Домашнее винокурение и производство спиртных напитков
Предисловие автора
История производства алкогольных напитков уходит далеко вглубь веков и неразрывно связана с историей самого человечества. Уже в самых древних дошедших до нас письменных источниках, начертанных клинописью на глиняных табличках несколько тысяч лет назад, есть упоминание о напитке сикера, похожем на пиво [13].
Много людей занимается у нас в той или иной мере любительским изготовлением спиртных напитков и виноделием. Это один из самых массовых видов народного творчества. К сожалению, любительские перегонные аппараты часто далеки от совершенства, а любителям не хватает информации в области виноделия и винокурения. К тому же литература по этим вопросам издается небольшими тиражами и потому малодоступна.
Перед вами, уважаемый читатель, книга, в которой сделана попытка кратко, но с достаточной полнотой и по возможности доступно изложить сведения по всей указанной тематике в их взаимосвязи. Насколько удачной она оказалась, не мне судить. Это, однако, не беллетристика, а техническая литература. Возможно, кому-то понадобится вспоминать школьные уроки химии, чтобы досконально во всем разобраться.
По разным причинам я долго откладывал составление этой книги. А начав, наконец, всерьез работать над рукописью, очень скоро понял, что знаний одного человека для охвата такого пласта технологий недостаточно. Пришлось надолго засесть в ГПНТБ – есть в Новосибирске такая библиотека – и пересмотреть горы литературы.
Современная технология производства спирта любителям не подходит. В связи с этим процессы и приемы получения спирта изложены здесь, в основном, по классическому сочинению, в котором собраны знания стародавних винокуров [1]. Очень ценная информация по изготовлению спиртных напитков содержится в прекрасном труде [2]. Сведения по изготовлению спирта и напитков из этих двух источников я, насколько смог, проверил на практике, чтобы адаптировать их к любительским условиям.
Список книг на русском языке по домашнему виноделию довольно большой. Но я посчитал интересным познакомить читателя с некоторыми материалами из малоизвестной у нас работы [15], где помимо других тем рассматривается также медоварение.
Важным подспорьем для любителя могут стать приведенные в первой части книги формулы расчетов, которые приходится производить в процессе изготовления спирта и напитков. Выполняя несложные вычисления вместо того, чтобы действовать на глазок, любитель сможет быстро и, что важно, без многократных проб получать нужные результаты. Применение формул в ряде случаев показано на примерах.
Особо стоит раздел спиртометрии. Я не мог воспользоваться официальными спиртометрическими таблицами, так как их перепечатка запрещена. Поэтому мне пришлось привлечь соответствующие данные, главным образом, из [10], [9], а также из других открытых источников. Недостающие величины были получены расчетом, а явно ошибочные цифры я уточнил интерполяцией. В любом случае числовые данные в таблицах предназначены только для ориентирования любителей. Сами таблицы, как и все материалы книги, на использование специалистами в области виноделия, производства спирта и спиртных напитков в их профессиональной деятельности не рассчитаны.
Одна из особенностей монографии [2], помимо квалифицированного изложения и широкого охвата материалов – ее авторы не только дают готовые рецепты, но побуждают специалистов к творчеству. Мне тоже хотелось бы, чтоб мои читатели не просто копировали известные напитки. Конечно, не надо бездумно отказываться от всего, что было создано до нас. Но без исканий не будет и находок. А чтоб найти свой собственный путь, следует сначала изучить опыт предшественников.
Изготовление хороших напитков – это искусство, которое требует немалых усилий, знаний и фантазии. А домашние напитки еще и отражают характер своих авторов.
Это как песни. Каждый поет их по-своему.
Глава 1
Получение спирта и домашнее винокурение
1.1. Спирт – получение и физические свойства
Этиловый спирт (другие названия: винный спирт, этанол) представляет собой прозрачную бесцветную жидкость с легким эфирным запахом, его химическая формула С2Н5ОН. Трудно найти отрасль, где бы не применялся спирт. Существует несколько способов производства спирта, отличающиеся в том числе используемым видом сырья.
Для изготовления напитков используют только спирт, полученный из пищевых продуктов. На эти цели употребляют продукты, содержащие сахар (сахарный тростник, сахарная свекла, виноград и др.) или крахмал (зерно различных культур, картофель).
Разложение сахара на спирт и углекислый газ, которое может происходить в соках или водных растворах сахара под воздействием микроорганизмов, называется спиртовым брожением. Уравнение спиртового брожения при получении спирта из глюкозы (виноградного сахара) предложил в 1810 году французский ученый Гей-Люссак:
С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2.
глюкоза этиловый спирт углекислый газ
Для возбуждения спиртового брожения используются одноклеточные грибы – дрожжи. Во время брожения выделяется тепло.
Сахароза (свекловичный или тростниковый сахар) является дисахаридом. Ее молекула состоит из двух молекул простых сахаров, лишенных одной молекулы воды. При сбраживании сахароза под воздействием ферментов дрожжей сначала разделяется с присоединением воды на два простых сахара – глюкозу и фруктозу. Их молекулы имеют одинаковый химический состав, но разное строение. Затем образование спирта идет по уравнению Гей-Люссака. Уравнение брожения сахарозы имеет следующий вид:
С12Н22О11 + Н2О = С6Н12О6 + С6Н12О6 = 4С2Н5ОН + 4СО2.
сахароза вода глюкоза фруктоза этиловый спирт углекислый газ
По своему химическому строению крахмал является полимером, состоящим из молекул глюкозы, у каждой из которых отнята одна молекула воды. Химическая формула крахмала nС6Н10О5. Сам крахмал дрожжами не сбраживается, для этого необходимо предварительно разделить его на отдельные молекулы и присоединить к ним воду. Этот процесс, который носит название осахаривание, происходит при участии ферментов проросшего зерна – солода. Ферменты солода воздействуют на крахмал, в результате осахаривания из крахмала получается дисахарид мальтоза по уравнению:
2nС6Н10О5 + nН2О = nС12Н22О11
крахмал вода мальтоза
Под воздействием дрожжей мальтоза сбраживается по тому же уравнению, что и сахароза. Разница состоит в том, что при ее разложении образуется только глюкоза.
В уравнениях сбраживания сахаров и крахмала здесь приведены лишь начальные и конечные формулы веществ, участвующих в брожении. На самом деле эти процессы протекают сложнее, с образованием промежуточных и побочных соединений. Мы не будем их рассматривать. Скажем только, что брожение – это способ анаэробного (без воздуха) дыхания дрожжей. Сахар является материалом для дыхания, а образующийся спирт – всего лишь побочный продукт жизнедеятельности дрожжей [4].
Можно вычислить теоретический выход спирта для всех трех приведенных выше уравнений. Так, из 100 г глюкозы (или фруктозы) теоретический выход спирта составляет 51,14 г, или 64,79 мл; из 100 г сахарозы выход спирта равен 53,83 г, или 68,19 мл, а из 100 г крахмала – 56,82 г, или 71,98 мл. Практический выход спирта меньше теоретического. Причин уменьшения выхода спирта много, назовем основные.
1) Неполное осахаривание крахмала при переработке на спирт крахмалистого сырья. Хорошее осахаривание крахмала можно получить, если применять качественный солод, выдерживать в допустимых пределах соотношение между солодом и крахмалосодержащими продуктами, а также соблюдать нужный температурный режим.
2) Недоброд (неполное сбраживание) сахара. Часть сахара остается несброженной даже при его невысокой концентрации в растворе. Уменьшить недоброд можно, если применять качественные дрожжи и соблюдать оптимальные условия брожения.
3) Образование в процессе брожения, помимо спирта и углекислого газа, побочных соединений. Так, в соответствии с числами Пастера, из 100 весовых частей сахара при нормальном брожении образуется примерно 48,4 весовых частей спирта; 46,6 весовых частей углекислого газа; 3,3 части глицерина; 0,6 части янтарной кислоты и 1,2 весовой части других соединений [15]. Как указано в [12], потери сахара в данном случае составляют 2,5 %. Важно отметить, что примеси образуются даже при нормальном течении процесса брожения. При сбраживании различных продуктов образуется свой особый количественный и качественный состав примесей. Примеси влияют на свойства будущих напитков. Но при отклонении от оптимальных условий брожения количество примесей может значительно возрасти – следовательно, уменьшится выход спирта.
Много примесей образуется при переработке на спирт дефектного сырья. Даже на спиртзаводах очистка такого спирта является сложной задачей. В любительских условиях следует вообще отказаться от использования подпорченного зерна, плодов и т. д.
4) Испарение и унос образовавшегося спирта с углекислым газом при брожении. На спиртзаводах для предотвращения уноса применяют специальные ловушки. Для уменьшения уноса спирта в любительских условиях надо поддерживать температуру брожения на нижнем уровне оптимальных значений.
5) Потери спирта при снятии с осадка сбродившего сусла и переливках вина. В домашних условиях спирт из осадков обычно не извлекают, их просто выбрасывают.
6) Неполное извлечение спирта из спиртосодержащей жидкости в процессе перегонки. Однозначного ответа на вопрос о достаточной полноте извлечения спирта не существует, это зависит от ряда обстоятельств. При малой концентрации спирта в жидкости любитель может затратить столько времени и энергии (топлива) на его извлечение и укрепление, что эти затраты намного превысят стоимость полученного спирта.
