После стерилизации сусло охлаждают до температуры 20–25 °C, переливают в бродильную емкость и вносят в него дрожжевой затор в количестве 3-10 % от объема сусла.
Брожение имеет три стадии: начальное брожение-возбраживание, главное брожение и дображивание. В начальной стадии происходит насыщение бражки углекислым газом, температура повышается на 2–3 °C, вкус остается сладким. При главном брожении бражка приходит в оживленное состояние начинается интенсивное выделение углекислого газа, на поверхности образуется пена, температура повышается до 30 °C. Если температура продолжает повышаться, то требуется принудительное охлаждение, при 50 °C дрожжи погибают, и брожение останавливается. При дображивании уровень бражки понижается, пена оседает, температура уменьшается до 25–26 °C, вкус становится горько кислым. Конец брожения определяют по прекращению передвижения сбраживаемой среды, окончанию выделения углекислого газа и просветлению бражки.
Длительность брожения зависит от ряда факторов (качества компонентов сусла, отклонения от технологии и др.) и колеблется в пределах от 3 до 20 суток. Зрелая бражка обычно имеет кислотность pH 4,9…5,2 и является многокомпонентной смесью, содержащей (в %): воды 82…90, сухих веществ 4…10, этилового спирта 5…12, остаточных сахаров (недоброд) не более 0,45 и сопутствующих примесей до 0,05. Качественный состав бражки может изменяться в зависимости от вида и качества исходного сырья и соблюдения технологии его переработки.
Концентрацию спирта в бражке определяют в дистилляте, полученном после отгонки его из бражки на специальном приборе, состоящем, в частности, из 2-х колб и прямоточного стеклянного холодильника, а также электроплитки (см. литературу 7).
Сырой спирт, получаемый после перегонки бражки, помимо этилового спирта, содержит примеси, являющиеся побочными продуктами нормального спиртового брожения (альдегиды и сивушные масла) и продуктами нежелательных бактериальных брожений (как, например, летучие кислоты). Кроме того, в спирте-сырце имеются вещества, образующиеся в процессе перегонки бражки в результате химического соединения спиртов и кислот в эфиры, а также вследствие окисления спирта в альдегиды.
Помеси спирта-сырца делят на четыре группы: эфиры, альдегиды, кислоты и высшие спирты; в каждый класс в свою очередь входит ряд веществ. Исследованием различных сортов спирта-сырца было установлено присутствие в нем свыше сорока веществ. Одни вещества находятся в спирте-сырце в минимальном количестве, другие — присущи только некоторым особым родам его, третьи — по химическому составу и свойствам близки к примесям, преобладающим в данном спирте-сырце, четвертые — легко выделяются при перегонке.
Сырой спирт, поступающий на ректификацию для очистки, тем легче очищается, чем меньше в нем примесей, или, как говорят, чем выше его ректификационное достоинство.
С этой точки зрения полезно выяснить происхождение примесей сырого спирта.
1. Часть примесей сырого спирта обуславливается качеством сырого материала для получения спирта. Любой технорук спиртового завода и ректификатор могут легко отличить сырой картофельный спирт от хлебного; последний содержит терпены, придающие ему особый жгучий вкус, не свойственный картофельному. Легко отличить сырой хлебно-картофельный спирт от сырого паточного, который содержит неприятные на вкус и запах азотистые вещества, — продукты, получаемые при переработке свеклы на сахарном заводе.
2. Часть примесей сырого спирта обуславливается способом переработки сырья, из которого получается спирт-сырец. Известно, что сырой кукурузный спирт, полученный при варке кукурузы под высоким давлением, имеет гораздо более неприятный вкус, запах и труднее поддается ректификации, чем такой же спирт, полученный при затирании муки без давления.
Большое влияние на дегустационные особенности и химический состав спирта оказывают плохо отбродившие и зараженные заторы. В этом случае спирт получается хуже, чем из хорошо отбродивших заторов. Пенистое брожение плохо влияет на качество спирта.
Заторы, выделяющие сероводород, дают спирт худшего качества: однако не обнаружено, чтобы этот спирт, поскольку он не был выкурен из гнилого картофеля, имел плохой вкус и запах.
