白蘭地蒸餾設備及其對揮發性成分影響的研究進展

沈飛，張建才，姚紅，柴菊華，侍朋寶，萬龍楠

（河北科技師范學院食品科技學院，河北秦皇島 066600）

白蘭地是一種以水果為原料通過發酵、蒸餾、貯藏、陳釀而成的蒸餾酒[1-2]，其成分組成復雜，其中水和乙醇占比98%以上，殘糖占比1%，另有不足1%卻是白蘭地重要香氣骨架的揮發性成分[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、原料酒發酵條件、蒸餾技術以及橡木桶陳釀等[7-9]，其中蒸餾技術是最為關鍵的影響因素。蒸餾過程中，揮發性成分的餾出取決于三個條件：沸點、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[11-14]，為后續的橡木桶陳釀提供香氣物質基礎。因此，對白蘭地中揮發性化合物的種類及含量具有決定性作用的蒸餾設備及蒸餾方法至關重要，具有承上啟下的作用[15]。

最早的蒸餾設備可追溯到公元前3500年，通過對設備結構、功能及蒸餾技術等的不斷更新，至距今1000年前出現了傳統的壺式蒸餾，用于蒸餾香料。200多年前，法國夏朗德省對其進行了結構上的改進和功能上的延伸，開始用于蒸餾白蘭地[1,16]。隨著現代科學技術的進步，蒸餾設備在結構、材質、蒸餾方法和加熱方式等方面進行了較大改進，如由傳統的用火加熱改為蒸汽或電加熱，由傳統的蒸餾鍋改為帶分流盤的蒸餾設備、雙釜蒸餾設備等。改進后的設備投入人力少、效率高、酒質更為純凈、香氣成分更為豐富，白蘭地品質更為穩定[17-18]。

目前較為常見的蒸餾設備有兩種：壺式間歇蒸餾設備和塔式連續蒸餾設備。不同的蒸餾設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]。如果蒸餾設備或者相對應的蒸餾工藝選擇不當，未能很好的除去異味物質，則會使白蘭地原酒的香氣產生缺陷，降低白蘭地的品質[21]。因此，設備生產廠家會根據不同的原料種類及實踐經驗總結出專門的蒸餾設備和與之搭配的蒸餾工藝參數[16]。本文對不同水果白蘭地蒸餾時不同設備的使用及相應的蒸餾工藝參數進行了詳細總結，以期為我國不同水果白蘭地蒸餾過程中對設備及蒸餾工藝的選擇和改進提供參考。

1 蒸餾設備及蒸餾工藝參數

1.1 蒸餾設備及結構

1.1.1 壺式蒸餾設備

早期壺式蒸餾設備一般為紫銅材質，其基本結構包括：鍋爐、蒸餾釜、鵝頸管、入料口、預熱釜、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和令人不愉快的香氣成分進入酒身，此法得到的白蘭地香氣物質較為豐富、風味鮮明。

圖1 壺式蒸餾設備[16]Figure 1 Pot distillation equipment

張凱惠等[22-23]提出，雖然全銅材質蒸餾設備蒸餾出來白蘭地酒質好，蒸餾效率高，但設備昂貴，不利于小規模生產。而玻璃材質添加紫銅片的蒸餾設備較紫銅材質具有傳熱好、蒸餾過程直觀、操作便捷、成本低等優點，有更好的應用前景。

1.1.2 雙釜蒸餾設備

雙釜蒸餾設備包含兩組加熱釜、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），其中兩釜內壁、釜間加熱管、鵝頸管、冷卻蛇管等均為紫銅材質，設備底部有通用接口，可以選擇蒸汽或者電熱管進行加熱。蒸餾過程中通過控制兩組加熱釜是否串聯來控制蒸餾次數，串聯時蒸餾釜A生成的蒸氣經過加熱管進入蒸餾釜B再次蒸餾，這樣原料酒通過一次蒸餾就能得到較高品質的白蘭地原酒，實現生產環節的節能高效，適宜大、中、小規模的白蘭地生產使用[16,24]。

圖2 雙釜蒸餾設備[16]Figure 2 Double kettle distillation equipment

1.1.3 新II型蒸餾設備

新II型蒸餾設備是基于雙釜蒸餾設備的改進設備，其結構由圖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 塔式蒸餾設備

