ĆWICZENIE NR 6
Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

ĆWICZENIE NR 6

Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – część teoretyczna

GORZELNICTWO

Przemysł fermentacyjny dostarcza na rynek duże ilości wyrobów takich jak:

wino, piwo i spirytus (z którego otrzymuje się wódki). Przy wyrobie tych napojów
wykorzystuje się funkcje życiowe komórek drożdży, przekształcających cukry w
etanol. Surowce, z których otrzymuje się alkohol muszą zatem zawierać odpowiednie
cukrowce. Roztwory sacharozy mogą być bezpośrednio poddane fermentacji z
udziałem drożdży, natomiast wielocukry (np. skrobia) nie ulegają fermentacji i muszą
być uprzednio poddane hydrolizie do tzw. cukrów fermentujących, głównie cukrów
prostych i dwucukrów – metabolizowanych przez drożdże.

Gorzelnictwo jest to gałąź przemysłu fermentacyjnego obejmująca produkcję

spirytusu surowego na drodze fermentacji alkoholowej cukrów, a następnie
wydzielenie tego spirytusu z odfermentowanego zacieru.

Do produkcji spirytusu wykorzystuje się wiele surowców roślinnych

zawierających różne węglowodany. Można je podzielić na dwie grupy: surowce
zawierające wielocukry oraz surowce zawierające cukry bezpośrednio fermentujące,
głównie sacharozę, glukozę, fruktozę.
• Do pierwszej grupy można zaliczyć: ziemniaki, zboża, odpady krochmalnictwa,

mąki, kasze, otręby.

• Do drugiej grupy zaliczamy: melasę, buraki cukrowe, trzcinę cukrową, marchew,

owoce świeże i suszone, odpady przemysłu owocowego.

Gorzelnie rolnicze — przerabiają głównie surowce pochodzenia rolniczego

(ziemniaki, zboża, buraki, owoce, warzywa, nasiona chwastów, poślad, kasztany,
żołędzie itp.)

Gorzelnie przemysłowe — przerabiają surowce (odpady) pochodzenia

przemysłowego (melasę, ługi posulfitowe itp.)

W gorzelnictwie ziemniaczanym i zbożowym produkcja spirytusu obejmuje

następujące etapy: parowanie surowca, zacieranie, fermentację zacieru i odpęd
spirytusu.

Parowanie ma na celu rozluźnienie substancji międzykomórkowych,

rozerwanie błon komórkowych, uwolnienie skrobi, skleikowanie jej i w maksymalnym
stopniu przeprowadzenie jej w stan rozpuszczony. Odbywa się to w aparatach
zwanych parnikami pod ciśnieniem około 390 kPa (4 atm).
Sposób parowania surowców:

•

Ziemniaki — czas parowania 35 – 60 min. (ziemniaki zamarznięte 2 godziny) przy
nadciśnieniu 3 – 4 atm. Bardzo dobre rozpławienie skrobi uzyskuje się wtedy, gdy
ilość wody przekracza co najmniej 4 – krotnie zawartość skrobi w ziemniakach.

•

Zboża — parowanie prowadzi się ponad godzinę (w tym 30–40 min przy
nadciśnieniu 4 atm).

•

Mąka, zmiotki, wytrzepy — nadciśnienie 0,5 atm. przez 45 min.

•

Owoce — zaraz po uzyskaniu 2 atm. nadciśnienia wypuszcza się zacier, który ma
kolor brunatny (proces karmelizacji).

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

1

ĆWICZENIE NR 6
Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

Do uparowanych surowców dodaje się słód jęczmienny w postaci

rozdrobnionej lub tzw. mleczka słodowego i poddaje zacieraniu obejmującemu
szereg procesów enzymatycznych. Do najważniejszych należą procesy hydrolizy
skrobi, potocznie określane jako scukrzanie skrobi. W temperaturach zbliżonych do
60

0

C amylaza oraz inne enzymy słodu mają wystarczającą aktywność (optimum dla

słodu jęczmiennego mieści się w przedziale 52–55

O

C), oraz zostaje ograniczony

rozwój niepożądanych drobnoustrojów. Generalnie optymalne pH dla amylaz wynosi
4,0–5,4 (

