Тема: Образование эфиров в процессе дистилляции и ректификации
Образование эфиров в процессе дистилляции и ректификации является одним из главных процессов необходимых для получения качественных бренди и виски. Химический процесс образования эфиров хотя и мало прогнозируем в количественном эквиваленте, но достаточно неплохо изучен.
Основным источником эфиров в первую очередь является само сырье, вторым немаловажным фактором является процесс брожения и взаимодействия одних химических соединений с другими, следующий этап образования эфиров заключается в первичной дистилляции и только потом ректификация, где все эти фракции нужно разделить правильно.
Идея данной темы заключается в кратком описании некоторых моментов образования эфиров в процессе дистилляции и ректификации. Для начала рекомендую прочитать тему расширяющую кругозор винокура : Моделирование дистиллята в процессе ректификации на стабильной колонне
Процесс образования эфиров на химическом языке называется этерификация (химическая реакция - получение сложных эфиров из кислот и спиртов) Процесс достаточно контролируемый в лабораторных условиях, но в нашем случае все намного интересней.
Дело в том, что этерификация является обратимым процессом
Реакция этерификации обратима (гидролиз сложных эфиров называется омылением), положение равновесия зависит от строения и концентраций спирта и карбоновой кислоты, то есть для реакционной смеси существует предел этерификации, при котором устанавливается равновесие, характеризующееся определённым соотношением концентраций исходных спирта и кислоты и продукта их реакции — сложного эфира. Так, например, при эквимолярном соотношении этанола и уксусной кислоты в исходной реакционной смеси равновесие устанавливается, когда ~2/3 спирта и кислоты прореагируют с образованием этилацетата.
То есть, образовавшиеся эфиры в один прекрасный момент могут “распасться” на составляющие если химическое равновесие не “удовлетворяет” процесс этерификации. Именно этот момент и является мало прогнозируемым. Для стабильного процесса этерификации (окисления спирта) необходимо определенное соотношение кислоты и спирта с минимальным присутствием воды, например в лаборатории для этого используют различные водоотнимающие агенты и достаточно чистые реагенты, но у нас в бражке такое просто не представляется возможным. После чего назревает естественный вопрос, как добиться лучшей реакции и получить больше сложных эфиров?
Одним из самых главных моментов генерации и сохранения эфиров в процессе дистилляции является конструкция самого дистиллятора. Многие из вас наверное замечали, что в начале дистилляции на любом дистилляторе, первые капли часто пахнут фантастически вкусно, а потом куда-то весь аромат пропадает. Это и были те самые эфиры. Интенсификация процесса этерификации во время дистилляции происходит когда в какой-то отдельной точке аппарата создаются условия с минимальной концентрацией воды. У медных аламбиков это верхняя точка “шлема”, а у домашних дистилляторов верхняя точка восходящей вертикальной трубы. Именно по этой причине, правильные винокуры используют подобные дистилляторы Простой самогонный аппарат или дистиллятор из пивного кега
Для обеспечения максимального сохранения уже образовавшихся в процессе брожения, а также экстрагированных из сырья эфиров, интенсификации реакций окисления спирта с имеющимися кислотами, процесс дистилляции должен начинаться со снижения мощности нагрева в самом начале дистилляции для обеспечения минимального количества воды в верхней точке. Все эфиры уходят в сырец в самом начале процесса дистилляции (как правило первые 5% АС), дальше можно прибавить мощность и продолжать дистилляцию максимально быстро. Время и температура дистилляции также может влиять на образование эфиров, но этот параметр мало прогнозируем и обычно заключается в подборе сырья и его стабильности для обеспечения одного качества продукта.
Этерификация в процессе ректификации тоже имеет место, процессы происходят в первой половине ректификации когда концентрация спирта в системе максимальна. Этот процесс достаточно хорошо контролируется, отслеживается термометрами и органолептически так как концентрация побочных примесей минимальна и винокур может легко определить фракцию.
Достаточно простое описание процесса образования эфиров в теме Самозарождение голов в сырце При должном опыте работы с колонной, винокур может достаточно точно прогнозировать количество эфиров на том или ином сырье, так как процессы укладываются в среднестатистическую эмпирическую модель ректификации описанную в теме Фракционная дистилляция или как правильно отсекать голову и хвост но могут иметь характерную особенность в каком-то конкретном случае.
Как определять какие эфиры будут на выходе?
Это достаточно интересная тема и она бесконечна, для понимания сути процессов достаточно усвоить, что любая кислота окисляет спирт. Например уксусная кислота образованная в процессе брожения, будет взаимодействовать и с этанолом и с метанолом если он есть, с бутиловым, амиловым спиртами и все они в той или иной степени образуют как интересные нам, так и не интересные эфиры. Для прогнозирования эфиров нужно взять справочник и посмотреть примерный химический состав сырья, после чего все станет понятно. Правда точную концентрацию эфиров никто не сможет посчитать, так как условия у нас мягко говоря плохо подходящие и смесь кислот и эфиров только еще больше запутают и не смогут привести нас ни к какому конкретному числу в процессе решения химических уравнений.
Например преобладающая уксусная кислота:
Уксусная кислота + этанол = этилацетат
Уксусная кислота + метанол = метилацетат
Уксусная кислота + бутанол = бутилацетат
Уксусная кислота + амиловый спирт = амилацетат
И некоторые другие продукты реакции спиртов с кислотами
C3H7COOCH2CH2CH(CH3)2 - Изоамилбутират, изоамиловый эфир масляной кислоты – грушевый.
С3Н7СООСН3 – Метилбутанат, метиловый эфир масляной кислоты – яблочный.
С3Н7СООС2Н5 - Этилбутират, Этиловый эфир масляной кислоты.
C3H7COOC4H9 - Бутилбутарат, бутиловый эфир масляной кислоты – ананасовый.
С4Н9СООС2Н5 - Этиловый эфир изовалериановой кислоты – малиновый.
С4Н9СООС5Н11 - Изоамиловый эфир изовалериановой кислоты, изоамилизовалерат - банановый.
С5Н11О(СО)СС3Н7- Бутилпентанат, пентиловый эфир масляной кислоты – абрикос.
HCOOC5H11- Амилформиат, амиловый эфир муравьиной кислоты, – вишня.
CH3COOC8H17 — Октилацетат - запах апельсинов.
СH3COOCH2C6H5 — Бензилацетат- запах жасмина.
С6Н5СООСН3 –Метилбензоат, метиловый эфир бензойной кислоты – запахи свежего сена, русской кожи (юфти), иланг-иланга, а также туберозы и гвоздики. Имеет резкий, цветочный запах.
С6Н5СООС5Н11 - Пентилбензоат (амилбензоат, бензойноамиловый эфир) - пахнет клевером и амброй – своеобразным выделением из пищеварительного тракта кита.
HCOOCH2CH2C6H5 — 2-фенилэтилформиат - запах хризантем.
И так далее, берем справочник и примерно прикидываем, а с информацией по основным примесям можно ознакомиться в теме Примеси спирта
Если у вас есть вопросы, идеи и комментарии, напишите их ниже