塔式蒸餾設備的結構包括：鍋爐、蒸餾釜、蒸餾塔、塔板、預熱釜等（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]。蒸餾塔中的塔板數通常為20～40塊，目的是對原料酒的熱蒸汽進行回流，即高級醇會在塔板之間不斷回流和復蒸[26-27]，使一部分高級醇轉化為高級醇酯，另一部分隨酒尾餾出。該設備目前在法國及其他一些國家的白蘭地蒸餾中應用較為廣泛[27]。

圖3 塔式蒸餾設備[16]Figure 3 Tower distillation equipment

Carla等[28]對塔式蒸餾設備進行了改進，結構為多個串聯錐形鍋爐、塔板、填充塔、鼓泡板、冷凝裝置（圖4），通過增加蒸餾塔的個數實現了多塔蒸餾。用其進行蒸餾時，所得白蘭地質量均一，滿足蒸餾過程的低能耗、高效率要求。配合自動化控制系統，適用于白蘭地的工廠化大生產[28]。

圖4 多個錐形銅鍋爐和填料塔組成的設備[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，為白蘭地的優良香氣品質奠定了物質基礎。用該類設備所蒸餾的白蘭地，通常品質較為穩定，并且只需要單次蒸餾，因而低能耗、高效率，大大提高了經濟效益[1,16,27]。

1.1.5 其他蒸餾設備

不同的蒸餾設備本質上都是基于壺式蒸餾設備和塔式蒸餾設備的改進和延伸。除上述蒸餾設備外，常見的還有：（1）帶分餾盤的蒸餾設備，該類設備是將壺式蒸餾設備的球形分餾器改為兩個透鏡形分餾器，使兩次蒸餾變為一次蒸餾[1]；（2）皮渣白蘭地蒸餾設備，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，鍋內有銅網，可網住沸騰的皮渣，以防堵塞蒸餾管道[1]；（3）阿爾瑪涅克連續蒸餾設備，其特殊之處在于設備的蒸餾塔通常為5～16層塔板[16]。

1.2 蒸餾工藝參數對蒸餾酒品質的影響

1.2.1 壺式蒸餾設備的工藝參數對蒸餾酒品質的影響

采用壺式蒸餾設備進行蒸餾的過程通常不穩定，因為餾分的組成隨著蒸餾的進行而不斷變化。因此，餾分的截取成為平衡酒精度和揮發性成分含量高低的重要環節[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，以獲得更加復雜的香氣成分[29]。

用此類設備對刺葡萄、白玉霓、公釀一號、貴人香葡萄[10,30-32]，以及李子[29]、蘋果[6,33]等果酒原料進行蒸餾，在第一次蒸餾時，少量截取酒頭，在酒精體積分數為5%左右時截取酒尾，酒身酒度在26%～32%。第二次蒸餾時，針對酒質較好的原料酒，截取酒頭的體積為總體積的1%左右，若酒質偏差，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、酒尾三部分進行截取能更好地反映各部分餾分中揮發性物質的種類和含量的變化趨勢。

1.2.2 雙釜蒸餾設備的工藝參數對蒸餾酒品質的影響

雙釜蒸餾設備是由兩個相同的加熱釜組成，兩釜之間由加熱管進行連接，通過控制球閥可以使兩釜同時或單獨使用。兩釜同時使用時，一次蒸餾即可使白蘭地原酒達到很好的品質，操作過程高效、簡單、節能。張將等[16,24]使用該設備分別進行了一次蒸餾和兩次蒸餾。進行一次蒸餾時，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，該設備雖具有一次蒸餾出白蘭地原酒的功能，但要達到兩次蒸餾的品質，還需進一步改進。

在上述研究基礎上，有學者對雙釜蒸餾設備的釜間連管進行了保溫處理，即用保溫材料對釜間連接管進行包覆，可降低能耗和冷卻水使用量，提高蒸餾效率。經保溫處理可增加白蘭地原酒中具有愉悅特點的醇類物質含量，使酒具有果香、花香、甜香等特點，整體香氣強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型果酒蒸餾設備的工藝參數對蒸餾酒品質的影響

趙瑩等[25]使用新II型果酒蒸餾設備對“青梅、柚子、提子”復合果酒進行蒸餾，得出該設備對此種復合果酒的最佳蒸餾工藝參數為：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%。在此蒸餾工藝參數條件下蒸出的水果復合白蘭地共檢測出醇類物質7種、酯類物質10種、羧酸類物質2種、醛酮類物質3種、其他種類物質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、酒香果香協調濃郁。

