CN102307982B - 制备谷物的液体提取物的方法和适用于该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种通过以至少100kg干谷物每小时的速度粉碎谷物并用液体提取已粉碎的谷物来制备谷物的液体提取物的连续方法，该方法包括：使谷物与液体连续组合；通过用一个或多个旋转叶片自由碰撞悬浮的谷物颗粒来使包含在液体内的谷物颗粒连续碎裂，从而产生被磨碎的悬浮液；可选地在进一步处理之后，将被磨碎的悬浮液的至少一部分连续转移至分离设备以分离成废糟和液体提取物，一个或多个旋转叶片以至少10m/s的端速旋转；通过一个或多个旋转叶片转移至被磨碎的悬浮液中的总的机械能在5-1000kJ每千克干谷物的范围内；以及一个或多个旋转叶片的末端与旋转轴之间的距离在2-25cm的范围内。本发明还提供了一种包括适用于前述方法的磨碎装置和分离设备的系统。本方法和系统提供多个优点，包括节约资本支出和维护费、短磨碎时间和卫生设计。

Description

制备谷物的液体提取物的方法和适用于该方法的装置
技术领域
本发明涉及一种制备谷物的液体提取物的方法。根据本发明的方法可以比如适用于酿造业，例如用于麦芽汁生产。
本发明还提供一种适用于前述方法的包括磨碎(milling)装置和分离设备的系统。
背景技术
在酿造业中，在糖化以用于麦芽汁生产之前，常常通过下列技术之一来磨碎原料：
■通过辊磨机干磨
■通过锤磨机干磨
■通过浸渍和辊磨机湿磨
■匀湿后磨碎(除了稍微提高了麦芽水分含量以使谷粒的外壳更加柔软以外，类似于通过辊磨机干磨)
■分散泵(dispersion pump)磨碎
这些操作中的每一种在提取物收率、氧气抽出、糖化醪分离的分离性能、对下游过程的影响、谷粉的酶促性能(糖化时间)、卫生方面、能耗、尘爆风险、从外壳提取丹宁酸、过滤流出等方面各具有优点和缺点。
由于与湿磨技术相关联的一些主要缺点，尤其是糖化醪的长的停留时间分布和拙劣改良的麦芽的不充分磨碎，湿磨已经不太受欢迎。然而，湿磨也有比干磨好的一些显著优点。针对尘爆风险的增加的安全规程比如使抬高了干磨操作成本的预防措施成为必需。湿磨技术显然不需要这种措施。
发明人已经研究了作为干磨的可能替换的分散泵技术。然而，发现定子转子组合因非麦芽颗粒而产生的磨损导致高的维护成本和不可靠的性能。
因此，需要一种结合湿磨的优点(无尘、最小的安全预防措施、简单的装备、低的资本支出)与例如锤磨工艺的简单性的磨碎技术。
发明内容
发明人已经发现，通过连续磨碎方法来满足前述目的，在该方法中，谷物碎裂并且悬浮于液体中，所述碎裂通过用以至少10m/s的非常高端速旋转的一个或多个叶片自由碰撞悬浮的谷物颗粒而实现。在本方法中，一个或多个旋转叶片的末端与旋转轴之间的距离在2-25cm的范围内，并且通过一个或多个旋转叶片转移的总机械能在5-1000kJ每千克干谷物的范围内。因此，本方法采用一个或多个较小旋转叶片，该一个或多个较小旋转叶片以极高速度旋转并且保持接触包含谷物颗粒的悬浮液足够长的时间以实现显著的颗粒大小减小。
根据本发明的方法提供湿磨的全部优势，不再比锤磨机复杂并且非常坚固。本方法利用应用于标准厨房搅拌机的相同原则，即叶片以极高速度旋转。由于悬浮谷物颗粒的惯性，快速旋转的叶片能够通过冲击使这些谷物颗粒碎裂。不同于迄今为止在工业规模上用于粉碎谷物的磨碎技术，本方法中的谷物的碎裂不依赖于对两个固体表面之间的谷物颗粒施加应力。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制备谷物的液体提取物的系统，该系统包括磨碎装置和连接在磨碎装置下游并用于分离液体提取物和废糟的分离设备，其中磨碎装置包括液体入口，液体入口连接至用于容纳被磨碎的悬浮液的磨碎腔，转子被接纳在磨碎腔中，转子包括从转子的旋转轴延伸的一个或多个叶片，叶片被接纳在磨碎腔中，一个或多个叶片的末端与旋转轴之间的距离在2-25cm的范围内，转子连接至驱动单元以旋转，驱动单元被设置为驱动叶片以至少10m/s的端速旋转。
本方法和系统的主要优点可以被概括为如下几点：
■节约资本支出和维护费；
■可用于分批酿造和连续酿造；
■短的磨碎时间；
■由通过该系统的恒定流动引起的卫生设计。
此外，发明人已经发现，不同于其他磨碎技术，本发明还能够适用于磨碎和提取水分含量超过12％的谷物。最后，发明人意外地发现，当用于提取例如大麦时，本方法产生具有降低的β-葡聚糖含量的液体提取物。该降低的β-葡聚糖含量对产品质量具有积极效果，同样对下游处理具有积极效果。
