Destillation in der Getränkeindustrie: eine Einführung

Was ist Destillation?

Einfach gesagt: Bei der Destillation werden zwei Bestandteile einer Flüssigkeit voneinander getrennt. Die Separation von mehreren Komponenten mithilfe einer fraktionierten Destillation ist ebenfalls möglich. Dabei wird zunächst das Ausgangsgemisch beziehungsweise die Flüssigkeit zum Sieden gebracht. Weil die verschiedenen Komponenten unterschiedliche Siedepunkte besitzen, lässt sich das Element, das gewonnen werden soll, in einen Gaszustand umwandeln.

Ein Kondensator kühlt das Gas beziehungsweise den Dampf ab und wandelt das Destillat wieder in eine Flüssigkeit um. Das Ergebnis enthält noch mehrere Bestandteile der ursprünglichen Flüssigkeit, die Zusammensetzung unterscheidet sich jedoch von dem Ausgangsgemisch. Um die Reinheit des Produkts zu verbessern, wird der Vorgang in der Regel wiederholt.

Die Destillation wird hauptsächlich eingesetzt, um Erdöl in einer Raffinerie zu verarbeiten (fraktionierte Destillation), um Alkohol zu brennen oder Wasser zu destillieren, wobei sich dieser Artikel auf die Alkoholdestillation fokussiert. Der Vorteil dieser Art von Trennung einzelner Elemente besteht darin, dass keine weiteren Zusätze oder Chemikalien notwendig sind, um das gewünschte Ergebnis zu erreichen.

Destillation von Alkohol: Wie entsteht ein guter Brand?

Der Schlüssel zum Alkohol, wie er in der Getränkeindustrie verwendet wird, ist die alkoholische Gärung. Alkohol entsteht aus Stärke oder Zucker. Ein Mangel an Sauerstoff sowie Bakterien beziehungsweise Hefe treiben den Gärungsprozess an. Das ist etwa bei der Herstellung von Bier und Wein der Fall. Bei der Destillation von Spirituosen erfolgt noch ein weiterer Schritt.

Spirituosen werden aus einer Maische destilliert. Hierbei handelt es sich um ein Gemisch aus Fruchtfleisch, Saft, Schalen und Kernen, das auch Zucker oder Stärke beinhaltet. Die Maische kann gemäß der Informations-Seite des deutschen Zolls wiederum aus den folgenden Rohstoffen bestehen:

• Obst, Beeren, Rüben oder Wurzeln können zu Obstlern oder Obstwassern, Kirsch- und Zwetschgenwasser, Williamsbirne, Enzian, Rum oder Tequila verarbeitet werden;
• Aus Getreide, Reis oder Kartoffeln entstehen Korn, Wodka, Whisky oder Gin;
• Aus Bier und Wein lassen sich Weinbrand, Cognac, Armagnac oder Grappa herstellen.

Den durch die Gärung innerhalb der Maische entstandenen Alkohol gilt es zu destillieren. Das bedeutet, nur die flüchtigen Elemente wie Alkohol, Wasser und Aromastoffe wechseln den Aggregatzustand und wandeln sich in Dampf um.

Kerne, Fruchtfleisch und Schalen bleiben zurück. Glycerin, Bernsteinsäure, Amino- und Fruchtsäuren sowie andere schädliche Nebenprodukte, die beim Gärungs- und Stoffwechselprozess entstehen, werden entfernt.

Um daraus den Alkohol zu gewinnen, werden unterschiedliche Destillationsverfahren angewandt, die für ebenso unterschiedliche Ergebnisse sorgen.

Die Geschichte der Destillation

Eine Terrakotta-Destillationsapparatur stellt den frühesten bekannten Nachweis für die Destillation dar. Diese stammt aus einem Indus-Tal in Pakistan und wird auf circa 3000 v. Chr. datiert.

Die ersten Destillationsgeräte muteten sehr simpel an: Sie bestanden aus einem Behälter und einem Deckel. Das destillierte Kondensat setzte sich am Deckel ab und wurde mit Schwämmen oder Wolle aufgesogen und später ausgewrungen. Auf diese Weise tropfte die destillierte Flüssigkeit nicht wieder in den Ausgangsstoff oder ging anderweitig verloren.

