Szeszgyártás

dr. Vásony Lajos

(A kémia és vívmányai, II. rész, Kir. Magy. Természettudományi Társulat, Budapest, 1940, 199-204. o.)

Alkoholtartalmú italokat ôsrégi idô óta készítenek, de csak azóta beszélhetünk szeszgyártásról, mióta a lepárlást felfedezték, vagyis a XII. század óta. Az eleinte desztillációval gyártott aqua ardens (égô víz), aqua vitae, spiritus vini azonban csupán vizes alkohololdatok voltak; csak a XVIII. század vége óta tudnak tömény szeszt készíteni.

A szeszgyártás legközönségesebb nyersanyagai: a burgonya, kukorica, rozs, csicsóka, illetve cukorrépa, melasz, ritkábban az édes gyümölcsök, máskor a cellulózegyári szulfitlúg, fahulladék, vagyis keményítôt (illetôleg inulint), cukrot avagy cellulózét tartalmazó anyagok.

Lássuk elôször a keményítôtartalmú anyagok, tehát a nálunk ilyenekül leg gyakrabban használt burgonya és kukorica szesszé való feldolgozásának a menetét. Ha keményítôtartalmú anyagokat akarunk felhasználni, mindenekelôtt cukrosító enzimrôl kell gondoskodni. Erre a célra diasztázt alkalmaznak, mirôl már a sör gyártása kapcsán láttuk, hogy keményítôtartalmú magvak csírázásakor bôven keletkezik. Tehát, miként a sörgyártásnál, itt is malátát kell készítenünk. Erre a célra a szeszgyáros aprószemû, könnyû, fehérjében gazdag takarmányárpát szerez be, és belôle olyan malátát készít, melynek cukrosító képessége lehetôleg erôs. Ilyen, ú. n. hosszú malátát, lassú, 17-21 napos, csíráztatással kapnak, ami alatt a levélcsíra a szem 1,5-szeresére, a gyökércsíra pedig 3-4-szeresére nô. A szeszipar - a söriparral ellentétben - a malátát nem aszalja, mert ez enzim-veszteséget okozna, hanem mint zöld malátát használja fel. (A valóságban a "zöld maláta" nem zöld, mert a csíráztatást fénymentes helyen, rendszerint pincehelyiségekben végzik, hol klorofil nem keletkezik.) Tekintetbe kell venni, hogy a maláta éppenséggel nem steril, hanem a szeszgyártás szempontjából ugyancsak veszedelmes mikroorganizmusokkal lehet szennyezve. Hogy ez ne okozzon zavart, az utolsó árpaáztató vízbe kellô mennyiségû meszet, klórmeszet tesznek, avagy a kész zöld malátát 0,2-0,4%-os kénsavval vagy 0,4-0,5%-os formaldehid-oldattal mossák.

A zöld malátát használat elôtt zúzógépekkel malátatejjé ôrlik. A szeszgyártás fô nyersanyagait, vagyis a burgonyát, illetôleg a kukoricát mindenekelôtt gôzöléssel "feltárják", vagyis a bennük foglalt keményítôt feloldják. A feltárás magasabb gôznyomású kazánokban, és pedig legtöbbször az ú. n. Henze-féle gôzölôkben történik. Ezekben a magas hômérsékletû gôz a keményítôt elôször elcsirizesíti, majd oldható keményítôvé alakítja. Magas nyomás alkalmazásakor a keményítô részben dextrinné és cukorrá is alakulhat ugyan, de minthogy ekkor már erôsebb bomlási veszteségek is állhatnak be, azért a nyomással legfeljebb 4-4,5 atmoszféráig mennek fel. Mikor aztán a gôzölt anyag a nyomás alól hirtelen felszabadul, a sejtek felrepednek, s így az anyag mechanikailag is feltáródik.