本方法的优点在以工业规模从谷物生产液体提取物中被采用时是特别显著的。因此，本方法被有利地采用以通过以至少100kg干谷物每小时的速度处理谷物来制备谷物的液体提取物。
附图说明
图1示意性地示出根据本发明的系统的第一实施方式；
图2示意性地示出根据本发明的系统的第二实施方式；
图3a和3b示意性地示出根据本发明的一个实施方式的叶片的细节；
图4示意性地示出根据本发明的系统的第三实施方式；
图5示意性地示出根据本发明的磨碎装置的可选设置。
具体实施方式
因此，本发明的一个方面涉及通过以至少100kg干谷物每小时的速度粉碎谷物并用液体提取被粉碎的谷物来制备谷物的液体提取物的连续方法，所述方法包括：
-使谷物与液体连续组合；
-通过用一个或多个旋转叶片自由碰撞悬浮的谷物颗粒来使包含在液体内的谷物颗粒连续碎裂，从而产生被磨碎的悬浮液；
-可选地在进一步处理之后，将被磨碎的悬浮液的至少一部分连续转移至分离设备以分离成废糟和液体提取物；
其中，一个或多个旋转叶片以至少10m/s的端速旋转；通过一个或多个旋转叶片转移至被磨碎的悬浮液的总机械能在5-1000kJ每千克干谷物的范围内；以及所述一个或多个旋转叶片的末端与旋转轴之间的距离在2-25cm的范围内。
本文所使用的术语“谷物”涉及颗粒形式的谷类作物、水果种子(颖果)、或这些物质中的一种或两种的组合。本发明包含一种方法，在该方法中所采用的谷物为预磨碎的谷物。
本文所使用的术语“叶片”涉及一种固体物，该固体物被配置为绕旋转轴旋转并通常包括从(重力的)中心点向不同(例如相反)方向径向延伸的至少两个(叶片)翼。对叶片的一个要求是其能够适用于通过撞击使谷物颗粒碎裂。此外，需要叶片提供搅拌动作以使谷物与液体混合，从而有助于谷物颗粒的均匀粉碎。
本文所使用的术语“碎裂”涉及将一个固体颗粒分解为两个或两个以上固体颗粒。术语“碎裂”不包含松散粘结颗粒(诸如聚结物)的散开。
本文所使用的术语“机械能”涉及通过一个或多个旋转叶片转移至被磨碎的悬浮液的势能和动能的总量。本方法中所转移的机械能的量能够例如通过旋转叶片所导致的温度增加推导得出和/或其能够通过使叶片旋转所用的转矩计算得出。
词语“一个或多个旋转叶片”将被理解为涉及在旋转路径上穿过包含谷物颗粒的液体的叶片。根据一个实施方式，一个或多个旋转叶片安装在旋转轴或旋转主体上(例如，在旋转圆筒的内侧)。根据本发明所包含的另一个实施方式，一个或多个旋转叶片安装在静止主体上，并且使包含谷物颗粒的液体例如在旋转桨的影响下旋转经过叶片。当然，通过采用安装在旋转主体上的叶片并通过使液体在与叶片的旋转方向相反的方向上旋转来增强本方法的功效也是可以的。
本方法以连续的方式执行，这意味着本过程采用基本连续的谷物流和基本连续的液体流或可选地包括谷物和液体的基本连续的流，并且这还意味着本过程产生基本连续的被磨碎的悬浮液的流。将转移至分离设备的部分被磨碎的悬浮液有利地连续分离成液体提取物和废糟。如此获得的液体提取物能够适用于分批或连续的操作过程，例如酿造过程。因此，本方法能够用于采用分批操作(诸如分批的麦芽汁生产和分批的发酵)的酿造过程。根据特别优选的实施方式，本方法用于连续的酿造过程，该连续的酿造过程还包括连续的麦芽汁煮沸、连续的残渣移除和连续的发酵。
此外，提供了一种用于制备谷物的液体提取物的系统，所述系统适用于操作本文先前描述的方法。该系统包括磨碎装置和连接至磨碎装置下游的、用于从液体提取物中分离废糟的分离设备，磨碎装置包括液体入口，液体入口连接至用于容纳被磨碎的悬浮液的磨碎腔，转子被接纳在磨碎腔中，转子包括一个或多个从转子的旋转轴延伸的叶片，叶片被接纳在磨碎腔中，所述一个或多个叶片的末端与旋转轴之间的距离在2-25cm的范围内，转子连接至驱动单元以旋转，驱动单元被设置为以至少10m/s的端速驱动叶片。
如本文前面所述，本方法和系统能够适于在工业规模上操作。通常，在本方法中，谷物以每小时至少150、优选200、更优选至少300kg干谷物的速度被粉碎。
本方法和系统提供一个优点，即能够仅通过快速旋转叶片的作用实现谷物颗粒大小的减小。因此，使由磨碎装置的不同元件之间的直接或非直接接触导致(例如由诸如石头的外来物导致)的磨损和撕裂最小化。因此，根据本发明的非常优选的实施方式，谷物颗粒在一个或多个叶片的作用下的碎裂不由对所述一个或多个旋转叶片的表面与另一个固体表面之间的谷物颗粒施加应力而造成。清楚地，该特征使本方法区别于湿磨技术，诸如通过浸渍和辊磨机进行的湿磨、匀湿后磨碎和分散泵磨碎。