3. Нездоровые, ненормальные примеси оказывают огромное влияние на качество сырого спирта, значительно ухудшая его. Спирт, полученный из картофеля, подвергшегося гниению, сказывается плохим, часто с отвратительными вкусовыми и ароматическими свойствами; в тех случаях, когда картофель промерз, а затем оттаял и начал гнить, спирт также получается плохим по качеству. Спирт, полученный из картофеля, пораженного картофельным раком, относится к неудовлетворительным как по дегустационным свойствам, так и по своему химическому составу. При переработке тухлой муки, порченой ржи, овса и пшеницы продукты разложения белков, жиров и пр. переходят из примесей в сырой спирт, и ректификация последнего значительно затрудняется. Технорук спиртового завода должен быть осторожен с переработкой горелых хлебов. Запах гари сообщается и сырому спирту, трудно отделяющемуся при ректификации. Поэтому такой горелый хлеб не следует перерабатывать отдельно, а в смеси с здоровым нормальным хлебом.
Следует также обращать внимание на засорения и примеси в перерабатываемом зерне. Так, например, примесь к зерну горчичного семени сообщает сырому спирту едкий, отвратительный запах.
4. Самая большая часть примесей сырого спирта, так называемые сивушные масла, состоящие из амилового спирта и его гомологов, как показали работы многих ученых, образуется из белковых и других азотистых веществ затора вследствие разложения их дрожжами при своей жизнедеятельности.
Чем больше дрожжевых клеток имеется в бродящем заторе, тем выше содержание амилового спирта в сыром спирте.
Как известно, технорук спиртового завода для понижения потерь сахара должен работать с очень небольшим количеством дрожжей. Это полезно также и с точки зрения чистоты спирта. Спиртовые заводы, перерабатывающие патоку с продуванием воздуха, при котором происходит усиленное размножение дрожжей в заторе, получают сырой спирт худшего качества, с большим содержанием сивушных масел, чем паточные заводы. работающие без продувания воздуха.
5. Часть сивушных масел сырого спирта образуется вследствие действия некоторых бактерий. С этой точки зрения чистота на заводе, чистота солода, ведение чистого брожения имеет огромное значение. Рекомендуется вести брожение в бродильных чанах, имеющих плотную и гладкую поверхность, так как она затрудняет оседание и проникновение в их поры микроорганизмов, инфекционирующих затор. Лучше всего в этом случае применить герметически закрытые емкости.
6. Альдегиды, наиболее трудно отделяемые примеси сырого спирта, образуются при брожении как первоначальный нормальный продукт разложения сахара, который потом переходит в окончательный продукт — спирт.
Образование альдегидов также возможно вследствие окисления алкоголя, имеющегося в бражке, кислородом воздуха: чем выше температура брожения, тем больше образуется альдегидов.
Паточные спиртовые заводы, ведущие брожение с проведением воздуха, получают сырой спирт со значительно более высоким содержанием альдегидов и труднее поддающийся ректификации, чем заводы, работающие без продувания воздуха. Наоборот, брожение без продувания воздуха и в герметически закрытых бродильных емкостях, т. е. доступа воздуха, получают сырой спирт с малым содержанием альдегидов, который, вместе с тем, будет давать сравнительно большой выход I сорта ректификата.
7. Часть посторонних примесей сырого спирта образуется при перегонках бражки в самом аппарате.
Конструкция перегонного периодического или непрерывно действующего аппарата (будь то одноколонный или двухколонный аппарат) точно так же влияет на качество получаемого спирта-сырца. Аппарат, дающий более высокую крепость спирта, гарантирует также и соответственно лучшее качество его. Спирт крепостью выше 92 % по объему будет чище спирта 85 % по объему, полученного из той же бражки, потому что многие примеси сырого спирта при кипячении крепкой флегмы 91–92 % по объему на верхних тарелках спиртовой колонны выделяются только в малом количестве в виде паров и, следовательно, не попадают ни в холодильник аппарата, ни в спиртоприемник. Эти примеси смываются вниз текущей сверху флегмой и попадают в барду. При кипячении флегмы крепостью в 70–75 % по объему примеси эти уходят вместе со спиртовыми парами вверх, в холодильник, и загрязняют спирт. По этой причине полученный сырой спирт будет иметь больше примесей и даст гораздо меньший выход I сорта ректификата.