Производство этилового спирта¶
Производство этилового спирта — совокупность технологических процессов получения этилового спирта (этанола, C₂H₅OH) из сырья, содержащего сахара или крахмал, путём спиртового брожения с последующей перегонкой и очисткой. Основной промышленный метод — биологическое брожение под действием дрожжей (Saccharomyces cerevisiae), при котором сахарные вещества расщепляются до спирта и углекислого газа. В России производство спирта регулируется государством: действует ЕГАИС (Единая государственная автоматизированная информационная система), а оборот этилового спирта ограничен законодательством.
¶Сырьё для производства
В промышленности используют несколько групп сырьевых источников:
| Группа | Примеры | Доля в мировом производстве |
|---|---|---|
| Сахаросодержащее | сахарная свёкла, тростниковый сахар, меласса | значительная в России и Европе |
| Крахмалосодержащее | картофель, зерно (пшеница, рожь, кукуруза) | преобладает в США и Китае |
| Целлюлозно-содержащее | древесина, солома, отходы лесопереработки | малые объёмы, перспективное направление |
В России традиционно основным сырьём служат сахарная свёкла, зерно и картофель. Меласса — побочный продукт сахарного производства — также широко применяется как дешёвый источник сахаров.
¶Основные технологические этапы
¶Подготовка сырья
Зерно измельчают в муку, картофель превращают в пюре, свёклу измельчают и выделяют сахар. Цель этапа — перевести полисахариды (крахмал, сахарозу) в форму, доступную для ферментов и дрожжей.
¶Сахарификация
Крахмалосодержащее сырьё подвергают гидролизу — расщеплению крахмала на сахарозу и глюкозу. Для этого используют ферментные препараты (амилазы, глюкоамилазы) или кислотный гидролиз (серной кислотой). Процесс ведут при температуре 55–60 °C. Полученный раствор называют сусло.
¶Брожение
Сусло охлаждают до 25–30 °C, вносят дрожжи и питательные соли. В анаэробных условиях дрожжи ферментируют сахара по схеме:
C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
Брожение длится 48–96 часов в герметичных цистернах-брожильнях. На выходе получают бродильное вино (сбраженное сусло) с содержанием спирта 7–12 %.
¶Перегонка (дистилляция)
Бродильное вино перегоняют, используя разницу в летучести спирта и воды. На первом этапе получают спирт-сырец крепостью 40–50 % и так называемую барду — остаток, который применяют в корма. Спирт-сырец перегоняют повторно на колонных аппаратах, доводя крепость до 95,6 % — азеотропной смеси спирта и воды, которую невозможно разделить простой перегонкой.
¶Очистка и ректификация
Для получения безводного (абсолютного) спирта крепостью 99,9 % используют ректификацию с добавлением веществ, разрушающих азеотроп (например, оксид кальция), либо мембранные технологии. Обычный ректификованный спирт проходит обработку активированным углём, а также вымораживание для удаления сивушных масел — вредных побочных продуктов брожения.
¶Классификация готового продукта
В России спирт делится на категории в зависимости от степени очистки и сырья:
- Альфа — из пищевого сырья, наивысшая степень очистки;
- Базис — из пищевого сырья;
- Экстра — из пищевого сырья;
- Люкс — из непищевого сырья;
- Бродильный — неректификованный спирт-сырец;
- Гидролизный — из целлюлозно-содержащего сырья.
¶Нетрадиционные методы
¶Синтетический спирт
В СССР и России освоен синтетический этиловый спирт из этилена (гидратация этилена по методу Н. Д. Зелинского). Такой спирт непригоден для пищевых целей, применяется в технических отраслях.
¶Бутаноловое брожение
Альтернативный биологический путь с участием бактерий Clostridium, дающий наряду со спиртом бутанол. В промышленном масштабе в России не развит.
¶Применение
Этиловый спирт используется в пищевой промышленности (производство водки, ликёров, настоек), фармацевтике (настойки, антисептики), химической промышленности (растворитель, сырьё для синтеза уксусной кислоты, этилацетата), а также как топливо — биоэтанол добавляют к бензину для снижения токсичности выхлопов.
¶Правовое регулирование в России
Производство и оборот этилового спирта в РФ находятся под государственным контролем. С 2006 года действует ЕГАИС, обеспечивающая прослеживаемость оборота. Производство спирта осуществляется только лицензированными предприятиями; самогоноварение в промышленных масштабах без лицензии запрещено законом.
¶Историческая справка
Спиртовое производство известно с древности: в Индии и Китае вино из риса и фруктов изготавливали за тысячи лет до н. э. В России первые винокуренные заводы появились в XVI веке; в XVIII веке М. В. Ломоносов ввёл термин «водка» и внедрил рациональные методы перегонки. К XIX веку в России работали тысячи винокуренных заводов, а в 1895 году введена государственная монополия на производство водки.
Источники:
- Технология спирта / под ред. В. М. Попова
- ГОСТ Р 51652-2000 «Спирт этиловый ректификованный»
- Биохимические процессы спиртового брожения / учебные пособия по микробиологии
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона