Процесс приготовления водки складывается из следующих основных технологических операций: приготовление солода, дробление и смешивания его с водой, сбраживание, получение из полученной браги спирта; подготовка воды, приготовление водно-спиртовой смеси (сортировки), предварительное фильтрование и обработка активированным углем, внесение ингредиентов (сахар, мед, сухое молоко – для особых сортов водки), финальное фильтрование водки и доведение крепости до стандартной (корректировка), розлив водки в бутылки.
Приготовление солода (соложение) заключается в том, что поступивший в винокурню ячмень (зерна кукурузы, ржи, пшеницы) тщательно перебирают, очищают и сушат. Затем его замачивают в воде и рассыпают тонким слоем для прорастания в течение 7-10 дней. Таким образом, начальные этапы производства водки сродни производству пива.
Солод – это особым образом обработанное зерно, пророщенное и высушенное. Соложение сырья в пивном производстве является обязательной операцией, которая обуславливает дальнейшее успешное прохождение процесса брожения.
Для проведения брожения необходимо, чтобы в сбраживаемом сусле содержался определенный процент сахаров, являющихся основным субстратом для дрожжей, в процессе жизнедеятельности которых сахара превращаются в этиловый спирт и углекислый газ (а также вторичные продукты брожения, образующиеся в незначительных по сравнению с основными продуктами количествах).
В противовес винограду, в котором на момент полной технологической зрелости содержится значительное количество моносахаридов, в зерне злаков содержится главным образом крахмал, полисахариды и растительные белки, которые не могут быть сброжены дрожжами. Именно это обстоятельство обуславливает проведение операции соложения (проращивания) зерна при производстве пива. При проращивании зерна в нем начинает протекать комплекс сложных биохимических процессов, основным из которых является ферментативный распад крахмала, полисахаридов и растительных белков зерна до простых моносахаридов.
Таким образом, производство этилового спирта из зерна, картофеля, сахарной свеклы и мелассы основано на ферментативном гидролизе крахмала сырья и сбраживании образующихся сахаров и сахаров, содержащихся в сахарной свекле и мелассе, дрожжами.
Производство пищевого спирта складывается из следующих основных процессов: разваривание растительного сырья с водой с целью нарушения его клеточной структуры и растворения крахмала; охлаждение разваренной массы и обработка крахмала ферментами солода (проращенного зерна) или культурами плесневых грибов; сбраживание сахаров дрожжами; отгонка спирта из бражки и его ректификация.
По окончании брожения полученную жидкость – брагу с содержанием 8-10% об. этилового спирта – направляют на перегонку для получения спирта-сырца на брагоперегонный аппарат или для получения спирта-ректификата на ректификационный аппарат. В процессе перегонки браги в виде отхода получают барду – ценный корм для скота.
Процесс перегонки водочного спирта аналогичен процессу перегонки при производстве коньяка, арманьяка, виски, рома, граппы и других видов крепкого алкоголя и отличается незначительными отличиями, обусловленными составом перегоняемой браги. На ликероводочных заводах при изготовлении водок обычно используют три разновидности ректификованного этилового спирта – «Высшей очистки», «Экстра» и «Люкс». При производстве элитных водок применяют спирт высочайшей степени очистки – «Альфа». У многих заводов есть собственные цеха по производству спирта, остальные закупают его на спиртовых заводах. В этом случае специальные подразделения контролируют качество закупаемого продукта.
Полученный спирт, который является основным полупродуктом для производства водки, смешивают с подготовленной водой в определенной пропорции. Смесь подготовленной воды и этилового спирта-ректификата требуемой крепости приготовляют в специальном отделении очистного цеха, называемом сортировочным. Для приготовления сортировки в чан-смеситель вводят рассчитанные количества сначала спирта, затем умягченной воды. После тщательного перемешивания отбирают пробу, в которой определяют крепость.
Водно-спиртовые смеси готовят периодическим и непрерывным способом. При периодическом способе спирт и воду смешивают в чане-смесителе, который представляет собой герметически закрытый стальной цилиндр со сферическими днищем и крышкой, на которой имеются смотровые стекла. Через патрубки чан заполняется спиртом, возвратными продуктами и водой. Для измерения объемов на нем установлено измерительное стекло. Перемешивание смеси осуществляется пропеллерной мешалкой, вращающейся с частотой 460-500 оборотов в минуту, время перемешивания составляет 20 минут.