本方法和系统能够有利地用于实现谷物颗粒的颗粒大小的充分减小。通常，谷物颗粒在一个或多个旋转叶片的作用下的碎裂导致谷物的质量加权平均颗粒大小减少至少2倍，优选减少至少4倍。更优选地，一个或多个旋转叶片使所述平均颗粒大小减少至少8倍。
本方法和系统能够适用于从各种各样的谷物材料中制备液体提取物。如果包含在液体内的谷物颗粒在一个或多个旋转叶片的作用下碎裂之前具有0.5mm至1cm、优选地1mm至8mm的质量加权平均颗粒大小，则能获得特别好的结果。
本方法和系统通常产生被磨碎的悬浮液，其中颗粒的质量加权平均直径在50-1000μm的范围内，优选地在100-800μm的范围内。
根据本方法的优选实施方式，在磨碎操作期间或之后并且在被磨碎的悬浮液到达分离设备之前，通过使液体悬浮液通过合适的分离元件(例如筛、过滤网或水力旋流器)，将大(粗)颗粒(例如具有至少0.5mm直径的颗粒)从被磨碎的悬浮液中选择性地移除。术语“选择性地移除”或“选择性地分离”意味着粗颗粒被移除并意味着更小的颗粒留在悬浮液中。甚至更优选地，将具有至少1.0mm直径的颗粒从磨碎的悬浮液中移除。更优选地，将具有至少2.0mm直径的颗粒移除。从被磨碎的悬浮液中移除的大颗粒优选地再循环至磨碎步骤，尤其通过将这些分离的颗粒引入包含悬浮的谷物颗粒的液体中。根据特别优选的实施方式，分离的颗粒以连续的方式再循环。
能够提供从磨碎装置下游至磨碎装置上游的反馈回路。在一个实施方式中，返回导管能够使包含大颗粒的悬浮液回到根据本发明的至少一个磨碎装置。应理解，后一个实施方式包括将分离的颗粒直接再循环至磨碎装置或磨碎装置的上游(例如，再循环至混合装置，在混合装置中谷物颗粒供给与液体汇合)。
在本方法中，液体和谷物被适当地组合以形成包含6-50％(重量百分比)、优选10-45％(重量百分比)、更优选15-40％(重量百分比)干物质的悬浮液。这里“干物质”包括溶解和非溶解的物质。
与谷物组合的液体优选是水性液体。所采用的水性液体可以是酿造用水。然而，本发明还包括使用来自于酿造过程中的其它地方的再循环水性液体流。这种再循环水性液体的一个示例是在本方法中用于洗涤废糟的洗涤水。
本方法和系统的磨碎效率受腔的容积影响，在腔中，谷物颗粒的在旋转叶片的作用下碎裂。如果体积大，则其可能需要不可接受的长时间来实现充分的颗粒尺寸减小。如果体积小，则其也将难以实现充分的颗粒尺寸减小，因为停留时间如此之短以至于只有一小部分谷物颗粒有机会与旋转叶片碰撞。发明人已经发现，通过使谷物和液体的组合流穿过一序列较小容积的腔(其中每个腔包含一个或多个如本文前面所定义的旋转叶片)，能够实现谷物的非常有效的粉碎。可选地，通过使组合流穿过包含连续的两个或多个、优选三个或更多个旋转叶片的管子，能够实现有效的磨碎。管子可以是直的，但其也可以是弯的。管子的截面能够采用多种形状，例如，环形或方形。
因此，根据该优选实施方式，通过使含有谷物颗粒的液体穿过两个或更多个粉碎腔，甚至更优选地穿过三个或更多个粉碎腔来使谷物颗粒碎裂，其中每个粉碎腔包含一个或多个旋转叶片。在每个粉碎腔内的停留时间优选在0.1-10分钟的范围内，更有选地在0.1-4分钟的范围内。更优选地，在各粉碎腔内的停留时间在0.2-2分钟的范围内。
本方法和系统中所采用的旋转叶片适于安装在快速旋转的轴上。优选地，本方法和系统采用一个或多个旋转叶片，每个旋转叶片包括至少两个叶片翼，该至少两个叶片翼从与旋转轴重合的重力中心点沿不同(例如相反)方向径向延伸。
旋转叶片的翼包括前缘和后缘。优选地，叶片翼的前缘的至少一部分被斜切以提供切削边缘。通过为翼的前缘提供切削边缘，能够进一步提升旋转叶片在碎裂谷物颗粒时的效力。
如前文所解释，本方法和系统中所采用的一个或多个叶片在运行期间有利地提供搅拌动作。当一个或多个叶片在含有悬浮的谷物颗粒的液体内旋转时，叶片的(切削)边缘限定切削路径，并且翼引起液体和谷物颗粒的流动。由于一个或多个叶片的旋转而由翼引起的流动引导液体和悬浮谷物颗粒通过切削路径，以使这些成分均匀混合并通过切削叶片使液体中携带的谷物颗粒碎裂。
根据一个有利的实施方式，一个或多个旋转叶片充当搅拌螺旋桨，即叶片充当旋转的翼并使叶片的前表面与后表面之间产生压差。作为叶片的搅拌动作的结果，碎裂的颗粒将被旋转叶片推开，使得它们能够被其它颗粒取代。
