Способ получения водно-спиртового раствора

Способ получения водно-спиртового раствора

Реферат

Изобретение относится к способу получения водно-спиртовых растворов, используемых, главным образом, в пищевой промышленности для изготовления алкогольной продукции, а также в фармацевтической и косметической отраслях для производства препаратов на водно-спиртовой основе.

Принципиальная технологическая схема производства водно-спиртовых растворов, применяемых для изготовления алкогольной продукции, в частности водок, состоит в следующем.

Для производства водно-спиртовой смеси используют ректификованный спирт высшей очистки или "Экстра", или "Люкс". Питьевую воду подвергают осветлению, дезодорированию, умягчению и направляют в сборники для исправленной воды. Спирт, поступающий из спиртохранилища, и исправленную воду смешивают в определенных соотношениях в непрерывно или периодически действующих установках, в результате чего получают водно-спиртовую смесь, называемую сортировкой. С целью отделения примесей, образующихся при приготовлении сортировки, ее подвергают фильтрованию на песочных фильтрах. Для формирования вкуса и аромата, присущих готовой продукции, сортировку обрабатывают адсорбентом, чаще всего, активным углем в контактных аппаратах. Обработанную адсорбентом сортировку также подвергают фильтрованию для удаления частиц угля и придания продукту товарного вида.

Водно-спиртовые растворы с крепостью 38-45, 50 и 56 об.%, полученные с добавлением ингредиентов или без них, относятся к водкам, более слабые - к алкогольным напиткам различного типа (настойкам, наливкам, аперитивам и др.), более крепкие - крепкое бренди, бренди-граппа, собственно бренди. При отклонении крепости от требуемого значения ее корректируют внесением ректификованного спирта или исправленной воды ("Пиво и напитки", 2000 г., №1, с.30).

Усовершенствования перечисленных выше стадий процесса (подготовка спирта, воды, повышение эффективности смешения и т.п.) описаны в многочисленных патентных документах и источниках научно-технической информации: так, например, в патентах России №№2142994, С 12 G 3/08, опубл. 1998 г. и 2178460, С 12 G 3/08, опубл. 2002 г., предусматривается дополнительная обработка умягченной воды активированным углем марки БАУ-А, причем приготовление сортировки, ее очистка и введение ингредиентов осуществляются в инжекторе путем инжектирования в поток подготовленной воды, подаваемой в вакуумную полость инжектора, потока спирта этилового ректификованного "Экстра", пылевидной фракции активированного угля и необходимых ингредиентов. Следует отметить, что при непосредственном контактировании активированного угля с сортировкой в турбулентном режиме ускоряется селективное действие угля к различным примесям - альдегидам, эфирам, сивушным маслам и кислотам, и интенсифицируется процесс очистки.

Однако отсутствует патентная документация, затрагивающая такой основополагающий процесс получения водно-спиртовой смеси, как растворение. Этой проблемы касается журнальная публикация, относящаяся к технологии водок и, в частности, к приготовлению сортировок ("Пиво и напитки", 2000 г., №1, с.32 и продолжение того же исследования - "Пиво и напитки", 2000 г., №2, с.50-51), которая, являясь наиболее близким в части рассматриваемой проблемы решением к предлагаемому, принята за прототип.

В соответствии с прототипом сначала в аппарат подается спирт ректификованный, а затем вода. При такой последовательности подачи компонентов улучшается процесс смешивания, который осуществляется в потоке, в аппарате малого объема, где вследствие высокой турбулизации потока создаются оптимальные условия для растворения спирта. Окончательное растворение спирта происходит в цилиндрической части аппарата, куда водно-спиртовой раствор поступает через диафрагму из кольцевой части. Далее - фильтрование приготовленной водно-спиртовой смеси на песочных фильтрах для удаления тонкодисперсных частиц, образующихся при смешивании воды со спиртом, обработка сорбентом - активным углем и повторное фильтрование. Авторы отмечают, что получение водно-спиртового раствора сопровождается двумя явлениями - выделением тепла и уменьшением объема, возможной причиной чего является тот факт, что вода относится к ассоциированным жидкостям вследствие образования водородной связи между атомом водорода одной молекулы и атомом кислорода другой молекулы воды.