A gôzölôkben feltárt keményítôt, mielôtt az lehûléskor kocsonyás csiriz alakjában kiválnék, el kell folyósítani, azután cukrosítani. Ezt a két folyamatot a maláta végzi el. A folyósítást és a cukrosítást lefedhetô, hengeres cefrézô kádakban végzik, melyek keverô- és hûtôberendezésekkel vannak felszerelve. A keverô szárnyas propeller, a hûtô az oldalfalhoz simuló csôrendszer, benne keringô hideg vízzel. A tulajdonképpeni cukrosítás 1/2 - 1 óra alatt befejezôdik, mi arról ismerhetô fel, hogy a cefre jódoldattal nem ad kék színezôdést, tehát változatlan keményítôt már nem tartalmaz. Ha ez megtörtént, az anyagot 30-32 Co-ra hûtik, hozzákeverik az anyaélesztôt s tovább folytatják a hûtést a megfelelô erjedési hômérsékletig.

A szesziparban az élesztôt folytonos felújítással nevelik, különösen ügyelve arra, hogy káros baktériumok szaporodását lehetôleg kizárják. (Ez a szeszgyártás legkényesebb pontja!) A cefrét ugyanis nem sterilizálhatják, mert ezzel a diasztázt is elpusztítanák. Már pedig a diasztázra az alkoholos erjedés folyamán is szükség van: ennek folyamán cukrosodik el a dextrin java része, mi aztán nyomban el is erjed. Ezért sterilizálás helyett az erjesztésnél olyan védôanyagokat (antiszeptikumokat) használnak, melyeket az élesztô jobban tûr, mint a káros baktériumok. Ilyen védôanyagul szolgálhat a tejsav. A tejsavas módszernél az élesztô elôkészítése úgy történik, hogy cukrosított élesztôcefrét tiszta tejsavbaktérium-tenyészettel oltanak be, és ezeket a baktériumokat 50-60 Co-os helyen kb. 20 óráig szaporodni hagyják. Ezután pasztôrözéssel a baktériumokat elpusztítják, a folyadékot 16-18 Co-ra hûtik le, de közben 30 Co-nál már belekeverik az anyaélesztôt. Az élesztô szaporodása hamarosan megindul, s egy nap alatt kész az érett élesztô, amit azután az egész cefretömegbe kevernek, hogy azt elerjesszék.

Antiszeptikumokkal gyorsabb a munka. Ilyenekül alkalmazható a kénsav avagy a fluorhidrogén. Utóbbiból hektoliterenkint 5 g elegendô a tiszta erjedés biztosítására. Az erjesztés megindítása a cefre töménysége, az erjesztô kádak nagysága és anyaga szerint 15-20 Co-on történik. A cél az, hogy az erjesztés folyamán a cefre hôfoka 30 Co fölé ne emelkedhessen, mert ez árt az élesztônek, és kedvez a baktériumoknak. A nyitott vagy zárt, rendesen hengeres kádak anyaga tölgy, vörös fenyô, vas, alumínium vagy beton.

Az elsô nap az elôerjedés, az élesztôszaporodás ideje, második napon már igen zajos fôerjedés folyik, harmadik nap az utóerjedés, a dextrinek elcukrosításának és leerjedésének ideje. Így rendesen 3 nap alatt erjed le a keményítôs anyagból készült cefre. Erjedés közben ellenôrzik a hô- és savfokot, túlmelegedés esetén a cefrét hûtik. Erôsebb savasodás infekcióra mutat.