根据特别优选的实施方式，一个或多个叶片包括至少两个叶片翼，所述至少两个叶片翼被扭曲、倾斜或以其它方式成形，使得前缘垂直地定向于后缘之上或之下(当旋转轴垂直时)。如果比如叶片翼被扭曲以使前缘垂直地定向于后缘之上，则搅拌机叶片的旋转反复引导液体(包括谷物颗粒)通过切削路径。照此而论，搅拌机叶片的旋转连续地引导谷物颗粒向下通过切削路径，此后，沿着粉碎腔的内表面向上推颗粒。因此，因为谷物颗粒通过叶片的旋转被不断地磨碎并与粉碎腔内的容纳物混合，所以谷物颗粒和液体被均匀混合。
根据特别优选的实施方式，一个或多个叶片包括两个或多个翼，所述两个或多个翼的前缘限定切削路径，并且叶片翼被定向为相对于与通过叶片重心的旋转轴垂直的平面成复合角，以提供具有复合切削路径的搅拌机叶片。
有利地，每个翼被扭曲或以其它方式成形以使得其前缘垂直定向于其后缘之上或之下，同时成一角度以使得其远端垂直定向于中点之上或之下(当旋转轴垂直时)。根据特别优选的实施方式，叶片翼的前缘垂直定向于其后缘之上并且其远端垂直定向于中点之上或之下。
在达到阈值之前，翼的角度越大，并且最重要地，翼的扭曲越大，与搅拌机叶片相关的提升量就越大。可以沿着翼的整个长度扭曲叶片翼，或可选地，可以扭曲叶片翼的一部分，以产生充分的提升。通常，从叶片翼的前缘至后缘的斜坡的角度不超过60°，更优选地其不超过45°(斜坡的角度相对于水平面被限定，假设垂直旋转轴)。更优选地，从前缘至后缘的斜坡的最大角度在5-30°的范围内。
本过程所采用的叶片翼有利地从旋转轴径向地向外延伸。叶片翼能够以相对于径向平面向上或向下的角度向外延伸。该相对于径向平面向上或向下的角度优选地在5-70°的范围内，更优选地在10-45°的范围内。优选地，翼的末端部相对于径向平面以前述角度倾斜。通常，所述末端部代表少于60％的叶片翼长度，更优选地少于50％的叶片翼长度。
在有利的实施方式中，一个或多个旋转叶片包括两个或更多个叶片翼，两个或更多个叶片翼以不同的向上和向下角度在相同的径向上延伸。叶片翼的这种设置提供如下优点：其增加了磨碎动作的效率。
每个叶片翼具有有效宽度和在旋转轴与翼尖远端之间测量的长度，翼的有效宽度与长度之比在1∶1至1∶20的范围内，优选在1∶2至1∶15的范围内。
如前文所述，本方法和系统所采用的旋转叶片以非常高的速度旋转。通常，一个或多个旋转叶片以至少2,000rpm的速度旋转，更有选地以至少10,000rpm的速度旋转。一个或多个旋转叶片的端速通常为至少12m/s，更优选地至少15m/s，更优选地至少20m/s，甚至更优选地至少50m/s并且最优选地至少70m/s。
本发明的优势通过采用较小尺寸的旋转叶片获得。一方面，采用足够长以确保叶片沿着叶片长度的大部分击打谷物颗粒所用的冲击力足以使这些颗粒碎裂的旋转叶片是重要的。然而，与此同时，叶片的长度受最大值限制，由于使叶片以高端速旋转所需的转矩随着增加的叶片长度以指数方式增加，还因为当以高的每转数工作时，长叶片更容易损坏。通常，本方法所采用的一个或多个旋转叶片的末端与旋转轴之间的距离(即所述一个或多个叶片的长度)在2.5-20cm的范围内，更优选地在2.5-18cm的范围内并且最优选地在3-15cm的范围内。根据特别优选的实施方式，以至少10m/s的端速旋转(特别以至少20m/s的端速旋转)的所有旋转叶片的端部位于旋转轴的25cm内，更优选地20cm内，甚至更优选地18cm内并且最优选地15cm内。
为了确保本方法能够在极少维护的情况下操作，明智的做法是采用由抗剪材料制成的旋转叶片，抗剪材料选自金属、陶瓷、合成聚合物、金刚石以及它们的组合。
根据特别优选的实施方式，一个或多个旋转叶片的厚度为0.1-1cm，更有选地为0.2-0.8cm，最优选地为0.25-0.6cm。采用最小厚度的叶片是有利的，因为这使叶片的旋转摩擦最小并使叶片的“切削”能力最大。
然而，当然，该厚度应足以保证旋转叶片的足够的工作寿命。
在通过旋转叶片的作用而碎裂之前，与谷物组合的液体的温度能够在宽的范围内变化。通常，当其与谷物组合时液体的温度在-5至100℃的范围内，优选在10-60℃的范围内。
