Какой спирт содержится в браге
Всем привет!
Эту статью я готовил очень давно. Посвящена она одной из самых важных тем в производстве алкогольных напитков. Все мы знаем, что головы, хвосты и сивушные масла вредны и портят вкусовые качества самогона. Но что скрывается за этими понятиями? Знаете ли вы, что в готовой браге содержится свыше 70 летучих веществ!? Некоторые из них являются сильнейшими ядами, но при этом имеют приятный цветочный или хлебный аромат.
Эта статья дает информацию, знание и понимание которой позволяет двигаться дальше и совершенствоваться в производстве домашнего алкоголя.
Стоит добавить, что в процессе изучения материалов для данной статьи мой взгляд на такой процесс, как дробная дистилляция, существенно изменился.
Введение
Сразу хочу предупредить, что статья рассчитана на практикующих винокуров. Тем, кто только изучает азы этого интереснейшего увлечения рекомендую для начала ознакомиться со статьями Технология изготовления самогона и Двойная дробная дистилляция.
В этой статье я расскажу из чего состоит брага, какие группы примесей в ней содержатся, от чего они образуются и какие из них самые вредные. А главное, как эти примеси ведут себя в процессе перегонки.
Также приведу очень интересную таблицу, с описанием конкретных примесей и тем, из-за чего они образуются и как влияют на вкус и запах напитка.
Состав зрелой (готовой) браги
Готовая брага состоит из множества различных компонентов, находящихся в трех фазах — жидкой, твердой и газообразной.
- Твердая фаза (4-10% от массы браги) это взвеси дрожжей и частиц исходного сырья, а также не растворенные в жидкости минеральные вещества, сахар, белки, и другие элементы которые остаются в перегонном кубе после дистилляции.
- Газообразная фаза – углекислый газ (СО2), образующийся в результате работы дрожжей. Содержание – 1-1,5 г/л.
- Жидкая фаза – это вода (от 82 до 90 мас.%) и этиловый спирт с летучими примесями (от 5 до 9 мас.%).
Нас, в контексте данной статьи, более всего интересуют эти самые летучие вещества, сопутствующие этиловому спирту. Их в браге насчитывается свыше 70 наименований!
Но, не смотря на такое большое разнообразие, общее их количество всего 0,5-1% от объема этилового спирта. При этом даже столь незначительное содержание примесей заметно влияет на вкус и запах конечного продукта.
На схеме ниже приведен примерный состав готовой браги и примесей спирта.
Летучие компоненты в зрелой браге можно выделить в четыре основные группы: спирты, эфиры, альдегиды и кислоты.
В следующих разделах я рассмотрю каждую группу в отдельности.
Спирты
Являются производными углеводородов, содержащих одну или более гидроксильных групп (ОН). По количеству гидроксильных групп, содержащихся в молекуле, спирты бывают одноатомные (с одной ОН), двухатомные (две ОН), трехатомныме и многоатомныме.
В браге присутствуют одноатомные спирты и лишь один представитель трехатомных — глицерин (является нелетучим).
Одноатомные спирты имеют общую формулу СnH2n+1OH.
По величине n спирты делятся на:
- Низшие — метиловый (метанол) CH3OH; этиловый (этанол) C2H5OH; пропиловый C3H7OH и изопропиловый C₃H₈O.
Почти все низшие спирты имеют ярко выраженный “алкогольный” запах. Хорошо смешиваются с водой в любых пропорциях.
- Средние спирты
Бутиловый, изобутиловый, втор-бутиловый, трет-бутиловый — общая формула C4H9OH. Амиловые — Амиловый, изоамиловый и др. Общая формула С5Н11ОН.
Бутиловые спирты пахнут алкоголем. Трет-бутиловый приятно пахнет камфорой. Изоамиловый сильно пахнет «сивухой»
- Высшие спирты: гексиловый (C6H14O), гептиловый (С7Н15ОН), октиловый (C8H17OH), нониловый (С9Н19ОН) и др.