β–amylazy = 4,6; α–amylazy = 5,8) i zmienia się w zależności od

temperatury:

40

O

C = 4,6 pH

60

O

C = 5,2 pH

50

O

C = 4,8 pH

65

O

C = 5,6 pH

Punktami granicznymi aktywności amylaz są wartości pH 2,3 i 9,7. Masa
rozgotowanych ziemniaków ma pH 4,9–5,6 co w przeliczeniu na stopnie Delbrücka
[

0

D] wynosi 0,2–0,5

O

D, w przypadku ziemniaków nadpsutych 0,4–0,6

0

D. Stopień

Delbrücka określa ilość cm

3

1 M NaOH potrzebną do zobojętnienia 20 cm

3

zacieru.

Zacieranie trwa średnio 0,5 – 2 godzin – kontrolę scukrzania przeprowadza się
metodą jodową.

W gorzelnictwie wykorzystuje się tzw. „słód długi” (okres słodowania od 10–18

dni), zielony (mokry nie suszony) doskonale nadający się do scukrzania skrobi obcej.
Na 100 kg skrobi zacieranej stosuje się od 13 – 15 kg słodu (w/g PN). Na 1 kg słodu
pobranego do sporządzenia mleczka słodowego dodaje się 2,5–3,0 dm

3

wody. W

czasie fermentacji ze 100 kg słodu uzyskuje się dodatkowo 10–15 dm

3

100%

spirytusu (oprócz spirytusu powstałego z cukrów zawartych w surowcach
niesłodowych).

W procesie scukrzania przeciętnych zacierów gorzelniczych o gęstości

ok. 18

0

Blg ze skrobi powstaje ok. 20% dekstryn i 80% cukrów redukujących, głównie

maltozy oraz nieco glukozy. Pod wpływem enzymów słodu zachodzi również
częściowa hydroliza związków białkowych oraz fosforanowych surowca. Procesy te
dostarczają substancji potrzebnych do rozwoju drożdży.

Do scukrzonego zacieru (zacieru słodkiego) dodaje się zawiesinę drożdży po

wcześniejszym wychłodzeniu do temperatury fermentacji. W gorzelnictwie stosuje się
specjalne rasy drożdży należące do gatunku Saccharomyces cerevisiae. Są to
drożdże górnej fermentacji, silnie rozmnażające się, szybko fermentujące (glukozę,
fruktozę, sacharozę, maltozę, niektóre rasy: mannozę, galaktozę, laktozę i rafinozę),
dające stężenie alkoholu etylowego do 10 –11%.

Zacier słodki po zadaniu drożdżami poddaje się fermentacji. W skrócie proces

fermentacji obejmuje glikolizę prowadzącą do powstania z cukrów kwasu
pirogronowego CH

3

COCOOH, następnie jego nieoksydacyjną dekarboksylacje do

aldehydu octowego oraz redukcję tego ostatniego do etanolu pod wpływem
współdziałającej z NAD dehydrogenazy alkoholowej.

C O

CH

3

COOH

OH

CH

2

C

COOH

CH

3

CH O

CH

3

CH

2

OH

NADH2

NAD

CO2

W czasie fermentacji wyróżniamy 3 okresy: zafermentowanie, fermentację

główną (burzliwą) i dofermentowanie.

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

2

ĆWICZENIE NR 6
Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

W fazie zafermentowania następuje intensywne rozmnażanie drożdży, które

ulega osłabieniu w miarę zmniejszania się zawartości tlenu i wzrostu stężenia
alkoholu etylowego. Okres fermentacji głównej charakteryzuje zahamowanie
rozmnażania drożdży i intensywna fermentacja (zmniejszenie gęstości zacieru o
1

O

Blg na godzinę). Po zakończeniu fermentacji głównej poziom zacieru opada i

rozpoczyna się najdłuższy okres — dofermentowanie (gęstość zacieru spada do
3,5–5

O

Blg). Ma on duże znaczenie dla wydajności alkoholu, ponieważ dopiero teraz

następuje ostateczna hydroliza dekstryn pod wpływem enzymów i odfermentowanie
powstałych cukrów redukujących.

