Distillazione

Distillazione

La distillazione, secondo la Treccani, è una:

Operazione industriale e di laboratorio che ha lo scopo di (…) separare liquidi di volatilità diversa, e che si effettua facendo bollire il liquido e condensando per raffreddamento i vapori che si svolgono durante l’ebollizione

Quindi, in senso generale, è un metodo per separare due liquidi sfruttando la loro differenza di punti di ebollizione, o la loro differenza di volatilità. In questo modo è possibile ottenere nel condensato una maggior percentuale di uno dei due liquidi. È possibile ripetere varie volte questa operazione per separare sempre di più un liquido dall’altro.  Un esempio classico di questa operazione è la produzione di Acquavite o Cognac a partire dal vino: il vino (che posso immaginare a grandi linee essere una miscela di acqua ed alcol etilico, perfettamente miscibili tra loro) viene messo in un recipiente (alambicco) e viene scaldato fino a portarlo ad ebollizione. Nel caso di due liquidi perfettamente miscibili tra loro (detta miscela monofasica), la temperatura di ebollizione è la media pesata delle temperature di ebollizione die due liquidi. I vapori del vino, grazie alla differenza in punti di ebollizione tra etanolo ed acqua, si arricchiscono in etanolo, e non contengono le molecole non volatili presenti nel vino.  Il distillato ottenuto avrà quindi una gradazione alcolica più elevata e sarà impoverito in tutti i composti non volatili.

Questo paragone non è però perfettamente calzante con il nostro caso, e per due ragioni: primo, a differenza del caso del vino, l’olio essenziale e l’acqua sono due liquidi immiscibili (o meglio, molto poco miscibili) e non formano quindi una miscela monofasica, bensì una miscela bifasica, che si comporta in maniera differente rispetto alla temperatura di ebollizione; secondo, nel distillare delle piante aromatiche non metto nell’alambicco una miscela di acqua ed olio essenziale, bensì un carico di materiale vegetale, immerso nell’acqua o percorso da un flusso di vapore acqueo. Quindi il problema si scinde in due problemi distinti: primo, come faccio ad estrarre le molecole aromatiche dal materiale vegetale in modo che si mescolino all’acqua o al vapore acqueo, e secondo, come si comporta una miscela bifasica una volta in distillazione?

La distillazione in corrente di vapore può essere a sua volta distinta in tre processi differenti: la distillazione in acqua, la distillazione in acqua e vapore (o a vapore diretto) e la distillazione in vapore (o a vapore indiretto).

  • Distillazione in acqua

La prima tipologia di distillazione è la più antica e la più semplice, tanto che con un minimo di preparazione è possibile autocostruirsi un distillatore di questo tipo e farlo funzionare nella propria cucina. Se dovessimo fare un paragone con la cucina, si tratterebbe di lessare dei vegetali e di raccogliere i vapori.  Si tratta infatti di immergere il materiale da distillare in acqua, all’interno di un alambicco, collegato con un sistema di condensazione. L’acqua viene scaldata, sia in maniera diretta, ossia mettendo il pentolone su una fonte di calore, sia indirettamente, per esempio usando una serpentina immersa nell’acqua e scaldata da vapore o da elettricità.  In ogni caso, il risultato è che l’acqua si scalda, e scaldandosi cede energia al materiale vegetale, scaldandolo a sua volta.  Questa cessione di energia contribuisce all’estrazione dell’olio essenziale dai tessuti vegetali, in maniera più semplice quando gli oli essenziali sono presenti sulla superficie della pianta (come nel caso del timo, del rosmarino, della lavanda, del basilico, ecc.) perché le strutture sono immediatamente a contatto con l’acqua bollente, possono quindi rompersi e rilasciare gli oli essenziali, e/o possono permettere il passaggio degli oli essenziali attraverso la membrana cellulare o la cuticola, disperdendo così subito gli oli essenziali nell’acqua, in maniera più complessa quando le strutture che immagazzinano gli oli essenziali siano in tessuti profondi, nel qual caso è necessaria molta più energia per liberarli, oppure è necessario sminuzzare il materiale.  A prescindere da ciò, una volta liberati dalle loro strutture, gli oli essenziali si ritrovano liberi nell’acqua, formando una miscela bifasica.  In una miscela di questo tipo la temperatura di ebollizione non è una media, ma è sempre inferiore a quella del liquido che bolle a temperature più basse. Dato che gli oli essenziali hanno un punto di ebollizione medio molto superiore a quello dell’acqua, la miscela inizierà a bollire ad una temperatura subito inferiore ai 100°C.

I vapori che si liberano dalla miscela vengono convogliati da un tubo verso un apparato condensatore, che non è altro che un sistema per raffreddare i vapori per portarli di nuovo in forma liquida. Il distillato gocciola quindi e viene raccolto in un altro recipiente, che si chiama recipiente separatore o bottiglia fiorentina. Il recipiente separatore serve a separare l’olio essenziale dall’acqua di distillazione, che ora chiamiamo acqua aromatica (o idrolato, o idrosol) perché nel processo di distillazione si è arricchita di quelle (poche) molecole profumate che sono solubili in acqua.  La separazione avviene grazie al fatto che olio essenziale ed acqua non sono miscibili e che hanno densità specifiche differenti (di solito) e quindi si stratificano, quasi sempre con l’olio essenziale che galleggia sull’acqua aromatica, a pare i pochi casi nei quali l’olio è più pesante (cannella corteccia, chiodo di garofano, noce moscata, ecc.), oppure ha densità miste (come nel caso del vetiver, che contiene una frazione più leggera dell’acqua ed una più pesante).

