五、特制活性炭处理白酒的机理
专用于处理白酒的活性炭广泛用于酒类生
产的后处理,如祛除酒中的沉淀物(低度白酒除浊,果酒、啤酒祛除果胶、蛋白质、酵母等),提高酒质,加速酒的陈化,祛除酒中异味及苦味等都收到了很好的效果。 酒类活性炭为什么能在酒的后处理中起到令人满意的效果呢?这里,我们试从活性炭的结构特征以及炭表面化学元素的组成来探讨特制活性炭处理白酒的机理。
一、 活性炭的孔隙结构 活性炭在活化过程中,消除了碳基本微晶之间的各种含碳化合物和无序碳,同时也消除了基本微晶的石墨层中的一部分碳,这样就产生了许多空隙,形成了活性炭的多孔结构。活性炭的空隙结构一般有几类,即微孔、过度孔和大孔。每类空隙的有效半径都有一定的范围,微孔的有效半径在20Å(2nm)以内,其大小与分子相当。对于不同的活性炭而言,微孔容积大约为0.15~0.50ml/g,它们的比表面积至少占总比表面积的95%。过度孔的有效半径在20Å~500 Å(2nm~50 nm)的范围内,其容积为0.02~0.10ml/g,它们的比表面积不超过活性炭总比表面积的5%;有效半径大于500 Å(50 nm)的孔径为大孔,其总容积为0.2~0.5ml/g,表面积0.5~2m2/g。 在活性炭吸附过程中,这三种孔隙各有各的功能,对吸附而言,微孔是最重要的,它的比表面积大,比容也大,因此微孔在相当大的程度上决定某种特定活性炭的吸附能力。例如,孔径在28 Å的活性炭,吸附焦糖色好(红棕色),称为糖用活性炭。孔径在15 Å的活性炭,吸附亚甲基蓝能力强(兰色),称为工业脱色活性炭。可见,微孔径的微小差异,形成了二种不同品种的活性炭。过渡孔作用,一是吸附质进入微孔通道,二是蒸汽的毛细管凝聚而被吸附。大孔的作用是使吸附质的分子能迅速地进入活性炭微孔,也是催化剂沉积的地方。
二、活性炭表面的化学元素组成 活性炭的吸附特性不但取决于它的空隙结构,而且还取决于它的表面化学组成。活性炭含有氧、氢、氮,这些元素来源于材料,有的是活化时接入的。除此之外,活性炭还含有金属氧化物及微量元素,如锌、铁、铜等。氧、氢、氮的存在,对活性炭的吸附特性以及其他特性有较大的影响,如含氧活性炭有较好的促进氧化、催化、聚合的作用,含氮活性炭有较好的吸附金属及其他化合物的作用,含氢活性炭具有还原性作用等。活性炭表面氧的不同组合(—C=0—OH,—C=0—),还会影响到活性炭本身的吸附性和酸、碱性。活性炭表面的微量金属离子,对催化更具有独 果。
三、酒用活性炭的作用机理探讨
(一)低度白酒的生产,祛除低度白酒的沉淀物 低度白酒的生产中,由于酒的降度,白酒中的高级脂肪酸乙酯、高级脂肪醇的溶解度降低,使酒体呈现乳状浑浊。祛除低度酒中的沉淀,保持原酒的风味,低温不复浑是生产低度白酒的关键。虽然生产低度白酒的方法很多,如冷冻法、淀粉法、树脂法、海藻酸钠法、絮凝法、抗凝剂法、澄清法、磷酸钙法、结晶纤维法和酒类专用活性炭法等,以上方法,归根就是粒子表面吸附,或对酒中大分子物质的吸附两种。综合对比,以酒类专用活性炭法 。浓香型低度白酒中己酸乙酯的损失是影响酒的风味的关键指标,选用不同的活性炭,对己酸乙酯的吸附也不同。据测定,己酸乙酯分子直径是14 Å,若选用孔径为14 Å~20 Å的活性炭来祛除低度白酒中的沉淀物,己酸乙酯就会进入微孔而被吸附,使低度白酒风味受损。只有选用孔径大于20 Å的酒类专用炭,其微孔成为己酸乙酯的通道,炭不会吸附己酸乙酯。这就是酒类专用炭制备低度白酒时,能吸附沉淀物,保持低度白酒低温不复混,还能很好地保持浓香型大曲酒的原酒的风味的原因所在。