CN109642191A - 用于生产啤酒的方法和相应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从任意种类的谷物生产啤酒的全新设备和相应方法。该方法基于受控水力空蚀现象在从糖化到加啤酒花的所有工艺阶段中并且同样最终在酵母接种之后的活化作用。本发明相对于传统技术提供了一系列优点，例如避免麦芽或谷物的预先破碎，提高糖化效率和淀粉提取效率，以与加啤酒花相同的效率避免沸腾阶段。另一个优点在于可以简单地借助于通过机电控制的液压过程降低最终产物中的谷蛋白的浓度并最终延长发酵阶段。

Description

用于生产啤酒的方法和相应装置

技术领域

本发明涉及与啤酒生产有关的技术领域。

特别地，本发明涉及一种创新设备和相应的过程，其使得可以简化或消除背景技术中所需的许多初步过程来生产啤酒，尽管这些初步步骤优化了产品在感觉性和营养性等方面的质量，从而生产/维护成本明显较低。

背景技术

啤酒生产工艺已为人所知数千年并几乎未曾改变。

例如参考文献[Ambrosi et al.,2014http://dx.doi.org/10.1007/sll947-014-1275-0；Pires and Brányik,2015http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-15189-2]中所示出的，啤酒生产工艺可以综合为以下几个阶段。

首先设有“预研磨”阶段，通常是干燥烤的玉米或麦芽(通常是发芽的和烤的大麦，或“大麦芽”，还有一些种类的其他谷类的谷物，也没有被烤或是“未加工的”)，最终确定增加麦芽和液体(水)之间的交换面，并且因此增加可发酵糖和酶的转移。

然后设有在糖化阶段采用水的净化和卫生处理阶段。必须去除微生物病原体，以及其他最终的有机和无机污染元素，诸如除草剂。此外，可以在该阶段中执行对酿造过程的需要的酸度(pH值)的调节。

如果下一个阶段是糖化阶段，在糖化阶段中水和麦芽的混合物进入合适的温度，以促进麦芽中存在的多糖的水解成简单的糖(单糖)和氨基酸的过程，单糖和氨基酸在发酵期间可被酵母同化吸收。加热-通常用电阻或自由火焰进行-可以直接在整个容积上或在其一部分上执行，提取和煮沸，并且因此重新置入原始容积中(“原汤”)。在该阶段，必须借助于机械搅拌器器或水力再循环来维持液体的剧烈晃动，也避免了含糖液体的焦糖化效应和潜在致癌化合物的形成，这意味着与能量和实现复杂性相关的成本。

然后是麦芽的冲洗阶段(在专业术语中还称之为“洗糟(sparging)”)，冲洗阶段在提取残余糖和提取被谷物吸收的麦汁(麦芽汁，must)后结束。该阶段在麦汁温度大约78℃的温度下进行水过滤而实现，特别耗时。

然后设有到对麦汁加啤酒花(忽布，hopping)和沸腾阶段，在大约78℃去除麦芽(糖化出)和进一步的加热阶段之后的阶段–该阶段从至少90℃起引入啤酒花(酒花，hop)开始，并在实现一些基本工艺后完成。在通常的实践中，煮沸不到一小时，存在不能完全利用啤酒花的α-酸的风险，因此导致苦味水平可能低于期望水平，是一项综合知识。此外，由于啤酒花中的异葎草酮(isohumulones)的不当提取，泡沫可以得到良好的形成。通常至少一小时的强烈沸腾是将啤酒花的化合物与多肽结合形成保留在啤酒中的胶体并帮助形成稳定泡沫所必需的。强烈的开沸还帮助去除不需要的挥发性化合物，诸如啤酒花的酸成分、一些外部拥有物和含硫化合物(DMS)。没有盖的剧烈沸腾对于允许这些物质不会凝结并以液体返回是重要的。同样通过强烈沸腾来改善清澈度：如果强烈沸腾不持续至少一小时，则不会产生足够的热分解来去除不需要的蛋白质。

然后设有发酵、碳酸化和成熟阶段，这些阶段开始于接种酵母时，酵母通常包括冷却通风麦汁中的各种酿酒酵母(Saccharomyces Cerevisiae)类型以及其它类型。这种接种必须避免麦汁污染的方式地尽快进行，并且酵母的初始浓度通常为每毫升麦汁中包括1500万单位和2000万单位之间。