Come vi potete immaginare, se all’inizio della distillazione ho messo una certa quantità di acqua nell’alambicco, essa a poco a poco si consumerà, ed il livello si abbasserà.  Questo processo è pericoloso perché se il materiale vegetale non è completamente immerso nell’acqua gli oli essenziali non vengono estratti e vaporizzati, e il materiale può rovinarsi. Se l’acqua finisce il calore  nell’alambicco può aumentare di molto e bruciare il materiale oltre a rovinare il distillatore.  Per questa ragione si devono prendere una serie di precauzioni. La più semplice ed applicabile a qualsiasi distillatore è quella di misurare esattamente il rapporto tra materiale vegetale ed acqua, in modo da prevedere dopo quanto tempo interrompere il processo. Normalmente in una idrodistillazione l’alambicco non viene mai riempito per più di 2/3 o 3/4 del volume, e il rapporto tra peso del materiale  peso dell’acqua è di 1/3 (una parte in peso del materiale per tre parti in peso di acqua). Una volta calcolata quanto materiale vegetale e quanta acqua mescolare (diciamo 10 kg di materiale vegetale e 30 litri di acqua), il processo verrà fermato una volta che io abbia raccolto 10 litri di acqua aromatica.

 Questo metodo funziona però bene per la distillazione delle acque aromatiche, ma molto meno se vogliamo ottenere l’olio essenziale. Per ottener l’olio essenziale devo infatti distillare per molto più tempo, e mi trovo con il problema dell’acqua all’interno dell’alambicco. Le possibili soluzioni sono due: nel promo caso dovrò avere un serbatoio contenente acqua sempre bollente, esterno all’alambicco ma ad esso collegato tramite un rubinetto comandato da un galleggiante. L’acqua bollente manterrà quindi il livello interno sempre stabile, permettendomi di distillare per lunghi periodi.  La seconda soluzione si utilizza quando l’olio essenziale che si desidera ottenere sia particolarmente costoso e pregiato, e si chiama coobazione. In questo caso si collega il troppo pieno della bottiglia fiorentina, quello che scarica in automatico l’acqua aromatica, all’alambicco, per gravità o con una pompa.  L’acqua aromatica continua a ritornare all’interno dell’alambicco, evitando che il materiale si secchi e si rovini, ma soprattutto portando acqua parzialmente satura di olio essenziale all’interno del ciclo di distillazione. Quest’acqua parzialmente satura, ad ogni passaggio aumenterà la sua saturazione fino a raggiungere il punto critico, oltre il quale non sarà più un grado di solubilizzare altro olio essenziale, che si raccoglierà quindi nella fiorentina, aumentando la resa finale del processo.

La distillazione in acqua è ormai poco utilizzata a livello commerciale, per gli alti costi energetici, i tempi lunghi e per la degradazione degli oli.  È però ancora molto utilizzata se l’obiettivo della produzione non sono gli oli essenziali ma le acque aromatiche, oppure quando si debbano distillare certi materiali non distillabili a vapore. Questi materiali sono le polveri di pianta secca, i petali dei fiori, i semi o i frutti molti piccoli, le resine.  Questi materiali, se distillati a vapore, tendono a formare dei grumi compattati anche estesi, dove, il vapore non penetra o penetra molto poco, non permettendo quindi una buona distillazione.  Se immersi in acqua e agitati continuamente essi possono invece essere estratti in maniera molto più efficace.

Per quanto meno utilizzata risotto al passato, questa distillazione è ancora uno dei metodi preferiti da distillatori artigianali, di piccole dimensioni, o particolarmente interessati alle acque aromatiche. Questo perché le caratteristiche che sono viste come negative in certi contesti, ovvero il contatto molto intimo con l’acqua ed i tempi lunghi di distillazione, sono aspetti positivi per altri professionisti, perché i parametri di distillazione ottimali per ottenere il massimo di olio essenziale sono spesso negativi se l’obiettivo finale è l’acqua aromatica. Per dirla più semplicemente, la distillazione “sbagliata” per gli oli essenziali è spesso corretta per le acque aromatiche, e viceversa. Inoltre la distillazione in acqua, e quella in acqua e vapore, permettono di mantenere la temperatura dei vapori qualche grado più basso, caratteristica preferita da alcuni distillatori.  Spesso questi distillatori mostrano anche una preferenza per distillatori costruiti in rame piuttosto che in acciaio inox, ma di questo parleremo più avanti.  

