Винокуренное производство

Винокуренное производство. Главная масса спирта выкуривается из крахмалистых материалов, особенно же из картофеля. Винокуренное производство состоит из следующих процессов: запаривания крахмалистых припасов, приготовления солода, затирания запаренных припасов с солодом для получения сладкого затора, расхолаживания затора, приготовление дрожжей, смешения дрожжей с затором, брожения затора для превращения сахара в спирт, отгонки спирта. К винокурению примыкает очистка спирта.

Крахмал превращается в сахар помощью диастаза - энзимы, заключающейся в солоде, т. е. проросшем хлебном зерне - ячмене, ржи и пр. Чтобы поставить зерно в условия прорастания, оно намачивается в деревянных или железных чанах, так, чтобы набрало 40-45% влаги, причем зерно в чанах очищается, а вода меняется. Замачивание ячменя кончается дня в 3. В чанах устраивается дырчатая труба, подводящая воздух, нужный для дыхания зерна. Намоченное зерно располагается грядами на водонепроницаемом полу, на току солодовни для ращения. Так как при ращении требуется приток кислорода и выделяется углекислота, то солодовня вентилируется. Вследствие того, что окислительный процесс ращения развивает тепло, гряды сами нагреваются в средине и испаряют из солода влагу, которая поднимается и садится в верхних слоях гряд; для выравнивания влаги в грядах и охлаждения их, растущее зерно по временам перебрасывают лопатами. Чтобы скопить в солоде возможно более диастаза, т. е. получить сильный солод, нужно в зерне иметь значительный запас белковых тел, из которых происходит диастаз, а ращение вести слабо, но долго. Прежде неправильно готовили короткий солод в 7-8 дней; ныне же ращение длят 16-20 дней, и получается длиннорослый солод. Кроме токового соложения применяется ращение на этажерках в дырчатых ящиках и пневматическое, как в пивоварении. Полученного так длиннорослого зеленого солода расходуется на винокурение в хороших винокурнях 2-2,5% и более от веса перекуриваемого картофеля. Для употребления солод растирается между вальцами возможно мельче.

Пропаривание крахмалистых припасов. Крахмал содержится в картофеле и хлебных зернах в виде зернышек, осахаривание которых диастазом чрезвычайно облегчается, если крахмал поглотит при нагревании воду и превратится в клейстер. Картофель, отмытый от грязи в мойке, нагружается в цилиндро-конический запарник Генца (см. Винокуренные аппараты, таблица 1, фиг. 1) через лаз а доверху, и через трубу D пускается из парового котла пар; он сгущается на холодном картофеле и стекает через кран а внизу в виде воды, которая таким образом не попадет в затор и не разжижит его; затем а запирается, пар пускается снизу через D1, и постепенно давление поднимается до 3 атмосфер; через час после начала пропаривания открывается вентиль е ручкой f, и картофель под давлением 3 атм. в парнике с силой устремляется по трубе С; при этом, вследствие быстрого понижения давления до 1 атм., с каждой клеточкой происходит как бы взрыв, и вся клейстерная масса выбрасывается в состоянии тончайшего измельчения. Хлебное зерно - кукуруза, рожь и пр. - содержит мало воды (14-15%), и потому для варки в генц приливается вода. Запаривание ведется подведением пара вниз запарника при открытом клапане; тогда струя пара перемешивает массу зерна и выходит из b. Прикрывая b, постепенно поднимают в генце давление и часа через два после начала пропаривания, при 3 ½ - 4 атм. давления, выдувают массу из генца. Для зерна чаще применяется конический запарник.

Осахаривание крахмала (затирание). Под действием диастаза крахмал, присоединяя воду, превращается в солодовый сахар - мальтозу и в декстрин; эта реакция осахаривания в наивыгоднейшем случае дает из крахмала 79% мальтозы и 21% декстрина; дальше она не идет, т. к. устанавливается равновесие. Из полученного только мальтоза способна сбраживаться винокуренными дрожжами. Если, однако, действием дрожжей выводить из сферы реакции мальтозу сбраживанием в спирт, то диастаз вновь начинает действовать на декстрин и превращать его в сахар. Поэтому важно не убить диастаз во время затирания высокой температурой. Диастаз действует лучше всего около 55°С; но важно по возможности убить микроорганизмы затора, чтобы брожение дрожжами потом шло чище; если нагревать при 60-63°С, то можно получить стерильный в техническом смысле затор; при этих градусах оклейстеровывается также крахмал солода и затем быстро осахаривается, что же касается диастаза, то при 60-63° в слабых сахарных растворах он сильно страдает, а в богатых сахаром почти не ослабевает. На этом основании с начала затирания и большую часть времени его в заторе держится 50-55°С, чтобы получить возможно больший выход мальтозы из крахмала, под конец же, когда образовалось уже много сахара в заторе, его нагревают до 60-61° и даже до 63°, чтобы ослабить микробы.