Спирты являются самой большой группой примесей – от 0,4 до 0,6% от содержания этилового спирта.Спирты с содержанием атомов углерода от С3 до С10 образуют сивушные масла. Маслами их называют, так как они плохо растворяются в воде и имеют маслянистый вид. Основу сивухи составляют изоамиловый (60-90%), изобутиловый (8-27%) и пропиловый (3-20%) спирты.
Все спирты, включая этиловый, являются ядами. Наиболее опасный из перечисленных — метанол. Он токсичнее этилового в 80 раз ! Прием всего 10-15 мл метилового спирта приводит к тяжелым отравлениям, потере зрения и в большинстве случаев к смерти. Содержание метанола в браге зависит от сырья из которого приготовлена брага. Больше всего его в дистиллятах из косточковых плодов — 3-4%. В сахарном же самогоне метиловый спирт отсутствует (вернее он там бывает, но в очень малом количестве).
Также большую опасность представляет изоамиловый спирт. Он плохорастворим в воде, имеет характерный запах “сивухи” и хорошо чувствуется в самогоне. А ведь его больше всего в сивушных маслах!
Более подробно о каждом компоненте и как он влияет на органолептику самогона смотрите в таблице ниже.
Альдегиды
Альдегидами называют продукты окисления спиртов, в молекулах которых присутствует группа COH.
В браге содержатся следующие альдегиды: уксусный (ацетальдегид) С2H4O; пропионовый C3H6O; масляный C4H8O; акролеин C3H4O; кротоновый C4H6O, фурфурол (C5H4O2). При наличии в браге метанола возможно образование муравьиного альдегида (формальдегида) CH2O.
Все альдегиды являются ядами. Самый опасный — фурфурол. Он токсичнее этанола в 80 раз! Причем ГОСТ на спирт-ректификат запрещает наличие фурфурола, при том, что наличие такого опаснейшего яда, как метанола допускает до 0,03%. Приятно пахнет ржаным хлебом. В сахарной браге его нет.Больше всего в браге уксусного альдегида. Независимо от исходного сырья. Он имеет удушливый запах.
Некоторые из альдегидов пахнут неприятно (те, у которых от 1 до 6 атомов углерода), а некоторые (свыше 6 атомов углерода) имеют приятный цветочный аромат.
Альдегиды имеют различную растворимость в воде.
Более подробно о каждом компоненте и как он влияет на органолептику самогона смотрите в таблице ниже.
Кислоты
В браге содержатся летучие карбоновые кислоты. Преобладает уксусная кислота CH3COOH. Также возможно наличие пеларгоновой, каприновой, каприловой и других кислот. Их присутствие зависит от примененного сырья. Кислоты кипят при температуре выше 100 С. По разному растворяються в воде. Большинство кислот отрицательно влияют на органолептические качества самогона — придают неприятный запах и горечь. Уксусная кислота напротив смягчает вкус спирта.
Более подробно о каждом компоненте и как он влияет на органолептику самогона смотрите в таблице ниже.
Эфиры
Возникают при взаимодействии спиртов и кислот. Бывают простыми и сложными. В браге, полученной из любого исходного сырья, в наибольшем количестве присутствует уксусно-этиловый эфир.
Из винных дрожжей при перегонке выделяются энантовые эфиры.
Сложные эфиры появляются не только при брожения и дистилляции, но и вносятся вместе с сырьем из которого готовится сусло. Очень богата этими веществами виноградная брага.
Эфиры имеют приятный цветочный или фруктовый аромат.
Таблица примесей, содержащихся в браге
Ниже привожу таблицу с перечнем основных примесей, сопутствующих этиловому спирту. В ней также указано от чего эти компоненты образовываются и как влияют на органолептику самогона.
Сокращение ПО — порог ощущения. Красным цветом подсвечены строки с элементами отрицательно влияющими на вкусовые свойства дистиллята, зеленым — положительно. Сначала хотел расположить их по мере возрастания температуры кипения, но потом понял, что это бессмысленно. Почему? Читайте следующем разделе.