Возникновение водородной связи возможно из-за оказания электростатического притяжения протона (атом водорода отдает электрон кислороду) на электронную оболочку атома кислорода другой молекулы воды. Этанол имеет сродство к воде и также относится к ассоциированным жидкостям. Таким образом, водно-спиртовые растворы представляют собой смешанные ассоциаты. Предполагается, что при встраивании молекул воды в структуру спирта нарушения последней не происходит, чем, видимо, и объясняется введение в сортировочный аппарат вначале спирта, а затем воды. Содержание вредных примесей для лучшей из водок особых, полученной из спирта этилового ректификованного "Экстра" и высшей очистки по описанной технологии, представлено в таблице 1 (в графе "Прототип").

Техническая задача изобретения - получение водно-спиртового раствора повышенной чистоты за счет получения базовых растворов, образующих ассоциаты, содержащие строго определенные количества молекул спирта и воды.

Технический результат разработки состоит в исключении содержания вредных примесей - сивушных масел, альдегидов, эфиров и метилового спирта, что обуславливает улучшение качества водно-спиртового раствора и продуктов, полученных на его основе.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения водно-спиртового раствора смешиванием очищенной питьевой воды и этилового спирта ректификационного введением воды в спирт с последующей очисткой полученного водно-спиртового раствора фильтрованием, воду в спирт вводят до концентрации, равной 17,56 мас.%, или 46,00 мас.%, или 88,46 мас.% в расчете на спирт.

В случае необходимости получения водно-спиртового раствора заданной крепости, отличной от указанных выше концентраций базового раствора, производят разбавление водой раствора с концентрацией, наиболее близкой к заданной.

Очистку полученных водно-спиртовых растворов осуществляют фильтрованием, например, с использованием картонного или песочного фильтра.

Перед фильтрованием возможно проведение обработки водно-спиртовой смеси адсорбентом, предпочтительно активированным углем.

Очистка может также проводиться фильтрованием через полимерные, например, полипропиленовые фильтры. В этом случае не требуется обработка адсорбентом.

Испытания растворов проводят в соответствии с ГОСТ 5964-93 по основным показателям, влияющим на органолептические характеристики водно-спиртовых растворов: определены массовые концентрации альдегидов (в основу определений положена их реакция с фуксинсернистым реактивом), сивушного масла (анализ основан на реакции высших спиртов с раствором салицилового альдегида в присутствии серной кислоты) и сложных эфиров - продуктов реакции спиртов и кислот (титриметрическое определение после их омыления раствором гидроксида натрия) и объемная доля метилового спирта (сравнением окраски типовых растворов с окраской испытуемого раствора, образующейся при реакции метанола с марганцовокислым калием и серной кислотой).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1. В емкость из нержавеющей стали (объем 15 л) с мешалкой загружают спирт этиловый ректификованный "Экстра" (ГОСТ 5962-67) в количестве 1,756 кг, а затем воду питьевую исправленную (ГОСТ Р 51232-98 и СанПин 2.1.4.559-96) в количестве 8,244 кг, обеспечивающую концентрацию (мас.%) спирта, равную 17,56. Смесь интенсивно перемешивают в течение 60 мин. Далее водно-спиртовой раствор фильтруют с использованием картонного фильтра. Характеристики полученного раствора приведены в таблице 1.

Пример 2. К 1000 г водно-спиртового раствора с концентрацией 17,56 мас.%, полученного по примеру 1 и содержащего 175,6 г спирта и 824,4 г воды, добавляют загрузку 170,6 г воды, обеспечивающую концентрацию спирта 15 мас.%.