Schon in der Jungsteinzeit destillierten die Menschen Pech und Schwefel, um Schiffe abzudichten. Klebe- und Heilmittel ließen sich mithilfe des Verfahrens ebenfalls herstellen. Es besteht die Annahme, dass die Destillation schon früh der Parfüm-Produktion diente und während der Antike ätherische Öle mit dieser Methode hergestellt wurden. Laut Aristoteles stellten die Griechen im 4. Jahrhundert v. Chr. mithilfe der Destillation Weine und sogar trinkbares Wasser aus Seewasser her.

Bei den alten Ägyptern ließ sich mit dem Einsetzen des Destillierhelms so etwas wie eine technische Weiterentwicklung feststellen. Alkohol wurde aber auch während dieser Zeit nicht produziert, weil es noch keine passenden Kühlmethoden gab. Weil der Alkoholsiedepunkt bei 78,3 Grad Celsius liegt, verdampfte dieser Bestandteil beim Destillationsverfahren. Lediglich Stoffe mit einem höheren Siedepunkt als Wasser konnte man voneinander trennen.

Der persische Chemiker Abu Musa Dschābir ibn Hayyān sowie der iranische Arzt und Wissenschaftler Abu Bakr Mohammed Ibn Zakariya al-Razi trieben viele chemische Verfahren und auch die Destillation im 9. Jahrhundert n. Chr. weiter voran. Letzterer schrieb seine heute noch relevanten Techniken und Methoden sogar in einem der ersten Lehrbücher für Chemie nieder.

Im Mittelalter konnten Wissenschaftler – auch Alchemisten genannt – mittels gekühlter Rohre ein Kühlverfahren für die Alkoholherstellung entwickeln. Das daraus entstehende Ergebnis mit der Bezeichnung „feuriges Wasser“ war aber immer noch stark verwässert.

Allerdings fand man schon damals heraus, dass aus mehreren hintereinander stattfindenden Destillationsvorgängen ein reineres Alkoholprodukt entstehen kann.

Bis ins 19. Jahrhundert hinein erfüllte der Alkohol von diesem Zeitpunkt an sowohl medizinische als auch vergnügliche Zwecke. Während der Pestzeit von 1347 bis 1350 stellten viele Personen sogar selbstständig ihren eigenen Alkohol her. Das führte sogar so weit, dass Gesetze erlassen werden mussten, welche die Trunksucht unterbinden sollten.

Eine gewerbliche Alkoholproduktion in Europa begann erstmals im 15. Jahrhundert. Insbesondere im Süden Frankreichs entstanden beliebte Weine, vergorene Apfelsäfte sowie Cognacs beziehungsweise Weinbrände, die Konsumenten auch heute noch gerne kosten. Auch im holländischen Amsterdam stand die Entwicklung der Alkoholherstellung nicht still. Hier nutzte Lucas Bols 1575 erstmals die mit Torf erhitzte Destillierblase.

In den darauffolgenden Jahren und Jahrhunderten sollte diese Technik zur Gewinnung von Alkohol von Automatisierungsprozessen bis hin zum Einsatz von Künstlicher Intelligenz immer weiter verfeinert werden. Und auch wenn stets verbesserte Alkoholprodukte mit neuen interessanten Aromen entwickelt werden, bleibt das chemische Grundprinzip noch heute dasselbe.

Verschiedene Destillationsverfahren

Allgemein lässt sich die Destillation in zwei verschiedenen Methoden unterteilen: die kontinuierliche und die diskontinuierliche Destillation. Diese beiden Verfahren weisen wiederum unterschiedliche Brenntechniken auf.

Kontinuierliches Brennen oder Patentbrennverfahren

Dieses Destillationsverfahren eignet sich insbesondere für die Massenproduktion von Spirituosen. Hierbei wird pausenlos Maische für das stetige Destillieren hinzugefügt. Es gibt allerdings nur ein spezifisches Brennverfahren, das diverse Namen trägt:

• Patent still distilling (Patentbrennverfahren);
• Continuous distilling (kontinuierliche Destillation);
• Column still distilling (Säulenbrennverfahren);
• Coffey still distilling (Coffeybrennverfahren) – benannt nach dem Iren Aeneas Coffey, der die Methode von dem Schotten Robert Stein, der sie 1826 erfand, übernahm und verbesserte.

