白兰地蒸馏设备及其对挥发性成分影响的研究进展

沈飞，张建才，姚红，柴菊华，侍朋宝，万龙楠

（河北科技师范学院食品科技学院，河北秦皇岛 066600）

白兰地是一种以水果为原料通过发酵、蒸馏、贮藏、陈酿而成的蒸馏酒[1-2]，其成分组成复杂，其中水和乙醇占比98%以上，残糖占比1%，另有不足1%却是白兰地重要香气骨架的挥发性成分[3-4]。目前研究表明白兰地中的香气成分有500多种[5-6]，主要影响因素有原料成熟度及其本身香气特点、原料酒发酵条件、蒸馏技术以及橡木桶陈酿等[7-9]，其中蒸馏技术是最为关键的影响因素。蒸馏过程中，挥发性成分的馏出取决于三个条件：沸点、在酒精或水中的溶解度以及蒸气和液体中酒精含量的变化[10]。蒸馏的目的，除了馏出酒精还要尽量保留葡萄本身以及原酒中的香气，并去除不愉快的气味成分和有毒有害物质[11-14]，为后续的橡木桶陈酿提供香气物质基础。因此，对白兰地中挥发性化合物的种类及含量具有决定性作用的蒸馏设备及蒸馏方法至关重要，具有承上启下的作用[15]。

最早的蒸馏设备可追溯到公元前3500年，通过对设备结构、功能及蒸馏技术等的不断更新，至距今1000年前出现了传统的壶式蒸馏，用于蒸馏香料。200多年前，法国夏朗德省对其进行了结构上的改进和功能上的延伸，开始用于蒸馏白兰地[1,16]。随着现代科学技术的进步，蒸馏设备在结构、材质、蒸馏方法和加热方式等方面进行了较大改进，如由传统的用火加热改为蒸汽或电加热，由传统的蒸馏锅改为带分流盘的蒸馏设备、双釜蒸馏设备等。改进后的设备投入人力少、效率高、酒质更为纯净、香气成分更为丰富，白兰地品质更为稳定[17-18]。

目前较为常见的蒸馏设备有两种：壶式间歇蒸馏设备和塔式连续蒸馏设备。不同的蒸馏设备配合不同的蒸馏方法，可使蒸馏出的白兰地香气成分和口感有很大的差异[3,19-20]。如果蒸馏设备或者相对应的蒸馏工艺选择不当，未能很好的除去异味物质，则会使白兰地原酒的香气产生缺陷，降低白兰地的品质[21]。因此，设备生产厂家会根据不同的原料种类及实践经验总结出专门的蒸馏设备和与之搭配的蒸馏工艺参数[16]。本文对不同水果白兰地蒸馏时不同设备的使用及相应的蒸馏工艺参数进行了详细总结，以期为我国不同水果白兰地蒸馏过程中对设备及蒸馏工艺的选择和改进提供参考。

1 蒸馏设备及蒸馏工艺参数

1.1 蒸馏设备及结构

1.1.1 壶式蒸馏设备

早期壶式蒸馏设备一般为紫铜材质，其基本结构包括：锅炉、蒸馏釜、鹅颈管、入料口、预热釜、废液口、出酒口、冷却水出口、冷却水入口等（图1）。目前该类设备用电或蒸气加热，取代锅炉加热[1,16]。壶式蒸馏过程中分别截取酒头酒尾，以减少有毒有害物质和令人不愉快的香气成分进入酒身，此法得到的白兰地香气物质较为丰富、风味鲜明。

图1 壶式蒸馏设备[16]Figure 1 Pot distillation equipment

张凯惠等[22-23]提出，虽然全铜材质蒸馏设备蒸馏出来白兰地酒质好，蒸馏效率高，但设备昂贵，不利于小规模生产。而玻璃材质添加紫铜片的蒸馏设备较紫铜材质具有传热好、蒸馏过程直观、操作便捷、成本低等优点，有更好的应用前景。