7) Механические потери спирта (проливы, прилипание к стенкам сосудов и т. п.). Здесь можно лишь напомнить о необходимости быть аккуратным в работе.
По принятым в промышленном виноделии нормативам наброд спирта из 100 г сахарозы составляет 62 мл, а из 100 глюкозы или инвертного сахара – 58,9 мл [7]. Однако в [15] дана цифра наброда – 60 мл спирта из 100 г сахарозы. Думаю, она более верно отражает любительскую практику, и в наших расчетах мы ее и будем применять.
Высокопроцентный спирт сильно поглощает влагу из воздуха, из растительных и животных тканей. Пить спирт в неразбавленном виде не рекомендуется.
Спирт смешивается с водой в любых соотношениях. При этом происходит небольшое сжатие объема смеси (контрактация) и выделяется тепло. Сжатие носит закономерный характер, то есть может быть вычислено.
Некоторые характеристики спирта и воды приведены в таблице 1 – 1.
Таблица 1 – 1
Некоторые физические характеристики этилового спирта и воды
1.2. Спиртометрия
На практике применяют не стопроцентный безводный (абсолютный) спирт, а так называемые водно-спиртовые растворы, другое название – водно-спиртовые смеси. Поэтому существует необходимость в определении их физических свойств. Для этих целей была создана отдельная область измерений, которую назвали спиртометрия.
1.2.1. Определение содержания спирта в растворах
Существует две системы измерения содержания спирта: объемная и весовая.
В объемной системе содержание спирта в водно-спиртовом растворе, или его крепость, выражается в миллилитрах безводного спирта на 100 миллилитров раствора. Другое название этой величины – объемные проценты, обозначение % об.
Если, например, в 100 мл водно-спиртового раствора содержится 40 мл безводного спирта, то, значит, крепость раствора равна 40 % об. Содержания спирта на этикетках спиртных напитков указывается именно в объемных процентах.
По весовой системе количество спирта в водно-спиртовом растворе выражается в граммах спирта на 100 грамм раствора, иначе в весовых процентах, обозначение % вес. Например, запись 33,3 % вес означает, что в 100 г раствора содержится 33,3 г безводного спирта. Термин «крепость» в весовой системе не применяют.
Как известно, плотность жидкости (а значит, и занимаемый объем при неизменной массе) зависит от ее температуры. На этом, кстати, основано применение подкрашенного спирта в термометрах. Но данное свойство создает неудобства при пользовании объемной системой в целях учета спирта. По этой причине в технических расчетах применяется система весовых процентов: вес от температуры не зависит.
На практике содержание спирта в водно-спиртовом растворе определяют не напрямую, а косвенно – по его плотности. С этой целью разработаны специальные таблицы. Для правильного измерения содержания спирта в водно-спиртовом растворе надо, чтобы раствор содержал только воду и этиловый спирт, а его температура была равна 20 °C, на которую рассчитаны таблицы. Заметим, что в данной книге все соответствующие величины также даны для 20 °C, кроме отдельных оговариваемых случаев.
Плотность жидкостей измеряют ареометром (другие названия прибора: плотномер, денсиметр). Принцип действия этого прибора основан на законе Архимеда. Прибор представляет собой трубку, зауженную в верхней части, и напоминает ампулу для лекарства или бутылочку с длинным горлом (рис. 1). Чем больше объем нижней утолщенной части ареометра и чем тоньше его верхняя часть со шкалой для снятия показаний, тем с большей точностью можно вести измерения плотности.
Ареометры градуируются в граммах на миллилитр объема (г/мл). Существуют, однако, ареометры, градуированные непосредственно в объемных процентах спирта, они называются спиртометрами. При их использовании таблицы не нужны.
Измерение плотности выполняется следующим образом. В мерный цилиндр (пробирку) наливают испытуемый раствор и доводят его температуру до 20 °С. Затем ареометр осторожно опускают в налитый раствор. При этом ареометр не должен касаться стенок и дна мерного цилиндра. Отсчет значения плотности производят от верха шкалы ареометра до точки, находящейся на границе погружения ареометра в раствор.
Способ определения концентрации спирта в растворе по его плотности неприменим в тех случаях, когда в растворе помимо спирта и воды содержатся другие ингредиенты (например, сахар), так как они будут влиять на плотность раствора. Поэтому количество спирта, содержащегося в ликере или вине, определяют не в самом напитке, а в отгоне, полученном перегонкой напитка. Делается это так. Из взятой пробы отгоняют весь спирт, а затем в отогнанный спирт добавляют дистиллированную воду до первоначального объема пробы. И уже на этом разведенном отгоне проводят измерения.
Измерив плотность раствора, находят затем содержание спирта с помощью таблиц. Здесь это таблица 1 – 2, в которой приведены основные данные по спиртометрии. Форму таблицы придумал я сам, она имеет некоторые особенности.
Таблица 1 – 2 включает в себя как бы несколько таблиц сразу.
Столбец 4 и столбцы влево от него заключают в себе данные по спиртометрии растворов в системе объемных процентов. При пользовании этой частью таблицы цифры в столбце 4 следует считывать как объемные проценты;
Столбец 4 и столбцы вправо от него содержат данные по спиртометрии растворов и образующихся из них паров в системе весовых процентов. В этой части таблицы цифры в столбце 4 следует считывать как весовые проценты.
Двойное прочтение процентов на первый взгляд кажется неудобным, к нему надо привыкнуть. Зато в одной таблице удалось собрать все наиболее часто используемые данные. Предоставляемые возможности, наглядность и удобство этой таблицы читатель оценит, как только начнет активно ею пользоваться.
В самом начале табл. 1 – 2 (столбец 4 и вправо от него) даются сведения о концентрации спирта в парах при содержании его в жидкости от 0,1 до 1,5 % вес. В столбцах, относящихся к системе объемных процентов, в этом месте данные не приводятся.
Думаю, читатель согласится, что измерение содержания спирта в водно-спиртовых растворах с точностью до 1 % об для домашнего винокурения вполне приемлемо.
Определим требуемую точность измерения плотности для этого случая.
Плотность воды равна 1 г/мл, плотность спирта равна примерно 0,8 г/мл. Разность между этими значениями составляет 1 – 0,8 = 0,2 г/мл. Значит, при изменении крепости спирта на один процент его плотность изменяется в среднем на величину 0,002 г/мл. Учитывая неравномерность (нелинейность) зависимости содержания спирта от плотности раствора, примем требуемую точность измерения плотности равной ± 0,001 г/мл.
По моему опыту, для измерения плотности растворов с такой точностью во всем диапазоне удобно пользоваться не одним, а тремя ареометрами соответственно на пределы 0,76 – 0,84 г/мл; 0,84 – 0,92 г/мл; 0,92 – 1,0 г/мл. При использовании этих ареометров достаточно иметь пробирку (мерный цилиндр) емкостью всего лишь 50 мл.
Забегая вперед, скажем, что для измерения плотности сусла и сахарных растворов понадобятся ареометры на пределы 1,0 – 1,08 г/мл; 1,08 – 1,16 г/мл. Стеклянные ареометры на указанные пределы измерения выпускаются нашей промышленностью. Можно применять и другие ареометры, имеющие точность измерения ± 0,001 г/мл.
Ниже даны примеры определения содержания спирта в растворах.
Пример 1 – 1. Измеренная ареометром плотность водно-спиртового раствора равна 0,947 г/мл. Определить содержание спирта в этом растворе в объемных процентах.
Решение. В таблице 1 – 2 значения плотности даны с точностью до пятого знака после запятой. Для удобства расчета припишем к нашей величине плотности 0,947 г/мл два нуля и получим число 0,94700. По таблице 1 – 2 в столбцах 3 и 4 находим близкую большую по значению плотность 0,94806 для спирта крепостью 40 % об и близкую меньшую 0,94643 для спирта 41 % об. Значит, крепость раствора больше 40 % об и меньше 41 % об. Далее находим разность между числами 0,94806 и 0,94700. Она равна 0,00106. Затем находим разность между числами 0,94700 и 0,94643. Она соответственно равна 0,00057. Число 0,00057 меньше числа 0,00106. Значит, крепость раствора с плотностью 0,94700 ближе к 41 % об, чем к 40 % об. Принимаем крепость данного раствора равной 41 % об. При этом ошибка расчета составила меньше, чем 0,5 % об.
Пример 1 – 2. По значению плотности примера 1 – 1 определить содержание спирта в растворе, выраженное в весовых процентах.
Решение. По таблице 1 – 2 в столбцах 5 и 4 находим близкие большую и меньшую по значению плотности 0,94860 для 33 % вес и 0,94679 для 34 % вес. Затем проводим вычисления аналогично предыдущему примеру, и в результате получим содержаниеспирта в растворе, равное 34 % вес. Эти вычисления вы можете проверить сами.
1.2.2. Весовая и объемная системы – переход из одной в другую
Существуют формулы, в которых отражена связь между двумя системами измерения содержания спирта в водно-спиртовых растворах. Зная плотность раствора и численное значение процентов спирта, соответствующее данной плотности в одной системе, можно определить численное значение процентов спирта в другой системе, не пользуясь таблицей 1 – 2. Ниже даны эти формулы.
