沈飛,張建才,姚紅,柴菊華,侍朋寶,萬龍楠
(河北科技師范學(xué)院食品科技學(xué)院,河北秦皇島 066600)
白蘭地是一種以水果為原料通過發(fā)酵、蒸餾、貯藏、陳釀而成的蒸餾酒[1-2],其成分組成復(fù)雜,其中水和乙醇占比98%以上,殘?zhí)钦急?%,另有不足1%卻是白蘭地重要香氣骨架的揮發(fā)性成分[3-4]。目前研究表明白蘭地中的香氣成分有500多種[5-6],主要影響因素有原料成熟度及其本身香氣特點(diǎn)、原料酒發(fā)酵條件、蒸餾技術(shù)以及橡木桶陳釀等[7-9],其中蒸餾技術(shù)是最為關(guān)鍵的影響因素。蒸餾過程中,揮發(fā)性成分的餾出取決于三個條件:沸點(diǎn)、在酒精或水中的溶解度以及蒸氣和液體中酒精含量的變化[10]。蒸餾的目的,除了餾出酒精還要盡量保留葡萄本身以及原酒中的香氣,并去除不愉快的氣味成分和有毒有害物質(zhì)[11-14],為后續(xù)的橡木桶陳釀提供香氣物質(zhì)基礎(chǔ)。因此,對白蘭地中揮發(fā)性化合物的種類及含量具有決定性作用的蒸餾設(shè)備及蒸餾方法至關(guān)重要,具有承上啟下的作用[15]。
最早的蒸餾設(shè)備可追溯到公元前3500年,通過對設(shè)備結(jié)構(gòu)、功能及蒸餾技術(shù)等的不斷更新,至距今1000年前出現(xiàn)了傳統(tǒng)的壺式蒸餾,用于蒸餾香料。200多年前,法國夏朗德省對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)和功能上的延伸,開始用于蒸餾白蘭地[1,16]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,蒸餾設(shè)備在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、蒸餾方法和加熱方式等方面進(jìn)行了較大改進(jìn),如由傳統(tǒng)的用火加熱改為蒸汽或電加熱,由傳統(tǒng)的蒸餾鍋改為帶分流盤的蒸餾設(shè)備、雙釜蒸餾設(shè)備等。改進(jìn)后的設(shè)備投入人力少、效率高、酒質(zhì)更為純凈、香氣成分更為豐富,白蘭地品質(zhì)更為穩(wěn)定[17-18]。
目前較為常見的蒸餾設(shè)備有兩種:壺式間歇蒸餾設(shè)備和塔式連續(xù)蒸餾設(shè)備。不同的蒸餾設(shè)備配合不同的蒸餾方法,可使蒸餾出的白蘭地香氣成分和口感有很大的差異[3,19-20]。如果蒸餾設(shè)備或者相對應(yīng)的蒸餾工藝選擇不當(dāng),未能很好的除去異味物質(zhì),則會使白蘭地原酒的香氣產(chǎn)生缺陷,降低白蘭地的品質(zhì)[21]。因此,設(shè)備生產(chǎn)廠家會根據(jù)不同的原料種類及實踐經(jīng)驗總結(jié)出專門的蒸餾設(shè)備和與之搭配的蒸餾工藝參數(shù)[16]。本文對不同水果白蘭地蒸餾時不同設(shè)備的使用及相應(yīng)的蒸餾工藝參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié),以期為我國不同水果白蘭地蒸餾過程中對設(shè)備及蒸餾工藝的選擇和改進(jìn)提供參考。
1.1.1 壺式蒸餾設(shè)備
早期壺式蒸餾設(shè)備一般為紫銅材質(zhì),其基本結(jié)構(gòu)包括:鍋爐、蒸餾釜、鵝頸管、入料口、預(yù)熱釜、廢液口、出酒口、冷卻水出口、冷卻水入口等(圖1)。目前該類設(shè)備用電或蒸氣加熱,取代鍋爐加熱[1,16]。壺式蒸餾過程中分別截取酒頭酒尾,以減少有毒有害物質(zhì)和令人不愉快的香氣成分進(jìn)入酒身,此法得到的白蘭地香氣物質(zhì)較為豐富、風(fēng)味鮮明。