1.1.2 双釜蒸馏设备

双釜蒸馏设备包含两组加热釜、加热管、鹅颈管、冷却蛇管、废液排出口、筛板、入料口、温度计、出酒口等（图2），其中两釜内壁、釜间加热管、鹅颈管、冷却蛇管等均为紫铜材质，设备底部有通用接口，可以选择蒸汽或者电热管进行加热。蒸馏过程中通过控制两组加热釜是否串联来控制蒸馏次数，串联时蒸馏釜A生成的蒸气经过加热管进入蒸馏釜B再次蒸馏，这样原料酒通过一次蒸馏就能得到较高品质的白兰地原酒，实现生产环节的节能高效，适宜大、中、小规模的白兰地生产使用[16,24]。

图2 双釜蒸馏设备[16]Figure 2 Double kettle distillation equipment

1.1.3 新II型蒸馏设备

新II型蒸馏设备是基于双釜蒸馏设备的改进设备，其结构由图2中所示的蒸馏釜、分馏器、冷凝冷却器、各种管路及外加3个分流盘组成，可以通过增减蒸馏釜和分馏盘的数量、增加冷却冷凝器的换热面积来满足蒸馏的需要[25]。

1.1.4 塔式蒸馏设备

塔式蒸馏设备的结构包括：锅炉、蒸馏釜、蒸馏塔、塔板、预热釜等（图3），起初用于酒精的蒸馏，蒸馏塔通常置于蒸馏釜之上，有时也会与蒸馏釜分离[1,16]。蒸馏塔中的塔板数通常为20～40块，目的是对原料酒的热蒸汽进行回流，即高级醇会在塔板之间不断回流和复蒸[26-27]，使一部分高级醇转化为高级醇酯，另一部分随酒尾馏出。该设备目前在法国及其他一些国家的白兰地蒸馏中应用较为广泛[27]。

图3 塔式蒸馏设备[16]Figure 3 Tower distillation equipment

Carla等[28]对塔式蒸馏设备进行了改进，结构为多个串联锥形锅炉、塔板、填充塔、鼓泡板、冷凝装置（图4），通过增加蒸馏塔的个数实现了多塔蒸馏。用其进行蒸馏时，所得白兰地质量均一，满足蒸馏过程的低能耗、高效率要求。配合自动化控制系统，适用于白兰地的工厂化大生产[28]。

图4 多个锥形铜锅炉和填料塔组成的设备[28]Figure 4 Equipment composed of multiple conical copper boilers and packing towers[28]

用塔式蒸馏的白兰地既有合适的酒精度，又有香气物质，为白兰地的优良香气品质奠定了物质基础。用该类设备所蒸馏的白兰地，通常品质较为稳定，并且只需要单次蒸馏，因而低能耗、高效率，大大提高了经济效益[1,16,27]。

1.1.5 其他蒸馏设备

不同的蒸馏设备本质上都是基于壶式蒸馏设备和塔式蒸馏设备的改进和延伸。除上述蒸馏设备外，常见的还有：（1）带分馏盘的蒸馏设备，该类设备是将壶式蒸馏设备的球形分馏器改为两个透镜形分馏器，使两次蒸馏变为一次蒸馏[1]；（2）皮渣白兰地蒸馏设备，是将常见的1个蒸馏锅改为3个蒸馏锅，加上一组分馏盘和一个冷却器组成，锅内有铜网，可网住沸腾的皮渣，以防堵塞蒸馏管道[1]；（3）阿尔玛涅克连续蒸馏设备，其特殊之处在于设备的蒸馏塔通常为5～16层塔板[16]。

1.2 蒸馏工艺参数对蒸馏酒品质的影响

1.2.1 壶式蒸馏设备的工艺参数对蒸馏酒品质的影响

采用壶式蒸馏设备进行蒸馏的过程通常不稳定，因为馏分的组成随着蒸馏的进行而不断变化。因此，馏分的截取成为平衡酒精度和挥发性成分含量高低的重要环节[16]。通常通过控制蒸馏速率、蒸馏温度和酒头酒尾截取量等参数，以获得更加复杂的香气成分[29]。