为了实现谷物的颗粒大小的显著减小，必须通过一个或多个旋转叶片将大量机械能转移至被磨碎的悬浮液中。通常，通过一个或多个旋转叶片转移至被磨碎的悬浮液中的机械能的总量为至少8kJ每千克(kg)干谷物，更优选地为至少10kJ每千克干谷物，最优选地为至少15kJ每千克干谷物。本方法提供如下优点，即能够通过有限量的机械能转移实现谷物的相当大的尺寸减小。因此，通过一个或多个旋转叶片转移至被磨碎的悬浮液中的总机械能有利地不超过800kJ每千克干谷物，更优选地不超过500kJ每千克干谷物，更优选地不超过300kJ每千克干谷物。
在不存在冷却或显著蒸发的情况下，通过一个或多个旋转叶片转移至被磨碎的悬浮液中的机械能将引起被磨碎的悬浮液的温度增加。在本方法中，通常通过使被磨碎的悬浮液的温度增加来实现谷物颗粒的碎裂，其中该温度增加少于100℃，更优选地少于60℃，最优选地少于30℃。为了避免显著的温度增加，可以在磨碎操作期间对谷物颗粒的悬浮液进行冷却。然而，根据一个优选实施方式，在不冷却悬浮液的情况下实现谷物颗粒的碎裂。
在将被磨碎的悬浮液转移至分离设备以分离成废糟和液体提取物之前，可以适当地对其进行一种或多种进一步处理。根据优选实施方式，在分离成废糟和液体提取物之前，对被磨碎的悬浮液进行糖化操作以允许酶将被提取的淀粉分解为糖，通常是麦芽糖。
废糟和液体提取物的分离可以适当地通过现有技术已知的任何固体-液体分离技术来实现。优选地，所述分离依靠一种或多种分离设备实现，该一种或多种分离设备选自糖化醪过滤器、离心机、滤桶、筛。本方法特别适于制备一种能够依靠糖化醪过滤器非常有效地分离的被磨碎的悬浮液。因此，在特别有利的实施方式中，本方法采用糖化醪过滤器来将被磨碎的悬浮液分离成废糟和液体提取物。
适于被本方法处理的谷物的示例包括大麦、高粱、稻、玉米、荞麦、黑麦、小米、这些谷物的发芽形式(malted version)以及这些粮食的组合。根据特别优选的实施方式，本方法的谷物包括大麦，特别是发芽的大麦。
此外，本发明参照附图示出，其中：
图1示意性地示出根据本发明的实施方式的系统的第一实施方式；
图2示意性地示出第二实施方式；
图3a和3b示意性地示出根据本发明的实施方式的叶片的细节；
图4示意性地示出第三实施方式；以及
图5示意性地示出根据本发明的磨碎装置的可选设置。
图1提供本发明的实施方式的示意性示例。该图示出磨碎装置1的截面。此外，图1示意性示出了反应器50(例如热交换器)和根据本发明的分离设备20(例如用于分离液体与固体的设备)。包括磨碎装置1、反应器50和分离设备20的系统可用于制备和生产谷物的液体提取物，诸如麦芽汁。
根据本发明的系统包括一个或多个磨碎装置1。在一个实施方式中，根据本发明的系统包括一系列两个或更多个磨碎装置1。两个或更多个磨碎装置1优选串联连接。还可以采用包含一序列旋转叶片的单个磨碎装置，例如通过使用含有两个或多个可旋转叶片的管子。两个或更多个磨碎装置的使用或一序列旋转叶片的使用使得谷物颗粒能够有效地碎裂，如下文更加详细地解释。
在图1中，液体通过入口2被引入磨碎装置1，进入磨碎腔3。在根据该图的实施方式中，磨碎腔3是容器或容纳装置。第二入口4示意性表示将谷物给送至磨碎腔3内的入口。虽然入口2、4被示出位于特定位置，但本领域技术人员能够将入口2、4设置在所需的位置。在一个实施方式中，入口之一使液体或谷物进入磨碎腔3的中部，例如，靠近叶片30、31。在另一个实施方式中，液体和谷物的混合物通过入口2被引入磨碎装置1。
磨碎腔3容纳谷物的悬浮液。悬浮液在图中显示为具有液面13。然而，在优选的实施方式中，磨碎腔3被流体完全填充。
对液体和谷物向磨碎腔的流入进行控制是可能的。表示流入量(图1中以调节阀44或定量给料螺杆45的形式示意性地示出)的参数能够被收集在包括处理器和储存器(未示出)的控制器5中。控制器5与用于测量流入量的测量装置(未示出)连接(例如无线)。调节阀44与定量给料螺杆45可以包括用于对向磨碎腔3的流入量进行控制的装置。
控制器5与驱动单元6连接并能够控制驱动单元6。驱动单元6示意性表示能够使转子7以所需速度旋转的单元。驱动单元6可以是电控发动机。其可以包括传动装置。
转子7包括轴8，轴8延伸至磨碎腔3并悬挂在示意性表示的密封轴承12中。在一个实施方式中，驱动单元6也被接纳在磨碎腔3中。在一个实施方式中，传动装置被接纳在磨碎腔3中。
在一个实施方式中，驱动单元6的旋转轴通过传动装置连接至轴8。在一个实施方式中，一个驱动单元6可以用于驱动不同磨碎装置1的多于一个的轴8。在一个实施方式中，一个磨碎装置1包括具有不同叶片30、31的多于一个的轴8。