Таблица увеличится если на нее нажать мышкой.
Продолжение таблицы. Картинка также кликабельна
Головы, хвосты и промежуточные примеси
Принято разделять дистиллят на три фракции — головы, тело и хвосты. Раз вы добрались до этой статьи, значит вам это уже хорошо известно, но я все-таки напомню.
- Головы идут вначале. В основном это эфиры и альдегиды, поэтому головы также называют эфирно-альдегидной фракцией (ЭАФ). Отличаются резким запахом. Довольно распространено мнение, что головы это примеси, имеющие температуру кипения ниже этилового спирта. На самом деле это не так.
- Тело это фракция, состоящая преимущественно из этилового спирта. Собственно то, что мы пьем.
- Хвосты. Идут в конце и имеют неприятный запах.
Если бы все было так просто, то мы бы выливали в раковину все, что идет из куба до температуры кипения этилового спирта, отбирали бы его и останавливали перегонку, когда температура перевалит за 78,15 градусов. Но тут есть два больших НО (второе НО самое большое):
- Все примеси начинают испаряться задолго до своей температуры кипения. Хвостовые фракции присутствуют и в головах и в теле, только в значительно меньших количествах. Например вода в больших количествах присутствует в дистилляте, хотя мы никогда не гоним самогон до 100 градусов в кубе.
- В многокомпонентной смеси температура кипения отдельной примеси отходит на второй план. Главную роль здесь играет коэффициент испарения конкретной примеси. Причем этот коэффициент не постоянен и зависит от концентрации этилового спирта в смеси. Другими словами один и тот же компонент (скажем метиловый спирт) при различных условиях может быть и головной и хвостовой фракцией.
Подведя итог можно сказать, что есть головные фракции, которые всегда идут раньше этанола, например уксусный альдегид. Есть хвостовые, такие как фурфурол. А есть примеси, поведение которых зависит от концентрации спирта в смеси. Эти фракции называются промежуточными.
Хочется отметить, что такое поведение очень неприятно для нас с вами. Получается мы отобрали головы, поменяли приемную емкость и приступили к отбору тела. Через какое-то время крепость спирта-сырца изменилась и какая-то гадость, которая по нашим представлениям в основной своей массе должна пойти в хвостах, вылезает вперед и начинает идти в приемную емкость.
Типичным представителем промежуточных примесей является изоамиловый спирт, являющийся основой сивухи.
Тема эта очень серьезная и заслуживает отдельной статьи. В ближайшее время я ее напишу.
Обновление от 16.07.17: Статья о промежуточных примесях готова.
Выводы
- Состав и количество примесей в браге из разного сырья различен.
- В сахарной браге почти нет таких сильнодействующих ядов, как метанол и фурфурол. Самые опасные здесь ацетальдегиды и изоамилол. В тоже время практически нет компонентов, положительно влияющих на органолептику. Поэтому смело чистим сырец маслом и углем.
- В зерновых и плодово-ягодных брагах присутствуют эфиры, которые и придают напитку высокие вкусовые качества. Такие эфиры надо пропускать в дистиллят при перегонке, при этом не пуская туда вредные и портящие органолептику примеси. Это требует выработки определенного процесса перегонки и навыков, приобретаемых с опытом.
- На состав и количество примесей влияет качество исходного сырья, процесс брожения и перегонки. Это еще раз подтверждает уже устоявшиеся правила — вносим подкормку дрожжам, обеспечиваем оптимальную и постоянную температуру брожения, комфортный гидромодуль. Сахарную брагу перед перегонкой осветляем, желательно бентонитом. Первый перегон проводим как можно быстрее.
- Возможно самый важный вывод — порядок и концентрация выхода некоторых компонентов из браги или спирта-сырца не зависит напрямую от температуры кипения этих примесей, а характеризуется коэффициентом испарения, который зависит от концентрации этилового спирта в смеси. Головные фракции могут идти в хвостах, а хвосты в головах. Причем компонент может менять свое поведение в процессе перегонки по мере испарения этанола.