В заторный чан (см. Винокуренные аппараты, таблица 1, фиг. 2) вносится сначала часть солода с небольшим количеством воды и пускается в ход мешалка, винтовая (2) или крыльчатая (5), которая разбалтывает солод в молоко. Затем в окружающий заторный чан змеевик (2) или в двойные стенки (5) пускают холодную воду и, открыв вентиль Генца, выдувают запаренный припас, который тотчас же бросается мешалкой на холодильник и не дает ему ошпарить солода. Выдувка Генца регулируется так, чтобы термометр показывал в заторе 50-55°С; когда чан наполнится до 1/3, прибавляют вторую порцию солода, а по наполнении до 2/3 - третью. Затем выдувку усиливают и поднимают t до 60-61°. Выдувание 200 пудов картофеля длится 45-50 мин. В заторном чану, кроме водяного охлаждения, в крышке имеется эксгаустор, который действует направленной вверх по трубе струей пара из котла; она уносит пар, выделяющийся из выдаваемой массы, и тем способствует охлаждению. Продолжая пускать в змеевик холодную воду, охлаждают затор и, когда он охладится до безопасной для дрожжей температуры, приливают их, продолжая работать мешалкой и расхолаживать сладкий затор. На фиг. 4 (таблица 1,Винокуренные аппараты) показаны три генца при одном большом заторном чане.

Винокуренные дрожжи - грибки Saccharomyces cerevisiae, одноклеточные растения яйцеобразной формы, размножающиеся почкованием; они, действуя энзимой-мальтозой, превращают мальтозу в декстрозу (виноградный сахар) и действием энзимы-зимазы сбраживают ее (см. брожение). Ныне применяют для винокуренного производства чистые, т. е. без примеси других микроорганизмов, дрожжи, - культуры берлинского института бродильной промышленности, именно расы II, а также XII и М (последняя - смесь нескольких рас), которые особенно пригодны для винокурения, так как дают много зимазы, размножаются и сбраживают заторы быстро, не боятся высокого содержания спирта в бражке, переносят присутствие больших количеств кислот и не должны давать пенного брожения, от которого много бражки переливается через края чанов и теряется (в этом отношении раса II не безупречна). В дрожжевом отделении винокурни готовятся «дрожжи»; для этого заготовляется затор, более густой по сравнению с главным, ибо богатый сахаром затор дает более чистые дрожжи, потому что развивает более спирта, ядовито действующего на бактерии и другие вредные организмы. Дрожжевой затор готовится из главного затора в количестве 1/10 его с прибавкой солода и нередко дробленой ржи. Затирание здесь идет при 63-65°С не менее 1 часа; после осахаривания затора он охлаждается до 56-58° и заправляется чистой культурой молочнокислой бациллы Bacillus Delbrucki, вырабатывается берлинским институтом, и затор держится при t° 55-50°С, наиболее выгодной для этой бациллы. В течение около 20 часов часть сахара затора превращается бациллой в молочную кислоту, которая делает дрожжи более энергичными, охраняет их, как антисептик, от вредных микробов и, кроме того, во время сквашивания часть белков затора расщепляется, образуя амидные тела, что улучшает питание дрожжей. Вместо заквашивания затора можно прибавлять к нему продажную молочную кислоту, муравьиную, плавиковую, серную. Сквашивание накопляет в заторе 1,6-2° (1° = 0,09 г молочной кислоты в 20 куб. сантиметров затора); от заквашенного затора отбирается часть для закваски следующего затора, а остальное нагревается до 75°, чтобы убить теперь уже ненужные молочнокислые бациллы, и быстро охлаждается; при 30° прибавляются к дрожжевому затору маточные дрожки, отбавленные от предыдущей дрожжевой бражки, и охлаждение продолжается до 12-16°. Дрожжи размножаются и сбраживают сахар, причем температура сама поднимается; ей не дают идти за 27°. Когда сбродит более 3/4 сахара, от бражки отделяется часть в качестве маточных дрожжей, которые хранятся на холоде для заправки в следующий дрожжевой затор, а главная масса дрожжей приливается в заторный чан к главному затору.