两个叶片30、31安装在轴8上。叶片30、31是能够在轴8上锁定和解锁的可替换单元。在所示实施方式中，套筒46插入叶片30、31之间。本领域技术人员能够设置不同类型的安装系统以将叶片30、31安装并锁定至轴8。
在一个实施方式中，叶片30包括三个叶片翼9-11，如图3b的实施方式中所示。旋转轴14到叶片末端16的距离15为至少2cm。优选地，该距离15为至少5cm并且更优选地为至少10cm。在一个实施方式中，叶片的最大长度15为最多25cm。更有选地为最多20cm。当锐边29在旋转期间形成翼9-11的前沿时，叶片30被设置和构造为沿顺时针方向28旋转。此外，翼9-11的远端部分27包括向上弯曲的翅片(fin)26。翅片26和锐前沿29被设置和构造为将包含在磨碎腔中的流体中存在的谷物磨碎。翅片26被进一步设置和构造为在运行期间搅拌流体。
根据本发明，末端16将具有至少10m/s的最小速度，以在磨碎期间产生类似搅拌机的效果。
图3a示出叶片90的不同实施方式。叶片90包括中央套筒状主体91，套筒状主体91具有四个从套筒状主体91径向延伸的翼92-95。每个翼92-95包括大体径向延伸的部分96和末端部97，末端部97相对于部分96位于更远侧并相对于径向平面98以角度α向上或向下延伸。在一个实施方式中，翼92-95还设置有翅片。翅片在图3a中未示出。在与轴线14平行的方向上延伸的翅片或翼的另一个部分能够在旋转期间在流体中产生搅动，促使流体在使用中混合，允许包含在磨碎腔3内的全部流体的磨碎。
在一个实施方式中，翅片被设置和构造为在翼旋转期间将流体吸向翼和将流体推离翼以产生流体的搅拌。
在一个实施方式中，轴8从磨碎腔3的底端向上延伸至包含在磨碎腔3中的流体内。叶片从靠近磨碎腔底面的轴延伸。
控制器5可以控制驱动单元6，以使叶片旋转。驱动单元能够使叶片翼的末端16以至少10m/s、优选至少15m/s旋转。这将允许获得工业规模的厨房搅拌机效果，使得通过以至少100kg干谷物每小时的速度粉碎谷物来制备谷物的液体提取物的系统比现有技术的系统更有效。
优选地，设备1被设置为连续给送液体和谷物。
图2示出不同的实施方式，其中混合腔60被设置在一系列三个磨碎装置61的上游，其他元件与第一个实施方式类似。混合腔60包括两个用于谷物和水或水性液体的入口62、63，这两个入口62、63集合至大体桶形的容器中，该容器包括示意性示出的混合装置64。混合装置包括叶片65和驱动单元66。驱动单元66和叶片65被设置为使流体和谷物混合。优选地采用低RPM进行混合。在一个实施方式中，混合腔60被设置为执行悬浮液的磨碎预处理。在所示实施方式中，被混合的悬浮液流动至三个磨碎装置61中的第一个，三个磨碎装置61具有与磨碎装置1类似的配置。
在操作中，叶片30、31，尤其叶片翼9-11的末端16将使悬浮于容纳在磨碎腔3内的液体中的谷物颗粒碎裂。由于高的角速度，尤其由于高的叶片翼9-11的末端16的高速度，叶片翼将大量的动能转移至悬浮液。优选地，被转移的总机械能为至少5kJ每千克干谷物。控制器5能够监测旋转速度足以将适当量的动能转移至悬浮液，即转移足够的动能以使悬浮液中的谷物颗粒碎裂。
为了增加作为磨碎装置1运行结果的悬浮颗粒的混合，磨碎腔可包括一个或多个挡板74、75，在所示实施方式中，一个或多个挡板74、75从磨碎腔3的壁径向地向内延伸。挡板74、75可以是放置在磨碎腔3中的挡板主体的一部分。
图1所示的第一磨碎装置具有出口18。出口18可以包括阀19(或泵)，阀19(或泵)可由控制器5控制。出口18允许将谷物悬浮液传送至下一个磨碎装置。最后的磨碎装置具有出口21，出口21允许将被磨碎的悬浮液传送至反应器腔50并且进一步向下游传送至分离设备20。本实施方式中的分离设备20包括示意性示出的位于出口23上游的网22。
在一个实施方式中，分离设备20还包括离心机。在谷物的液体提取物的制备中，本领域技术人员将熟悉能够用于与根据所示实施方式的磨碎装置组合的不同设置。
在一个实施方式中，出口18通常设置在磨碎腔3的半高处。这将允许被磨碎的流体从腔3的连续转移。在底侧附近，较重的悬浮颗粒将聚集，而在更高端附近，将存在较少的悬浮颗粒。
虽然图1示出液面13，在磨碎装置1中不存在气相的顶部空间的情况下操作腔也是可能的且在某些实施方式中是优选的。
在一个实施方式中，磨碎装置1、61之间的转移与向反应腔50的转移是连续的。随后的转移步骤可以是分批和/或连续的。