然后，显然有必要对设备和环境进行清洁和卫生处理过程，这意味着能量的高度浪费，并且尤其是水，每升啤酒产生4和11升之间的量度上的废水(随着啤酒厂的产能的减少而增加的谷)，这种水富含有机物，通常在2000和6000mg/l之间的量度上，因此通常需要在排放之前进行现场处理。有时，废水净化的有机残余物还与排出的麦芽一起用于现场中或集中式设备中用于产生生物沼气，因此通过厌氧消化设备产生热能和/或电能。

因此，该过程需要各种复杂的工作阶段，这些工作阶段需要大量能量的排放，并且需要对设备进行非常普通和复杂的维护。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于生产啤酒的创新设备以及相应的方法，解决了上述技术不便。

特别地，本发明的目的是提供一种用于用任何种类的谷物(例如，大麦、谷物或小麦、玉米、高粱、小米和大米)而且还不利用提取物(生产啤酒“所有谷物啤酒”)的设备，该设备显著简化了传统的生产工艺，消除或简化了传统设备中的一些必要生产和维护阶段，同时允许获得最佳产物以及具有非常低的谷蛋白含量的产物，甚至是在使用特别富含谷蛋白的谷物时。

因此，根据权利要求1，利用用于生产啤酒的本发明的设备获得了这些和其他目的。

根据本发明，这种用于生产啤酒的设备(31)包括以下中的至少一个区段：

容器(7)，该容器用于容纳液体的混合物或液体部分和固体部分的混合物，例如水和在糖化阶段未预先破碎的麦芽；

循环路径(2、3)，该循环路径连接到容器(7)，使得所述混合物可沿着所述路径从容器循环多次，使得在从所述路径排出时再次被引导到容器(7)中；

至少一个泵(1)，所述至少一个泵使所述混合物沿所述路径移动；

并且其中所述循环路径(2、3)包括至少一个空蚀反应器(2)，该空蚀反应器被构造成产生受控水力空蚀过程(在技术术语中称为“CHC”)，例如，通过存在的限制区段，通过该限制区段通过必要的通道发生随后产生的空蚀。

根据权利要求1所述的设备允许特别是以下技术问题得到解决。

首先，现在已经消除预先糖化麦芽(任何类型的谷物)、干燥而后加入的需要。

事实上，混合物穿过产生空蚀的空蚀反应器使得产生空蚀，该空蚀导致提高麦芽的温度，并且导致谷物自身糖化，直至谷物粉碎。塌缩的空蚀气泡局部地(在通常上一百纳米和十分之几微米之间的空间尺度上)产生剧烈的局部压力波和强烈的液压射流，两者导致谷物的破碎。

虽然进入装置的能量由泵的叶轮提供，但主要的局部加热由空蚀自身实现，因此，如上所述，空蚀是造成混合物自身的温度升高的原因，并且因此，根据这样的解决方案，外部燃烧器不是必需的。

此外，消除了对机械振动器的需求。事实上，该设备设置有所述泵，该泵通过空蚀路径开动该循环，该空蚀路径自身与空蚀过程一起产生阻碍混合物的焦糖化和/或团块形成的效果。通过这种方式，外部搅拌器不是必需的，并且该设备导致在结构上更简单。

采用要求保护的设备，还大大减少了对设备自身和工作环境进行清洁和卫生处理的需求，随之减少了总的工作时间。事实上，因为对人体健康有害并且对啤酒的质量和稳定性有害的最终残余的病原体存在于供给水中，有利地，这些残余病原体应该在水力空蚀过程的进程中被降解和中和，因此提高了啤酒的食品安全性并降低了在设备本体内和工作环境中的最终感染的可能性。

要求保护的单个设备单元允许每个生产项目(生产批次)从几百升直接扩展到上百万升，而无需改变工作时间。

此外，存在对较高工艺温度的下限值的包容，并且因此可以消除沸腾阶段，这得益于完成了排出二甲基硫化物(DMS)、卫生处理和在100℃的温度内或以任何方式在沸点内从啤酒花(酒花)提取苦味的过程。

已经发现本发明的设备在不改变配方的情况下有效地获得谷蛋白含量非常低的(<100ppm)或不含谷蛋白(<20ppm)的啤酒，因此使用例如100％的大麦麦芽，并且不会改变泡沫的口感、封口、味道和香味。

