Spirytusem (potocznie) nazywana jest mieszanina ok. 95% alkoholu etylowego z wodą. Ponieważ etanol tworzy z wodą tzw. mieszaninę azeotropową, maksymalne stężenie, które można uzyskać w wyniku prostej destylacji wynosi 97,2% objętościowo (lub 95,6% wag, lub 89,5% mol.) [1]. Etanol można wytwarzać jako produkt petrochemiczny albo w procesach biologicznych. Biochemiczna metoda otrzymywania spirytusu obejmuje dwa zasadnicze etapy: otrzymywanie alkoholu etylowego (destylatu rolniczego) w gorzelniach rolniczych w wyniku fermentacji alkoholowej oraz jego późniejszą rektyfikację [2].

Zastosowanie etanolu jest bardzo szerokie w wielu gałęziach przemysłu. Etanol spożywczy znajduje zastosowanie nie tylko jako składnik wódek, nalewek i innych napojów spirytusowych, ale również w szeroko pojętej branży spożywczej np. do wyrobu ciast, tortów, octu spirytusowego, do wytwarzania aromatów oraz konserwacji wyrobów piekarniczych. Alkohol etylowy produkowany dla potrzeb przemysłowych wykorzystywany jest do produkcji klejów, farb drukarskich, tworzyw sztucznych i jako paliwo do biokominków. W przemyśle farmaceutycznym służy głównie jako ekstrahent w procesie maceracji substancji leczniczych z ziół oraz jako środek konserwujący w syropach czy żelach. Etanol jako rozpuszczalnik można znaleźć w wielu doustnych płynnych preparatach i lekach, takich jak leki na kaszel i przeziębienie, suplementy żelaza, a także preparaty homeopatyczne. Powszechne zastosowanie etanolu wynika z faktu, że ma on działanie bakteriostatyczne, bakteriobójcze, grzybobójcze i wirusobójcze. W branży kosmetycznej na jego bazie produkuje się perfumy i różnego rodzaju produkty zapachowe. Etanolu odwodnionego szeroko używa się także jako biokomponentu przy produkcji paliw płynnych [1].

Alkohol etylowy uzyskany w wyniku destylacji po fermentacji alkoholowej produktów rolniczych, powinien wykazywać zapach i smak charakterystyczny dla surowców użytych do jego wyrobu. Według Polskiej Normy cechy te określane są mianem „swoisty”. Jednak w czasie fermentacji alkoholowej poza alkoholem etylowym powstaje także szereg związków, które w istotny sposób wpływają na smak i zapach destylatu, bardziej lub mniej intensywny, w zależności od stężenia w jakim występują [3, 4].  Związki te mogą nadać napojowi alkoholowemu niepowtarzalny aromat, bądź pogorszyć właściwości organoleptyczne napoju, nadając mu nieprzyjemny smak i zapach. Właściwości sensoryczne związków zależą zarówno od budowy łańcucha lub pierścienia węglowego i obecności wiązań nienasyconych, jak też od obecności i rodzaju grup funkcyjnych oraz sposobu rozmieszczenia ich w cząsteczce. Do najważniejszych klas związków chemicznych występujących w spirytusie należą: aldehydy, alkohole wyższe, estry, kwasy organiczne oraz metanol. Do tej pory oznaczono ok. 100 różnych związków oddestylowujących wraz z etanolem, zarówno o niskiej temperaturze wrzenia, np. aldehyd octowy, jak i związków o temperaturze wrzenia dużo wyższej od temperatury wrzenia wody. Jest to możliwe, ponieważ większość zanieczyszczeń etanolu tworzy z wodą mieszaniny azeotropowe o temperaturze wrzenia poniżej 100 °C. Mieszanina azeotropowa jest to ciekła mieszanina destylująca bez zmiany składu, co oznacza że nie można uzyskać rozdzielenia jej na składniki czyste. Spirytus należy do azeotropu dodatniego, co oznacza że temperatura wrzenia mieszaniny jest niższa od temperatury wrzenia czystych jej składników [4].

