貴州湄窖酒業公司生產車間內正在蒸酒
中國白酒是世界蒸餾酒的一種。蒸餾酒起源比較早,最早可以推算到公元8世紀,至少在公元12世紀左右世界各地都出現了蒸餾酒。
當時的蒸餾酒沒有科學理論,只是從實際經驗中發展出來的傳統的技術和裝置。在19世紀才出現了酒精理論,進而根據酒精形成了一套現代的蒸餾科學理論,這套理論也逐漸用來解釋包括中國白酒和其他國家的蒸餾酒。
現在我們講述白酒的時候,經常會有意無意地引用酒精蒸餾理論中的一些術語,用酒精的理論來解釋白酒蒸餾過程其實是有差距的,把酒精術語不加區分地使用到白酒中也是不準確的,如我們常說的“雜質”、“精餾”這些酒精理論里的概念。
為了完整地理解白酒的蒸餾理論和蒸餾技術,首先要理解酒精的蒸餾理論。現在有科學理論支持的,也只是酒精的蒸餾理論,其中的一些基本原理,可以部分地應用到白酒中。所以在基礎原理解釋上要講兩部分:一部分是介紹酒精蒸餾的基本原理;另一部分是介紹白酒蒸餾的基本原理。
1.拉烏爾定律
《中國白酒蒸餾環節八講》之一:酒精蒸餾和白酒蒸餾的要求不一樣
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酒精蒸餾和白酒蒸餾共同的一點,就是利用酒精的沸點和水的沸點不同,把酒精從含酒精的水溶液或者是含酒精的固態酒醅中提取出來。水的沸點在常壓下是100℃,酒精(也就是乙醇)的沸點在常壓下是78.3℃,酒精的沸點低,更容易揮發,在同一氣態環境下,酒精含量就相對多。解釋這個關系有個定律叫拉烏爾定律,定律的內容是:“在混合溶液中,蒸汽壓高(沸點低)的組分,在氣相中的含量,總是比在液相中高,相反,蒸汽壓低的組分,在液相中的含量,比在氣相中的多”。具體的可以參照下面的曲線圖一① 。從圖上可以明顯看到,含酒精的發酵醪液(就是酒液)加熱到91℃左右的時候開始沸騰,沸騰之后的蒸汽里面酒精濃度可以達到60%左右。液態發酵溶液里面的酒精含量一般在13%左右,固態酒醅里面的酒精含量一般在5%左右,把5%的酒精要提升到60%或者70%,就需要加熱變成蒸汽,這是因為如拉烏爾定律所揭示的那樣酒精在氣相中的含量比液相中的含量高。
圖一 酒精水溶液的蒸餾
這里會引申出一個概念,叫酒精的揮發系數,用K來表示。
:酒精在氣相中的含量(體積分數)
:酒精在液相中的含量(體積分數)
當K值高的時候表示揮發能力強,根據實驗檢測得到的數據,體積分數在97% 之前K值都是大于1,在這個范圍之內用常規的蒸餾方法就可以提高氣相中酒精的含量,但達到了97% 之后,常規的蒸餾方法就無法繼續提升酒精濃度。這樣就需要別的辦法,如減壓蒸餾,當壓力降到0.933×104 Pa時,就可以得到100%的乙醇。②
2.雜質
酒精工業的生產目的就是提取乙醇,發酵酒液里(也叫發酵醪)或者是酒醅里,除了發酵產生的乙醇之外(酒醅中乙醇只有5%左右)還有別的物質,從酒精提純角度來看,那些乙醇之外的物質統一叫做雜質,酸、酯、醛、醇這些都包含在里面。在相同壓力之下,根據雜質的揮發系數,分成頭級雜質、尾級雜質和中間雜質。
頭級雜質就是指沸點比酒精低、揮發性比酒精強的物質,這類雜質包括乙醛、醋酸乙酯、甲酸乙酯、乙酯、甲酯之類。