Сладкий главный затор сливается в бродильные чаны бродильного (квасильного) отделения завода. Сначала, в период забраживания, дрожжи быстро размножаются, что наилучше идет при 30°С, но начальная температура затора должна быть значительно ниже, для более жидких заторов всего 15-16°, ибо при ней получаются более сильные дрожжи и меньше опасности от бактерий. Затем температура сама поднимается, и ей не надо давать заходить за 27°, для чего пристраиваются в чанах охлаждающие устройства. Развивающаяся в период забраживания углекислота растворяется в жидкости; но с размножением дрожжей она появляется на поверхности жидкости. Когда спирта накопится в бражке около 5%, размножение дрожжей кончается и наступает главное брожение - перебраживание мальтозы затора с сильным выделением пены. Когда большая часть мальтозы сбродит, брожение ослабевает и начинается период дображивания, во время которого декстрин затора осахаривается, как упомянуто выше, оставшимся в полной силе диастазом и сбраживается дрожжами. Важно, чтобы находящиеся в сладком заторе мальтоза и декстрин перебродили вполне. Количество способных к брожению веществ в сладком (профильтрованном) заторе определяется сахарометром Баллинга, каждый градус коего отвечает содержанию 1 грамма сахара в 100 г затора при 17,5°С. Определение баллингом процеженного винокуренного затора показывает содержание в нем «экстракта»; в нем 80-88% составляют мальтоза и декстрин. Чтобы узнать, полно ли прошло осахаривание, прибавляют к фильтрованному затору йодного раствора; он не должен давать ни синего (присутствие неосахаренного крахмала), ни фиолетового, ни красного окрашивания. Зная показание баллинга в сладком заторе, можно приближенно вычислить весь запас приготовленного к брожению сахара. Во время брожения сахар и декстрин выбраживают, следовательно, баллинг постепенно падает, и этим определяется степень выбраживания. Баллинг бражки после брожения не показывает, однако, действительного содержания несбродивших веществ, ибо в бражке присутствует спирт, влияющий своим малым удельным весом на показание баллинга; из разности баллинга сладкого затора и отыгравшей бражки определяется кажущееся сброжение. Если отогнать из литра бражки весь спирт и довести ее водой вновь до литра, то в такой жидкости получим баллингом действительное сброжение. Разность между показаниями баллинга, кажущимся и действительным, достигает при 9 объемных % алкоголя 3,1° баллинга, при 10% 3,4°, при 11% 3,7°, при 12% 4°. Следовательно, бражка, сбродившая с 20° баллинга до 1° баллинга и фильтрат коей содержись 10 об. % алкоголя, содержит в действительности 1+3,4=4,4° баллинга недоброда. Химическое исследование недоброда показывает, есть ли в нем еще способные к брожению вещества.