Принятые обозначения:
M – численное значение содержания спирта в данном растворе, выраженное в % об;
N – численное значение содержания спирта в этом же растворе, выраженное в % вес;
d (Р) – плотность данного раствора, г/мл;
d (А) – плотность абсолютного (безводного) спирта. Здесь и в дальнейших расчетах она в соответствии с [10] принята равной 0,78934 г/мл.
1.2.3. Определение веса спирта в растворах
Иногда требуется определить количество спирта в растворе, выраженное в единицах веса. Для этого используют уже известный способ определения количества спирта в процентах и на его основе вычисляют вес.
Последовательность определения веса спирта следующая.
1) Определяют плотность водно-спиртового раствора.
2) По плотности раствора определяют с помощью таблицы 1 – 2 процентное содержание спирта в объемной или весовой системе, как было рассмотрено выше.
3) С помощью одной из приведенных формул 3 или 4, выражающих зависимость между процентным содержанием спирта и его весовым содержанием, находят вес спирта в 100 мл раствора.
Формулы для определения весового содержания спирта:
а) для объемныхпроцентов: S сп = M ×d (A). (3)
б) для весовых процентов: S сп = N ×d (P). (4)
Принятые обозначения:
S сп– весовое содержание спирта в водно-спиртовом растворе, г/100 мл;
M–содержание спирта в растворе, выраженное в объемных процентах % об;
N – содержание спирта в растворе, выраженное в весовых процентах % вес;
d (P); d (А) – см. обозначения в формулах 1 и 2.
После определения весового содержания спирта, выраженного в граммах на 100 мл раствора, остается только вычислить вес спирта Gсп, кг,во всем имеющемся объеме спиртового раствора Vсп, л, по формуле:
Gсп = 0,01 Vсп ×Sсп. (5)
Коэффициент 0,01 служит здесь для пересчета величин, выраженных в разных единицах измерения. В данном случае это граммы на 100 миллилитров (Sсп), килограммы (Gсп)и литры (Vсп). Ниже мы также будем сталкиваться в формулах с подобными коэффициентами, но можем и не объяснять их происхождение.
1.2.4. Разведение и укрепление водно-спиртовых растворов
Разводить и укреплять спиртосодержащие жидкости можно только одним способом, а именно добавляя в них нужный компонент. При разведении крепкого спирта в него добавляют воду или слабый спирт, а при укреплении слабого спирта в него добавляют крепкий спирт.
Все формулы в данном разделе рассчитаны на объемную систему учета спирта.
Рассмотрим варианты.
1) Разведение спирта водой
Объем воды для разведения имеющегося объема крепкого спирта до заданной крепости определяется по следующей формуле:
Принятые обозначения:
Vвод – объем воды для разведения, л;
V сп. выс – объем раствора спирта высокой крепости, л;
M выс – содержание спирта в растворе высокой крепости, % об;
M зд – заданная крепость раствора после разведения, % об.
Суммарное количество полученной смеси V см в литрах определяется сложением исходного объема крепкого спирта и добавки воды, то есть:
V см = V сп. выс + V вод. (7)
Если же суммарный объем раствора после разведения Vсм заранее задан, то необходимый объем крепкого спирта Vсп. выс можно вычислить по формуле 8:
Объем добавочной воды V вод определится, как: V вод = V см – V сп. выс.
В приведенных формулах не учитывается сжатие смеси. Ниже мы рассмотрим этот вопрос. Кстати, чтобы не рассчитывать сжатие, на заводах пользуются для смешивания емкостями с разметкой. Делается это так. В емкость вливают известный объем крепкого спирта. Затем туда добавляют при перемешивании расчетное количество воды. Через некоторое время в емкость еще добавляют немного воды до требуемой отметки.
2) Разведение высокопроцентного спирта низкопроцентным спиртом
Расчет соотношения составных частей производится по формуле:
Принятые обозначения:
V сп. низ – объем добавляемого раствора с низким содержанием спирта, л;
Vсп. выс – имеющийся объем крепкого спирта, л;
М выс – крепость высокопроцентного спирта, % об;
М зд – заданная крепость раствора после разведения, % об;
М низ – содержание спирта в низкопроцентном растворе, % об;
Объем полученной смеси V см, л, определится, как:V см = V сп. выс +V сп. низ.
Если же задан суммарный объем смеси V см, то количество требуемого крепкого спирта определится по формуле:
Объем добавляемого слабого спирта определится, как: Vсп. низ =Vсм – Vсп. выс.
Обозначения те же, что и в формуле 9.
3) Укрепление спирта
При известном объеме спирта низкой крепости, требующего укрепления, расчет объема добавляемого крепкого спирта выполняется по формуле:
При заданном суммарном объеме укрепленной смеси необходимое количество крепкого спирта определится по формуле 10. Объем укрепляемого слабого спирта определится, как: Vсп. низ =Vсм – Vсп. выс.
Обозначения те же, что и в формуле 9.
1.2.5. Расчет сжатия водно-спиртовых растворов
Любители сжатие обычно не учитывают. Формула 12 дана для полноты изложения материалов по спиртометрии. Сжатие водно-спиртовых смесей рассчитывается здесь по условию, что в качестве исходных составляющих взяты абсолютный спирт и вода.
Принятые обозначения в формуле 12:
Сж – сжатие раствора, литров на 100 литров ингредиентов. Эта величина показывает, сколько дополнительно потребуется воды, если смешать абсолютный спирт, взятый в объеме V литров, и воду, взятую в объеме равном (100 – V) литров, чтобы после этого реальный объем раствора стал равен 100 л.
М – содержание спирта в полученном водно-спиртовом растворе, % об;
d(P) – плотность полученного водно-спиртового раствора, г/мл;
d(A) – плотность абсолютного спирта; при 20 °С она равна 0,78934 г/мл;
d(W) – плотность воды; при 20 °С она равна 0,99823 г/мл.
Расчет сжатия рассмотрим на примере.
Пример 1 – 3. Необходимо получить 35 литров водно-спиртовой смеси с содержанием спирта 48 % об. Имеется спирт крепостью 80 % об. Рассчитать количество требуемых ингредиентов и величину сжатия.
Решение. 1) Сначала определим по формуле 8 необходимое количество крепкого спирта, подставив в нее наши числа: Vсп. выс= 35 × 48 : 80 = 21 л.
Для получения смеси крепостью 48 % об потребуется, кроме того, 35 – 21 = 14 л воды теоретически, то есть без учета сжатия.
2) Вычислим по формуле 12 сжатие смеси для 21 л спирта крепостью 80 % об. Плотность спирта 80 % об равна 0,85930 г/мл. В расчете на 100 л сжатие равно:
Но у нас не 100 л спирта, а 21л. Для 21 л сжатие равно 2,8232 × 21 : 100 = 0,5929 л.
3) Далее вычислим по формуле 12 сжатие для 35 л смеси крепостью 48 % об
Плотность указанной смеси равна 0,93402 г/мл. В расчете на 100 л сжатие равно:
Для 35 л смеси сжатие соответственно равно: 3,6121 × 35 : 100 = 1,2642 л.
4) Спирт крепостью 80 % об в объеме 21 л уже имеет в своем составе воду для компенсации сжатия в количестве 0,5929 л. Но для 35 л смеси крепостью 48 % об сжатие равно 1,2642 л. Остается добавить в смесь разницу до нужного объема:
1,2642 – 0,5929 = 0,6713 л, или округленно 0,67 литра.
Таким образом, для получения 35 л смеси крепостью 48 % об нужно взять 21 л спирта крепостью 80 % об, 14 л воды теоретически и 0,67 л добавочной воды для компенсации сжатия спирта при его разбавлении от 80 до 48 % об. Всего требуется 21 л спирта крепостью 80 % об и 14,67 л воды.
Как видим, расчет сжатия смесей довольно громоздкий. Чтобы дать представление о количественной стороне этого явления, в столбце 1 таблицы 1 – 2 приведено сжатие при получении 100 л реального объема водно-спиртовых смесей различной крепости.
1.2.6. Контроль процесса перегонки по температуре пара
Существует зависимость между температурой насыщенного водно-спиртового пара и содержанием в нем спирта (таблица 1 – 2, столбцы 7 и 8). Эту зависимость можно использовать для оперативного контроля процесса перегонки без измерения плотности образующегося отгона. Термометр желательно установить вблизи входа пара в спиртовую трубку. К сожалению, такой способ контроля, не очень надежен. Это связано с тем, что температура кипения жидкости, а значит и температура образующего пара, зависит от атмосферного давления. А так как атмосферное давление не остается постоянным, то вслед за ним будет меняться и температура кипения жидкости. Оценить указанную зависимость температуры кипения от атмосферного давления (и связанную с этим погрешность измерения содержания спирта) можно по следующим данным.
Так, температура кипения низкопроцентных водно-спиртовых растворов понижается на 1 °С при снижении атмосферного давления примерно на 22 мм рт. ст., то есть понижается на 0,45 °С при снижении давления на 10 мм рт. ст.