用此类设备对刺葡萄、白玉霓、公酿一号、贵人香葡萄[10,30-32]，以及李子[29]、苹果[6,33]等果酒原料进行蒸馏，在第一次蒸馏时，少量截取酒头，在酒精体积分数为5%左右时截取酒尾，酒身酒度在26%～32%。第二次蒸馏时，针对酒质较好的原料酒，截取酒头的体积为总体积的1%左右，若酒质偏差，则截取体积占2%～3%较为适宜；酒尾的截取均可分为两部分：第一部分在酒度56%～50%之间截取，称为一级酒尾；第二部分在酒度30%时截取，称为次酒尾[33-36]。按酒头、酒身、酒尾三部分进行截取能更好地反映各部分馏分中挥发性物质的种类和含量的变化趋势。

1.2.2 双釜蒸馏设备的工艺参数对蒸馏酒品质的影响

双釜蒸馏设备是由两个相同的加热釜组成，两釜之间由加热管进行连接，通过控制球阀可以使两釜同时或单独使用。两釜同时使用时，一次蒸馏即可使白兰地原酒达到很好的品质，操作过程高效、简单、节能。张将等[16,24]使用该设备分别进行了一次蒸馏和两次蒸馏。进行一次蒸馏时，截取酒头为入料体积的0.24%，截取酒精度60%以上为酒身。两次蒸馏时，粗馏过程不截取酒头、酒尾；精馏时，截取酒头为入料体积的0.6%，截取酒精度60%以上为酒身。经检测分析，一次蒸馏的白兰地有很好的烘烤和杏仁油香气，但是香气欠纯正；两次蒸馏的白兰地高级醇大幅降低，特别是有生青味的己醇下降近50%，原酒香气更为纯正，有更浓郁的果香、花香[16,24]。两次蒸馏较一次蒸馏可有效降低饮用时的宿醉感。因此，该设备虽具有一次蒸馏出白兰地原酒的功能，但要达到两次蒸馏的品质，还需进一步改进。

在上述研究基础上，有学者对双釜蒸馏设备的釜间连管进行了保温处理，即用保温材料对釜间连接管进行包覆，可降低能耗和冷却水使用量，提高蒸馏效率。经保温处理可增加白兰地原酒中具有愉悦特点的醇类物质含量，使酒具有果香、花香、甜香等特点，整体香气强度和纯净度有所提高[16,24]，但对甲醇含量没有显著影响[27,37-38]。

1.2.3 新II型果酒蒸馏设备的工艺参数对蒸馏酒品质的影响

赵莹等[25]使用新II型果酒蒸馏设备对“青梅、柚子、提子”复合果酒进行蒸馏，得出该设备对此种复合果酒的最佳蒸馏工艺参数为：蒸馏温度90 ℃，蒸馏压力0.01 MPa，馏酒速率2.61 kg·min-1，冷凝水流量为4.71 kg·min-1，截取酒头、酒尾的比例分别为1%、20%。在此蒸馏工艺参数条件下蒸出的水果复合白兰地共检测出醇类物质7种、酯类物质10种、羧酸类物质2种、醛酮类物质3种、其他种类物质5种，主要成分为：正丙醇、异丁醇、2-丁醇、异戊醇、乙酸、糠醛、芳樟醇氧化物、棕榈酸乙酯等[25]。酒液澄清透明、酒香果香协调浓郁。

1.2.4 玻璃蒸馏设备的工艺参数对蒸馏酒品质的影响

使用全玻璃蒸馏器蒸馏不同水果白兰地时，需进行两次蒸馏。第一次蒸馏均选用急火蒸馏，不截取酒头酒尾；第二次蒸馏即精馏时，不同的水果白兰地原料酒所使用的蒸馏工艺参数不同。例如，对于海红果白兰地[22]，精馏需选用文火，截取入料体积的1%作为酒头，从酒精度55%到20%作为次酒尾，从酒精度20%到2%作为酒尾，得到白兰地原酒的酒精度约为68%；蒸馏橄榄白兰地[39]，精馏的最初温度为130 ℃，过程中的温度最高可达180 ℃，酒精体积分数75%作为酒头，75%～65%为酒身，65%～4%为酒尾[25]。在上述不同水果白兰地所对应的不同蒸馏工艺参数下，白兰地原酒的酒精损失较小，且酒体澄清透明，果香突出，酒香纯正，口感优良，甲醇含量符合标准[22]。