Пример 2а (контрольный). Для сравнения получают водно-спиртовой раствор с концентрацией спирта 15 мас.% добавлением к 150 г спирта 850 г воды. Исходное сырье и технология аналогичны примеру 1.

Характеристики водно-спиртовых растворов, полученных в соответствии с изобретением и контрольными примерами, приведены в таблице 1.

Пример 3. Водно-спиртовой раствор с концентрацией спирта 46 мас.% добавлением 5,4 кг воды питьевой исправленной к 4,6 кг спирта "Экстра", но после смешивания спирта с водой в течение 60 мин смесь обрабатывают активированным углем в виде порошка с размером частиц 3,5 мм, а затем фильтруют с использованием песочного фильтра.

Таблица 1
Характеристика полученных водно-спиртовых растворов
Показатель	В соответствии с примерами	Прототип водка из спирта "Экстра"
1	2	2а	3	4	4а	4б	5	6	6а
Концентрация спирта, мас. %	17,56	15,0	15,0	46,0	40,0	33,33	40,0	86,46	70,0	70,0	40% об. (или 33,33% мас.)
Массовая концентрация альдегидов в пересчете на уксусный в 1 дм3 безводного спирта, мг, не более	0,00	0,00	2,4	0,00	0,00	0,00	2,6	0,00	0,00	2,9	3
Массовая концентрация сивушного масла в пересчете на смесь изоамилового и изобутилового спиртов (3:1) в 1 дм3 безводного спирта, мг, не более	0,00	0,00	2,5	0,00	0,00	0,00	2,7	0,00	0,00	2,9	3
Массовая концентрация эфиров в пересчете на уксусноэтиловый эфир в 1 дм3 безводного спирта, мг, не более	0,00	0,00	18,0	0,00	0,00	0,00	22,0	0,00	0,00	24,0	25
Объемная доля метилового спирта в пересчете на безводный спирт, %, не более	0,00	0,00	0,023	0,00	0,00	0,00	0,026	0,00	0,00	0,028	0,03

Пример 4. 1000 г водно-спиртового раствора с концентраций спирта 46 мас.%, полученного по примеру 3 и содержащего 540 г воды и 460 г спирта, разбавляют водой до концентрации 40 мас.%, добавляя 150 г воды.

Пример 4а (контрольный). 1000 г водно-спиртового раствора с концентраций спирта 46 мас.%, полученного по примеру 3 и содержащего 540 г воды и 460 г спирта, разбавляют водой до концентрации 33,3 мас.%, добавляя 380,14 г воды.

Пример 4б (контрольный). Получают водно-спиртовой раствор с концентраций спирта 40 мас.% по известной технологии, добавляя к 400 г спирта 600 г воды.

Пример 5. По методике, описанной в примере 1, получают 10 кг водно-спиртового раствора с концентрацией 88,46 мас.%, добавляя 1,154 кг воды к 8,846 кг спирта, но очищают полученный раствор с использованием полипропиленового фильтра с диаметром пор 0,47 мкм.

Пример 6. 1000 г водно-спиртового раствора полученного в соответствии с примером 5, содержащего 884,6 г спирта и 115,4 г воды, разбавляют водой в количестве 263,7 г до концентрации 70 мас.%.

Пример 6а (контрольный). Получают водно-спиртовой раствор с концентрацией спирта 70 мас.% по известной технологии, добавляя к 700 г спирта 300 г воды.