Die Destillation erfolgt mithilfe einer Patent- oder Coffey-Destillationsapparatur, die aus mehreren Kupfersäulen besteht und daher auch die Bezeichnung Kolonnenapparat trägt.

Auch wenn das Destillationsverfahren mittlerweile zwei Jahrhunderte alt ist, existieren heute unzählige Arten dieses Anlagendesigns. Der Grund für die Popularität: Mit einer solchen Anlage und Methode lassen sich schnell und kostengünstig Spirituosen herstellen. Hierzu gehören unter anderem Wodka und Whisky sowie jede Menge andere beliebte Getränke.

Kleinere Column-Stills-Anlagen bestehen aus zwei, größere aus mehreren rostfreien Edelstahl-Säulen (Die deutsche Übersetzung von Column ist Säule). Es gibt zahlreiche Variationen mit verschiedenen Größen. Die Durchmesser reichen von 16 bis zu 96 Zoll. Hier ist oftmals kein bauchiges Topfdesign wie bei anderen Destillationssystemen zu finden (siehe Pot-still-Verfahren).

Um den Destillationsvorgang zu starten, füllt der Hersteller die zu destillierende Substanz in die erste Säule ein, die auch Rektifikationskolonne oder Rectifier genannt wird. Hier gelangt sie durch ein Schneckenrohr nach unten und wird gleichzeitig von einem vom Boden ausgehenden Dampfstoß erhitzt.

Die hier entstehende Flüssigkeit fließt vom Rectifier in die zweite Säule, die als Analysator oder Analyser bezeichnet wird. Darin befinden sich mehrere Böden aus Kupfer mit Löchern, durch die die Flüssigkeit fließt.  Mithilfe der Schwerkraft gelangt sie durch diese Platten nach unten. In dieser Säule sorgt ebenfalls Wasserdampf dafür, dass sich das Ethanol und die Aromakomponenten verflüchtigen und von der Maische trennen.

Die Dämpfe steigen nach oben und werden wieder durch die Böden der Säule geschleust – jede nun folgende Platte ist etwas kühler als die darunter liegende. Es kommt also zu einer Kondensation auf jeder dieser Platten. Weil ständig heiße Dämpfe das System durchströmen, wandelt sich der Dampf stets in Flüssigkeit und dann wieder in Dampf um. Das führt also dazu, dass sich die Reinheit der Spirituose erhöht.

Während die Maischereste am Boden der zweiten Säule abgelassen werden, leitet man den alkoholhaltigen Dampf wieder in die erste Säule, in der der Dampf wieder abgekühlt wird. Durch unterschiedliche Siedepunkte entsteht während des Destillationsprozesses Flüssigkeiten, die sich in Vor-, Mittel und Nachlauf aufteilen lassen und sich folgendermaßen unterscheiden:

• Der Vorlauf entsteht, während die Maische langsam erhitzt wird. Die gesamte Flüssigkeit, die bei sich bei Temperaturen unter 80 Grad herausbildet, darf nicht konsumiert werden, weil sie noch giftige Bestandteile enthalten kann.
• Bei dem Mittellauf handelt es sich um Edelbrand, der bei Temperaturen ab 81 Grad Celsius zustande kommt und einen Alkoholgehalt von circa 80 Prozent aufweist.
• Der Nachlauf entsteht bei etwa 94 Grad Celsius und hat einen niedrigeren Alkoholgehalt von 40 bis 50 Prozent.

Je nachdem, welche Art von Alkohol bzw. Spirituose produziert werden soll, können Vor- und Mittellauf wieder der Maische hinzugefügt werden, damit Destillateure sie erneut destillieren können.

Auch wenn sich das Destillationsverfahren im Prinzip einfach anhört, müssen Fachkräfte den Prozess ständig überwachen. Eine kleine Änderung der Durchflussmenge kann nämlich schon eine große Auswirkung auf den Alkoholpegel, die Kühlung und letztendlich auf die Qualität des Endproduktes haben.