使用玻璃旋转蒸发仪加紫铜片蒸馏设备进行蒸馏时也需控制酒头、酒尾的截取量及酒身的酒度[23]。例如，使用此设备蒸馏白桦汁白兰地时，第一次蒸馏采用急火，不截取酒头、酒尾；第二次蒸馏采用文火，酒精度大于70%的馏出液作为酒头，体积约为原料酒体积的5%，截取酒精度55%以下的馏出液作为酒尾[40]。在此蒸馏条件下获得的白桦汁白兰地共检测出43种香气成分，其中一次蒸馏出24种，二氯甲烷较多，各种酯类、醇类和部分酸类较少；二次蒸馏出21种，二氯甲烷相对减少，各种酯类，醇类和酸类增多，且以各种高级酯和高级醇为主[23,40-41]。

2 白兰地的挥发性成分

白兰地的挥发性成分是决定白兰地品质的关键，目前检测出的挥发性成分有500多种，主要分为脂肪酸、挥发酚、酯类、醛类、萜烯类、酮类、醇类、呋喃类和苯衍生物等[42-47]。这些挥发性物质主要表现出水果、花香、甜香、脂肪、烟熏、动物等香气特点[27]。目前检测白兰地中挥发性成分的样品预处理方法主要有：液-液萃取、固相微萃取、固相萃取、正相液相色谱、搅拌子吸附萃取、酸碱中性组分分离等。检测方法包括：气相色谱法、气相色谱-质谱法、气相色谱-闻香法、光谱法、高效液相色谱法等[48-53]。

2.1 白兰地的挥发性成分种类及含量

本文只针对水果白兰地中含量较多的醇类、酯类和醛类物质进行综述，对其他含量较少的酮类、呋喃类、萜烯类和苯衍生物等未进行具体分析。

对蒸馏过程中使用不同蒸馏设备蒸馏不同水果白兰地挥发性成分的总结见表1。葡萄白兰地[30-32]、苹果白兰地[6]、李子白兰地[29]、复合果酒白兰地[25]及橄榄白兰地[39]的酯类物质种类较多，其中葡萄白兰地中酯类物质种类明显多于其它水果白兰地，达34种；樱桃白兰地[16]的醇类物质种类明显多于其它挥发性物质，达24种。

表1 不同蒸馏设备及不同水果白兰地中主要挥发性成分种类Table 1 Main volatile components in different distillation equipment and different fruit brandy

不同设备蒸馏的不同水果白兰地中主要的酯类成分见表2。由传统壶式蒸馏设备蒸馏出的水果白兰地[6,29-32]，均含有乙酸乙酯和乳酸乙酯，且李子白兰地[29]中乙酸乙酯的含量最高，为520 mg·L-1；苹果白兰地[6]中乳酸乙酯的含量最高，为3.37 mg·L-1；葡萄白兰地[30-32]中含量较为丰富的为癸酸乙酯和辛酸乙酯，分别为98.75、92.45mg·L-1；用未保温处理和保温处理的双釜蒸馏设备蒸出的樱桃白兰地[16]中酯类物质含量均为己酸乙酯最高，分别为135.37、123.57 mg·L-1；白桦汁白兰地[23,40]中含量最高的酯类物质是丁二酸二乙酯，为9.92 mg·L-1。

表2 不同蒸馏设备及不同水果白兰地中主要的酯类成分含量Table 2 Contents of major esters in different distillation equipments and fruit brandymg·L-1

不同设备蒸馏的水果白兰地中主要的醇类成分见表3。除白桦汁白兰地[23,40]外，其它水果白兰地均含有异丁醇；用传统壶式蒸馏设备、新II型果酒蒸馏设备、双釜蒸馏设备蒸出的葡萄白兰地[30-32]、苹果白兰地[6]、复合果酒白兰地[25]及樱桃白兰地[16]中均含有异戊醇，且其含量均为醇类物质中最多，分别为：3.75、542.51、444.32、220.22 mg·L-1（保温）；白桦汁白兰地[23,40]醇类物质中苯乙基醇含量最高，为3.48 mg·L-1。