Estry są niezwykle ważne ze względu na ich intensywny zapach, który nadają finalnym produktom alkoholowym. To związki powstałe w czasie reakcji estryfikacji, z połączenia kwasów i alkoholi wyższych obecnych w produktach fermentacji. Z uwagi na występowanie estrów w napojach alkoholowych w obrębie ich granicy wyczuwalności, nawet niewielkie wahania w stężeniach estrów, dają widoczne efekty w aromacie destylatu [5]. Większość estrów cechuje przyjemny, intensywny, owocowy aromat, np. ester kaprynowo-etylowy charakteryzuje przyjemny zapach koniaku, ester kapronowo-etylowy – trwały zapach owocowy a laurynian etylu – aromat kwiatowy. Zapach wielu estrów kojarzy się z konkretnym owocem, np. octan etylu z zapachem jabłka, maślan etylu z ananasem, czy octan amylu z zapachem gruszek [6]. Pomimo, iż estry stanowią niekiedy podstawę unikalnego aromatu napojów, to ich nadmierna ilość wpływa niekorzystnie na cechy organoleptyczne tych produktów.

Aldehydy (związki karbonylowe) to zbiorcza nazwa grupy związków chemicznych zawierających w cząsteczce grupę aldehydową –COH. W skład związków karbonylowych oddestylowujących wraz z etanolem wchodzi co najmniej siedemnaście różnych związków chemicznych, są to np. aldehyd octowy, aceton, aldehyd propionowy, aldehyd krotonowy czy walerianowy [7]. Stwierdzono, że z uwagi na wysokie progi wyczuwalności sensorycznej, nasycone aldehydy (do 4 atomów węgla w cząsteczce) nie mają istotnego wpływu na smak i zapach spirytusu [5]. Warto więc zwróci uwagę na aldehydy nienasycone, np. akroleinę, zaliczaną do trucizn i mającą właściwości kancerogenne. Jest to substancja o nieprzyjemnym zapachu chrzanu, która w śladowych ilościach przyczynia się do znacznego pogorszenia właściwości sensorycznych. Już przy ilości powyżej 0,5 mg/dm³ nasila się uczucie pieczenia, smak staje się ostry, szczypiący i piekąco-gorzki [3, 8]. 

Alkohole wyższe (fuzle) stanowią najliczniejszą grupę produktów ubocznych fermentacji alkoholowej, które wraz z etanolem przechodzą podczas odpędu do destylatu. Występują w ilościach od 0,1 do 0,7% w stosunku do wytworzonego alkoholu etylowego [4]. Alkohole wyższe stanowią cenny komponent bukietu smakowo-zapachowego wina, koniaku czy piwa, natomiast w nadmiernej ilości są niepożądane w produkcji wódek czystych. Intensywność doznań organoleptycznych jest wprost proporcjonalna do ich ciężaru cząsteczkowego. Udowodniono, że najbardziej intensywne zapachy posiadają alkohole o strukturze cyklicznej. Przykładem jest tu alkohol fenyloetylowy o zapachu róży, a także tyrozol i tryptofol, które według znawców kształtują bukiet zapachowy napojów alkoholowych [4].

Poszczególne związki chemiczne oddestylowujące wraz z etanolem różnią się w sposób istotny progiem wyczuwalności sensorycznej. W zależności od przeznaczenia etanolu obecność wybranych związków może wpływać korzystnie na cechy organoleptyczne otrzymywanych wyrobów alkoholowych. Istnieją jednak zanieczyszczenia, które już w ilościach śladowych mogą negatywnie zmieniać smak i zapach oddestylowanego alkoholu etylowego.  

Źródła:

1. Dłużewski M., Dłużewska A. (2001) Technologia żywności, Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne Spółka Akcyjna, Warszawa.

2. Szewczyk K.W. (2003) Technologia biochemiczna, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa

3. Kotarska K., Żakowicz A., Czupryński B. (2011) Ocena zawartości produktów ubocznych weryfikująca jakość spirytusu surowego, Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 50, 3, 41-42.

4. Stanisz M., Sapińska E., Pielech-Przybylska K. (2009) Charakterystyka zanieczyszczeń występujących w spirytusach surowych, Chemia Spożywcza i Biotechnologia, Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej, 1058, 106-121.

5. Biernacka P. (2012) Metody kompleksowej analizy składu produktów ubocznych procesu fermentacji alkoholowej w półproduktach i produktach spirytusowych, Rozprawa doktorska, Gdańsk.

6. Dondela B, Chrząstek L. (2009) Wybrane estry zapachowe stosowane w kosmetyce, Chemia i Ochrona Środowiska, Prace naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, 13, 29-34.

7. Kłosowski G., Czupryński B., Kotarska K., Wolska M. (2003) Charakterystyka zanieczyszczeń chemicznych obniżających jakość spirytusu surowego [1], Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 06, 20-21.

8. Wasiak M. (2000) Akroleina – powstawanie, występowanie i właściwości, Przemysł Fermentacyjny i Owocowo-Warzywny, 05, 22-24.