Diskontinuierliches Brennen

Wie der Name bereits verrät, fügen Spirituosenhersteller beim diskontinuierlichen Brennen nicht ständig neue Maische hinzu. Stattdessen befüllen sie die Brennblase nur mit Portionen, um Alkohol zu destillieren. Das diskontinuierliche Brennen lässt sich weiter unterteilen in Doppelbrand, Einfacher Brand und Pot-Still-Methode.

Eine Destillationsapparatur für das diskontinuierliche Brennen besteht in der Regel aus folgenden Bestandteilen:

• Brennblase;
• Befeuerungen;
• Rührwerk;
• Öffnung zur Befüllung;
• Geisthelm;
• Geistrohr;
• Kolonne;
• Glockenböden;
• Überlauf;
• Dephlegmator;
• Kühler;
• Vorlage.

Bei der Brennblase handelt es sich um ein beheizbares Gefäß, das direkt durch einen Brenner oder indirekt entweder durch Wasserdampf oder ein Wasserbad erwärmt wird. Die Hersteller füllen die Maische meist über eine Öffnung ein und leeren sie nach dem Brennvorgang wieder über eine Klappe.

Ein Rührwerk hilft bei der Vermischung der Maische sowie bei einer gleichmäßigen und stetigen Erwärmung, sodass die Maische nicht anbrennen kann. Das ermöglicht auch die genaue Trennung der einzelnen Elemente bei der Alkohol-Destillation.

Im Geisthelm über der Brennblase sammeln sich die Alkoholgase, die bei einem einfachen Brand über das Geistrohr in die Verstärkereinheit geführt werden. In der Rektifikationskolonne findet die Wasserkondensation statt, was wiederum zu einem hohen Alkoholanteil führt.

Die Alkoholdämpfe steigen zum Dephlegmator auf. Hier liegen die Temperaturen über dem Siedepunkt des Alkohols, aber noch unter dem Siedepunkt von Wasser. Auf diese Weise ist eine noch stärkere Konzentration des Alkohols destillierbar.

Bei Steinobstmaischen ist meistens ein Katalysator notwendig, der Ethylcarbamat oder Blausäure aus dem Destillat herausfiltert. Dieser kann in der Regel aber auch aus dem Brennvorgang ausgeklammert werden, falls es nicht notwendig ist.

Die Kühlung des Dampfes geschieht letztendlich in einem Gegenstromkühler. Kühlwasser in Kühlrohren absorbiert die Wärme des Alkoholgases. Der Dampf kondensiert und das Destillat wird von einem langen Behälter aufgefangen, der auch als Vorlage bezeichnet wird.

Doppelbrand

Bei diesem Verfahren führen die Hersteller zwei oder drei Branddurchläufe durch. Das Produkt des ersten Brandes – auch Roh- oder Raubrand genannt – enthält noch Alkohol, Aromastoffe und Fuselöl. Eine zweite Destillation – der sogenannte Feinbrand – ist nun notwendig, um ein genießbares und nicht gesundheitsschädigendes Produkt zu schaffen.

Schließlich ergeben sich durch die behutsame Erhöhung der Temperatur während der Destillation wieder drei Stufen:

1. Der Vorlauf bestehend aus Methanol, Aceton, Propanol oder Ethylacetat, der nicht trinkbar ist.
2. Der Mittellauf mit Ethanol oder Trinkalkohol und Aromastoffen.
3. Der Nachlauf mit Fuselöl, Butanol, Hexanol, Isoamylalkohol.

Hersteller müssen bei diesem Prozess äußerst vorsichtig vorgehen und dürfen die Temperatur nur langsam erhöhen. Nur so lässt sich garantieren, dass nur die unerwünschten Elemente und nicht gleichzeitig die erwünschten Aromastoffe nach dem Vorlauf eliminiert werden.

Zu Beginn des Mittellaufs enthält das Destillat 70- bis 80-prozentigen Alkohol. Nach dem Feinbrand sind es bei Steinobst 50 bis 55 und bei Kernobst 45 bis 50 Prozent. Mit 100 Litern Raubrand lassen sich 25 bis 35 Liter Feinbrand gewinnen.