Температура кипения водно-спиртовых растворов, содержащих спирт в количестве порядка 40 % вес, понижается на 1 °С ниже табличного значения при понижении атмосферного давления на 25 мм рт. ст., или на 0,4 °С на каждые 10 мм рт. ст. [2].
Барометры есть не у всех, величину атмосферного давления мы знаем приближенно из сводки погоды, поэтому следует переходить на измерение содержания спирта ареометром, как только температура пара станет приближаться к нужному значению.
1.3. Материалы для изготовления спирта и напитков
1.3.1. Сахаросодержащие продукты
1) Ягоды и фрукты. Можно сказать, что эти ценные продукты на спирт как таковой не перерабатывают. Содержание сахара в ягодах и фруктах, кроме винограда, сравнительно небольшое (см. табл. 1 – 3). Выход спирта соответственно был бы малым, а цена его – высокой. Тем не менее в краях с теплым климатом, где фрукты и ягоды дешевле, чем у нас, их, помимо обычного потребления и выработки вина, в значительной мере используют также для производства водок. Общее название таких водок, в том числе виноградных – бренди. Но есть напитки со своим названием: сливовица – сливовая водка, киршвассер – вишневая водка, кальвадос – водка из яблок, и другие.
2) Сахарная свекла. Сахарная свекла является основным сырьем для производства сахара. В свекле содержится 12 – 20 % сахарозы. Казалось бы, для получения самогона ничего лучше не придумать, чем выращивать свеклу у себя в огороде. Однако процесс извлечения сахара из свеклы на практике довольно сложен, о чем мы скажем ниже.
3) Сахар-сырец и меласса. На спиртзаводах, построенных в районах выращивания сахарной свеклы, в качестве сырья для получения спирта широко используют мелассу. Она представляет собой сироп, в котором содержится около 50 % сахара и большое количество примесей и, в сущности, относится к отходам сахарного производства. На выработку спирта также пускают сахар-сырец, то есть нерафинированный сахар.
1.3.2. Крахмалосодержащие продукты
Любые крахмалосодержащие растения можно переработать на спирт. Крахмал содержится в семенах, клубнях или корнях таких растений. Наиболее употребительны зерновые культуры и картофель.
1) Зерновые культуры. Пшеница и рожь издавна шли у нас на получение водок. Лучшие сорта водок изготавливают именно из этих злаков. В зерне пшеницы в зависимости от сорта может содержаться от 60 % до 70% крахмала, в зерне ржи – до 55 %.
Кукуруза содержит порядка 70 – 72 % крахмала. В смеси с другим зерновыми культурами она широко используется, например, для производства виски в США.
В Китае, Японии и других странах, где выращивают рис, он широко используется для выработки местных водок (например, саке – японский национальный напиток).
В пивоварении особое место занимает ячмень.
Для выработки спирта по старинной технологии, применяемой также в домашнем винокурении, берут не само зерно, а муку мелкого помола. Немолотое зерно используют только для выращивания солода.
Таблица 1 – 2
Свойства водно-спиртовых растворов при атм. давлении 760 мм рт. ст.
2) Картофель. Исходя из содержания крахмала в клубнях (до 20 %) и сбора урожая с гектара, в наших климатических условиях картофель является самым дешевым пищевым сырьем для получения спирта. Однако как материал для водок картофельный спирт уступает хлебному, который высоко ценится наряду с коньячным спиртом. Именно из хлебного спирта изготавливают лучшие сорта водок, в том числе виски. Кроме того, на простых перегонных аппаратах (а других аппаратов у любителей и не встречается) картофельный спирт трудно поддается очистке от примесей.
1.3.3. Солод
Само слово солод древнее: солодкий значит сладкий, солодить – делать сладким.
Обычно на выращивание солода на спиртзаводах употребляют ячмень, рожь, просо и реже пшеницу. При этом рожь и пшеницу рекомендуют смешивать с ячменем. Но в домашних условиях именно пшеница и рожь могут оказаться предпочтительнее, так как они быстрее прорастают и их легче размельчить после проращивания.
Для приготовления солода надо брать зерно очень высокого качества, его всхожесть должна быть не менее 90 – 92 % (подсчитывается на пятый день пробного проращивания). Протравленное зерно употреблять на эти цели не следует.
Солод можно готовить по следующей схеме.
1) Промывка зерна. Цель – очистка зерна от грязи и половы. Промывку производят в подходящей емкости – в ведре, кастрюле, баке. Зерно заливают водой комнатной температуры и перемешивают. Всплывшую полову удаляют, воду осторожно сливают. Операцию повторяют 2 – 3 раза.
2) Замочка. Цель – увлажнение зерна. В сущности, замочка является продолжением промывки и ведется в той же емкости. Во время замочки зерно должно быть полностью покрыто слоем воды. Общее время промывки и замочки зерна не должно превышать получаса. При более длительном нахождении в воде зерно может потерять всхожесть. После замочки воду сливают, а зерно укладывают на проращивание.
3) Проращивание. На спиртзаводах, где используется солод, его проращивание производят на ровных площадках с твердым покрытием, имеющих небольшой уклон для стока излишков воды. Перед укладкой зерна производится очистка, дезинфекция и промывка площадок.
Зерно укладывают слоем около 30 см. С началом процесса прорастания зерно начинает «дышать», то есть поглощать кислород. В нем происходят биологические изменения, при которых выделяется тепло. Чтобы не произошел перегрев зерна, после появления у него корешков толщину слоя уменьшают до 10 см.
Раза два-три в день зерно поливают водой, а чтобы оно не высыхало, его накрывают мокрыми полотенцами. При прорастании зерно периодически перемешивают, переворачивают деревянными лопатами, размельчают сросшиеся куски. Это также ведет к снижению температуры внутри слоя зерна.
Пшеница и рожь прорастают быстрее ячменя, поэтому в случае приготовления солода из смеси культур сначала проращивают один ячмень, а через 3 – 4 дня к нему подмешивают другую культуру. Перед смешиванием производят промывку и замочку добавляемого зерна.
Еще один вариант – выращивание сросшегося солода. Операции все те же самые, только проращиваемое зерно меньше ворошат и, таким образом, дают ему срастись. Слой зерна время от времени переворачивают, чтобы низ стал верхом, и продолжают проращивание. Преимущество этого варианта – уменьшение трудозатрат на ворошение. Однако здесь требуется более тщательный контроль температуры зерна.
Солод считается готовым, когда длина корешков большей части зерен станет примерно вдвое больше длины зерна, а длина зеленых ростков почти сравняется с длиной зерна. На это уходит от 4 до 10 дней в зависимости от условий проращивания, а также от вида культуры. Если готовый, достигший нужной кондиции солод не использовать, то в нем будут продолжаться процессы роста, и спустя несколько дней солод просто потеряет свои свойства осахаривать крахмал. Поэтому его без задержки пускают на производство спирта, либо высушивают горячим воздухом или дымовыми газами для последующего хранения.
Только что выращенный солод имеет название зеленый солод по зеленому цвету ростков. Хороший зеленый солод, выращенный из пшеничного зерна, пахнет свежим огурцом. Из 1 кг зерна получается примерно 1,4 кг зеленого солода. Схема выращивания малых количеств солода принципиально не отличается от приведенной выше.
В зерне при его проращивании образуются биологически активные вещества – ферменты, способные осахаривать крахмал. Но так как они находятся под оболочкой зерна, то солод перед употреблением необходимо размолоть. Для размола малых количеств зеленого солода в домашних условиях можно использовать обычную мясорубку. Зеленый солод перед размалыванием тщательно промывают для удаления микрофлоры. Размолотый зеленый солод сразу же используют для осахаривания крахмала.
Для размалывания большого количества зеленого солода, а также для размалывания сушеного солода потребуется мельница. Иногда для производства спирта зерно размалывают на муку вместе с сушеным солодом, добавляемым в нужных пропорциях, однако здесь возникает противоречие: мука должна быть тонкого помола, а солод размалывать слишком тонко не рекомендуется.
При определении требуемого количества солода любителю следует, очевидно, руководствоваться нормами, принятыми старыми мастерами. В [1] есть указание по соотношению солода к несоложеному зерну в пределах от 1 : 3 до 1 : 7 по весу, а к картофелю от 1 : 10 до 1 : 15 по весу.
Во всех случаях имеется в виду вес сухого зерна, пошедшего на приготовление зеленого солода, а не вес готового солода, полученного из этого зерна.
В проведенных мной опытах хорошее осахаривание было получено при соотношении зеленого солода, выращенного из пшеницы, к пшеничной муке, равном 1 : 4. При уменьшении количества солода результаты осахаривания были хуже.
На спиртзаводах для осахаривания крахмала вместо солода применяют также особые плесневые грибки. Этот способ для любителей из-за его сложности не подходит.
1.3.4. Дрожжи
Существует несколько видов микроорганизмов, разлагающих сахар на спирт и углекислый газ. Для наших целей применяются одноклеточные грибы – дрожжи. Путем отбора из природных так называемых диких дрожжей были выведены культурные расы дрожжей. Все они относятся к роду сахаромицетов. Каждую из этих рас используют по ее «узкой специализации» для изготовления того или другого сорта вина, пива, в спиртовом и хлебопекарном производстве. Так, дрожжи Saccharomyces cerevisiae (читается: сахаромицес церевизие) различных рас используют в спиртовом, дрожжевом производстве и отчасти в пивоварении. Они накапливают спирт до концентрации 13 % об. Применяемые в промышленном виноделии дрожжи Saccharomyces vini (сахаромицес вини) способны сбраживать сахар до накопления спирта 16 % об.