A keményítôs terményekhez hasonlóan dolgozzák fel az inulinos terményeket: a csicsókát, a cikóriát. Ezeket is gôzölik, malátára azonban nincs szükség, mert az inulint már a gôzölés és az adagolt sav elcukrosítja. Ha cukortartalmú anyagokból indulunk ki, vagyis pl. cukorrépából (cukorrépafejbôl), avagy melaszból, sokkal könnyebben jutunk el oda, ahová idáig a keményítôtartalmú anyagokkal jutottunk, vagyis a kierjedt cefréhez, mert az anyag feltárása egyszerûbb, és a cukrosítás egészen elmarad. A répát gôzöléssel vagy kilúgozással lehet feldolgozni. A Henze-gôzölôkbe 2-2,5 atmoszféra nyomásnál gôzölve és kifúvatva, máris kész a cefre. A felszeletelt répa kilúgozása történhetik telepekké egyesített diffuzôrökben (mint a cukoriparban) kénsavval gyengén megsavanyított, esetleg répamoslékkal kevert 65-75 Co-ú vízzel. A répalé (répacefre) erjesztése sajtolt szesz- vagy sörélesztôvel, esetleg fajélesztôvel történik. Az erjedés tisztaságát csakis az élesztô túlsúlya és az alkohol védôhatása biztosítja. Legmodernebb a Guillaume-Boulanger-féle folytonos erjesztés, melynél egy 1000 hektoliteres kádban állandó fôerjedés folyik friss lé folytonos pótlásával, s a 100 hektoliteres mellékkádakban a leeresztett cefrék utóerjednek. Idônkint szellôztetéssel és élesztôtápanyagokkal tartják meg az élesztôt jó erôben.

A melasz a cukorgyárak hulladékszörpe; 48-50% cukortartalom mellett kb. 20% organikus nem-cukoranyagot és 10% hamut (ebben sok káliumsót) tartalmaz. Olcsósága folytán az ipari szeszgyárak kedvelt nyersanyaga. A melaszt meleg vízzel felhígítják, kénsavval közömbösítik, illetôleg megsavanyítják, azután gôzzel forralva, egyrészt sterilizálják, másrészt az esetleg benne lévô illékony szerves savakat s salétromos savat kihajtják, utána lehûtik. A melaszból több fontos élesztôtápanyag hiányzik, ezeket pótolni kell: élesztôkivonattal vagy ammóniumszulfáttal, szuperfoszfáttal és magnéziumfoszfáttal. Az erjesztés sör- vagy borélesztôvel történik.
 

Szeszpárló berendezés

A kierjedt cefrébôl, mely az alkohol mellett sok vizet is tartalmaz, a tiszta szeszt lepárlással állítják elô. A tiszta alkohol 760 mm légnyomásnál 78,3 Co-on, míg a víz 100,0 Co-on forr. Ha alkoholtartalmú vizet desztillálunk, az elegybôl viszonylagosan mindig nagyobb mennyiségû alkohol párolog át, mint víz, s ezért a párlat (a desztillátum) gazdagabb lesz alkoholban, mint a desztillálásnak alávetett elegy. Ez az alapja a desztillálással való szesztöményítésnek.

Ha egyszerû, kisüstnek nevezett készülékben a kierjedt cefrét lepároljuk, rendszerint a fele mennyiség lepárlásakor a visszamaradt ú. n. moslék már szesztelennek tekinthetô.

Ismételt lepárlással természetesen erôsödik a töményedés. Gröning táblázataiból vett adatok szerint, ha a cefre alkoholtartalma 10% volt:
 

az I. lepárlás 32,7% -os,
a II.
58,3% 
a III
74,8% 
a IV.
85,2%
és az V.
87,3% " szeszt eredményez.

A gyümölcspálinkák készítésénél ma is használatos egyszerû lepárolóval kétszer párolják le a cefrét. Elôszörre az ú. n. alszeszt vagy vodkát kapják, melynek másodszori lepárlásakor (finomítás) 40-60%-os pálinkát nyernek.

Az ipari szeszgyárak magasfokú szeszt készítenek, mely célra csakis jobb hatásfokú, összetettebb készülékek alkalmasak. Ezeknél két olyan folyamat érvényesül, aminek fontos szerepe van a szesz töményítésénél, nevezetesen a rektifikáció és a deflegmáció. A rektifikáció lényege a következô: Ha szeszes folyadék 2-3 vagy egy egész sorozat külön edényben vagy egy készülék elkülönített részeiben van elhelyezve, s a szeszes gôzök ezeken sorjában végighaladnak, akkor eleinte a gôzök lecsapódnak, s ezzel az illetô edény vagy rekesz szesztartalmát növelik. Egyben azonban a gôzök felmelegítik a folyadékrészleteket, és a folyton jövô gôz végül is felforralja sorban a rekeszek tartalmát, miáltal alkoholban mindig dúsabb és dúsabb gôzök keletkeznek. Ez a folyamat tulajdonképpen sokszor ismételt lepárlás, azzal a különbséggel, hogy nem hûtôben cseppfolyósodik a gôz, hanem a rekeszek szeszes folyadékában.