Перегонка бражки. Спирт из отыгравшей бражки извлекается перегонкой. Алкоголь кипит при 78,4°С, а вода только при 100°; смесь их кипит тем ниже, чем крепче спиртная жидкость. Если бражка содержит, например, 10 об. % спирта, то она закипит при 92,6°, и в парах ее сначала будет содержаться 57,7 об. % спирта. Вследствие того, что при кипении образуются пары, содержащие спирта более, чем сама кипящая жидкость, крепость ее понижается, и когда содержание в ней спирта упадет, например, до 8°, то содержание спирта в выделяющихся парах упадет до 52,3 об. % и т. д., пока не будет отогнан весь спирт. В дистилляте, после его сгущения охлаждением, спирт будет крепче, чем в начальной бражке, а в перегонном сосуде в конце концов останется водянистая жидкость - барда. Прежде для получения крепкого спирта сначала перегоняли бражку, а потом повторяли перегонку погонов несколько раз; ныне ведут ее непрерывно в один раз. На фиг. 6 (Винокуренные аппараты, таблица 2) представлен наиболее типичный из брагоперегонных аппаратов. Бражка подается насосом по трубе S вверх в змеевик конденсатора С, здесь подогревается сгущающимися спиртовыми парами и по продолжению трубы S (s1) вливается в верхнюю часть бражной колонны A; в ней имеется 12 доньев с широкими горловинами в средине, покрытыми колпаками, и с переливными трубками, идущими из одного отделения в другое; бражка наполняет первое дно, переливается через края сливной трубки на второе дно и т. д., при этом она, вследствие нагревания, выделяет весь спирт и внизу колонны по трубе уходит в ящик Е с шаровым поплавком, регулирующим выход барды из аппарата. Труба вводит в нижнее отделение бражной колонны пар из парового котла; он идет через горловину в первом дне, выходит из-под колпака сквозь собравшуюся на этом дне жидкость, кипятит ее и, обогатившись спиртом, поднимается через следующую вверху горловину и т. д., встречая бражку, все более и более богатую спиртом, и, следовательно, все более и более обогащается им. С верхнего дна пары входят снизу в верхнюю часть колонны - ректификатор В, в котором одно над другим лежат 15 сетчатых доньев с переливными трубками. Здесь по доньям стекает сгустившаяся в конденсаторе часть спиртных паров, протекающая по трубе с, т. н. флегма; навстречу флегме, снизу вверх, сквозь отверстия сетчатых доньев идут спиртные пары, обогащающиеся еще спиртом из флегмы, которая попадает затем в бражную колонну. По трубе d спиртные пары идут в цилиндрический кольцевидный конденсатор-холодильник, внутри которого вьется змеевик с холодной бражкой, а с внешних сторон он окружен водой, притекающею из нижнего холодильника D и вытекающей через ki. Сгущающаяся от охлаждения часть спиртных паров по трубе с идет в В, а несгущающаяся по трубе е переходить в цилиндрический с двойной стенкой холодильник D, куда по трубке h притекает холодная вода; здесь пары сгущаются в спирт, который стекает внизу при G. На фиг. 3 (Винокуренные аппараты, таблица 1) представлен старый аппарат Ильгеса, на котором видны введенные в эту систему усовершенствования.

Винокуренные аппараты.

1. Аппарат Генце. А - железный цилиндр; В - коническая часть запарника; С - выпускная труба; DD' - трубы для спускания пара; d - запор для чистки выпускной трубы; e - вентиль для регулирования через посредство ручки f; а - отверстие для наполнения картофелем, b - предохранительный клапан.

2. Аппарат Генчеля; разрез.

3. Брагоперегонный аппарат системы Ильгеса, который при первой перегонке дает высокоградусный спирт в 94%. Бражка пускается из резервуара Е через двухходовой кран с в бражный регулятор F, емкость которого соответствует одночасовому расходу бражки. По наполнению регулятора F кран с поворачивают так, чтобы жидкость из него вытекла в воронку d; поворачивание крана производится помощью шнурков u, u. При полном открытии крана с регулятор F слишком быстро стал бы опорожняться; в виду этого F плотно закрыт и сообщается помощью изогнутой трубки с водяным манометром G; таким образом, выход бражки регулируется доступом воздуха через вентиль w. Стеклянная трубка при манометре G дает всегда возможность видеть уровень жидкости в F. Через воронку d и соединенную с ней изогнутую трубку с шаровым предохранителем, бражка поступает в бражную колонну А, которая свинчена из отдельных частей и внутри содержит ряд воронкообразных колец, над которыми имеются конические насадки такой формы, что бражка все время стекает по наклонным плоскостям. Стеклянная трубка в верхней части колонны указывает уровень бражки в колонне. Пар вступает через кран h. Через широкий канал s собирающаяся в нижней части колонны, совершенно лишенная спирта барда поступает в регулятор для барды В, в верхней части которого поплавок посредством рычага и цепи так устанавливает выпускной кран для барды g, что В и А всегда в нормальной степени наполнены. Труба а ведет пары спирта в лютерную колонну А', над которой находится наполненный фарфоровыми шариками ректификатор С и снабженный системой медных луженых трубок дефлегматор D. Из последнего пары спирта идут в холодильник. Для контроля перегонки сгущают пары отводной трубы и исследуют полученный осадок.

4 и 5. Аппарат Паукша; 5 – разрез.

6. Наиболее типичный брагоперегонный аппарат.

Я. Никитинский.