На самом деле формулы спиртового брожения выглядят гораздо сложнее, их запись занимает почти целую книжную страницу [5], но в приведённом упрощённом виде они вполне достаточны для понимания сути происходящих процессов.
Для полноты картины следует упомянуть ещё один углевод, расщепляющийся под действием дрожжей на спирт и углекислый газ. Это весьма полезный в быту дисахарид — лактоза или молочный сахар, открытый в 1612 г. Бартолетти и названный им манна51, т.к. одно время он считался эффективным лечебным средством [8]. Молочный сахар состоит из остатков моносахаридов — глюкозы и галактозы и присутствует в молоке всех млекопитающих. При определённых условиях он сначала гидролизуется под действием фермента ß-галактозиазы в моносахариды, а затем сбраживается в кисломолочные продукты, содержащие незначительные количества спирта. Наиболее известными из них являются кумыс — шипучий пенящийся напиток со спиртовым вкусом и запахом из кобыльего (реже коровьего и верблюжьего) молока с содержанием спирта от 1 до 3%, а также обыкновенный кефир с 0,16—1,22% спирта [17]. При таком содержании спирта в кефире его, как заметил премьер министр РФ В. Путин 13.02.2011 г., «нужно выпить тазик»52, чтобы не пройти водительский тест на алкоголь.
Инулин — полисахарид — содержится в корнях тапинамбура (земляной груши), корнях цикория и др. Представляет собой белый порошок или прозрачные кристаллы. Не растворим в холодной воде. Дрожжи не сбраживают инулин, ферменты солода его не осахаривают. В водной среде при 55—60оС инулин превращается в сбраживаемые сахара под действием находящегося в нём самом фермента инулазы. В 30-е годы прошлого века в СССР была разработана технология получения этилового спирта как из инулина, так и из цикория [27].
Целлюлоза (клетчатка) — полисахарид — представляет собой вещество белого цвета, нерастворимое ни в воде, ни в спирте. Она является главной составляющей частью клеточных стенок растений (отсюда название) и обеспечивает прочность и эластичность растительных тканей. В отличие от других природных полисахаридов, являющихся для растений резервными веществами, которые растения могут преобразовать для своих потребностей в другие вещества, целлюлоза не может быть снова расщеплена в их организме или использована растением каким-либо другим способом.
По своему количеству целлюлоза занимает первое место в мире среди всех остальных природных органических соединений. Гигроскопическая вата, белые хлопчатобумажные и льняные ткани, хорошие сорта фильтровальной бумаги состоят главным образом из целлюлозы (клетчатки). Наиболее чистая природная клетчатка содержится в волосах семян хлопчатника, в которых она составляет 80—90% (при 6—8% воды). Древесина деревьев хвойных пород содержит около 50% клетчатки, лиственных — значительно меньше. Впрочем, чистая целлюлоза находится лишь в молодых клетках растений; по мере старения клеток в них отлагается инкрустирующие вещества, в особенности лигнин — аморфное вещество жёлто-коричневого цвета, вызывающее одревеснение и увеличение прочности растительных клеток.
В организме человека не вырабатывается достаточного количества ферментов (мальтазы и амилазы53) для расщепления целлюлозы до усваиваемой глюкозы — иначе мы не ограничивались бы грушами, а получали удовольствие, откусывая прямо от ствола. Но у травоядных животных есть фермент целлюлаза, вырабатываемый микрофлорой кишечника, под действием которой целлюлоза расщепляется до глюкозы54.
В технике более или менее чистую целлюлозу получают в громадных количествах при производстве бумаги.
В контексте данной книги имеет смысл рассмотреть процесс производства из целлюлозы гидролизного этилового спирта, поскольку его часто используют для фальсификации водки55 вместе с рассмотренным выше синтетическим этиловым спиртом, вырабатываемым из этилена.
Для производства этилового спирта из целлюлозы древесные опилки и другие отходы лесоперерабатывающей промышленности нагревают под давлением с 0,1% раствором серной кислоты. В результате такой обработки целлюлоза расщепляется до глюкозы и образуется сладкий сироп. Этот сироп сбраживают, используя винные дрожжи, и перегоняют в спирт, который по способу производства называют гидролизным спиртом. Он содержит заметное количество вредного для организма метилового спирта и предназначен для использования в технических целях, в частности, для получения синтетического каучука. В среднем из 1 тонны сухого древесного сырья, в том числе вылущенных кукурузных початков, лузги семян подсолнечника, древесных опилок и т. п. можно получить 175 литров этилового спирта. Такое же количество спирта можно выработать из 0,6 тонны зерна или 1,6 тонны картофеля [19]. Хорошим сырьём для производства этилового спирта служат даже корневища злостного сорняка — пырея [27].
51
Манна — сок некоторых растений, вытекающий из пораненной коры и застывший на воздухе. Имеет вид желтоватых комочков, содержит сахара и спирт
53
Амилаза — обобщённое название расщепляющих углеводы ферментов, превращающих полисахарид крахмал в моносахарид глюкозу. Этот процесс начинается ещё во рту под действием присутствующего в слюне фермента
54
Далее у всех млекопитающих глюкоза адсорбируется из кишечника в кровь, которая переносит её в печень, мышцы и другие органы. В них она сохраняется в виде упомянутого выше гликогена до тех пор, пока организму не потребуется вновь превратить гликоген в глюкозу для превращения её в энергию.
55
К слову сказать, до начала 60-х годов прошлого ХХ века государство — монополист по производству водки не стеснялось признавать, что водка бывает разной по качеству. Тогда водка выпускалась под одним названием всего 2-х сортов с одинаковыми этикетками в одинаковых бутылках, которые запечатывались одинаковыми картонными пробочками с тонкой целлофановой прокладкой. Но горлышко бутылок с водкой лучшего качества заливалось сургучом белого цвета, а худшего — красного. Разница в цене была ощутимой и соответствовала различию во вкусовых качествах продукта. Видимо поэтому, водка под красным сургучом («под красной головкой») в быту пренебрежительно называлась «сучок», хотя по В. В. Похлёбкину [10] её правильнее было бы называть «без сучка». Дело в том, что в конце XVIII века был открыт способ очистки водки от сивушных масел путём пропускания её через решётчатую корзину с древесным углём, который изготавливался из берёзовых веток толщиной с карандаш, т.е. из тонких берёзовых сучков.