1.2.4 玻璃蒸餾設備的工藝參數對蒸餾酒品質的影響

使用全玻璃蒸餾器蒸餾不同水果白蘭地時，需進行兩次蒸餾。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180 ℃，酒精體積分數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的不同蒸餾工藝參數下，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，口感優良，甲醇含量符合標準[22]。

使用玻璃旋轉蒸發儀加紫銅片蒸餾設備進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]。

2 白蘭地的揮發性成分

白蘭地的揮發性成分是決定白蘭地品質的關鍵，目前檢測出的揮發性成分有500多種，主要分為脂肪酸、揮發酚、酯類、醛類、萜烯類、酮類、醇類、呋喃類和苯衍生物等[42-47]。這些揮發性物質主要表現出水果、花香、甜香、脂肪、煙熏、動物等香氣特點[27]。目前檢測白蘭地中揮發性成分的樣品預處理方法主要有：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-質譜法、氣相色譜-聞香法、光譜法、高效液相色譜法等[48-53]。

2.1 白蘭地的揮發性成分種類及含量

本文只針對水果白蘭地中含量較多的醇類、酯類和醛類物質進行綜述，對其他含量較少的酮類、呋喃類、萜烯類和苯衍生物等未進行具體分析。

對蒸餾過程中使用不同蒸餾設備蒸餾不同水果白蘭地揮發性成分的總結見表1。葡萄白蘭地[30-32]、蘋果白蘭地[6]、李子白蘭地[29]、復合果酒白蘭地[25]及橄欖白蘭地[39]的酯類物質種類較多，其中葡萄白蘭地中酯類物質種類明顯多于其它水果白蘭地，達34種；櫻桃白蘭地[16]的醇類物質種類明顯多于其它揮發性物質，達24種。

表1 不同蒸餾設備及不同水果白蘭地中主要揮發性成分種類Table 1 Main volatile components in different distillation equipment and different fruit brandy

不同設備蒸餾的不同水果白蘭地中主要的酯類成分見表2。由傳統壺式蒸餾設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備蒸出的櫻桃白蘭地[16]中酯類物質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是丁二酸二乙酯，為9.92 mg·L-1。

表2 不同蒸餾設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；用傳統壺式蒸餾設備、新II型果酒蒸餾設備、雙釜蒸餾設備蒸出的葡萄白蘭地[30-32]、蘋果白蘭地[6]、復合果酒白蘭地[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]醇類物質中苯乙基醇含量最高，為3.48 mg·L-1。

表3 不同蒸餾設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]、復合果酒白蘭地[25]、櫻桃白蘭地[16]中均含有糠醛，且復合果酒白蘭地[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，酯類物質和醇類物質是水果白蘭地中含量最多的揮發性物質，其中葡萄白蘭地[30-32]和橄欖白蘭地[39]的酯類物質最豐富；白樺汁白蘭地[23,40]的酯類物質種類雖然少于醇類，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]及復合果酒白蘭地[25]的醇類物質含量明顯高于酯類物質。

2.2 白蘭地蒸餾過程中酯類、醇類、醛類物質含量的變化

以葡萄和蘋果白蘭地[6,30-32]為例，大多數酯類物質、醇類物質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。大多數醇類物質（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比乙醇高，但它們與乙醇的親和力較強，可通過與乙醇形成共沸混合物一起餾出，混合物的揮發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，導致酒尾中的濃度較低[54-58]。

醛類物質與醇類和酯類物質不同，酒頭中醛類物質含量明顯高于酒身和酒尾，因此醛類物質可以作為區分酒頭和酒身的參考依據[30]。

3 總結與展望

隨著科學的發展和技術的進步，水果白蘭地的蒸餾設備在材質和結構上有了長足的改進，設備種類日漸豐富，配合設備使用的不同蒸餾工藝參數也逐步完善。傳統純銅材質的壺式蒸餾設備蒸出的白蘭地酒質好、香氣成分復雜，但存在效率低、設備昂貴等不足；雙釜蒸餾設備和新II型果酒蒸餾設備可以進行蒸餾釜之間的串聯，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、香氣濃郁等優點，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往往會影響白蘭地的品質，玻璃蒸餾設備與紫銅板的結合是較純銅設備在材質上做出的改變，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、口感優良，但是由于玻璃材質的特殊性，只適合小規模生產，不適合中、大規模生產。

雖然目前蒸餾設備及蒸餾方法已經趨于成熟，蒸餾出的白蘭地酒質優良、香氣純正，但是蒸餾設備還存在材質、結構等方面的不足，還需進一步對設備的材質、蒸餾塔的結構等方面進行深入研究，為生產提供技術支持。