Заключение
Вот к таким выводам я пришел. Это только вводная статья, которая оставляет больше вопросов, чем ответов.
В дальнейшем я планирую более подробно изучить вопрос с коэффициентом испарения.
Процессы перегонки браги из различного сырья. Конечно приготовление зерновых и плодово-ягодных дистиллятов это своего рода искусство, которому научить невозможно. Но какие-то общие рекомендации выработать думаю можно. Точнее они наверняка уже есть — профильной литературы выпущено огромное множество и на форумах очень много полезной, хоть и разрозненной информации. Осталось ее только изучить, сгруппировать и выложить на блоге. Всего ничего
Надеюсь эта статья даст начало очень интересной серии — хочется изучить состав браг, сделанных из различного сырья и определить какие-то общие правила их перегонки.
P.S. Очень хотелось бы услышать комментарии людей, разбирающихся в химии. Может кто-то что-то добавит или поправит меня.
Всем пока!
Дорофеев Павел.
Источник
Получение домашних алкогольных напитков начинается не с перегонки в самогонных аппаратах, а с приготовления сырья для дистилляции. Компоненты, входящие в состав этого сырья, влияют на качество выходящего алкоголя не меньше, чем конструкция аппарата и технология перегонки. Исходный продукт для самогоноварения — брага — получается по окончании брожения сахаросодержащих продуктов. Кроме желаемого алкоголя, в ней содержится масса примесей. Чтобы при перегонке избавиться от вредных веществ и не потерять полезные, нужно знать состав примесей в браге, их свойства, поведение при перегонке и влияние на качество получаемого алкоголя.
Что содержится в готовой браге?
Состав браги примерно выглядит так:
- Вода составляет 80–90 % объема.
- Твердые нерастворенные элементы. Это остатки дрожжей, неперебродивший сахар и минералы. Они присутствуют в виде взвеси. При дистилляции последняя оседает на дне перегонного куба.
- Углекислый газ.
- Растворенный в воде этиловый спирт и примеси, поддающиеся перегонке. Концентрация спирта и других летучих веществ составляет 6–10 % от общего объема браги.
Фруктовая брага
Последний продукт этого перечня включает, кроме желанного спирта, и более 60 видов других веществ. Хотя объем примесей не превышает одного процента от объема этилового спирта, их влияние на качество готового алкоголя нельзя переоценить или недооценить. Они либо придают самогону требуемый аромат, либо портят его своим присутствием и подлежат удалению. По классификации их можно разделить на четыре категории.
Спирты
Помимо этанола, в браге содержатся и другие спирты. Самый известный и опасный из них — метанол. Он почти в 100 раз токсичнее этилового, и даже в малых дозах способен привести к серьезному отравлению. Его количество в браге зависит от ее состава. В сахарной браге метанол практически отсутствует, а в брагах на основе косточковых фруктов его содержание максимально.
Широко известные сивушные масла — это тоже спирты, а вовсе не жиры. А название произошло оттого, что они с трудом растворяются в воде и придают ей маслянистый вид.
Альдегиды
Это летучие вещества, получающиеся при окислении спиртов. В различных бражках может присутствовать до 10 видов альдегидов. Все они имеют резкий неприятный запах и все относятся к числу ядов. Наиболее опасный из этой категории — фурфурол. Его токсичность многократно больше, чем у метанола. Если ГОСТ на спирты допускает содержание сотых долей процента метанола, то присутствие любого количества фурфурола документом категорически запрещено. Но оба альдегида отсутствуют в брагах на основе сахара.
Если в браге присутствует метанол, то может произойти реакция с образованием опасного соединения — формальдегида.
Кислоты
В готовой браге встречаются и многочисленные кислоты. Их конкретные типы и количество определяются составом бражной основы. Почти все кислоты вредят органолептике алкоголя — им сопутствует горький вкус и запах. А вот уксусная кислота, наоборот, придает спирту мягкость. А ее содержание в бражке преобладает над остальными.