虽然图1以非常示意性的方式示出根据本发明的系统，但本领域技术人员将能够使用本文所公开的发明将所示实施方式提升至工业规模。具体地，本领域技术人员能够在酿造厂中提供根据本发明的系统。
图4示意性示出根据本发明的系统的第三个实施方式。图4示意性示出包括混合设备100和磨碎装置104的系统，其中所述磨碎装置包括单个磨碎腔105，三个示意性示出的驱动单元和转子101、102、103被接纳在磨碎腔105中。谷物120和水或水性液体121被添加至混合腔112以转换为悬浮液。
混合设备110包括被接纳在混合腔112中的转子111，其中连接至转子111的驱动单元113也被完全接纳在混合腔112中。
磨碎腔105包括三个磨碎单元106-108，三个磨碎单元106-108通过隔板109、110示意性隔开。隔板109、110被有利地设置以使得包含在流过磨碎腔105的悬浮液中的大(或粗)颗粒被分别保留在磨碎单元106和107中。在所示实施方式中，大颗粒被隔板109和110保留，因为混合腔105中的悬浮液面122足够高以允许悬浮液溢过这些板进入下一个磨碎单元，但是没有高到使悬浮液携带包含在其中的大颗粒。因此，大颗粒被留在磨碎单元106和磨碎单元107直至已经通过磨碎动作使它们碎裂为能够通过隔板109或隔板110的颗粒大小。
磨碎腔105下游的泵115使悬浮液按照图中所指示的箭头流动。大颗粒的进一步分离能够在泵115下游的分离元件116中实现。再循环导管125能够使被分离的大颗粒朝向一个或多个磨碎单元106、107、108产生反馈流动。
包含充分碎裂的颗粒的悬浮液向下游流动至反应器117并从反应器117流动至废糟分离器118以获得液体提取物119。
图5示出磨碎装置130的不同实施方式。驱动单元131连接至框架(未示出)。此外，静止元件135固定地连接至该框架。驱动单元131驱动转子主体133，转子主体133使叶片136根据箭头138旋转。转子主体133可旋转地安装134在静止元件135上。这里，静止元件135被设置在旋转轴的位置处。叶片136的末端设置在139附近。
通过下面的非限制性实施例进一步说明本发明。
实施例
实施例1
将麦芽的128kg/h的连续流与283kg/h酿造用水的连续流一起引入磨碎腔。在容积为6L的磨碎腔中，直径为8.5cm的叶片以21,500rpm旋转。将来自该腔的产物流转移至2个以相同过程设定串联操作的相似腔。通过在恒定的进给条件下磨至少20分钟来使该磨碎系统进入稳定状态。
收集来自第三磨碎腔的产物并倒入100L搅拌式糖化容器中。典型的糖化方案是：在58℃下蛋白质停顿(rest)20分钟，加热阶段以在15分钟内到达66℃，在66℃下糖化停顿25分钟，再次加热15分钟至76℃，以及在该温度下最后停顿10分钟。此后，将糖化醪转移至2腔糖化醪过滤器。糖化醪过滤器以与锤磨的麦芽相同的方式操作。
将所产生的麦芽汁向煮沸容器泵送并且将麦芽汁煮90分钟。在分离热的残渣且麦芽汁冷却至发酵温度之后，添加氧气和酵母并且执行普通的啤酒发酵。麦芽汁样本被取出和分析，指示12.9％(w/w)的麦芽汁的原始比重。
将最终的啤酒产物包装在合适的容器(瓶)中并对啤酒质量参数进行分析。对麦芽汁参数和啤酒参数的分析指示良好糖化性能和良好产物质量。特别关心的是在糖化过程中形成的可发酵糖的量，指示麦芽谷物的磨碎所酶促引发的淀粉的可用性。在这个实施例中，值为69.8％(w/w)的糖类是可发酵糖，导致86％(w/w)的显而易见的最终稀释极限。
实施例2
将麦芽的200kg/h的连续流与400kg/h水的连续流引入混合容器，通过叶轮连续搅拌以获得悬浮液。将混合物转移至容积为6L的第一磨碎腔。直径为8.5cm的叶片在腔中以21,500rpm连续旋转。将来自该腔的产物流转移至2个以相同过程设定串联操作的相似腔。
在这一序列混合腔之后，正排量泵将混合物转移至600L容积的垂直转换反应器。反应器装配有垂直轴，在垂直轴上安装有盘状件以实现混合。沿着反应器的高度应用的温度方案是：在58℃下蛋白质停顿，在67℃下糖化停顿，以及在78℃下最后停顿。此后，将麦芽浆转移至沉降式离心机以移除颗粒。
向具有与转换反应器相同几何结构的煮沸反应器泵送所产生的麦芽汁，并且在103℃将麦芽汁煮60分钟。在分离热的残渣且麦芽汁冷却至发酵温度之后，添加氧气和酵母并执行普通的啤酒发酵。

Claims (17)