类似地，本文还描述了一种用于生产啤酒的方法，包括以下阶段，该阶段可以是例如糖化阶段以及加啤酒花阶段，该阶段设有：

在容器(7)内布置液体的混合物，优选水和麦芽的混合物。

例如，可以预见到，混合物可以仅是液体、或还有加啤酒花阶段中的啤酒花和液体、或糖化阶段中的未预先破碎的麦芽和液体，并且在任何情况下混合物也可以直接在容器内制备或被制备后倒入容器内。

然后可以预见到，借助于至少一个泵(1)沿着循环路径(2、3)移动所述混合物的阶段，所述循环路径连接到容器(7)，使得混合物可沿着所述路径加入容器中，以在从所述路径排出时再次被引导到容器(7)内。

根据本发明，该路径包括至少一个空蚀反应器(2)，该空蚀反应器被构造成使得该空蚀反应器产生水力空蚀过程。

这种水力空蚀过程体现了混合物的主要内部加热源。

以这种方式，如上所述，工艺被简化，因为例如如果在糖化阶段中使用该方法，则不需要对麦芽预糖化，以及在任何情况下用于需要升温的任何阶段，外部燃烧器或外部热源不是必须的。同样压力波和机械射流提供了麦芽的破碎。

可以从其余的从属权利要求中推导出其他优点。

附图说明

参考所附附图，根据本发明的该设备和相应方法的其他特征和优点将通过遵循一些优选实施方式的描述而变得更加清楚，这些优选实施方式用于说明而不是限制，在附图中：

图1示出了根据本发明的用于生产啤酒的设备的侧视图；

图2是图1中所示设备的顶视图；

图3表示空蚀反应器的实现方式的变型，例如以文氏管的形式或也以其他形式，其设有在相应缩窄部的区段中的会聚的次级流。重点显示了流(F1)的加速阶段、空蚀气泡(F2)的产生阶段以及从缩窄部排出时的所述气泡(F3)在后续膨胀中的生长和塌缩阶段；

图3A示出了文氏管(Venturitube)形式的实现方式的变型的优选尺寸；

图4示出了后续的加啤酒花区段；

图5示出了作为整体的设备，其中糖化区段31、离心区段32和加啤酒花区段33依次放置；

图6和图7示出了本发明的一个变型，其具有容纳麦芽或谷物的篮，可加入容器中/从容器中移除；

图8至图11示出了一些实验结果。

具体实施方式

如下所述，作为整体的设备可以由不同的区段形成，这些区段之间流体连通，或者存在被构造成能够执行所设置的所有工作阶段的单个区段可能是足够的。

因此，图1以示意性侧视图示出了根据本发明的设备的第一区段，该第一区段特别用于糖化操作，甚至如下所述，这样的区段可以操作其他不同的阶段，诸如加啤酒花和/或破碎阶段。

该图以数字9示出了用于这样的区段的平台支撑件或通用支撑表面。

该区段可以配备有转轮11，该转轮根据轮尺寸允许一定的移动性，使该转轮可运输和移动。

进一步研究本发明的细节，图1的这一区段，也在图2的顶视图中示出，设有容器7，该容器用于容纳用于生产啤酒的混合物，例如麦汁、该过程所需的液体的混合物，或者更具体地，水和未预先破碎的麦芽的混合物。容器在图2的顶视图中示意性地示出。

总是如图1和图2所示的，然后设有一个或多个泵1，优选地是电泵类型的泵，诸如离心泵。

如图2的顶视图所示，泵优选地具有的总数量为三个，这些泵围绕容器7以彼此之间成大约120度的角度布置，并且输送分支2的轴线大致与容器7的轮廓相切。使用以这种方式布置的三个泵赋予了足够快速和完全加工麦汁的优点。当然，也可以根据不同的角度采用不同数量的泵，优选但不限于根据对称的角度布置，输送分支中的轴线被布置成与容器7的轮廓相切。

继续本发明的结构描述，也如图1所示，泵控制处理中的混合物循环通过路径，该路径包括从容器7汇聚到泵1的返回导管3和将泵1连接到容器7的输送装置2，并且输送装置通过容器连接到返回导管3。这种输送装置包括文氏管2形式的空蚀反应器2，该空蚀反应器通过容器7连接到返回导管3。