Перемешивание можно проводить и сжатым воздухом, подаваемым от компрессора или воздуходувки. В этом случае в чане-смесителе устанавливают лучевой барботер, состоящий из шести радиальных лучевых трубок с отверстиями диаметром 1,5 мм. Расход воздуха около 1 кубометра в минуту на 1 квадратный метр поперечного сечения чана. Длительность перемешивания воздухом составляет 10 минут. При перемешивании сжатым воздухом несколько улучшаются вкус и аромат водки, но возрастают потери спирта. Для улавливания спиртовых паров из воздуха, выходящего из смесителя, устанавливают спиртоловушки.
Иногда перемешивание осуществляют при помощи насоса, перекачивая смесь из нижней части чана-смесителя в его верхнюю часть. Число чанов-смесителей зависит от производительности завода и вместимости чанов. На площадке, расположенной над смесителем, устанавливают конические и цилиндрические мерники для спирта, мерник для умягченной воды, сборники возвратных продуктов, чан для приготовления растворов питьевой соды и уксуснокислого натрия (ацетата натрия), несколько ниже – паровой или центробежным насос для перекачки готовой сортировки в напорные чаны.
Указанная последовательность подачи в чан-смеситель сначала спирта, а затем воды ускоряет процесс перемешивания, так как спирт, плотность которого меньше плотности воды, поднимаясь вверх, способствует лучшему перемешиванию смеси. Спирт и воду можно вводить в чан и одновременно; при этом спирт смешивается с водой уже при заполнении чана, но все же целесообразнее введение спирта заканчивать несколько раньше, чем воды. Приготовление сортировки описанным способом длится 1,5 часа.
При непрерывном способе перемешивания требуется высокая точность дозировки смешиваемых объемов с целью получения стабильной по крепости водно-спиртовой смеси. Спирт и умягченная вода из напорных емкостей поступают в напорные бачки, снабженные поплавковыми регуляторами уровня. Расход спирта и волы контролируется ротаметрами. Спирт и вода в соотношении 1:1,38-1,44 через регуляторы напора и расходомеры поступают в двухступенчатый кольцевой смеситель поточного типа. Такое соотношение потоков позволяет получить крепость сортировки выше номинальной на 0,5-1,5% об. При выходе из смесителя сортировка засасывается и дополнительно перемешивается центробежным насосом, работа которого контролируется мановакуумметрами, а производительность контролируется вентилями, регулирующими расход основных компонентов.
Повышенная крепость сортировки на первом этапе ее приготовления объясняется тем, что на последующем этапе в системе предусмотрено автоматическое устройство, которое обеспечит подачу в продуктовый трубопровод дополнительного количества воды для понижения крепости до номинальной.
Растворы вспомогательного сырья дозируют через специальные мерники. Установка компактна и располагается на одном этаже. Применение непрерывно действующей установки с автоматическим регулированием по заданной крепости водки позволяет интенсифицировать процесс, обеспечить стабильность крепости сортировки, снизить потери спирта и высвободить производственные площади.
Впервые в мире непрерывный метод приготовления водно-спиртовых смесей был внедрен на Ленинградском ликерно-водочном заводе. После смешивания приготовленную водно-спиртовую смесь (сортировку) предварительно фильтруют для удаления взвешенных веществ, затем обрабатывают активным углем для придания свойственных водке вкуса и аромата. После обработки углем при приготовлении специальных водок вносят различные ингредиенты. Затем для освобождения водки от частичек угольной пыли, нерастворимых включений вносимых добавок, а также для придания водке безукоризненной прозрачности и кристального блеска сортировку фильтруют через кварцевый песок.
В соответствии с рецептурой выпускаемых водок в сортировку могут вносить небольшое количество ингредиентов – сахар, мед, лимонную кислоту, питьевую соду (гидрокарбонат натрия), перманганат калия, сухое молоко, уксусную кислоту и др. Так, на 1000 декалитров сортировки водки Столичная добавляют 20 кг рафинированного сахара-песка, в сортировку водки Экстра– 25 кг рафинированного сахара-песка и от 1 до 10 г перманганат калия. Сахар вносят в сортировку в виде водного раствора – сахарного сиропа. Чтобы при хранении сироп не подвергался брожению, его готовят очень концентрированным – массовой концентрацией 65,8% (в 1 л сиропа 869,3 г сахара) или 73,2% (в 1 л сиропа 1000,9 г сахара).
Вообще, сахару принадлежит важная роль в формировании вкуса ликероводочных изделий. Сахар придает напитку сладость, смягчает вкус, способствует ассимиляции ароматических веществ. Многим ликерам сахар придает свойственную им густоту (вязкость).