1.一种通过以至少100kg干谷物每小时的速度粉碎谷物并用液体提取已粉碎的谷物来制备谷物的液体提取物的连续方法，所述方法包括：
使谷物与液体连续组合；
通过用一个或多个旋转叶片自由碰撞悬浮的谷物颗粒来使包含在所述液体内的谷物颗粒连续碎裂，从而产生被磨碎的悬浮液；
在进一步处理之后，将所述被磨碎的悬浮液的至少一部分连续转移至分离设备以分离成废糟和液体提取物；
其中所述一个或多个旋转叶片以至少10m/s的端速旋转；通过所述一个或多个旋转叶片转移至所述被磨碎的悬浮液中的总机械能在5-1000kJ每千克干谷物的范围内；以及所述一个或多个旋转叶片的末端与旋转轴之间的距离在2-25cm的范围内，
其中所述被磨碎的悬浮液的进一步处理包括在热交换器中对所述被磨碎的悬浮液进行糖化操作以允许酶将被提取的淀粉分解为糖；
其中，所述谷物选自大麦、高粱、稻、玉米、荞麦、黑麦、小米、这些谷物的发芽形式以及它们的组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述谷物颗粒在所述一个或多个旋转叶片的作用下的碎裂不由对所述一个或多个旋转叶片的表面与另一个固体表面之间的谷物颗粒施加应力而造成。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述谷物颗粒在所述一个或多个旋转叶片的作用下的碎裂导致所述谷物的质量加权平均颗粒大小减少至少2倍。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述谷物颗粒在所述一个或多个旋转叶片的作用下的碎裂导致所述谷物的质量加权平均颗粒大小减少至少4倍。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在因所述一个或多个旋转叶片的作用而碎裂之前，包含在所述液体内的谷物颗粒具有0.5mm至1cm的质量加权平均颗粒大小。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述被磨碎的悬浮液内的颗粒的质量加权平均直径在50-1000μm的范围内。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述被磨碎的悬浮液内的颗粒的质量加权平均直径在100-800μm的范围内。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述液体和所述谷物被组合以形成包含6-50％重量百分比干物质的悬浮液。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述液体是水性液体。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个旋转叶片以至少15m/s的端速旋转。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述一个或多个旋转叶片以至少20m/s的端速旋转。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个旋转叶片以至少50m/s的端速旋转。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述一个或多个旋转叶片以至少70m/s的端速旋转。
14.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述一个或多个旋转叶片的末端与所述旋转轴之间的距离在2.5-20cm的范围内。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述一个或多个旋转叶片的末端与所述旋转轴之间的距离在3-15cm的范围内。
16.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，通过所述一个或多个旋转叶片转移至被磨碎的悬浮液中的总机械能在8-500kJ每千克干谷物的范围内。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，通过所述一个或多个旋转叶片转移至被磨碎的悬浮液中的总机械能在10-300kJ/kg的范围内。
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