圖1 壺式蒸餾設(shè)備[16]Figure 1 Pot distillation equipment
張凱惠等[22-23]提出,雖然全銅材質(zhì)蒸餾設(shè)備蒸餾出來白蘭地酒質(zhì)好,蒸餾效率高,但設(shè)備昂貴,不利于小規(guī)模生產(chǎn)。而玻璃材質(zhì)添加紫銅片的蒸餾設(shè)備較紫銅材質(zhì)具有傳熱好、蒸餾過程直觀、操作便捷、成本低等優(yōu)點(diǎn),有更好的應(yīng)用前景。
1.1.2 雙釜蒸餾設(shè)備
雙釜蒸餾設(shè)備包含兩組加熱釜、加熱管、鵝頸管、冷卻蛇管、廢液排出口、篩板、入料口、溫度計、出酒口等(圖2),其中兩釜內(nèi)壁、釜間加熱管、鵝頸管、冷卻蛇管等均為紫銅材質(zhì),設(shè)備底部有通用接口,可以選擇蒸汽或者電熱管進(jìn)行加熱。蒸餾過程中通過控制兩組加熱釜是否串聯(lián)來控制蒸餾次數(shù),串聯(lián)時蒸餾釜A生成的蒸氣經(jīng)過加熱管進(jìn)入蒸餾釜B再次蒸餾,這樣原料酒通過一次蒸餾就能得到較高品質(zhì)的白蘭地原酒,實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能高效,適宜大、中、小規(guī)模的白蘭地生產(chǎn)使用[16,24]。
圖2 雙釜蒸餾設(shè)備[16]Figure 2 Double kettle distillation equipment
1.1.3 新II型蒸餾設(shè)備
新II型蒸餾設(shè)備是基于雙釜蒸餾設(shè)備的改進(jìn)設(shè)備,其結(jié)構(gòu)由圖2中所示的蒸餾釜、分餾器、冷凝冷卻器、各種管路及外加3個分流盤組成,可以通過增減蒸餾釜和分餾盤的數(shù)量、增加冷卻冷凝器的換熱面積來滿足蒸餾的需要[25]。
1.1.4 塔式蒸餾設(shè)備
塔式蒸餾設(shè)備的結(jié)構(gòu)包括:鍋爐、蒸餾釜、蒸餾塔、塔板、預(yù)熱釜等(圖3),起初用于酒精的蒸餾,蒸餾塔通常置于蒸餾釜之上,有時也會與蒸餾釜分離[1,16]。蒸餾塔中的塔板數(shù)通常為20~40塊,目的是對原料酒的熱蒸汽進(jìn)行回流,即高級醇會在塔板之間不斷回流和復(fù)蒸[26-27],使一部分高級醇轉(zhuǎn)化為高級醇酯,另一部分隨酒尾餾出。該設(shè)備目前在法國及其他一些國家的白蘭地蒸餾中應(yīng)用較為廣泛[27]。
圖3 塔式蒸餾設(shè)備[16]Figure 3 Tower distillation equipment
Carla等[28]對塔式蒸餾設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn),結(jié)構(gòu)為多個串聯(lián)錐形鍋爐、塔板、填充塔、鼓泡板、冷凝裝置(圖4),通過增加蒸餾塔的個數(shù)實現(xiàn)了多塔蒸餾。用其進(jìn)行蒸餾時,所得白蘭地質(zhì)量均一,滿足蒸餾過程的低能耗、高效率要求。配合自動化控制系統(tǒng),適用于白蘭地的工廠化大生產(chǎn)[28]。
圖4 多個錐形銅鍋爐和填料塔組成的設(shè)備[28]Figure 4 Equipment composed of multiple conical copper boilers and packing towers[28]