Proces fermentacji trwa zwykle 2 (temp. 25–28

O

C) lub 3 (temp. 20–25

O

C)

doby, w tym zafermentowanie 10–15 godzin, fermentacja główna 12–18 godzin,
dofermentowanie ok. 30 godzin.
Powyżej zawartości 5% alkoholu w fermentującym zacierze następuje zahamowanie
rozmnażania drożdży. Fermentacja ustaje przy stężeniu alkoholu ok. 10%.

Wydajność teoretyczna etanolu

100 kg skrobi

56,82 kg = 71,54 dm

3

100 kg maltozy, sacharozy

53,83 kg = 67,77 dm

3

100 kg glukozy

51,14 kg = 64,39 dm

3

100 kg owoców

3,5 kg = 6,0 dm

3

Wydajność praktyczna

Z zacierów skrobiowych

około 66,67 dm

3

— bardzo dobra

Drożdże dzikie w gorzelnictwie są bardzo szkodliwe ze względu na

ograniczenie wydajności spirytusu do kilku procent (zużywają resztę cukrów na
przyrost własnej biomasy). Znajdują one zastosowanie jako drożdże paszowe (po
wysuszeniu) — wykorzystują ubogie podłoża.
Typowe drożdże dzikie w gorzelnictwie:
• Mycoderma

• Willa

tworzą szary kożuch

• Pichia

• Torula

• Monilia

Niekorzystnym zjawiskiem podczas fermentacji jest pienienie — na które wpływają:

• rasa drożdży

• zła jakość ziemniaków (przemarznięte, zgniłe)

• buraki

• gęsty melas lub mieszanina melasu z ziemniakami (do zacieru w gorzelni

rolniczej można stosować do 10% melasu)

Do gaszenia piany stosuje się oleje roślinne, oleje porafinacyjne, kwasy

tłuszczowe, słód owsiany (4% tłuszczu). Nie wolno natomiast stosować olejów
mineralnych (nafty, oliwy itp.).

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

3

ĆWICZENIE NR 6
Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

Produkty fermentacji alkoholowej:

— główne:
• alkohol etylowy,

• dwutlenek węgla,
— uboczne:
• estry,

• aldehydy (aldehyd octowy),

przedgon

• metanol,

• wyższe alkohole (fuzle — alkohol amylowy, propylowy, izobutylowy)

ok.

0,4%

w

surówce,

pogon

• kwasy organiczne (mlekowy, octowy, bursztynowy, malonowy, masłowy)

• glicerol (gliceryna),

Głównym zadaniem odpędu jest możliwie całkowite oddestylowanie alkoholu

etylowego z przefermentowanych zacierów oraz jego zagęszczenie do mocy co
najmniej 90% obj. Odpęd połączony jest z częściowym tylko oczyszczeniem od
lotnych zanieczyszczeń i dlatego otrzymany produkt nosi nazwę spirytusu surowego
lub surówki.

Znaczenie gospodarcze gorzelnictwa — generalnie pomaga rolnictwu w

racjonalnej gospodarce plonami, w zagospodarowaniu odpadów przemysłu
spożywczego, jak również odpowiada za zwrot glebie mineralnych składników
zawartych w surowcu.

Etanol ma szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym, spożywczym,

farmaceutycznym, farb i lakierów, kosmetycznym, materiałów wybuchowych itp.

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

4

ĆWICZENIE NR 6
Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

Schemat technologiczny produkcji spirytusu

Owocowy

Rektyfikat

Lutrynek

Rektyfikacja

Ocena jakościowa surówki gorzelniczej

Surówka gorzelnicza

Wywar

Oznaczanie zawartości EtOH

Fermentacja 3 doby

Czysta kultura drożdży

Destylacja (odpęd)

