本书分为七部分,引言介绍选题由来、研究现状以及研究思路和意义;第二章介绍了对商代汽柱甑和青铜甗蒸煮属性的认识,将蒸煮与蒸馏进行区分;第三章对张家堡和海昏侯出土套合器进行仿制,并进行蒸馏酒和蒸馏花露的模拟实验和结果分析,在此基础上对器物属性、效能进行判断;第四章结合实验,多角度对器物功用、结构、原理进行进一步探讨;第五章通过对不同时代的蒸馏器分析进行比对,梳理出蒸馏器的渊源、发展、演变规律及其特征。并在此基础上,对于汉代蒸馏器出现的社会和技术背景进行探讨,与西方蒸馏技术进行比较;第六章由汉代蒸馏器主体的筒状造型,引发对筒形器的思考,对不同类型筒形器定名进行辨析,进而对汉代造物观有进一步认识。
对古代蒸煮器和蒸馏器的区分,是以蒸发和蒸馏作为判别依据的。蒸发的目的就是将溶液中的固体溶质分离出来,如蒸发氯化钠溶液分离出食盐;蒸馏则是用来分离沸点不同的两种混合液体,如水和酒精的混合液体,因为两者沸点不同,把温度控制在酒精和水的沸点之间来分离两者。
蒸馏是指利用混合物中各组分挥发性的差异,通过加热的方法,使混合物形成气、液两相系统,易挥发组分富集于气相中,而难挥发组分富集于液相中,从而实现混合物分离的质量转移过程,属于热力学分离技术。 简而言之,蒸馏是利用液体的汽化及其逆过程完成分离的工艺技术。在工业蒸馏过程中,由于混合物各组分的挥发性不同,分离要求不尽相同,因此还有简单蒸馏、精馏等分类。
蒸馏器是蒸馏原理实现的载体,是利用蒸馏法对物质进行分离的器具。即利用液体混合物中各组分挥发度的差别,使液体混合物部分汽化,并随之使蒸汽部分冷凝,从而实现其所含组分的分离,是一种传质分离的单元操作。
对古代蒸馏器的研究,离不开对其构造、原理的分析。古代蒸馏器和现代蒸馏器的器型,存在很大的差异,但其原理本质上是一致的。相比现代蒸馏设备,古代的蒸馏器可能较为原始,但应该满足蒸馏的基本要求。故而对古代蒸馏器的研究,我们依据蒸馏的原理,将古代蒸馏器分成几个必需部分:
蒸汽生成部分:可以直接火源加热反应釜,也可以多选择下釜作为受热的载体:通常将水置于下釜中,通过底部受热,釜内产生蒸汽,利用蒸汽蒸出上釜(甑)箅上置放物的有效成分。
装料部分:相当于反应釜,也有称之为上釜的,用于置放醅料或花瓣等物。
冷凝部分:方心芳把我国传统的蒸酒器冷凝装置分为两种形式:一是锅式,二是壶式。 壶式主要用于河北省和东北地区,其他地区多用锅式。二者的差异主要是锅式的冷却面凹陷,壶式的冷却面凸起。借鉴上述分类,我们将冷凝器分为两种,一种是正置的天锅,锅内盛放冷水(也可以是其他装置),通过水冷凝的方式快速得到冷凝液。另一种是采用倒扣的天锅,蒸汽上升后遇到天锅,通过空气冷凝的方式得到冷凝液。
收集部分:对蒸汽冷凝后的液体的接收装置。冷凝液按承接、收集方式的描述,可分为内承式和外承式。 内承法是指在器物内部承露的方法,把碗或盘等承接器置于上釜里面,当蒸汽遇器壁冷凝,冷凝液被置于器物内部的碗或盘承接,从而获得所需的液体。如云南藏族家酿的青稞酒,采用的就是内承法,他们用缸代替釜甑,直接架于灶台之上。青稞酒醅和水一起加入缸内,水量不超过酒醅。用桶作接收器,直接置于缸内。以圜底或小平底盆作冷却器皿,置于缸口并加注凉水,然后用布密封缸口,防止气体泄露。外承法是在蒸馏过程中采用外接承露的收集方式。上、下两部分的套合装置中,在上分体的底部设有集液槽和流口,冷凝液滴落至集液槽,从流口流入外部的接收器。
