізніше сенсорний аналіз проводився для спиртів, отриманих із застосуванням обладнання, де мідь використовувалася тільки в різних секціях.

Сенсорні профілі спиртів, отриманих з використанням повністю мідного і нержавіючого обладнання представлені на Рис. 1.

Аналізуючи сенсорні профілі, можна зробити висновок про позитивний вплив мідного обладнання на скорочення сірчистого запаху та інших специфічних відтінків в органолептиці кінцевого продукту.

Кількісний аналіз сірчистих сполук проводився методом газової хроматографії. Визначалися наступні речовини: s-метілтіоацетат, ДМС, ДМДС, ДМТС, ММФДС. Основу еталонних розчинів становив етанол. Надалі аналізувалися продукти, отримані при відгону.

Кількісний аналіз відомих сірчистих компонентів в спиртах, отриманих на повністю мідному і нержавіючому обладнанні, представлений на Рис.2.

Дані, представлені на графіку, в цілому свідчать про факт скорочення сірчистих сполук в спиртах, виготовлених на мідному обладнанні. Виняток становить ДМС.

В ході експерименту було виявлено ряд невідомих сірковмісних речовин, вплив даних сполук на кінцевих продукт поки не встановлено. Кількісне співвідношення цих компонентів в спиртах, виготовлених на апараті з міді і нержавіючої сталі, проілюстровані на Рис.3.

За даним графіком можна виявити скорочення сірчистих сполук в спиртах, отриманих на мідному обладнанні в порівнянні з нержавіючим, а також зробити припущення про схожість структури нового зв'язку 3 і ДМС.

Визначення найбільш ефективних мідних ділянок, що впливають на органолептичний профіль продукту

Наступний етап дослідження полягав у виявленні найбільш ефективних ділянок апарату для зв'язування сірчистих компонентів. Цей важливий момент з'ясовували для максимально корисного використання мідних конструкцій при проектуванні обладнання з метою зниження вартості апарату, підвищення його якості, а також для прояву позитивних і негативних сторін при взаємодії міді і дистиляту в процесі відгону.

Для визначення найбільш значимих ділянок контакту міді з переганяти продуктом з точки зору впливу на аромат і склад кінцевого спирту, на нержавіючий апарат встановлювалися секції з міді. Основними вузлами апаратів були позначені: випарний куб, дистиляційна колона і холодильник конденсації дистиляту.

Конфігурації розташування мідних частин в нержавіючому апараті S при отгонке на спирт-сирець і дробової дистиляції, яка відповідає номеру зразка S1-S6, представлені в Табл. 2.

номер зразка

застосування апарату

Позиція місця розташування мідної частини в нержавіючому апараті

S

Еталон

Без застосування міді

S1

Отгонка браги на спирт-сирець

випарний куб

S2

Отгонка браги на спирт-сирець

дистиляційна колона

S3

Отгонка браги на спирт-сирець

холодильник

S4

Дробная дистиляція

випарний куб

S5

Дробная дистиляція

дистиляційна колона

S6

Дробная дистиляція

холодильник

Оцінка по виявленню сірчистих і гнильних ароматів проводилася органолептичним методом по 3-х бальною шкалою. Зразки спиртів, отриманих на нержавіючому обладнанні c мідними секціями, оцінювалися на наявність тільки тих ароматів, які були присутні у великій кількості в спирті, приготованому на повністю нержавіючому обладнанні.

Результати смако-ароматичного профілю представлені на Рис. 4.

На підставі АНАЛІЗУ діаграмі, Було встановлен, что в апаратах для Отримання спирту-сирцю найбільшім ефектом по скороченню сірковмісних Речовини володіє дістіляційна колона. На другому місці йде холодильник і найменший вплив щодо зменшення компонентів сірки надає випарний куб.

Отже, для підвищення ефективності видалення сірчистих сполук при отгонке браги на спирт-сирець, необхідно мати дистиляційну колону з максимальною площею контакту спиртових парів і міді (наприклад, мідна колона з мідної РПН).

На апараті для дробової відгону найбільш результативними в скороченні сірчистих сполук виявилися випарний куб і дистиляційна колона, практично ніякого ефекту не дав мідний холодильник.

Незважаючи на ряд позитивних моментів використання мідних частин обладнання, в процесі перегонки із застосуванням даного матеріалу утворюються токсичні речовини - оксиди міді. Ці сполуки небезпечні для організму людини і відкладаються в печінці. У зв'язку з цим, потрібно докласти всіх зусиль, щоб не допустити їх потрапляння в кінцевий продукт.