Słodem

α- i β amylaza

Preparatami enzymatycznymi
α- amylazy i glukoamylazy

Zbożowy

Ziemniaczany

Próby 0,5-1kg rozdrobnić

Przygotowanie zacier

Przygotowanie zacieru

u

Schładzanie temp. 60

0

C

Zacieranie

Parowanie - autoklaw 1,5 atn

Schładzanie

 temperatura 25

0

C

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

5

ĆWICZENIE NR 6
Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

WYROBY SPIRYTUSOWE

Spirytus jest to wodny roztwór alkoholu etylowego. Przemysłowa produkcja

spirytusu obejmuje dwa etapy: najpierw w gorzelniach uzyskuje się spirytus surowy
(tzw. surówkę), a w zależności od surowca może to być spirytus melasowy,
ziemniaczany, zbożowy, owocowy, winny. Następnie spirytus podlega oczyszczeniu,
czyli tzw. rektyfikacji (oparta jest na zasadzie wielokrotnej destylacji), przy czym
uzyskuje się spirytus rektyfikowany (rektyfikat). Spirytusy surowe mają moc 65–92

0

i

zawierają większą lub mniejszą ilość ubocznych produktów fermentacji, a w
szczególności fuzli, nadających surówce nieprzyjemny smak i zapach. Spirytus
rektyfikowany ma różną moc w, zależności od stopnia oczyszczenia, a więc rektyfikat
zwykły – co najmniej 96

0

, a rektyfikat wyborowy lub luksusowy – co najmniej 96,5

0

.

Również stopień oczyszczenia rektyfikatów jest różny; w rektyfikacie zwykłym

wyczuwa się jeszcze, chociaż w bardzo słabym stopniu, zapach ubocznych
produktów fermentacji, rektyfikat wyborowy natomiast powinien się charakteryzować
tylko swoistym zapachem i smakiem czystego alkoholu etylowego.

Spirytus rektyfikowany

Cechy

Techniczny Zwykły Wyborowy

Luksusowy

Zawartość fuzli w
przeliczeniu na alkohol
amylowy, nie więcej niż
a) g w 1dm

3

spirytusu

100%

b) % (m/m)

a) 0,1

b) 0,013

a) 0,005

b) 0,0006

a) 0,002

b) 0,0002

a) 0,001

b) 0,0001

Zawartość alkoholu
metylowego, nie więcej niż

a)

g na 100 cm

3

spirytusu

100%

b)

% (V/V)

a) 0,1

b) 0,13

a) 0,1

b) 0,13

a) 0,05
b) 0,06

a) 0,03
b) 0,04

Czas odbarwiania roztworu
nadmanganianu
potasowego (Próba Langa),
min., nie mniej niż

Nie

normalizuje

się

20 20 20

Zawartość kwasów w
przeliczeniu na kwas
octowy, nie więcej niż

a)

g w 1dm

3

spirytusu

100%

b)

% (m/m)

a) 0,02

b) 0,0025

a) 0,02

b) 0,0025

a) 0,015

b) 0,0019

a) 0,015

b) 0,0019

Zawartość estrów w
przeliczeniu na octan etylu,
nie więcej niż

a)

g w 1dm

3

spirytusu

100%

b)

% (m/m)

a) 0,07

b) 0,009

a) 0,05

b) 0,006

a) 0,03

b) 0,004

a) 0,03

b) 0,004

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

6

ĆWICZENIE NR 6
Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

Należy pamiętać, że spirytus jest środkiem silnie odwadniającym, a więc

trującym dla organizmu; wypicie większej ilości czystego spirytusu jest zawsze
szkodliwe, może nawet spowodować zapaść i śmierć człowieka.

Klasyfikacja wyrobów spirytusowych:

Podział wyrobów spirytusowych jest różny w różnych krajach w zależności od

kryteriów podziału, tj. przyjętych pod uwagę wyróżników klasyfikacyjnych. Można
więc ten podział przeprowadzić na przykład w zależności od:

a) stopnia oczyszczenia spirytusu (spirytus surowy lub rektyfikat)
b) jakości (zwykły, wyborowy) lub pochodzenia rektyfikatu (ziemniaczany,

zbożowy i inne)

c) mocy gotowego wyrobu
d) zawartości ekstraktu lub cukru
e) zawartości głównych składników zestawu (owocowe, ziołowe itp.)