用塔式蒸餾的白蘭地既有合適的酒精度,又有香氣物質(zhì),為白蘭地的優(yōu)良香氣品質(zhì)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。用該類設(shè)備所蒸餾的白蘭地,通常品質(zhì)較為穩(wěn)定,并且只需要單次蒸餾,因而低能耗、高效率,大大提高了經(jīng)濟(jì)效益[1,16,27]。
1.1.5 其他蒸餾設(shè)備
不同的蒸餾設(shè)備本質(zhì)上都是基于壺式蒸餾設(shè)備和塔式蒸餾設(shè)備的改進(jìn)和延伸。除上述蒸餾設(shè)備外,常見的還有:(1)帶分餾盤的蒸餾設(shè)備,該類設(shè)備是將壺式蒸餾設(shè)備的球形分餾器改為兩個透鏡形分餾器,使兩次蒸餾變?yōu)橐淮握麴s[1];(2)皮渣白蘭地蒸餾設(shè)備,是將常見的1個蒸餾鍋改為3個蒸餾鍋,加上一組分餾盤和一個冷卻器組成,鍋內(nèi)有銅網(wǎng),可網(wǎng)住沸騰的皮渣,以防堵塞蒸餾管道[1];(3)阿爾瑪涅克連續(xù)蒸餾設(shè)備,其特殊之處在于設(shè)備的蒸餾塔通常為5~16層塔板[16]。
1.2.1 壺式蒸餾設(shè)備的工藝參數(shù)對蒸餾酒品質(zhì)的影響
采用壺式蒸餾設(shè)備進(jìn)行蒸餾的過程通常不穩(wěn)定,因為餾分的組成隨著蒸餾的進(jìn)行而不斷變化。因此,餾分的截取成為平衡酒精度和揮發(fā)性成分含量高低的重要環(huán)節(jié)[16]。通常通過控制蒸餾速率、蒸餾溫度和酒頭酒尾截取量等參數(shù),以獲得更加復(fù)雜的香氣成分[29]。
用此類設(shè)備對刺葡萄、白玉霓、公釀一號、貴人香葡萄[10,30-32],以及李子[29]、蘋果[6,33]等果酒原料進(jìn)行蒸餾,在第一次蒸餾時,少量截取酒頭,在酒精體積分?jǐn)?shù)為5%左右時截取酒尾,酒身酒度在26%~32%。第二次蒸餾時,針對酒質(zhì)較好的原料酒,截取酒頭的體積為總體積的1%左右,若酒質(zhì)偏差,則截取體積占2%~3%較為適宜;酒尾的截取均可分為兩部分:第一部分在酒度56%~50%之間截取,稱為一級酒尾;第二部分在酒度30%時截取,稱為次酒尾[33-36]。按酒頭、酒身、酒尾三部分進(jìn)行截取能更好地反映各部分餾分中揮發(fā)性物質(zhì)的種類和含量的變化趨勢。
1.2.2 雙釜蒸餾設(shè)備的工藝參數(shù)對蒸餾酒品質(zhì)的影響
雙釜蒸餾設(shè)備是由兩個相同的加熱釜組成,兩釜之間由加熱管進(jìn)行連接,通過控制球閥可以使兩釜同時或單獨(dú)使用。兩釜同時使用時,一次蒸餾即可使白蘭地原酒達(dá)到很好的品質(zhì),操作過程高效、簡單、節(jié)能。張將等[16,24]使用該設(shè)備分別進(jìn)行了一次蒸餾和兩次蒸餾。進(jìn)行一次蒸餾時,截取酒頭為入料體積的0.24%,截取酒精度60%以上為酒身。兩次蒸餾時,粗餾過程不截取酒頭、酒尾;精餾時,截取酒頭為入料體積的0.6%,截取酒精度60%以上為酒身。經(jīng)檢測分析,一次蒸餾的白蘭地有很好的烘烤和杏仁油香氣,但是香氣欠純正;兩次蒸餾的白蘭地高級醇大幅降低,特別是有生青味的己醇下降近50%,原酒香氣更為純正,有更濃郁的果香、花香[16,24]。兩次蒸餾較一次蒸餾可有效降低飲用時的宿醉感。因此,該設(shè)備雖具有一次蒸餾出白蘭地原酒的功能,但要達(dá)到兩次蒸餾的品質(zhì),還需進(jìn)一步改進(jìn)。