  •  Distillazione in acqua e vapore

La seconda tipologia di distillazione è derivata immediatamente dalla prima, ed è anch’essa abbastanza antica. È stata sviluppata in parte per risolvere alcuni problemi della distillazione in acqua, che costringe a mantenere il materiale vegetale per lungo tempo a contatto con l’acqua, facilitando dei processi di degradazione (ad esempio idrolisi) che possono ridurre la qualità dell’olio essenziale. Inoltre la distillazione in acqua limita la quantità di materiale vegetale che si può usare in una volta. Per limitare questi problemi un modo è quello di non immergere la pianta in acqua. Sempre per usare un’immagine culinaria, in questo caso si tratterebbe di una cottura a vapore.  Il materiale vegetale non viene immerso nell’acqua, ma viene sospeso, grazie ad una grata o ad un cestello, al di sopra dell’acqua nel fondo dell’alambicco. Quest’acqua viene scaldata e quando arriva ad ebollizione i vapori salgono verso l’alto incontrando il materiale vegetale.  

Come nel caso precedente, ci saranno due momenti tecnicamente separati, la cessione di energia dal vapore al materiale vegetale, e la liberazione degli oli essenziali dall’interno delle strutture che li stoccavano. Una volta liberati all’esterno del materiale vegetale, queste molecole vengono “catturate” dal flusso di vapore, vengono vaporizzate e risalgono, sotto forma di vapore misto di acqua ed olio essenziale, verso la testa dell’alambicco, dove nuovamente vengono raccolti dal tubo che li porta al condensatore.

Anche questa distillazione è preferita in ambiti produttivi artigianali o comunque di piccole dimensioni, e più in genere da distillatori che preferiscono una operazione con flussi di vapore più ridotti, e con una umidità di vapore più elevata (per una spiegazione della rilevanza dell’umidità del vapore, vedi qui sotto in Distillazione in vapore). 

  • Distillazione in vapore

La terza tipologia è quella che è stata sviluppata più di recente, per risolvere alla radice alcuni problemi delle prime due metodiche, e per adattare la distillazione ad uno scenario che da artigianale è diventato industriale.  Ma quali sono questi problemi che limitano l’utilità delle prime due metodiche?  Una l’abbiamo già vista, il contatto troppo intimo e prolungato di acqua in forma liquida con il materiale vegetale. Anche passando dalla distillazione in acqua a quella in acqua e vapore, il problema non viene risolto completamente. 

Per capire perché dobbiamo fermarci un secondo a parlare del vapore d’acqua. Tecnicamente con questo termine indichiamo il gas d’acqua, ossia l’acqua in fase gassosa.  Come tale il vapore dovrebbe essere incolore ed invisibile.  Quando però produco del vapore d’acqua tramite ebollizione semplice a pressione ambientale, come per esempio quando faccio bollire l’acqua per cucinare la pasta, il vapore mi appare come una nebbia, chiaramente visibile. Questo effetto nebbia è dovuto al fatto che il vapore d’acqua trasporta con se anche acqua in fase liquida sotto forma di microgoccioline sospese, che sono quindi visibili. Si parla in questo caso di vapore saturo, che può trasportare con se il 3 o il 4% di acqua liquida. Orbene, distillando in acqua e vapore io sto utilizzando un vapore sempre molto saturo, e quindi il materiale vegetale che il vapore incontra verrà bagnato dall’acqua in fase liquida.

Nel caso della distillazione a vapore utilizzo una fonte di vapore esterna all’alambicco, che mi permette di iniettare il vapore nel materiale vegetale senza avere acqua dell’alambicco. In questo modo io posso utilizzare un vapore più “secco”, ossia meno carico di acqua liquida, fino ad un vapore perfettamente secco. Questo mi da un vantaggio interessante: posso infatti modificare l’umidità del mio vapore, rendendo il sistema più duttile ed adattabile a varie circostanze; e mi permette di bagnare di meno il materiale vegetale, riducendo i fenomeni di degradazione. Rende inoltre più semplice iniettare grandi quantità di vapore nell’alambicco, accelerando la distillazione (accelerare la distillazione non è un fattore sempre positivo o sempre negativo, dipende dal contesto, ma avere la possibilità di farlo mi da maggior libertà d’azione).

Quindi, riprendendo il discorso, nella distillazione in vapore indiretto ho un alambicco con una grata o una cesta che mi permette di sospendere il materiale vegetale a circa 20 cm dal fondo dell’alambicco.  Sotto alla grata ho un sistema di distribuzione del vapore (una specie di grande piatto doccia all’inverso, oppure una crociera di flauti perforati, oppure cerchi concentrici di tubi perforati), collegato mediante un tubo esterno proveniente dal generatore di vapore. Il vapore entra nell’alambicco, viene distribuito ed entra in contatto con il materiale vegetale, dove svolge il lavoro precedentemente descritto.

La distillazione a vapore indiretto è quella che permette una maggior duttilità operativa, nel senso che è possibile intervenire più facilmente sia sull’umidità del vapore, sia sull’intensità del flusso di vapore. Inoltre l’utilizzo di un generatore di vapore esterno permette di solito una maggior industrializzazione del processo, perché è più semplice operare un distillatore molto grande, mentre con le distillazioni in acqua o in acqua e vapore operare alambicchi molto grandi diventa sempre più difficile.

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