У диких дрожжей эта способность гораздо меньше, они сбраживают сахар лишь до концентрации спирта в растворе около 7 % об [4]. Возможно, эта цифра занижена.
Культурные расы дрожжей по принятой у нас технологии выращивают в специальных лабораториях, откуда их передают на производство в стерильных пробирках.
На заводах эти дрожжи размножают путем многократного пересева и пускают в дело. Затем в процессе сбраживания сусла часть его отбирают, чтобы использовать как закваску для следующей партии сусла. Это так называемое ведение дрожжей.
Не считая природных диких дрожжей, любителям доступны лишь хлебопекарные прессованные дрожжи. Их обычно и применяют для самогона. Предпочтительно брать свежие дрожжи, которые не замораживались в процессе хранения. Они должны легко разламываться, иметь приятный запах, свойственный дрожжам, без каких-либо нехарактерных оттенков и затхлости. Цвет их светло-серый, влажность около 75 %.
Виноделы-любители в своей практике используют чаще всего природные дикие дрожжи, которые всегда присутствуют на кожице плодов и ягод. По своему опыту могу рекомендовать для сбраживания фруктово-ягодного сусла также и прессованные дрожжи. В этом случае можно гарантированно получить наброд спирта до 13 % об.
Для ориентации читателя ниже указано примерное количество прессованных хлебопекарных дрожжей, требуемое для сбраживания различных продуктов.
Мука и зерно на солод, вместе взятые – на 100 кг продуктов 1 кг дрожжей.
Картофель и зерно на солод, вместе взятые – на 100 кг продуктов 500 г дрожжей.
Сахар – на 100 кг сахара 8 кг дрожжей (вариант сбраживания сахара без добавления минеральных питательных веществ для подкормки дрожжей).
Измельченные фрукты и ягоды (мезга) или отжатый фруктовый сок с добавкой сахара – на 100 л мезги или подготовленного сусла от 1 до 2 кг прессованных дрожжей.
Можно применять также сухие дрожжи с влажностью 7,5 – 9 %. По сравнению с прессованными их понадобится меньшее количество. Но их качество требует проверки.
При отсутствии хлебопекарных дрожжей можно приготовить разводку диких дрожжей. Приведем два способа приготовления разводки дрожжей.
Способ летний. Собрать три-четыре стакана зрелых неповрежденных ягод, имеющихся на данный момент – смесь малины, смородины и других. Ягоды очистить, но не мыть, а затем размять. На каждый стакан размятых ягод добавить стакан кипяченой воды и две полных с «верхом» столовых ложки сахара. Сахар можно предварительно растворить в добавляемой воде. Желательно добавить в полученную смесь (ягодное сусло) подкормку для дрожжей в количестве 0,2 – 0,3 г двухзамещенного фосфорнокислого аммония или хлористого аммония в расчете на 1 л сусла.
Затем это ягодное сусло следует поместить в сосуд с гидрозатвором, где должно остаться место для образующейся пены, и поставить в теплое место на несколько дней. В сусле за это время разовьется брожение, это и будет готовая дрожжевая разводка (ее другое название – закваска). Такую разводку можно использовать для изготовления плодово-ягодных вин. Полученной разводки диких дрожжей хватит на сбраживание двадцатикратного количества плодово-ягодного сусла. Хотя на ягодах и фруктах есть дрожжи, применение разводки улучшит процесс брожения.
Но можно продолжить размножение дрожжей. Для этого следует взять 5 кг любых спелых ягод, отобрать порченые, на этот раз помыть, затем размять и смешать их с 5 л воды и 1,5 кг сахара. Желательно внести в сусло минеральную подкормку для дрожжей, как указано выше. Затем следует прокипятить и охладить сусло, после чего добавить в него полученную ранее разводку дрожжей и сбраживать эту смесь в сосуде с гидрозатвором. Через несколько дней, когда в этом увеличенном объеме разовьется бурное брожение, можно считать разводку готовой. Полученной в таком количестве дрожжевой разводки достаточно для сбраживания до 100 л плодово-ягодного сусла или 12 % -го сахарного сиропа. Пастеризация этого сусла (сиропа) не требуется.
Сбраживание сахарного сиропа несколько отличается от сбраживания плодово-ягодного сусла. Так, по [12], при сбраживании сахара следует вносить подкормку для дрожжей в количестве 7,5 г карбамида (мочевины) и 2,5 г ортофосфорной кислоты или диаммонийфосфата на килограмм сахара. А если при этом сбраживание сахара вести прессованными дрожжами, то добавка минералов позволит уменьшить расход дрожжей по сравнению с указанным выше примерно в два раза (до 4 кг на 100 кг сахара).
Способ зимний. Два стакана немытого изюма без косточек пропустить через мясорубку, залить его 0,7 л прокипяченного и охлажденного сахарного сиропа, имеющего концентрацию сахара 120 г/л, и поставить в теплое место на брожение с гидрозатвором.
Отдельно приготовить хлебное сусло из 1 кг (по зерну) зеленого солода и 2 кг муки в соотношении с водой примерно 1 : 3. То есть, на каждый килограмм смеси муки и солода следует добавить 3 л воды. Приготовление хлебного сусла изложено ниже, смотри раздел 1.6. Бродящую закваску изюма влить в сусло с температурой 25 – 30 °С, перемешать. За 2 – 4 дня в сусле разовьется сильное брожение. Это бродящее сусло и есть дрожжевая закваска. Такого количества закваски достаточно для сбраживания не менее 50 л сахарного сиропа с концентрацией сахара 12 %.
Если закваска на хлебном сусле приготавливается специально для сбраживания сахара, то можно даже несколько увеличить в ней количество солода и муки, так как в этих продуктах содержатся вещества, необходимые для питания дрожжей. В самом сахаре они отсутствуют. Можно добавить и минеральную подкормку для дрожжей.
Повторим: и по летнему, и по зимнему способу будет получена разводка диких дрожжей, имеющих слабую сбраживающую способность, поэтому концентрация сахара в сбраживаемом соке (сусле) или сахарном сиропе не должна превышать 120 г/л.
Что касается крахмала, то для расчета концентрации сусла упрощенно можно принять его содержание в зерне равным 60 %, в картофеле 17 %, и при этом считать, что крахмал превращается в сахар в весовом соотношении 1 : 1. Таким образом, в 10 кг муки и солода будет содержаться около 6 кг крахмала, которые превратятся в 6 кг сахара. А добавив воду до общего объема 50 л, из 10 кг муки и солода вместе взятых получим 50 л сусла с концентрацией сахара 12 %, то есть такой, которая подходит для сбраживания разводкой диких дрожжей. Дрожжевой закваски, приготовленной в указанном выше количестве по зимнему способу, как раз и должно хватить на сбраживание этих 50 л хлебного сусла. Указанного количества закваски диких дрожжей достаточно также для сбраживания 35 кг картофеля, из которого следует приготовить сусло в объеме не менее 50 л, чтобы после осахаривания крахмала концентрация сахара в сусле не превышала тех же 12 %.
Кроме приведенных выше, существует еще великое множество народных рецептов получения дрожжей. Например, в сахарный сироп кладут немытый рис, немытое пшено или зерно пшеницы, и т. д. Заметим, что в этом случае используются дрожжи, которые поселились на поверхности зерен, а из крахмала, содержащегося в зерне, спирт получен не будет, и зерно просто будет выброшено без всякой пользы. Лучше уж как источник дрожжей взять воду, в которой промывали пшено или рис перед тем, как варить кашу.
Во всех рассмотренных случаях речь идет о диких дрожжах, имеющих ограничения по сбраживающей способности. И прежде чем применять дикие дрожжи для сбраживания большого количества сырья, их надо проверить на малом объеме сусла.
Способами, которые были описаны для получения разводки диких дрожжей, в принципе, можно воспользоваться и для размножения хлебопекарных прессованных дрожжей, а также сухих дрожжей, если в распоряжении любителя окажется лишь малое их количество. В этом случае уже самое первое сусло надо стерилизовать.
За рубежом в виноделии применяют активные сухие дрожжи (АСД) в виде порошка или гранул в герметической упаковке. Считается, что их применение удобнее, чем практикуемое у нас сбраживание разводкой чистой культуры дрожжей. В институте виноделия «Магарач» в свое время провели испытания АСД. В опытных белых винах было получено, в частности, более высокое содержание глицерина и, кроме того, меньше альдегидов и высших спиртов по сравнению с контрольными винами [3].
Для реактивации сухие дрожжи вносят в сусло, подогретое до температуры 37 °C, и через 30 минут они восстанавливают свои качества. Норма расхода активных сухих дрожжей АСД – от 1 до 1,5 г на 10 л плодово-ягодного сусла.