Температура кипения кислот — более 100 градусов.
Брага для самогонна
Эфиры
При соединении спиртов и кислот образуются эфиры. Но часто они попадают в брагу уже в готовом виде, вместе с исходным продуктом для ее приготовления. Много их содержится в виноградной браге. Применение винных дрожжей тоже приводит к образованию особых эфиров. Но больше всего в напитке содержится уксусно-этилового эфира. А его образование не зависит от вида браги и способа ее получения.
Наличие небольшого количества эфиров считается полезным в самогоноварении — именно они придают спирту аромат и приятный вкус.
Основные примеси, содержащиеся в браге
Кроме рассмотренных категорий примесей, могут присутствовать и другие. Свойства основных бражных примесей показаны в таблице.
| Примесь | Ощущаемый вкус и запах | Влияние, оказываемое на готовый самогон | Температура кипения, °С | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Метиловый спирт | Сильный яд, допускается содержание не более 0,03 % | 65 | Не бывает в сахарной браге | |
| Пропанол | В четыре раза токсичнее метанола | 98 | ||
| Изопентанол (изоамиловый спирт) | Отчетливый сивушный запах | Основной из сивушных масел | 132 | |
| Альдегид фурфурол | Пахнет ржаным хлебом | Сильнейший яд | 162 | Не бывает в сахарной браге |
| Уксусный альдегид | Резкий удушливый запах | Яд | 21 | Есть в браге из любого сырья |
| Уксусная кислота | Кислый вкус | 118 | ||
| Эфиры | 50-120 | |||
| Терпены | 140-190 | Есть в зерновой браге |
Удаление примесей
По выходу примесей в готовом продукте при дистилляции выделяют три фракции.
- «Головы» — самые летучие элементы браги (альдегиды и эфиры), поэтому при дистилляции они выходят первыми. Считается, что это происходит при температуре 65–77 °С.
- «Тело» — фракция с максимальным содержанием этилового спирта. Это как раз тот продукт, для получения которого все и затевается. Температура выхода — 78–85 °С.
- Высококипящие «хвосты» выходят в самом конце процесса. Отбираются при температурах выше 85 °С.
Но действительность куда сложнее. Большое значение имеет не только температура кипения, но и степень испарения вещества при разных температурах. Например, при дистилляции никогда не доходят до точки кипения воды в 100 °С, однако пары ее выходят из перегонной емкости, и она присутствует в готовом алкоголе. А на коэффициент испарения веществ в бражке влияет и соотношение компонентов самой бражной смеси.
Брага содержит примеси, которые обязательно выйдут полностью до начала выведения «тела», например, уксусный альдегид. Есть те, что появляются только в «хвостах». Но бывают и такие, чей выход зависит от температуры и от концентрации спирта. Это промежуточные фракции. Основное их количество удаляется в «головах» и «хвостах». Но какая-то часть может попадать в приемную емкость и при отборе «тела».
Точно выбрать момент окончания выделения той или иной фракции невозможно. Есть рекомендации определения окончания выхода по температуре в перегонном кубе и по крепости полученного алкоголя. Но настоящая точность приходит с опытом. Бывалые самогонщики определяют эти стадии процесса органолептически — по вкусу и запаху выходящего алкоголя.
Источник
Брага – алкогольный напиток, она же спиртосодержащая масса, получаемая в результате брожения органических продуктов, содержащих углеводы под воздействием ферментов, дрожжей и бактерий.
Раствор, получаемый в результате брожения, содержит не более 15 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи нежизнеспособны. Минимальное содержание этанола может быть разное, это зависит от исходного сырья и его концентрации.
Реакция брожения довольно сложна, и в её результате получается кроме этилового спирта много различных веществ. Полученный путём брожения этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путём дистилляции. Другими словами — путём перегонки в самогон.
В браге кроме воды содержатся вещества лёгкой фракции – так называемая головная фракция или «Голова», собственно этиловый спирт – основная фракция или «Основа» («Тело»), и вещества тяжелой фракции – так называемая хвостовая фракция или «Хвост».