在上述研究基礎(chǔ)上,有學(xué)者對雙釜蒸餾設(shè)備的釜間連管進(jìn)行了保溫處理,即用保溫材料對釜間連接管進(jìn)行包覆,可降低能耗和冷卻水使用量,提高蒸餾效率。經(jīng)保溫處理可增加白蘭地原酒中具有愉悅特點(diǎn)的醇類物質(zhì)含量,使酒具有果香、花香、甜香等特點(diǎn),整體香氣強(qiáng)度和純凈度有所提高[16,24],但對甲醇含量沒有顯著影響[27,37-38]。
1.2.3 新II型果酒蒸餾設(shè)備的工藝參數(shù)對蒸餾酒品質(zhì)的影響
趙瑩等[25]使用新II型果酒蒸餾設(shè)備對“青梅、柚子、提子”復(fù)合果酒進(jìn)行蒸餾,得出該設(shè)備對此種復(fù)合果酒的最佳蒸餾工藝參數(shù)為:蒸餾溫度90 ℃,蒸餾壓力0.01 MPa,餾酒速率2.61 kg·min-1,冷凝水流量為4.71 kg·min-1,截取酒頭、酒尾的比例分別為1%、20%。在此蒸餾工藝參數(shù)條件下蒸出的水果復(fù)合白蘭地共檢測出醇類物質(zhì)7種、酯類物質(zhì)10種、羧酸類物質(zhì)2種、醛酮類物質(zhì)3種、其他種類物質(zhì)5種,主要成分為:正丙醇、異丁醇、2-丁醇、異戊醇、乙酸、糠醛、芳樟醇氧化物、棕櫚酸乙酯等[25]。酒液澄清透明、酒香果香協(xié)調(diào)濃郁。
1.2.4 玻璃蒸餾設(shè)備的工藝參數(shù)對蒸餾酒品質(zhì)的影響
使用全玻璃蒸餾器蒸餾不同水果白蘭地時,需進(jìn)行兩次蒸餾。第一次蒸餾均選用急火蒸餾,不截取酒頭酒尾;第二次蒸餾即精餾時,不同的水果白蘭地原料酒所使用的蒸餾工藝參數(shù)不同。例如,對于海紅果白蘭地[22],精餾需選用文火,截取入料體積的1%作為酒頭,從酒精度55%到20%作為次酒尾,從酒精度20%到2%作為酒尾,得到白蘭地原酒的酒精度約為68%;蒸餾橄欖白蘭地[39],精餾的最初溫度為130 ℃,過程中的溫度最高可達(dá)180 ℃,酒精體積分?jǐn)?shù)75%作為酒頭,75%~65%為酒身,65%~4%為酒尾[25]。在上述不同水果白蘭地所對應(yīng)的不同蒸餾工藝參數(shù)下,白蘭地原酒的酒精損失較小,且酒體澄清透明,果香突出,酒香純正,口感優(yōu)良,甲醇含量符合標(biāo)準(zhǔn)[22]。
使用玻璃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀加紫銅片蒸餾設(shè)備進(jìn)行蒸餾時也需控制酒頭、酒尾的截取量及酒身的酒度[23]。例如,使用此設(shè)備蒸餾白樺汁白蘭地時,第一次蒸餾采用急火,不截取酒頭、酒尾;第二次蒸餾采用文火,酒精度大于70%的餾出液作為酒頭,體積約為原料酒體積的5%,截取酒精度55%以下的餾出液作為酒尾[40]。在此蒸餾條件下獲得的白樺汁白蘭地共檢測出43種香氣成分,其中一次蒸餾出24種,二氯甲烷較多,各種酯類、醇類和部分酸類較少;二次蒸餾出21種,二氯甲烷相對減少,各種酯類,醇類和酸類增多,且以各種高級酯和高級醇為主[23,40-41]。
白蘭地的揮發(fā)性成分是決定白蘭地品質(zhì)的關(guān)鍵,目前檢測出的揮發(fā)性成分有500多種,主要分為脂肪酸、揮發(fā)酚、酯類、醛類、萜烯類、酮類、醇類、呋喃類和苯衍生物等[42-47]。這些揮發(fā)性物質(zhì)主要表現(xiàn)出水果、花香、甜香、脂肪、煙熏、動物等香氣特點(diǎn)[27]。目前檢測白蘭地中揮發(fā)性成分的樣品預(yù)處理方法主要有:液-液萃取、固相微萃取、固相萃取、正相液相色譜、攪拌子吸附萃取、酸堿中性組分分離等。檢測方法包括:氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法、氣相色譜-聞香法、光譜法、高效液相色譜法等[48-53]。