1.3.5. Вода
К воде, используемой для изготовления спирта и напитков, предъявляются довольно высокие требования. Она должна быть чистой, прозрачной, бесцветной, без каких-либо запахов и привкусов. Вода, используемая непосредственно для изготовления напитков, дополнительно к сказанному должна быть мягкой, то есть содержать малое количество растворенных солей кальция и магния. Обычно используют отстоянную водопроводную воду. Воду с запахом хлора лучше даже прокипятить. В селах, где нет водопровода, естественно, приходится пользоваться колодезной водой.
В каждой местности у воды свой солевой состав, и далеко не всякая вода подходит для напитков. Жесткую воду легко отличить, не проводя химических анализов. В ней плохо намыливается мыло. На дне чайника, в котором кипятится такая вода, быстро образуется накипь. Уменьшить количество солей жесткости в воде можно непродолжительным кипячением. После того, как вода прокипит, ей надо дать отстояться в течение двух-трех суток. За это время выделившиеся соли так называемой временной жесткости осядут на дно. Воду осторожно сливают с осадка и, если она достаточно исправлена, используют по потребности. Для более глубокой очистки воды применяют фильтры, они есть в продаже. Тип фильтра следует подбирать по своим задачам.
При подготовке сусла для получения спирта воду можно не умягчать. В процессе перегонки бражки и при повторных перегонках все соли задержатся в кубовом остатке.
Есть, однако, указания, что при подготовке хлебного сусла для получения виски высокого качества надо использовать мягкую воду [2].
1.4. Подготовка сахара и сахарной свеклы
1.4.1. Подготовка сахара
Подготовка сахара к сбраживанию заключается в приготовлении сиропа. Сахар высыпают в емкость, добавляют в нужном количестве теплую воду и размешивают до полного растворения. При снижении температуры сиропа до 20 – 25 °C в полученный сироп можно внести дрожжи. На спиртзаводах сахар или мелассу разводят до такой концентрации, чтобы получить наброд спирта от 8 до 10 % об. Но для домашнего винокурения по ряду причин желательна более высокая концентрация сахара.
По данным [4], наибольший выход спирта наблюдается при содержании сахара в сиропе, равном 25 %. С повышением этого показателя выход спирта понижается, а при концентрации сахара 30 – 35 % брожение почти приостанавливается.
Но мы будем готовить сироп для сбраживания его прессованными дрожжами (наброд до 13 % спирта). Концентрация сахара должна быть не выше 13 : 0,6 ≈ 21,7 %, или 217 г/л, где коэффициент 0,6 – это принятый нами наброд спирта из сахарозы, мл/г. Такой сироп можно получить, если 1 кг сахара растворить в 3.9 л воды. Для приготовления 100 л сиропа понадобится 21,7 кг сахара и 100 – (21,7 : 1,6) ≈ 86,4 л воды.
1.4.2. Подготовка сахарной свеклы
Когда-то в трудное послевоенное время в свеклосеющих районах для изготовления самогона свеклу мыли, мелко резали и варили с добавлением воды, а потом всю полученную массу сбраживали и однократно перегоняли. Свекла во время перегонки подгорала, и запах получаемого самогона, мягко говоря, оставлял желать лучшего.
Сегодня получение спирта из свеклы в домашних условиях не находит широкого применения. Сок из дробленой сахарной свеклы на прессах отжимается с большим трудом. А большая трудоемкость и энергоемкость процесса извлечения из свеклы сахара способом вымачивания делает ее переработку довольно проблематичной.
Основным промышленным способом извлечения сахара из свеклы в настоящее время является вымачивание. Для этой цели применяют специальные аппараты в виде длинного цилиндра со шнеком. Свежую свеклу моют и разрезают на стружку. Эту стружку непрерывно загружают в аппарат. Там она с помощью шнека перемещается вдоль цилиндра. С противоположной стороны в цилиндр навстречу стружке подают горячую воду. Протекая по цилиндру, вода соприкасается со стружкой, и за счет диффузии обогащается сахаром. Скорости перемещения стружки и воды подбирают таким образом, что на выходе из аппарата свекольная стружка уже практически не содержит сахара, а концентрация сахара в образовавшемся сиропе близка к концентрации его в свежей свекле.
Для любителей подошел бы периодический вариант этого способа. Хотя я не думаю, что кто-нибудь применит его, считаю нужным здесь его изложить.
Внимание! Далее следует описание указанного способа, и если вы не работаете со свеклой, то это место можно не читая пропустить. Переходите к разделу 1.5.
Итак, нарезанную в виде стружки свеклу загрузим в равных количествах в емкости – назовем их баками. Баков должно быть не менее четырех, рассмотрим подробно именно такой вариант. Пронумеруем баки: Б1, Б2, Б3, Б4. Пронумеруем соответственно места, на которых баки стоят в начале процесса: М1, М2, М3, М4.
Процесс вымачивания идет в такой последовательности. Сначала в бак Б1 со свекольной стружкой нальем горячую воду в объеме, равном объему стружки. Через некоторое время содержащийся в стружке сахар за счет диффузии частично перейдет в воду. Для простоты будем считать, что он равномерно распределится по всему объему. Если содержание сахара в свекле было равно, например, 16 %, то во всем объеме бака Б1 оно станет равно 16 : 2 = 8 %. Этот сироп выльем в бак Б2, а в бак Б1 снова нальем горячую воду, как в первый раз. В баке Б2 через какое-то время концентрация сахара в сиропе станет равна (16 + 8) : 2 = 12 %. Выльем этот сироп в бак Б3, из бака Б1 выльем сироп в бак Б2, а в бак Б1 в третий раз нальем горячую воду. Концентрация сиропа в баке Б3 станет равной: (16 + 12) : 2 = 14 %.
Перельем еще раз сироп последовательно из бака в бак, а в бак Б1 в четвертый раз нальем горячую воду. Теперь все четыре бака оказались заполнены сиропом разной концентрации. И после очередной выдержки концентрация сиропа в баке Б4 станет равна (16 + 14) : 2 = 15 %, то есть близка к содержанию сахара в свежей свекле. Этот насыщенный сироп выльем из бака Б4 в емкость для сбраживания. В бак Б4 выльем сироп из бака Б3, в бак Б3 выльем сироп из бака Б2, в бак Б2 – из бака Б1. В баке Б1 пока осталась вымоченная стружка без воды.
Рассмотрим теперь, как проходил процесс вымачивания в баке Б1. После первой заливки воды содержание сахара в стружке снизилось с 16 % до 16 : 2 = 8 %. После второй заливки воды сахара в стружке останется 8 : 2 = 4 %. После третьей заливки содержание сахара уменьшится еще в два раза и станет равно 4 : 2 = 2 %. Наконец, после четвертой заливки воды сахара в свекольной стружке останется 2 : 2 = 1 %, то есть почти ничего. Такая стружка без сахара называется жом.
А теперь уберем бак Б1 с места М1 и выгрузим из него жом, который пойдет на корм домашним животным. Освободившийся бак Б1 наполним свежей свекольной стружкой. Переместим бак Б2 на освободившееся место М1, бак Б3 поставим на место М2, Б4 на место М3. И на место М4 поставим наполненный свежей стружкой бак Б1. Он пока остался без заливки.
Далее после настаивания сироп из Б4 выльем в Б1, сироп из Б3 выльем в Б4, из Б2 в Б3. Теперь уже в бак Б2, который стоит на месте М1, мы нальем свежую горячую воду. После очередного настаивания насыщенный готовый сироп из Б1 выльем в емкость, куда перед этим вылили сироп из Б4 для охлаждения.
Затем после выдержки сироп из Б4 выльем в Б1, из Б3 в Б4, из Б2 в Б3, а сам Б2 разгрузим, наполним свежей стружкой и, переместив все баки, поставим бак Б2 на последнее место М4, и так далее, пока не будет переработана вся имеющаяся свекла.
Таким образом, каждый бак, как на конвейере, переходит последовательно с места на место. Свежая стружка с последнего места постепенно перемещается на первое, все более обедняясь. А вода перемещается в противоположную сторону с головы в конец процесса, обогащаясь сахаром и превращаясь в насыщенный сироп. Последнее настаивание сиропа происходит в баке со свежей стружкой.
Время настаивания в одном баке порядка одного часа. Оптимальная температура сиропа при настаивании – от 80 до 85 °С. Это значит, что потребуется как-то укутывать баки, чтоб не остывали, а переливаемый из бака в бак сироп всякий раз необходимо будет дополнительно подогревать. Желательно, чтобы количество баков было не четыре, а пять или шесть. Благодаря этому улучшится извлечение сахара из свеклы.
1.5. Подготовка фруктов и ягод
1.5.1. Сбор и хранение фруктов и ягод
Мы отметили выше, что плоды и ягоды, кроме винограда, на спирт не перерабатывают. Но их широко применяют для выработки вин. Количество видов и сортов плодов и ягод, используемых для изготовления вин, довольно большое.
1) Семечковые плоды
Яблоки и груши летних сортов собирают в период съемной зрелости, когда плоды достигнут оптимальных размеров и характерной для данного сорта окраски и будут легко отделяться от веток, но при этом еще не достигнут потребительской зрелости, то есть, будут твердыми и кисловатыми. Айву летних сортов собирают, когда плоды приобретут характерный аромат, а кожица плодов окрасится в лимонный цвет. Полный вкус и аромат всех перечисленных плодов разовьется через 2 – 5 дней хранения.