Вещества «Головы» и «Хвоста» различаются температурой кипения. Головы кипят при температуре ниже температуры кипения этанола, а хвосты выше температуры кипения воды. Вещества, входящие в головную и хвостовую фракции ядовитые в больших количествах и имеют резкий, неприятный запах. При изготовлении самогона их необходимо удалять. Остатки этих веществ и придают самогону тот особый и неповторимый вкус и запах, который получается в результате.
Головная фракция 3-8%
Ацетальдегид (уксусный альдегид, этаналь, метилформальдегид) — органическое соединение с химической формулой CH3-CHO. Вещество представляет собой бесцветную ядовитую жидкость с резким запахом, похожим на запах прелых яблок, хорошо растворяется в воде, спирте, эфире.
Применяется как сырьё для производства химических веществ.
Этилформиат (муравьино-этиловый эфир, этиловый эфир муравьиной кислоты). Органическое соединение с химической формулой – С3Н6О2.
Применяется как растворитель, в производстве ароматизаторов, в производстве веществ уничтожающих насекомых.
Ацетон (диметилкетон, пропанон-2) — органическое вещество, имеющее формулу CH3-C(O)-CH3.
Ацетон используется как сырьё для производства многих важных химических продуктов и как популярный растворитель.
Метилацетат (метиловый эфир уксусной кислоты, метиловый эфир этановой кислоты, уксуснометиловый эфир, MeOAc) — органическое вещество с химической формулой CH3COOCH3.
Используется как растворитель, сырьё для производства химических веществ, в том числе ароматизаторов. Используется как заменитель ацетона.
Метанол (метиловый спирт, древесный спирт, карбинол, метилгидрат, гидроксид метила) — простейший одноатомный спирт с химической формулой CH3OH, бесцветная ядовитая жидкость.
Применяется как сырье в химическом производстве, как растворитель, как топливо.
Этилацетат (этиловый эфир уксусной кислоты) – органическое соединение с химической формулой СН3-СОО-CH2-CH3 — бесцветная летучая жидкость с резким запахом.
Применяется как растворитель, в производстве ароматизаторов, в составах для уничтожения насекомых.
Основная фракция 80-85%
Этанол (этиловый спирт, метилкарбинол, винный спирт или алкоголь, часто в просторечии просто «спирт») — одноатомный спирт с формулой C2H5OH. Бесцветная прозрачная летучая, и горючая жидкость.
Применяется как сырьё для производства химических веществ, как растворитель, топливо, составная часть бытовой химии, основной компонент спиртных напитков.
Хвостовая фракция 7-17%
Муравьиная кислота (метановая кислота) – органическое соединение с химической формулой HCOOH. Бесцветная жидкость с резким запахом.
Применяется как растворитель, консервант и антибактериальный агент.
Уксусная кислота (этановая кислота) – органическое соединение с химической формулой CH3COOH. Бесцветная жидкость с характерным резким запахом и вкусом.
Применяется как растворитель, а также в пищевой промышленности как консервант и пищевая добавка.
Масляно-этиловый эфир (этилбутират) органическое соединение с химической формулой С3Н7-СООС2Н5, обладающее запахом абрикосов.
Масляно-бутиловый эфир (бутилбутират) органическое соединение с химической формулой С3Н7 — С — 0 — С2Н8, обладающее запахом ананасов. Известно под названием ананасовой эссенции. Применяется в пищевой промышленности в качестве ароматизатора.
Амиловый спирт – одноатомный спирт с химической формулой C5H11OH. Бесцветная ядовитая жидкость с неприятным запахом.
Применяется в качестве растворителя.
Изовалериановая кислота (3-метилбутановая кислота) – органическое соединение с химической формулой СН3-CH(СН3)-СН2-СООН. Бесцветная жидкость с неприятным запахом.
Применяется для производства медицинских препаратов и ароматизаторов.
Источник