本文只針對水果白蘭地中含量較多的醇類、酯類和醛類物質(zhì)進(jìn)行綜述,對其他含量較少的酮類、呋喃類、萜烯類和苯衍生物等未進(jìn)行具體分析。
對蒸餾過程中使用不同蒸餾設(shè)備蒸餾不同水果白蘭地?fù)]發(fā)性成分的總結(jié)見表1。葡萄白蘭地[30-32]、蘋果白蘭地[6]、李子白蘭地[29]、復(fù)合果酒白蘭地[25]及橄欖白蘭地[39]的酯類物質(zhì)種類較多,其中葡萄白蘭地中酯類物質(zhì)種類明顯多于其它水果白蘭地,達(dá)34種;櫻桃白蘭地[16]的醇類物質(zhì)種類明顯多于其它揮發(fā)性物質(zhì),達(dá)24種。
表1 不同蒸餾設(shè)備及不同水果白蘭地中主要揮發(fā)性成分種類Table 1 Main volatile components in different distillation equipment and different fruit brandy
不同設(shè)備蒸餾的不同水果白蘭地中主要的酯類成分見表2。由傳統(tǒng)壺式蒸餾設(shè)備蒸餾出的水果白蘭地[6,29-32],均含有乙酸乙酯和乳酸乙酯,且李子白蘭地[29]中乙酸乙酯的含量最高,為520 mg·L-1;蘋果白蘭地[6]中乳酸乙酯的含量最高,為3.37 mg·L-1;葡萄白蘭地[30-32]中含量較為豐富的為癸酸乙酯和辛酸乙酯,分別為98.75、92.45mg·L-1;用未保溫處理和保溫處理的雙釜蒸餾設(shè)備蒸出的櫻桃白蘭地[16]中酯類物質(zhì)含量均為己酸乙酯最高,分別為135.37、123.57 mg·L-1;白樺汁白蘭地[23,40]中含量最高的酯類物質(zhì)是丁二酸二乙酯,為9.92 mg·L-1。
表2 不同蒸餾設(shè)備及不同水果白蘭地中主要的酯類成分含量Table 2 Contents of major esters in different distillation equipments and fruit brandymg·L-1
不同設(shè)備蒸餾的水果白蘭地中主要的醇類成分見表3。除白樺汁白蘭地[23,40]外,其它水果白蘭地均含有異丁醇;用傳統(tǒng)壺式蒸餾設(shè)備、新II型果酒蒸餾設(shè)備、雙釜蒸餾設(shè)備蒸出的葡萄白蘭地[30-32]、蘋果白蘭地[6]、復(fù)合果酒白蘭地[25]及櫻桃白蘭地[16]中均含有異戊醇,且其含量均為醇類物質(zhì)中最多,分別為:3.75、542.51、444.32、220.22 mg·L-1(保溫);白樺汁白蘭地[23,40]醇類物質(zhì)中苯乙基醇含量最高,為3.48 mg·L-1。
表3 不同蒸餾設(shè)備及不同水果白蘭地中主要的醇類成分含量Table 3 The contents of major alcohols in different distillation equipments and fruit brandy mg·L-1
不同設(shè)備蒸餾的水果白蘭地中主要的醛類成分見表4。葡萄白蘭地[30-32]、復(fù)合果酒白蘭地[25]、櫻桃白蘭地[16]中均含有糠醛,且復(fù)合果酒白蘭地[25]中含量最多,為92.72 mg·L-1;只有櫻桃白蘭地[16]含有安息香醛和樟腦烯醛;白樺汁白蘭地[23,40]中的醛類成分只有二羥基乙醛,含量為0.57 mg·L-1。