冷凝器方式和收集方式有一定关联。锅式冷却面对应内承法,壶式对应外承法。锅式蒸酒器比壶式结构上要简单一些。使用内承法,把承接器放置在天锅下面,随着冷凝液体的不断产生,承接器满后,需打开器物,将承接器中装满的液体倒出,再重复操作。而采用外承法可以保证蒸汽的连续冷却,工作不间断,从而提高蒸馏的效率。
古代器物同时满足以上几个部分,就可以实现蒸馏,故而我们以上述结构存在与否,来界定器物是否具有蒸馏功用,是否是蒸馏器。
将模拟实验中蒸馏酒和蒸馏花露中涉及的部分概念予以界定。
蒸馏酒:蒸馏酒是把经过发酵的酿酒原料,经过一次或多次蒸馏,获取纯度略高的酒液。其制取原理是利用酒精与水的沸点之差,将原发酵液加热至超过酒精的沸点(78.5℃)而低于水的沸点(100℃),就能得到沸点低的酒精,经过收集、冷凝后可以获取酒精含量较高的液体。
模拟实验分别选取发酵的酿酒原料——酒醅和酒醪进行蒸馏酒提取,因其需要分别放置于箅上和下釜中,方便起见,也将这两种情景模拟简称为水上蒸馏和水下蒸馏。
发酵:是指可发酵性糖,经过一系列化学反应生成酒精的过程。按照酿酒发酵的特点,可以将发酵的方式分为:液态发酵、固态发酵、半固态发酵(又称半液态发酵)。
固态发酵是指原料与曲相互混合后,在几乎没有自由流动水的状态下进行的微生物发酵过程, 发酵完成后原料通常被称为酒醅。通常将经过发酵而没有蒸馏的酒糟也称为酒醅。
半固态发酵是原料浸泡至膨胀后,进过蒸煮,摊冷,拌曲,半密封糖化(一般2天左右),再加水全密封后,形成酿醪的过程。
液态发酵是将原料经浸泡至膨胀后,经过蒸煮,摊冷,拌曲,加水,密封,进行糖化发酵的过程。 半固态发酵和液态发酵完成后的原料,通常都被称为酒醪。
膨胀是指作为一种亲水胶体的淀粉,遇到水后,水分子在渗透压的作用下,渗入颗粒内部,从而使自身分子的体积和重量增加的现象。
曲是一种糖化发酵剂,是酿酒发酵的原动力。 酒精的生产离不开糖,但是在一些酿酒的原料中不一定都含有糖,这时就需要对一些不含糖的原料进行工艺处理,从而得到所需糖分。用淀粉质原料生产酒精时,一定要事先将淀粉全部或部分转化成葡萄糖等可发酵性糖。
酒曲上生长有大量的微生物,还有微生物所分泌的酶(淀粉酶、糖化酶和蛋白酶等),酶具有生物催化作用,可以加速将谷物中的淀粉、蛋白质等转变成糖、氨基酸。糖分在酵母菌的酶的作用下,分解成乙醇,即酒精。同时,酒曲本身含有淀粉和蛋白质等,也是酿酒原料。
淀粉糖化:把谷类或其他含有淀粉的物质中的淀粉,通过淀粉酶的作用,转化成糖,同时存在的蛋白质,也被蛋白酶所分解。
水蒸汽蒸馏法:蒸馏花露时用到的水蒸汽蒸馏法,系指将含有挥发性成分的植物材料与水共蒸馏,使挥发性成分随水蒸汽在低于100℃的情况下随水蒸汽一起被蒸馏出来,从而达到分离提纯的目的。水蒸汽蒸馏原理:当水和有机物一起共热时,整个体系的蒸汽压力根据分压定律,应为各组分蒸汽压之和。即P=PA+PB,其中P为总的蒸汽压,PA为水的蒸汽压,PB为不溶于水的化合物的蒸汽压。当混合物中各组分的蒸汽压总和等于外界大气压时,混合物开始沸腾。而混合物的沸点比其中任何一组分的沸点都要低些。因此,常压下应用水蒸汽蒸馏,能在低于100℃的情况下将高沸点组分与水一起蒸出来。
普通蒸馏是根据沸点的不同,达到分离。水蒸汽蒸馏法只适用于具有挥发性的,能随水蒸汽蒸馏而不被破坏,与水不发生反应,且难溶或不溶于水的成分的提取。水蒸汽蒸馏一般有两种处理模式:一种是原料和水置于容器中进行的蒸馏,简称为水中蒸馏;另一种是将原料置于容器的筛板(箅)上,利用加热时水所产生的水蒸汽将原料的挥发性有机成分带出,简称水上蒸馏或水汽蒸馏。 蒸馏酒实验用到的是普通蒸馏,蒸馏花露实验用到的是水蒸汽蒸馏。