Как видно из представленной таблицы 1, технический результат предложенного способа состоит в кардинальном улучшении качества полученных водно-спиртовых растворов за счет исключения содержания вредных примесей (см. примеры 1, 2, 3, 4, 4а, 5, 6)

В основе предложенного способа лежат исследования, выполненные и описанные Д.И. Менделеевым (Д.И. Менделеев. "Растворы". Сборник работ. Под редакцией Мищенко К.П., Ленинград, Изд. АН СССР, 1959 г., с.1092-1093). Согласно Менделееву растворы следует рассматривать как точно определенные атомные соединения при температурах выше температуры их диссоциации. При обычной температуре эти атомные соединения могут и образовываться, и распадаться по законам химического равновесия, которые определяются соотношением между одинаковыми объемами и их зависимостью от масс составляющих активных частей. Прилагая этот метод к растворам спирта и воды, Менделеев отмечает три определенных химических соединения, существующих в водно-спиртовых растворах С₂Н₆О+12Н₂O=17,56% спирта, С₂Н₆О+3Н₂O=46,00% спирта и 3С₂Н₆О+Н₂O=88.46% спирта. Однако из этих интереснейших исследований практических выводов, имеющих прикладное значение, автором сделано не было.

Проверка сведений, приведенных Д.И. Менделеевым, и использование их в практике получения сортировки показала, что разбавляя спирт водой в указанных Д.И. Менделеевым точках (базовых), получают водно-спиртовые растворы улучшенного качества. При этом обязательным условием достижения заявленного технического результата при реализации предложенного способа является соблюдение указанных точечных значений концентрации базовых растворов: отклонение в любую сторону от точечного значения ведет к получению водно-спиртовых растворов, содержащих вредные примеси, что подтверждается контрольными примерами 1а, 1б, 3, 3б, 5а и 5б (осуществленными по методикам ранее приведенных примеров 1, 3 и 5 соответственно), сведения по которым представлены в таблице 2.

Спиртовые растворы, полученные в соответствии с предложенным способом, могут быть широко использованы не только в ликероводочной промышленности при получении алкогольных продуктов, но они могут найти также применение в фармакологии при получении препаратов в виде водно-спиртовых растворов, настоек и экстрактов, а также в косметической промышленности в качестве косметически приемлемой среды.

Таблица 2
Характеристика базовых водно-спиртовых растворов и растворов, полученных при концентрациях спирта, выходящих за базовые значения в сравнении с примерами по изобретению
Показатель	В соответствии с примерами
1	1a	1б	3	3а	3б	5	5а	5б
Концентрация спирта, мас. %	17,56	17,55	17,57	46,0	45,99	46,01	86,46	86,45	86,47
Массовая концентрация альдегидов в пересчете на уксусный в 1 дм3 безводного спирта, мг, не более	0,00	2,54	2,55	0,00	2,71	2,72	0,00	2,98	2,99
Массовая концентрация сивушного масла в пересчете на смесь изоамилового и изобутилового спиртов (3:1) в 1 дм3 безводного спирта, мг, не более	0,00	2,65	2,66	0,00	2,72	2,74	0,00	2,97	2,98
Массовая концентрация эфиров в пересчете на уксусноэтиловый эфир в 1 дм3 безводного спирта, мг, не более	0,00	18,52	18,54	0,00	22,29	22,3	0,00	24,60	24,62
Объемная доля метилового спирта в пересчете на безводный спирт, %, не более	0,00	0,026	0,027	0,00	0,027	0,028	0,00	0,029	0,03

1. Способ получения водно-спиртового раствора смешиванием очищенной питьевой воды и этилового спирта ректификованного введением воды в спирт с последующей очисткой полученного водно-спиртового раствора фильтрованием, отличающийся тем, что воду в спирт вводят до концентрации, равной 17,56 мас.%, или 46,00 мас.%, или 88,46 мас.% в расчете на спирт, и к полученному очищенному водно-спиртовому раствору с концентрацией, ближайшей к заданной, добавляют воду до заданной концентрации.

2. Способ получения водно-спиртового раствора по п.1, отличающийся тем, что перед фильтрованием водно-спиртовой раствор обрабатывают адсорбентом.

3. Способ получения водно-спиртового раствора по п.3, отличающийся тем, что в качестве адсорбента применяют активированный уголь.

4. Способ получения водно-спиртового раствора по п.1, отличающийся тем, что фильтрование проводят с использованием полипропиленовых фильтров.