另外,选用孔径小于14 Å的活性炭,己酸乙酯不能进入微孔,所以也不会损失己酸乙酯,但由于此炭大孔径少,对大离子半径的高级脂肪酸乙酯、高级脂肪酸醇等吸附较少,必须加大专用炭的用量才能保证低温不复浑。 对于清香型的白酒,由于主体香型乙酸乙酯分子直径6.7 Å,选用活性炭的范围较宽对己酸乙酯损失也少.但对于米酒,由于主体香型β- 苯乙醇分子直径较大,选用特制酒用炭就更有讲究。 另外,任何一种活性炭,它的孔径分布是很宽的,各种孔径都有。使用任一种活性炭生产低度白酒都要吸附己酸乙酯。特制酒用炭则是吸附己酸乙酯最少的一种专用活性炭。若制定一种孔径全部是大于28 Å的特制酒用炭,则吸附高级脂肪酸乙酯等的同时,可以完全不吸附己酸乙酯。这就是活性炭分子筛,也是我们研究的方向。
(二)特制酒用活性炭加速酒的陈化 刚蒸出的新酒,一般口感暴烈、冲,有时还有一种新酒的异味。要生产优质酒,都要在生产工艺上规定有一定的储存期,称之为陈化或老熟。陈化过程是一个综合的化学—物理过程。有氧化、酯化、乙酰化等化学变化,也有吸附作用(木桶储存),分子结构重排等物理化学作用。自然老熟的过程中,低沸点的物质如醛类,硫化物等挥发,除去了新酒的不愉快气味; 缩合,则产辣味减少;部分高级醇分解,使白酒的苦涩味、辛辣味减少;乙醇和水分子相互缔合,增加了白酒的柔和感;在白酒长期的储存过程中,部分乙醇被氧化成 ,一部分进一步氧化成醋酸,醋酸进一步与醇作用生成醋酸乙酯和高级脂肪酸酯,一部分醛与乙醇作用生成缩醛类,从而使酒体减少辛辣味,增加了香味,使酒变得柔和绵软。但是自然陈化是非常缓慢的过程,浓香型白酒最少存放半年,而浆香型白酒要陈化三年之久。这样长的周期,酒库占用面积大,积压资金多,降低了酒厂的经济效益。为了克服这一难题,加速酒的陈化,市场出现了各种快速陈化机,r-射线、x-射线,超声波等,但效果都不好。用特制酒用活性炭处理新酒(用炭量0.1%-0.3%),只需1-3天的时间,处理后的新酒口感柔和、少冲,无新酒异味。浓香型白酒处理后就可上市,浆香型新酒经处理后有存放二年以上的感觉。特制酒用活性炭加速新酒陈化,效果十分理想,深受各厂家的欢迎。很多专家也对此极感兴趣。特制酒用活性炭能加速酒的陈化,原因在于特制酒用活性炭是一种氧化炭,有很大的比表面积,其表面还有较多的含氧官能团和各种微量金属及金属离子。少量的特制酒用活性炭在酒中,大的比表面积和含氧官能团与酒充分接触,特制酒用活性炭吸附了一些带异味的物质(硫化物,高级脂肪等);特制酒用活性炭加速乙醇的氧化,使其成为 ,醋酸并催化醇和醋酸生成己酸乙酯和高级脂肪酸,以及其它综合反应,可见加入特制酒用活性炭后,在短期内完成了新酒自然陈化中长时期才能完成的氧化、缩合、去杂味等作用。 酒精配制酒的制备及酒精饮料的制备时,酒精必须用特制酒用活性炭处理,以除去酒精中的异味,促进氧化和酯化作用,也是种快速陈化的过程。
(三)除去酒中的异味和苦味 除去酒中的异味是特制酒用活性炭大比表面积的一种独特的吸附作用,但是酒中各有不同,如糖蜜酒精中甜味、新酒的异臭味,有的酒有苦味等。用一种特制酒用活性炭是不会都有效的。选用不同孔径结构的特制酒用活性炭才行。糖蜜甜味属大离子半径物质,用大孔径的特制酒用活性炭才有效;对新酒的异臭味用小孔径的特制酒用活性炭效果才明显;对于酒中的苦味,那就必须一种含氮微孔发达的碱性特制酒用活性炭才行,其他单纯的含氮活性炭或碱性活性炭都不能除去酒中的苦味。 综上所述,不同的特制酒用活性炭,用于酒类的不同后处理,都有好的效果,这是利用了特制酒用活性炭的不同的空隙结构,不同的表面化学成分,同时还注意了特制酒用活性炭的PH值。从这几方面着手,就可以选择,不同的更加优良的特制酒用活性炭品种。