Сахарный сироп готовят в основном горячим способом в сироповарочных котлах. Типовой сироповарочный котел представляет собой закрытый стальной резервуар цилиндрической формы со сферическим днищем. Котел снабжен паровой рубашкой и механической мешалкой. В крышке котла имеются люк для загрузки сахара, патрубок для залива воды и вытяжная труба для отвода паров. Для спуска сиропа служит патрубок в днище котла. Спускное отверстие этого патрубка закрывается клапаном, перемещаемым с помощью штурвала. Котел обогревается насыщенным паром, подаваемым под давлением 0,3 МПа.
В сироповарочный котел подают умягченную воду из расчета 0,5 л на 1 кг сахара (для получения сиропа массовой концентрацией 65,8%) или 0,35 л на 1 кг сахара (для получения сиропа массовой концентрацией 73,2%). Воду подогревают до 50-60oC, после чего, не прекращая нагревания, при непрерывном перемешивании, вводят расчетное количество сахара. После полного растворения сахара раствор доводят до кипения. Затем, прекратив подачу пара, с сиропа снимают пену и снова нагревают его до кипения. Эту операцию повторяют дважды.
Продолжительность варки не должна превышать 30 мин, так как длительное нагревание сиропа может вызвать карамелизацию сахара, что повлечет за собой пожелтение или потемнение сиропа. Готовность сиропа определяют по концентрации в нем сахара с помощью рефрактометра.
При приготовлении сиропа массовой концентрацией 73,2% перед окончанием варки в котел добавляют лимонную кислоту в виде водного раствора в количестве 0,08% по отношению к массе сахара. Лимонная кислота способствует инверсии.
После внесения лимонной кислоты сироп не следует нагревать, так как при высокой температуре инверсия сахарозы сопровождается образованием фурфурола – темноокрашенного продукта, представляющего собой гетероциклический спирт, один из первых продуктов, образующихся при карамелизации сахара.
Смесь глюкозы и фруктозы называют инверсным сахаром, который обладает более сладким, мягким и приятным вкусом и значительно труднее кристаллизуется, чем сахароза. Приготовленный горячий сироп для отделения механических примесей фильтруют через сетчатый фильтр, представляющий собой стальной цилиндрический корпус с крышкой на откидных болтах и плоским днищем. В верхней части корпуса фильтра на противоположных сторонах его имеется один штуцер для подачи сиропа и другой для его выхода. Фильтрующее устройство (фильтр-ловушка) состоит из двух вставленных один в другой сетчатых стаканов. Внутренний стакан имеет отверстие диаметром 5 мм, внешний – диаметром 3 мм.
Помимо сахара в русские водки часто вносят мед. Мед предварительно разбавляют водкой в отношении 1:10 (1 кг меда на 10 л водки), профильтровывают через целлюлозные пластины с намывным кизельгуровым (диатомитовым) слоем (3 кг кизельгура на 1 квадратный метр поверхности фильтрующих пластин) для удаления коллоидных веществ, образующихся при растворении меда.
Сахарный сироп и раствор меда надо вносить в сортировку после ее обработки активным углем. Марганцовокислый калий добавляют в сортировку в виде водного раствора до введения сахарного сиропа.
Для некоторых видов водок при приготовлении сортировок по рецептуре добавляют гидрокарбонат натрия (питьевую соду) и уксуснокислый натрий. Щелочность сортировки и водки определяют титрованием 0,1 нормальным раствором соляной кислоты при индикаторе метиловый красный.
В сортировку водки Посольская вводят сухое обезжиренное молоко в количестве 6,2 кг на каждые 1000 декалитров. Сухое молоко предварительно заливают 20 декалитрами воды, размешивают и через 2-3 ч вводят в водно-спиртовую смесь. После добавления молока сортировку перемешивают и оставляют в покое для отстаивания еще на 2-3 ч. Под действием спирта происходит коагуляция молочного белка, которая завершается выпадением хлопьевидного вещества в осадок. Хлопья сорбируют на своей поверхности содержащиеся в водно-спиртовой смеси органические и красящие вещества, увлекая их в осадок. Благодаря этому водка приобретает кристальный блеск и высокие вкусовые качества (на этом же основана так называемая «фильтрация молоком», применяемая некоторыми производителями водок из коммерческих интересов для привлечения покупателей).
После внесения необходимых по рецептуре добавок сортировку подвергают финишной фильтрации. Следует отметить, что финишной фильтрации подвергаются не только специальные водки, но и оригинальные водки, прошедшие фильтрацию через угольный фильтр, но содержащие никаких добавок. В водно-спиртовых растворах всегда содержится небольшое количество тонкодисперсных взвешенных частиц. Это взвеси, вносимые с умягченной водой, минеральные соли остаточной жесткости, выделяющиеся при смешивании воды со спиртом. В процессе обработки смеси активным углем вследствие гидродинамического воздействия потока уголь постепенно разрушается, образуя мельчайшие частички коллоидных размеров, переходящие в раствор. Учитывая, что взвешенные примеси, содержащиеся в исходной сортировке, забивают поры угля и снижают его активность, а обработанная углем водно-спиртовая смесь (водка) должна быть совершенно прозрачна, фильтрование проводят дважды – до и после обработки смеси углем.