Небезпечні оксиди міді (оксидна плівка на поверхні деталей апарату) змиваються флегмою і стікають разом з нею в бак в дистилляционной колоні, а також змиваються в кінцевий продукт з холодильника, тому застосування мідного холодильника варто виключити. Взагалі мідь повинна застосовуватися в тих вузлах і елементах, де відбувається підйом спиртної пари, а з точки розвороту спиртної пари вниз на фінальну конденсацію повинна використовуватися тільки нейтральна нержавіюча сталь, інакше всі зусилля по поліпшенню органолептики від використання міді перетворяться в прямої шкоди здоров'ю!

Кілька слів про мідному шоломі, який зазвичай виступає на аламбіках в ролі повітряного охолоджувача. Під час процесу перегонки нагрівається рідина (її легкокипящая фракція) переходить в пар. Перед конденсацією пари проходять через шолом і частково взаємодіють з його мідними стінками. Основна частина спиртових парів «пролітає» повз контактної поверхні шолому без контакту з міддю, тому ефективність даного пристрою досить умовна. Сферична форма шолома також не має ніяких переваг щодо будь-якої іншої конфігурації, крім збільшення площі поверхні без зміни габаритної висоти елемента. Для скорочення сірчистих сполук, що згубно впливають на органолептиком, важлива тільки контактна площа міді і спиртових парів!

Для наочності проведемо порівняльний розрахунок площ поверхні мідної труби висотою 1м, діаметром 76мм і мідної сітки РПН «касета» діаметром 76 мм, висотою 100 мм (для виготовлення однієї касети діаметром 76 мм витрачається рукав РПН довжиною 1 метр).

Розглянемо мідну трубу і порахуємо корисну (внутрішню) площа її поверхні за формулою:

S = π * D * h, де π- число «Пі», D-діаметр труби, h-висота труби.

S = 3,14 * 0,076м * 1м ≈ 0,24м2

Проведемо паралель з мідною сіткою РПН.

РПН виготовляється з мідного нитки діаметром 0.15мм, на 1 метр рукава РПН витрачається 1100 погонних метрів нитки.

Визначимо корисну площу поверхні:

S = π * D * h = 3,14 * 0,00015м * 1100м ≈ 0,52м2.

Таким чином, контактна площа поверхні:

1. Полою труби 76мм довжиною 1метр становить всього - 0,24м2
2. Труби 76мм довжиною 1 метр заповненої всередині мідної РПН - 0,24м2 + 0,52м2 * 10 = 5,44м2 (наповнення труби РПН збільшує контактну площу поверхні в 22 рази).

РПН є більш ефективним матеріалом, ніж порожні мідні шоломи. У разі використання колон з мідної РПН виключається утворення каналів, через які пари можуть пройти без контакту з міддю, на відміну від полого шолома.

На етапі відгону браги на спирт-сирець, щоб максимально позбавиться від сірчистих сполук, рекомендується використовувати насадки з мідної РПН без міні-дефлегматора, який може призвести до надмірного зміцнення продукту і втрати ароматів. Подальшу дробову перегонку можна проводити на колонах з нержавіючої сталі.

Давайте підіб'ємо підсумки щодо використання міді в процесах дистиляції:

1. Форма апарату не впливає на зв'язування сірки міддю;
2. Найважливішим параметром для зниження кількості сірчистих сполук є контактна площа спиртових парів і міді;
3. Мідь не може зв'язати всі сірковмісні речовини. У зв'язку з цим, спочатку використовуйте найпростіші методики щодо скорочення джерел сірчистих компонентів на рівні приготування бражки;
4. Найбільш ефективне зниження сірковмісних компонентів відбувається на етапі відгону браги на спирт-сирець, в подальшому вторинне утворення цих сполук не відбувається. Тому при вторинної перегонці мідь є необов'язковим елементом для ведення процесу. При фракційної перегонці (спирту-сирцю) можна вкладати в випарний куб кілька касет РПН, цього буде достатньо;
5. При первинній отгонке мідь слід використовувати в якості адсорбционного речовини в дистилляционной частини апарату. Мідні ковпачкові тарілки або колони з мідної РПН (регулярна дротова насадка Панченкова) ідеально підійдуть і прекрасно впораються зі своїм завданням.
6. Безумовно не рекомендується використовувати мідь в холодильниках, де відбувається фінальна конденсація спиртної пари (отримання кінцевого продукту). Не ризикуйте своїм здоров'ям. Пам'ятайте, що в цьому випадку токсичні оксиди міді потрапляють в продукт і накопичуються в Ваших органах.

Наприкінці даної статті можна однозначно стверджувати, що використання мідних вузлів в дистиляційному обладнанні сприятливо впливає на смако-ароматичні властивості готового продукту. Завдяки використанню мідних частин перегінного апарату можна істотно знизити небажані аромати (сірчистий, металевий, гумовий і ін.) До порога чутливості, невоспрінімаемого нюхом.