第二種就是尾級雜質,尾級雜質的沸點比酒精高,揮發性比酒精弱,其中戊酸、戊醇、異戊醇、異丁醇、丙醇、異丙醇等都屬于這類雜質。由于這些物質大部份不溶于水,在水里呈油狀,所以又被稱為雜醇油。
所謂中間雜質是指揮發性能和酒精比較接近,或者隨著蒸餾條件的變化,可能屬于頭級雜質,也可能屬于尾級雜質的這類物質,如異丁酸乙酯、戊丁酸乙酯等。
雜質的概念是針對純粹的乙醇(也就是酒精)而言,不是針對蒸餾酒而言,酒精工業要提純、除雜,提取出純粹的乙醇,其他和乙醇不同的物質都視作雜質。有一部分伏特加酒的工藝和酒精工藝相類似,當然不是所有的伏特加酒都追求純粹酒精的目標。世界蒸餾酒中包括中國的白酒、蘇格蘭的威士忌、法國的白蘭地等,目的都是取酒,不是取純粹的酒精。所以,對于酒來說不存在雜質概念,除了要必須剔除甲醇等少數有害物質之外,基本上要把“雜質”保留在酒里,這些“雜質”是酒體風味構成的重要的物質。
“酒精不是酒,酒精就是乙醇”,在酒精工業里要使用提純、除雜這些概念和工藝;而在蒸餾酒的生產工藝里使用“提純”、“除雜”這些概念是不合適的。甲醇是絕對有害物質需要去除,去除的辦法也比較簡單,就是取酒時掐頭去尾。對于雜醇油現在有兩種看法。國外蒸餾酒的雜醇油含量比中國高一點,中國白酒里面不同香型酒的雜醇油比例也不一樣。1981年國家白酒衛生標準里,雜醇油有限量要求,不能超過含量標準,但是后來把這個指標取消了。目前釀酒行業對于雜醇油的作用有不同看法,有一些爭議。雜醇油過多可能會導致頭疼、充血等身體不舒適,但是沒有雜醇油,酒就缺少一些風味物質,所以白酒和其他的蒸餾酒里或多或少都要保留一些。
3.雜質的揮發系數和精餾系數
有了雜質的概念,就要用具體的指標參數,來準確地量化,于是就有了雜質的揮發系數這個概念。雜質的揮發系數跟酒精的揮發系數一樣,用K雜來表示,α代表雜質在氣相中的含量(體積分數),β代表在雜質在液相中的含量(體積分數)。
通過雜質的揮發系數再推導出另一個重要的參數,叫雜質的精餾系數,用K′雜 表示。
雜質的揮發系數和酒精濃度有密切的關系,在酒精濃度低于55°的時候,所有雜質的揮發系數K雜>1,有一些雜質在酒精濃度高于55°的時候,揮發發系數小于1,所以除雜是非常復雜的問題。在酒精生產工藝中除雜是花費功夫最大的一部分。
總結一下前面這些原理,對我們理解白酒蒸餾來講重要是兩點。第一,酒精不是酒,酒精蒸餾的目的是提純、去雜。出于這個目的,發展出了多級蒸餾塔的蒸餾裝置。使用的技術是精餾技術,就是把需要剔除的雜質,定量地、精確地通過蒸餾的過程剔除掉。
第二,蒸餾酒的目的不只是為了提取高濃度的酒精,而是在提取高濃度酒精的同時,除去最有害的甲醇和一些雜醇油(按1981版衛生指標白酒中雜醇油含量不能超過0.20g/L),除此之外盡可能多地保留“雜質”。
中國白酒發展出來的蒸餾器,就是酒甑,其作用不只是提高酒精濃度再冷凝出來,還要把其他的“雜質”也就是呈香呈味物質提取保留下來。這些物質中有些是有益的,有些證明是有害,有害的物質含量非常小,有一定的呈香呈味效果,所以也會保住下來,如糠醛等。與中國白酒類似的西方烈性蒸餾酒中,威士忌和白蘭地也遵循同樣的原理。
①《白酒生產技術全書》 沈怡方 主編,中國輕工業出版社,2007年1月1日第1版,P448
②《新編酒精工藝學》賈樹彪 李盛賢、吳國峰 編著,化學工業出版社,2004年7月第一版,P122