Einfacher Brand

Beim einfachen Brand dient immer nur Maische als Grundlage. Das Verfahren ist mit dem Feinbrand beim Doppelbrand-Verfahren vergleichbar. Es entsteht aber ein Produkt mit einem geringeren Alkoholanteil und mit einem höheren Aromagehalt. Eine Rektifikationskolonne kann den Alkoholgehalt aber wieder erhöhen.

Pot-Still-Methode

Um schottischen Malt-Whiskey oder irischen Bourbon Whiskey und Pot-Still-Whiskey zu erstellen, wenden Brennereien die sogenannte Pot-Still-Methode an. Hierbei handelt es sich um eine der ältesten Arten, Spirituosen zu produzieren.

Bei dieser traditionellen Vorgehensweise wird der Topf bzw. die Brennblase mit dem zu destillierenden Ausgangsmaterial von unten beheizt. Dieser namensgebende Pot Still sieht wie ein Topf auf vier Beinen aus. Er besteht meist aus Kupfer oder Edelstahl. Die Form des Topfes ist unten recht bauchig und groß. Nach oben hin wird sie immer schmaler und wird zu einem dünnen Rohr, auch Schwanenhals oder Lyne-Arm genannt, weil er früher bogenförmig aussah – mittlerweile ist er aber gerade.

Dieser Hals führt zum Kondensator, ein spiralförmiges Rohr, das sich innerhalb eines zylindrischen Behälters befindet, der mit kaltem Wasser gefüllt ist. Die Dämpfe bewegen sich also vom Topf über den Schwanenhals durch die Spirale und werden vom Wasser abgekühlt. Sie kondensieren langsam und nehmen wieder eine flüssige Form an, sobald sie das Ende der Spirale erreicht haben.

Die Destillation beim Pot-Still-Verfahren erfordert häufig zwei Durchläufe, weil die resultierende Endflüssigkeit oft recht alkoholarm ist. Dieses Destillat wird bei der Whiskey-Herstellung als Low Wine und bei der Cognac-Herstellung als Brouillis bezeichnet.

Nach der ersten Charge wird die Brennblase gereinigt und das Destillat noch einmal destilliert. Der Prozess ist offensichtlich sehr aufwendig und eignet sich deswegen nicht für die Massenherstellung. Trotzdem erfordern einige Alkoholformen diese spezielle Art der Destillation, um eine bestimmte Integrität zu erhalten.

Am Ende ist die Kombination aus den richtigen Rohstoffen und der Verfahrenstechnik ausschlaggebend dafür, ob ein Destillat gut ist, oder nicht. 

Destillation zur Entalkoholisierung

Theoretisch lässt sich die Destillation auch zur Entalkoholisierung anwenden. In der Praxis ist das jedoch schwieriger, weil die dafür notwendigen Temperaturen auch den Geschmack des Endproduktes beeinträchtigen können. Wenn also jemand Schnaps destillieren oder eine Destillation von Wein durchführen möchte, eliminiert man mit einer einfachen Destillation womöglich nicht nur den Alkohol, sondern die Aromastoffe gleich mit.

Eine Alternative besteht in der Umkehrosmose oder osmotischen Destillation. Wasser und Alkohol werden durch eine Membran geleitet. Alle anderen Elemente, auch Retentat genannt, zu denen die Aromastoffe gehören, bleiben vor der Membran. Durch die Destillation wird der Alkohol vom Wasser getrennt. Letzteres wird mit den übrigen Elementen vermischt. So verbleibt ein Getränk mit einem verminderten Alkoholgehalt, das aber weiterhin die ursprünglichen Geschmacksqualitäten aufweist.

Die Vakuum-Destillation stellt eine weitere Option zu Entalkoholisierung dar. Hierbei wird der Siedepunkt des Alkohols mithilfe eines niedrigen Luftdrucks gesenkt. Auf diese Weise wird der Alkohol vom Getränk getrennt, während die Aromastoffe relativ unberührt bleiben.