表3 不同蒸馏设备及不同水果白兰地中主要的醇类成分含量Table 3 The contents of major alcohols in different distillation equipments and fruit brandy mg·L-1

不同设备蒸馏的水果白兰地中主要的醛类成分见表4。葡萄白兰地[30-32]、复合果酒白兰地[25]、樱桃白兰地[16]中均含有糠醛，且复合果酒白兰地[25]中含量最多，为92.72 mg·L-1；只有樱桃白兰地[16]含有安息香醛和樟脑烯醛；白桦汁白兰地[23,40]中的醛类成分只有二羟基乙醛，含量为0.57 mg·L-1。

表4 不同蒸馏设备及不同水果白兰地中主要的醛类成分含量Table 4 The contents of aldehydes in different distillation equipment and different fruit brandy mg·L-1

综上所述，酯类物质和醇类物质是水果白兰地中含量最多的挥发性物质，其中葡萄白兰地[30-32]和橄榄白兰地[39]的酯类物质最丰富；白桦汁白兰地[23,40]的酯类物质种类虽然少于醇类，但其总含量明显较高；樱桃白兰地[16]、苹果白兰地[6]、李子白兰地[29]及复合果酒白兰地[25]的醇类物质含量明显高于酯类物质。

2.2 白兰地蒸馏过程中酯类、醇类、醛类物质含量的变化

以葡萄和苹果白兰地[6,30-32]为例，大多数酯类物质、醇类物质的浓度会随蒸馏时间的延长而降低，且在酒头、酒尾和酒身中差异明显。例如，乙酸乙酯、乙酸异戊酯、丁酸乙酯、己酸乙酯和辛酸乙酯等，在酒头中的含量明显高于酒身和酒尾，这是因为这些成分的馏出速率在蒸馏开始时最高，随后快速下降，中后期下降速度减缓。大多数醇类物质（如异丁醇、异戊醇等）在酒头和酒身中的浓度明显高于酒尾，这是因为虽然一些高级醇的沸点比乙醇高，但它们与乙醇的亲和力较强，可通过与乙醇形成共沸混合物一起馏出，混合物的挥发度随着液体中乙醇浓度的增加而减小，混合物在乙醇浓度低时作为轻组分，在乙醇浓度高时作为重组分，因此，随着蒸馏时间的增加，它们被蒸馏出来的速率会大幅度下降，导致酒尾中的浓度较低[54-58]。

醛类物质与醇类和酯类物质不同，酒头中醛类物质含量明显高于酒身和酒尾，因此醛类物质可以作为区分酒头和酒身的参考依据[30]。

3 总结与展望

随着科学的发展和技术的进步，水果白兰地的蒸馏设备在材质和结构上有了长足的改进，设备种类日渐丰富，配合设备使用的不同蒸馏工艺参数也逐步完善。传统纯铜材质的壶式蒸馏设备蒸出的白兰地酒质好、香气成分复杂，但存在效率低、设备昂贵等不足；双釜蒸馏设备和新II型果酒蒸馏设备可以进行蒸馏釜之间的串联，蒸馏效率高、操作简单，通过一次蒸馏即可获得原白兰地，且具有酒体清澈、香气浓郁等优点，但香气纯度不佳、饮用时有明显的宿醉感。张凯惠等[23,40]提出蒸馏过程中缺乏铜材质往往会影响白兰地的品质，玻璃蒸馏设备与紫铜板的结合是较纯铜设备在材质上做出的改变，成本低、酒精损失较小、酒体澄清透明、酒香果香突出、酒香纯正、口感优良，但是由于玻璃材质的特殊性，只适合小规模生产，不适合中、大规模生产。

虽然目前蒸馏设备及蒸馏方法已经趋于成熟，蒸馏出的白兰地酒质优良、香气纯正，但是蒸馏设备还存在材质、结构等方面的不足，还需进一步对设备的材质、蒸馏塔的结构等方面进行深入研究，为生产提供技术支持。