Осенние сорта яблок, груш, айвы, собранные в период съемной зрелости, достигают потребительской зрелости через 2 – 5 недель хранения, а зимние сорта – через 2 – 5 месяцев хранения.
Все сорта рябины – обыкновенная и черноплодная – созревают дружно, но даже зрелые плоды прочно удерживаются на ветках. Поэтому рябину собирают с плодоножками, которые затем удаляют при очистке плодов. Продолжительность хранения собранной рябины без охлаждения до начала переработки – не более 48 часов.
2) Косточковые плоды
У большинства плодов косточковых культур и ягодников наступление съемной зрелости и потребительской зрелости совпадают.
Абрикосы созревают дружно, а после уборки быстро перезревают. Их перевозка затруднительна. Плоды надо перерабатывать, пока они не размягчились.
Вишни и черешни для потребления и переработки на сок собирают зрелыми.
Допустимое время хранения собранных зрелых абрикосов, черешни, вишни без охлаждения 12 часов, а сливы, терна и алычи – 24 часа.
3) Ягоды
Ягоды для получения сока собирают зрелыми.
Землянику, малину, ежевику, облепиху собирают в корзинки, вмещающие до 2 кг ягод. Малину собирают без плодоножки, а землянику – с плодоножкой и чашечкой. Калину собирают кистями, смородину – отдельными ягодами и кистями. Сбор облепихи ведут с земли и с лестниц-стремянок. В труднодоступных местах веточки, густо усеянные ягодами, приходится даже обламывать, а затем срезать ягоды ножницами.
Допустимый срок хранения собранных ягод без охлаждения:
§ земляники, малины, ежевики, облепихи – 6 часов;
§ смородины, голубики, черники – 12 часов;
§ крыжовника, барбариса – 24 часа;
§ калины, шиповника – 48 часов.
Бруснику и клюкву можно хранить несколько месяцев. Зимой их замораживают.
Химический состав плодов даже внутри одного вида может сильно отличаться (табл. 1 – 3). Это следует учитывать при подготовке соков к сбраживанию.
1.5.2. Извлечение сока из фруктов и ягод
Перед тем, как отжимать сок из плодов и ягод, их надо очистить, обмыть и соответственно обработать, то есть нарушить целостность растительной ткани. Кроме того, крупные плоды следует размельчить. Дадим краткую характеристику этих операций.
Сортировка
Цель сортировки – отделить листья, веточки, механические включения, а также отобрать поврежденные, больные и некондиционные плоды и ягоды.
Мойка
Данная операция служит для удаления с поверхности плодов механических и бактериальных загрязнений, следов ядохимикатов, удобрений и т. п.
Мойку следует проводить в холодной воде питьевого качества.
Семечковые плоды достаточно прочные, отмывать их можно без опасений.
Косточковые плоды желательно мыть под душем, чтобы не повредить кожицу.
Землянику, малину, ежевику, облепиху и другие нежные ягоды не моют, поэтому собирать их надо так, чтобы не загрязнить во время уборки. Это особенно относится к землянике, ягоды которой растут у самой земли.
Очистка
При очистке плодов и ягод удаляют соответственно плодоножки, чашечки, кисти, которые могли бы ухудшить вкус сока и вина. Очистку совмещают с сортировкой.
Измельчение плодов и ягод
Для измельчения сырья в домашних условиях применяют различные овощерезки, секачи, дробилки, вплоть до мясорубки с крупной решеткой. Измельчение должно быть равномерным. Измельченное плодово-ягодное сырье называется мезга.
Семечковые плоды измельчают на кусочки размером 2 – 5 мм. Перезрелые и мягкие плоды измельчают до размеров 6 – 10 мм.
Плоды косточковых культур измельчают на кусочки размером 10 мм. При этом в домашнем виноделии косточки слив принято удалять до сбраживания фруктов. Из вишен косточки обычно не удаляют и лишь следят, чтобы количество раздавленных косточек не превышало 20 % от общего их количества. Дело в том, что в ядрах косточек содержится амигдалин. Из него в результате гидролиза образуется бензальдегид, обладающий приятным запахом горького миндаля. Но одновременно образуется также синильная кислота, которая в большом количестве может стать причиной отравления.
Ягоды измельчают на кусочки размером не более 10 мм. Мелкие ягоды – бруснику, клюкву, голубику, крыжовник, облепиху, черную смородину, чернику, а также виноград – дробить не надо. Их достаточно раздавить до образования трещин на кожице.
Перезрелые ягоды прессуют без раздавливания. Если, например, собранные ягоды оставить на 2 – 3 дня, то за это время они перезреют и станут мягкими. Из них можно будет отжать сок без раздавливания. Это упростит процесс извлечения сока.
Тепловая обработка
При нагревании в плодах и ягодах происходят изменения, которые ведут к увеличению выхода сока. Тепловой обработке подвергают целые плоды или мезгу сливы, вишни, абрикосов, алычи, кизила, рябины, черной смородины, черники.
Сливы загружают в кастрюли, заливают водой и затем нагревают до 80 – 85 °С на 15 – 20 минут до растрескивания кожицы значительной части плодов. Остальные виды плодов и ягод или полученную из них мезгу нагревают до 60 – 70 °С и выдерживают при указанной температуре 10 минут.
Таблица 1 – 3
Химический состав плодов и ягод
Подбраживание мезги
Вместо тепловой обработки можно применить подбраживание мезги. Мезгу загружают в подходящую емкость сразу же после измельчения, вносят дрожжи 10 – 20 % от общего количества, и перемешивают. Спустя 2 – 3 дня сок отжимают, добавляют в него сахар, остальные дрожжи, и ставят полученное сусло на брожение. Можно вести процесс подбраживания на разводке диких дрожжей.
Полученные выжимки вторично настаивают с водой и отжимают, а водную фракцию добавляют в сок (см. Извлечение сока). При этом понизится кислотность сока.
Можно, однако, сразу внести в мезгу весь необходимый для брожения сахар, нормализовать кислотность, добавить дрожжи в полном количестве и подождать, пока не закончится фаза бурного брожения. И лишь после этого жидкую часть сусла отцедить через ткань и поставить на дображивание в бутыли с гидрозатвором.
Извлечение сока
В зависимости от количества перерабатываемой мезги в домашнем виноделии применяют различные приспособления для отжима сока, начиная от полотняных салфеток, мешочных фильтров и бытовых соковыжималок и вплоть до винтовых прессов.
Отделившийся от мезги сок-самотек собирают отдельно. Затем мезгу прессуют.
Отжатый сок смешивают с соком-самотеком, эта смесь называется сок первой фракции. Затем выжимки взрыхляют и перемешивают, добавляя незначительное количество воды, и прессуют еще раз. Если кислотность сока высокая, то выжимки перегружают в емкость, взрыхляют, заливают водой в количестве до 30 % массы мезги и настаивают 10 – 12 часов. Выжимки из вишни, черной смородины, черники и других ягод лучше заливать горячей водой (70 – 80 °С). Затем их прессуют и получают сок второго отжима (другое название – водная фракция). Сок второго отжима смешивают с соком первой фракции. И если добавка водной фракции не снизила кислотность сока в нужной степени, то в сок еще добавляют воду или какой-либо слабокислый сок.
Чтобы не происходило закисание сока, в мезгу вводят сернистый ангидрид в количестве 100 мг на 1 л сока. Вместо газообразного сернистого ангидрида любителям удобнее применять метабисульфит калия (другое название – пиросульфит калия), химическая формула K2S2O5. Его следует брать в два раза больше, чем сернистого ангидрида, то есть 200 мг на литр сока. Все добавляемые в вино химикаты должны быть марки ЧДА (чистый для анализа) или ХЧ (химически чистый).
Извлеченный тем или иным способом сок сразу же направляют на выработку вина либо консервируют, о чем будет сказано ниже.
1.5.3. Нормализация титруемой кислотности сока
В соке и вине содержатся кислоты. Их принято разделять на летучие кислоты, которые при нагревании сока или вина испаряются, и на титруемые кислоты, которые остаются в вине и после нагревания. Титруемые кислоты названы так потому, что их содержание в соке или вине определяется титрованием. Суть титрования заключается в измерении количества щелочи известной концентрации, необходимой для нейтрализации кислоты, оставшейся после нагревания в соке или вине, взятом на анализ. По расходу щелочи определяют содержание кислоты. Далее вместо термина титруемая кислотность мы для краткости будем употреблять слово кислотность.
Обычно столовые вина изготавливают с кислотностью 6 – 8 г/л. Для получения вина с указанной кислотностью в сусле, подготовленном к сбраживанию, кислотность должна быть несколько выше (до 9 г/л), так как количество яблочной кислоты в процессе брожения уменьшается. Кислотность вина уменьшается также после добавки сахара для подслащивания. Это происходит потому, что объем вина за счет добавки сахара увеличивается, а количество кислот остается прежним. Заметим, что крепкие и сладкие вина обычно изготавливают более кислыми, чем столовые.