表4 不同蒸餾設(shè)備及不同水果白蘭地中主要的醛類成分含量Table 4 The contents of aldehydes in different distillation equipment and different fruit brandy mg·L-1
綜上所述,酯類物質(zhì)和醇類物質(zhì)是水果白蘭地中含量最多的揮發(fā)性物質(zhì),其中葡萄白蘭地[30-32]和橄欖白蘭地[39]的酯類物質(zhì)最豐富;白樺汁白蘭地[23,40]的酯類物質(zhì)種類雖然少于醇類,但其總含量明顯較高;櫻桃白蘭地[16]、蘋果白蘭地[6]、李子白蘭地[29]及復(fù)合果酒白蘭地[25]的醇類物質(zhì)含量明顯高于酯類物質(zhì)。
以葡萄和蘋果白蘭地[6,30-32]為例,大多數(shù)酯類物質(zhì)、醇類物質(zhì)的濃度會隨蒸餾時間的延長而降低,且在酒頭、酒尾和酒身中差異明顯。例如,乙酸乙酯、乙酸異戊酯、丁酸乙酯、己酸乙酯和辛酸乙酯等,在酒頭中的含量明顯高于酒身和酒尾,這是因為這些成分的餾出速率在蒸餾開始時最高,隨后快速下降,中后期下降速度減緩。大多數(shù)醇類物質(zhì)(如異丁醇、異戊醇等)在酒頭和酒身中的濃度明顯高于酒尾,這是因為雖然一些高級醇的沸點(diǎn)比乙醇高,但它們與乙醇的親和力較強(qiáng),可通過與乙醇形成共沸混合物一起餾出,混合物的揮發(fā)度隨著液體中乙醇濃度的增加而減小,混合物在乙醇濃度低時作為輕組分,在乙醇濃度高時作為重組分,因此,隨著蒸餾時間的增加,它們被蒸餾出來的速率會大幅度下降,導(dǎo)致酒尾中的濃度較低[54-58]。
醛類物質(zhì)與醇類和酯類物質(zhì)不同,酒頭中醛類物質(zhì)含量明顯高于酒身和酒尾,因此醛類物質(zhì)可以作為區(qū)分酒頭和酒身的參考依據(jù)[30]。
隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步,水果白蘭地的蒸餾設(shè)備在材質(zhì)和結(jié)構(gòu)上有了長足的改進(jìn),設(shè)備種類日漸豐富,配合設(shè)備使用的不同蒸餾工藝參數(shù)也逐步完善。傳統(tǒng)純銅材質(zhì)的壺式蒸餾設(shè)備蒸出的白蘭地酒質(zhì)好、香氣成分復(fù)雜,但存在效率低、設(shè)備昂貴等不足;雙釜蒸餾設(shè)備和新II型果酒蒸餾設(shè)備可以進(jìn)行蒸餾釜之間的串聯(lián),蒸餾效率高、操作簡單,通過一次蒸餾即可獲得原白蘭地,且具有酒體清澈、香氣濃郁等優(yōu)點(diǎn),但香氣純度不佳、飲用時有明顯的宿醉感。張凱惠等[23,40]提出蒸餾過程中缺乏銅材質(zhì)往往會影響白蘭地的品質(zhì),玻璃蒸餾設(shè)備與紫銅板的結(jié)合是較純銅設(shè)備在材質(zhì)上做出的改變,成本低、酒精損失較小、酒體澄清透明、酒香果香突出、酒香純正、口感優(yōu)良,但是由于玻璃材質(zhì)的特殊性,只適合小規(guī)模生產(chǎn),不適合中、大規(guī)模生產(chǎn)。
雖然目前蒸餾設(shè)備及蒸餾方法已經(jīng)趨于成熟,蒸餾出的白蘭地酒質(zhì)優(yōu)良、香氣純正,但是蒸餾設(shè)備還存在材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等方面的不足,還需進(jìn)一步對設(shè)備的材質(zhì)、蒸餾塔的結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行深入研究,為生產(chǎn)提供技術(shù)支持。