Deflegmációnak azt a folyamatot mondjuk, melynél a szesz- és vízgôz elegyét nem teljesen, hanem részlegesen hûtjük le, avégbôl, hogy annak csak egy része cseppfolyósodjék. Miként a szeszes folyadék forralásakor viszonylag szeszdúsabb gôzt kapunk, ennek megfordított mûveleténél a szesz + vízgôzbôl egy szeszre hígabb folyadék és dúsabb gôz keletkezik. A lehûtést vízzel, vagy a lepárlandó cefrével végezhetjük, így a meleg sem vész kárba. A hûtôfolyadék ne legyen melegebb az elôállítandó szesz forráspontjánál (rendesen alatta is van: 50-70 Co). A lecsapódott folyadékot flegmának, vagy lutternek nevezik, s visszavezetik a lepároló rendszerbe.

Rektifikálásra a Champonnois-féle harangos, vagy a Coffey-féle szitafenekû rektifikátorokat használják. A nyers-szesz-lepárlókban 10-20, a fínomítókban 35-50 rekeszbôl álló oszlop van. Deflegmálásra leginkább a csöves deflegmátort használják. A lepárló készülékek vagy szakaszosan, vagy folytonosan mûködnek, vagyis a kierjedt cefre egy részének teljes lepárlása után a lepárlóból a moslékot ki kell üríteni, újra töltve, megint egy más részt párolnak, vagy pedig a kierjedt cefre állandóan átfolyik a lepárló készüléken.

A rektifikációval és deflegmációval dolgozó lepárlók egyszeri desztillálással 80-92 %-os nyers szeszt adnak. Ebben 0,1-0,5% kellemetlen szagú és ízû egyéb anyag van, amit közös gyüjtônéven kozmaolajoknak neveznek. Hogy ezektôl a szeszt megszabadítsák és a szeszt tovább töményítsék, ezt finomítani kell. Ami a töményítést illeti, már említettük, hogy az alkohol + víz elegyének forralásakor alkoholban dúsabb gôzöket kapunk. Tudnunk kell azonban, hogy az elegy töménységének növekedésével a gôz töményedése fokozatosan csökken, végül is elérünk egy olyan elegy-töménységhez, melynél a folyadék és gôze egyenlô tömények. Ez 97,4 térfogatszázalék alkoholtartalomnál következik be. Érdekes, hogy az ilyen ú. n. azeotrópos elegy alacsonyabb hômérsékleten (78,15 Co) forr, mint a tiszta szesz (78,3 Co). Hasonló esetekkel találkozunk a fémötvözeteknél: az ötvözetek legtöbbször alacsonyabb hômérsékleten olvadnak, mint az alkotó fémek. A víz-alkohol elegynek ez a sajátsága okozza, hogy egyszerû lepárlással legfeljebb 97,4 térfogatszázalékos szeszt lehet készíteni.

A finomítást - vagyis a fertôzmények, kozmaolajok eltávolítását - azelôtt szakaszosan mûködô lepárlókban végezték. A nyers szeszt 45-50%-osra higították, s újból desztillálva, ízlés szerint különítették el az elô-, közép- és utópárlatot. Az elôpárlatba kerültek az aldehidek, észterek, az utópárlatba pedig a magasabb rendû alkoholok (fôleg amilalkohol). Az egyes részletek aránya átlag 27%--62% --11%. A kb. 40%-nyi elô- és utópárlatot még egyszer lehet finomítani, s így végeredményben kb. 80% finomított szeszt és 20% elô-, ill. utópárlatot kapnak.