Фильтрование – это процесс осветления жидкостей при прохождении их через пористую перегородку, задерживающую твердую и пропускающую жидкую фазы.
Различают два основных вида фильтрования суспензий – фильтрование с образованием осадка и без образования осадка. В первом случае основная масса частиц извлекается из суспензии, содержащей твердую фазу, которая задерживается на поверхности фильтрующей перегородки, образуя постепенно уплотняющийся слой осадка. Во втором случае частицы твердой фазы задерживаются в самой толще фильтрующей массы фильтра, например в слое кварцевого песка, дробленого антрацита, мрамора.
Процесс фильтрования с образованием осадка характерен для концентрированных суспензий с содержанием твердой фазы 10-15 % и более. Процесс фильтрования без образования осадка характерен для неконцентрированных суспензий. Этот вид фильтрования наиболее приемлем для водно-спиртовых смесей, содержащих твердую фазу в очень незначительном количестве (сотые или даже тысячные доли процента).
Фильтрование является гидродинамическим процессом, скорость которого прямо пропорциональна разности давлений, создаваемой по обе стороны фильтрующей перегородки, и обратно пропорциональна сопротивлению, испытываемому жидкостью при ее движении через поры перегородки и слой образовавшегося осадка.
Фильтрование сортировок и водок осуществляется на песочных фильтрах периодического и непрерывного действия. В качестве фильтрующего материала применяют кварцевый песок различной степени зернения, располагаемый в фильтре слоями, в редких случаях используют высокопористые керамические плитки. Поступающий на завод кварцевый песок сортируют по величине зерен, тщательно промывают водой и обрабатывают 2-3% раствором соляной кислоты.
Размер пор, образуемых зернами песка, меньше размера основной массы взвешенных частиц, поэтому последние, накапливаясь на поверхности слоя песка, образуют тонкопористую пленку осадка. Вначале фильтрования, пока пленка еще не образовалась, через фильтр проходят мелкие частички осадка и первые порции фильтрата получаются мутными. Затем на фильтрующем материале образуется слой взвешенных частиц, проходя через который, водно-спиртовой раствор осветляется до полной прозрачности.
Песочные фильтры представляют собой закрытые цилиндрические сосуды с выпуклым дном и съемной крышкой. Изготовлены они из меди, внутри луженые. С помощью двух луженых перфорированных дисков фильтр разделен на три камеры. Верхняя и нижняя полые, а средняя (фильтрационная) заполнена кварцевым песком в два слоя (в нижнем зерна размером 1-3,5 мм, в верхнем 3,5-5 мм). Поверх нижнего перфорированного диска до загрузки песка укладывают металлический луженый или деревянный обруч, обтянутый фильтровальной тканью, как правило, фланелью.
В случае, если после фильтрации крепость полученной водки будет отличаться от требуемой, производят корректировку путем добавления в водку необходимого количества спирта-ректификата или умягченной воды. Приготовленную водку направляют на контрольную фильтрацию и далее – на розлив в предварительно отсортированную, очищенную и вымытую стеклянную посуду без щербин, посторонних включений, рассортированную по вместимости и форме.
В моечно-разливочном цехе розлив водок в бутылки и их оформление производятся на автоматических поточных линиях в той же последовательности, что и в технологии вин и всех видов крепкого алкоголя. После розлива производится укупорка бутылок, бракераж укупоренных бутылок путем просмотра их содержимого перед световым экраном, наклейка этикеток, укладка готовой продукции в ящики, формирование паллет, отправка в торговую сеть.
В процессе бракеража водка, разлитая в плохо вымытые или поврежденные бутылки, а также водка, в которой обнаружены включения, отбраковывается и сливается в особый сборник. Отсюда в виде так называемого исправимого брака она возвращается в очистной цех для переработки и приготовления очередной партии водно-спиртовой смеси. К исправимому браку относят также первые мутные порции фильтрата из песочных фильтров и угольных колонок после их зарядки, а также водку, сливаемую из угольных колонок при их отключении для регенерации отработанного активного угля.
Пролитую при розливе водку – неисправимый брак – собирают в отдельный сборник, откуда после перегонки ее используют для приготовления денатурированного спирта.