W Polsce wyroby spirytusowe dzieli się ze względu na zawartość

podstawowych składników zestawu na:

I. Wyroby czyste — zawierające tylko spirytus rektyfikowany i wodę do picia

dodatkowo uzdatnioną,

II. Wyroby gatunkowe — zawierające w zestawie poza tymi składnikami również

substancje aromatyczne, a niekiedy cukier (syrop cukrowy) i barwniki (karmel).

Wódka gatunkowa

Moc [% obj.]

Ekstrakt ogólny [g/dm

3

]

Wytrawna 30–50

do

50

Półwytrawna 51–120
Półsłodka 121–220
Słodka

30–45

221–330

Napój

alkoholowy

Charakterystyka

Moc [% obj.]

Ekstrakt ogólny

[g/dm

3

]

Likier

------------ 25–45

powyżej 330

Krem półpłynna konsystencja

18–25

powyżej 400

Koktajl ------------

18–25 do

400

Aperitif zawiera

ziołowe substancje gorzkie

18–35

do 400

Wódka naturalna (okowita) — wódka sporządzona ze spirytusu surowego

uszlachetnionego owocowego (winiak, brandy, śliwowica, calvados), zbożowego
(starka, whisky), rumu, z dodatkiem lub bez dodatku spirytusu rektyfikowanego,
składników aromatyczno–smakowych i wody.

Do produkcji wyrobów gatunkowych stosuje się:
• Nalew (macerat)

—

roztwór

wodnoalkoholowy

substancji

zapachowo–smakowych wyekstrahowanych z surowców roślinnych,

• Mors — surowy sok owocowy (moszcz) utrwalony spirytusem

rektyfikowanym, o zawartości 16–20% obj. alkoholu etylowego,

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

7

ĆWICZENIE NR 6
Gorzelnictwo i wyroby spirytusowe – teoria

• Spirytus surowy uszlachetniony — spirytus surowy o

zharmonizowanych pożądanych cechach organoleptycznych
wytworzonych w wyniku starzenia (naturalne przemiany chemiczne
podczas leżakowania w specjalnych drewnianych naczyniach) lub
maderyzacji (przyspieszony proces dojrzewania wskutek obróbki cieplnej w
specjalnych warunkach,

• Zaprawa do wódki — recepturowa mieszanina substancji zapachowych i

składników smakowych przeznaczona do sporządzenia zestawu wódki,

• Destylat — bezbarwny roztwór o mocy 60–80% obj. zawierający lotne

substancje roślin uzyskany przez destylację nalewu, nalewu z surowcem
roślinnym lub morsu.

Rodzaje spirytusu
• — surowy (surówka gorzelnicza)
a) ziemniaczany 88%
b) zbożowy 88%
c) melasowy 92,5%
d) owocowy > 25%
e) posiarczynowy 95%
• — rektyfikowany
a) techniczny 95%
b) zwykły 96%
c) wyborowy 96,5%
d) luksusowy 96,5% (ma najwyższą czystość).

Spirytusy surowe zawierają w swoim składzie pewne ilości zanieczyszczeń.

Rodzaj tych zanieczyszczeń zależy w głównej mierze od surowca użytego do
fermentacji i sposobu jej przeprowadzenia, natomiast ich ilość przede wszystkim od
rodzaju aparatu odpędowego. Ogólna ilość zanieczyszczeń w spirytusach surowych
wynosi średnio około 0,5% w stosunku do ilości etanolu. Stwierdzono m.in. obecność
następujących związków:

• aldehydy (octowy, propionowy)

• alkohole (metylowy — spożycie 60–100g metanolu może spowodować

śmierć!)

• kwasy (octowy, propionowy)

• estry (mrówczan etylu i mrówczan metylu)

• ketony (aceton, diacetyl).

Niektóre zanieczyszczenia występują w ilościach śladowych, mimo to ich

obecność może wpływać na własności smakowo — zapachowe.

Spirytus rektyfikowany powinien być bezbarwny (jedynie spirytus zwykły może

wykazywać lekki odcień żółtej barwy), klarowny, bez osadów, zawiesin i
zanieczyszczeń obcymi ciałami, o zapachu i smaku czystego alkoholu etylowego.

Katedra Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Technicznej

www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt

8