A modern, folytonmûködô finomítók sokkal tökéletesebben dolgoznak. Ezek több oszlopos készülékbôl tevôdnek össze, melyekbôl szabályos, helyes vezetés mellett megfelelô helyeken tömény állapotban vezethetôk el a tiszta szesz szempontjából nem kívánatos alkatrészek. Az elôpárlatrész erôsen ható deflegmátorba kerül, hol a gôzök legnagyobb része az elôpárlat-alkatrészekkel lecsapódik, míg a megmaradt tiszta elôpárlatgôz külön hûtôn át kiiktatható; a lecsapódott flegmából a folyton érkezô gôzök kiûzik a benne lévô elôpárlati alkatrészeket. A kozmaolajok a 42% szesztartalmú emeleteken gyûlnek össze, ahol már részben olajszerûen ki is válnak. Itt rendesen három emelet van elvezetôcsôvel ellátva. A levezetett folyadékot hûtik, 1,5-2-szeres mennyiségû vízzel hígítják, az olajszerûen kivált kozmaolajat eltávolítják, a felhígított szeszt pedig visszavezetik a desztilláló oszlopba. A gyümölcsészterek a 60-70%-os részben halmozódnak fel, s innen elvezethetôk.

Ilyen finomítóval 96-97 térfogatszázalékos tiszta szeszt kapunk. Az elô- és utópárlati alkatrészeket szintén tömény állapotban nyerjük, mennyiségük nem több, mint a szesz 3-7 %-a. Az elôpárlatot ipari célokra, denaturált szesz készítésére, a finomított szeszt italszesznek, a kozmaolajokat oldószerül avagy gyümölcsészterek készítésére használják.

Mint említettük, lepárlással legfeljebb 97,4 térfogatszázalékos szeszt készíthetünk, mert ez az azeotropos víz-szesz elegy alacsonyabb forráspontú, mint a tiszta szesz. Ez a csekély víztartalom a gyakorlat igen sok ágazatában semmi zavart nem okoz. Van azonban egy olyan alkalmazási területe a szesznek, hol elhatározó jelentôségû a hátralévô mintegy 3% víztartalom eltávolítása, vagyis ú. n. abszolút szesz elôállítása. Laboratóriumban, vagyis kisebb mennyiségeknél ez nem okoz különösebb gondot. Ha a 97%-os szeszt vízelvonó anyagokkal, vagyis olyanokkal fôzzük, melyek a vizet kémiailag megkötik, majd a folyadékot újra lepároljuk, különösebb nehézség nélkül nyerhetünk olyan szeszt, ami csak néhány tizedszázalék vizet tartalmaz, sôt víztartalma gyakorlatilag zérus. Ilyen vízelvonó anyagul égetett meszet (CaO), fémes kalciumot, kristályvízmentes rézszulfátot stb. használhatunk. Nagy alkoholtömegek víztelenitésére azonban, vagyis ipari célokra, ezek a módszerek nehezen keresztülvihetôknek, túl drágáknak bizonyultak. [...]

Young S. azt tapasztalta, hogy ha 95%-os szeszhez ugyanannyi benzolt kever, akkor egy új terner azeotropos elegy keletkezik, mely 64,85 Co-nál forr s állandó összetételû olyan párlatot ad, mely 18,5% szeszbôl, 74,0% benzolból és 7,5% vízbôl áll. (E párlatban a vizes szesz a benzolnak csak egy kis részét oldja, a benzol nagy része különválva felül úszik.) Amint a forralt elegybôl elfogy a víz, szesz-benzol elegy marad vissza, mely szintén azeotropos elegy : 68,45 Co-nál forr, s gôze 32,4. súlyszázalék szeszbôl és 67,6 súlyszázalék benzolból áll. Ha ezzel már az összes benzol átdesztillált, az üstben 100%-os alkohol marad vissza. Young eljárásából fejlôdtek ki a ma használatos folytonmûködô lepárlók, melyek 99,8-99,9%-os szeszt szolgáltatnak. [...]


Teázó
Elõadó
http://www.kfki.hu/chemonet/ 
http://www.ch.bme.hu/chemonet/