Многие виды ягод и фруктов содержат в своем составе кислот больше, чем их нужно для вина (табл. 1 – 4). Уменьшить количество кислот в соке фруктов и ягод, в которых преобладает яблочная кислота (а таких большинство) с помощью нейтрализации кислоты щелочью нельзя. При этом образуется водорастворимая соль, что ухудшает вкус и самого сока, и полученного из него вина. Снизить кислотность в этом случае можно, добавив в кислый сок воду. Но лучше добавить другой сок, с более низким содержанием кислот, чтобы будущее вино содержало растворимые вещества фруктов и ягод в нужном количестве. Вино с добавкой воды получается менее качественным.
Если известен объем кислого сока Vвыс и кислотность этого сока К выс, а также кислотность добавляемого слабокислого сока К низ, то объем слабокислого сока Vниз для получения в смеси соков заданной кислотности К зд определится по формуле:
Условные обозначения, принятые в формуле 13, даны ниже.
Вино из фруктов, содержащих кислоты в малом количестве, получается вялым и негармоничным. Для улучшения вкуса в него приходится добавлять лимонную или яблочную кислоту. Однако лучше добавить в этот сок еще до сбраживания какой-то другой подходящий сок, но с высоким содержанием кислот. В данном редком случае объем добавляемого кислого сока определится по формуле:
Условные обозначения в формулах 13 и 14:
Vвыс – объем сока с высокой кислотностью, л;
Vниз – объем сока с низкой кислотностью, л;
К выс – кислотность кислого сока, г/л;
К низ – кислотность слабокислого сока, г/л;
К зд – заданная кислотность смеси соков, г/л.
Общий объем смеси соков будет равен: V см = V выс + V низ.
В случае, когда изготавливается вино из нескольких разных видов соков общим числом п соков, кислотность смеси К см определится по формуле:
Условные обозначения в формуле 15:
V1, V2, … Vп – объем соков, обозначенных индексами 1, 2,… п, литров;
К1, К2,… Кп – кислотность соответствующих соков, г/л;
К см – среднее значение кислотности смеси соков, г/л.
Если окажется, что кислотность смеси соков К см все же выше, чем нужно для вина, то надо в эту смесь добавить воду. Общий объем смеси соков и воды будет:
Условные обозначения в формуле 16:
V рзб – объем разбавленного сока (или разбавленной смеси сков), л;
V сок – объем имеющегося неразбавленного сока (в общем случае – смеси соков), л;
K сок – кислотность неразбавленного сока, г/л;
K зд – заданная кислотность разбавленного сока, г/л.
Иначе исправляют титруемую кислотность в виноградном соке [3]. Во-первых, допустимо смешивать соки с разной кислотностью. Но в этом случае также используют и то обстоятельство, что в данном соке содержится относительно много винной кислоты. А винная кислота может быть осаждена мелом по следующей реакции:
H2C4H4O6 + CaCO3 = CaC4H4O6 + H2O + CO2.
винная кислота мел осадок вода углекислый газ
Мел в виде порошка в количестве, рассчитанном по формуле 17, добавляют до брожения в раскисляемый сок и перемешивают в течение 15 – 20 минут. Он вступает в реакцию с винной кислотой, образующаяся кальциевая соль винной кислоты выпадает в осадок. Осветлившийся сок декантируют. Имеющаяся в виноградном соке яблочная кислота при этом в реакцию не вступает и вся остается в соке. Данный способ уменьшения количества свободной винной кислоты в соке называется мелование.
Таблица 1 – 4
Сахаристость и кислотность неразбавленных соков (средние значения)
Для мелования используется химически осажденный мел марок А, Б, В. Применяют также природный обогащенный мел. Для нейтрализации 1 г кислоты требуется 0,67 г мела. По данному способу допустимо снижать кислотность не более чем на 2 г/л.
По способу осаждения двойной соли из сока удаляют вместе винную и яблочную кислоту. При этом можно снизить кислотность в большей степени, чем указано для мелования. Операции выполняют в следующем порядке.
1) Измеряют объем и кислотность сока, подлежащего раскислению, и принимают величину заданной кислотности (то есть остающейся в сусле после его раскисления).
2) Определяют необходимое количество мела на раскисление сока по формуле:
Условные обозначения в формуле 17:
V сок – объем имеющегося сока, л;
Gмел – вес мела на раскисление имеющегося сока, г;
K сок – кислотность имеющегося сока, г/л;
K зд – заданная кислотность сока, г/л.
3) Делят имеющийся сок на две части – раскисляемую и нераскисляемую.
Объем раскисляемой части сока определяют по следующей формуле:
Условные обозначения в формуле 18: V р.ч. – объем раскисляемой части сока, л.
Остальные обозначения – как в формуле 17.
4) Расчетное количество мела засыпают в емкость, добавляют в нее примерно 10 % объема раскисляемой части сока и перемешивают. Затем добавляют оставшуюся раскисляемую часть сока, и все это повторно перемешивают в течение 15 – 20 минут. В результате образуется двойная соль винной и яблочной кислоты, содержащая вступившие в реакцию с мелом эти кислоты в соотношении 1 : 1. Дают время на осаждение двойной соли, и затем декантируют (снимают с осадка) раскисленную часть сока.
5) Смешивают раскисленную часть сока с нераскисленной. При этом избыток мела вступает в реакцию с винной кислотой, образовавшаяся дополнительно кальциевая соль винной кислоты CaC4H4O6 выпадает в осадок, как при меловании. После выпадения осадка сок декантируют. На этом исправление кислотности сока заканчивается.
Мы рассмотрели варианты нормализации кислотности соков. Однако широкое применение изложенных способов расчета кислотности в любительской практике встречает затруднение. Оно заключается в том, что для получения исходных данных требуется измерять кислотность соков с помощью титрования. А это обычно делают в химической лаборатории, что недоступно большей части виноделов-любителей. Упростить эти измерения и, например, определять кислотность индикаторной бумагой, на мой взгляд, не получится. Этот метод сам по себе недостаточно точен, а в окрашенных средах – например, в красном вине – вообще неприменим. Так что любителям пока что придется измерять кислотность сока и вина только пробуя их на вкус.
1.5.4. Добавление сахара в сок для наброда спирта
В натуральном соке, а тем более в соке, разведенном водой, сахар обычно содержится в количестве, недостаточном для получения вина нужной крепости (табл. 1 – 4).
Принятый в плодово-ягодном виноделии прием увеличения концентрации сахара – это внесение его в сок в сухом виде либо в виде сахарного сиропа, приготавливаемого на воде, которую надо добавить в сок для снижения кислотности. Однако при добавлении каждого килограмма сахара объем сока будет увеличиваться на 0,625 л, а за счет увеличения объема сока соответственно уменьшится его кислотность. И в этом случае, чтобы сохранить кислотность неизменной, на каждый килограмм внесенного сахара надо уменьшить объем добавляемой воды на 0,625 л.
Допустимое отклонение кислотности выпускаемых промышленностью вин составляет ± 1 г/л. Примем это число и для любительского виноделия. Тогда, зная объем неразведенного сока V сок, л, кислотность этого сока К сок, г/л, и задавшись кислотностью разбавленного сока К зд, г/л, объем воды для снижения кислотности сока V вод, л, определим по следующей приближенной формуле, которая учитывает добавку сахара на брожение:
Существует способ расчета количества добавочного сахара Gсах. доб, г. Для его реализации надо знать объем неразведенного сока V сок, л, и плотность сокаd (сок), г/мл, а также задать крепость будущего вина М зд, % об.
Приборов для определения сахаристости у любителей нет. Можно, однако, приближенно определить сахаристость сока по его плотности [7]. Данный способ применим только для соков, не разведенных водой.
Используется следующая эмпирическая формула:
С сок = 2,5 ×1000 [d(сок) – 1]. (20)
Принятые обозначения в формуле 20:
С сок – концентрация сахара в соке, грамм сахара на литр сока;
d (сок) – плотность неразведенного сока, г/мл, с концентрацией сахара С сок.
Заметим, что сахар в фруктах и ягодах содержится, в основном, в виде глюкозы, фруктозы и сахарозы, а частично и в виде крахмала, который при созревании плодов превращается в сахара. Было бы трудно учитывать указанные особенности при расчете количества добавляемого сахара. Мы воспользуемся тем, что наброд спирта из сахарозы и такого же количества глюкозы или фруктозы отличается незначительно (у сахарозы он больше на 5 %), и для простоты расчетов примем, что весь сахар, содержащийся во всех видах плодов и ягод – это сахароза. Ошибка будет допущена нами только в определении наброда спирта из сахаров, содержащихся в самом соке, и она не сильно повлияет на общую ошибку при добавлении сахара для увеличения наброда.
Напомним, что принятый нами наброд спирта в вине из 100 г сахарозы равен 60 мл. С учетом этой цифры суммарное количество сахара Gсах. сум, г, которое потребуется для наброда спирта до крепости М зд, % об, в разбавленном соке, имеющем объем V рзб, л, можно найти по следующей формуле:
Gсах.сум.≈ 16,7 М зд × Vрзб. (21)
По объему неразбавленного сока Vсок, л, и его концентрации С сок, г/л, можно вычислить количество сахара в соке Gсах. сок, г:
Разность последних двух величин это и будет количество добавочного сахара:
При отсутствии у любителей нужных приборов мы не можем гарантировать высокой точности расчета. Но это лучше, чем никакого расчета.