因此，对于每个泵可以设置有至少一个文氏管，并且因此文氏管的数量不低于泵的数量。

以这种方式，在本说明书中，也如下文所述，关于设备的运行，产生从容器7的流体的循环，该循环从容器7通过正常返回导管3吸入，通过文氏管2重新加入容器7中。

文氏管众所周知地形成限制区段然后重新变宽，迫使流体遭受急剧的加速，这进而产生空蚀现象。沿着这样路径的循环通过开动所述电泵1来维持，因此在整个时间(时间取决于所述糖化阶段以及随后的阶段中的加工过程)内开动泵产生流动，利用空蚀的连续形成来获得连续的循环。

根据本发明，基于啤酒的制作过程，通过文氏管的缩窄部的通道确定了这种水力空蚀。

空蚀过程在液体中释放能量，并因此基于糖化过程导致温度的升高，而不需要在系统中加入其他的热能。同样空蚀导致麦芽以及任何种类的未发芽的谷物直接在水中破碎以形成麦汁，其中麦芽产生自身含量的淀粉和酶而不需要预先糖化过程。因此同样空蚀进一步阻碍了固体残余物和焦糖化的形成，从而使得在这样的区段中使用搅拌器器成为多余。

如已知的那样，气泡的连续形成及气泡的随后的塌缩释放出压力波和液压射流，这些压力波和液压射流是液体的温度升高的基础，并且还是以这种方式粉碎的麦芽的固体颗粒被破坏的基础，这些压力波和液压射流有利于提取麦芽及麦芽的酶以形成麦汁。

因此，整个装置是创新的，因为在混合状态下操作，设有循环液体通过泵1释放的机械能的容积加热和不同空蚀状态的激活。以这种方式，麦芽产生的淀粉和啤酒花产生的苦味的反应被激活(在如下所述的情况下，在加啤酒花阶段使用类似的区段)，以及直接地和/或在接种酵母之后进行谷蛋白的减少的其他工艺对于破碎阶段是必需的，不需要外部热源，诸如热电阻和燃烧器。

因此，对空蚀过程的合适控制允许获得所需生产工艺所需的温度。

为了能够维持预定的温度，如图1所示，设备可以有利地设置围绕容器的湿套筒4，在图1和图2中均可见(在图1中，套筒用点划线表示，以便不遮挡位容器位于其下方的视图)。在所述湿套筒中循环冷却流体，示出但不限于例如容纳在另一个容器16中的二醇，该冷却流体循环由另一个再循环泵15所开动。

以任何方式，所述湿套筒可以等效地由插入容器7中并与麦汁接触的线圈代替。

以这种方式，可以根据所使用的不同配方和所需的啤酒类型所设置的操作方案，开动这种湿套筒或线圈以将温度维持在每次所需的值。如上所述，空蚀反应器2优选地是文氏管的形式，因为文氏管的使用具有以下优点：优化自身的水力空蚀过程、保持结构免受机械冲击、以及呈现单个狭窄的足够宽的部分、避免阻塞现象。

在本发明的变型中，空蚀反应器2不一定必须是文氏管的形式，而是还可以具有其他替代解决方案，优选地但不局限于静态类型。

例如，文氏管可以用穿孔板代替，混合物穿过穿孔板的孔以引起空蚀是必要的。

也存在动态系统，并且它们实际上应该用于产生空蚀，但是这些，即使可用于本发明，自然也更复杂且更昂贵。

图1和图2中描述的区段可以是敞开类型的，其未设置有盖，因此总是受到大气压力的影响。

图1和图2中所示的实施方式以任何方式都设有封闭盖12，该封闭盖具有用以读取和获得压力值的压力计10、以及放置在顶部的一个或多个普通安全阀18，该安全阀用于排出溶解在水和麦汁中的包括DMS的气体。

因此，通过空蚀作用升高容器7内的温度，引起容纳在容器内部的液体的压力增加。在封闭的实施方式中，必须避免过压，并且由于这个原因，如图1所示，设有释放压力的阀17，该阀允许液体的排出以将压力维持在预定的恒定值。设置有盖12的相同封闭的实施方式也可以是创新地有利的，当该实施方式被应用于所描述的基于空蚀现象的生产啤酒的系统时，因为该实施方式允许通过获得也远高于大气压力并且直到释放压力的阀17所允许的最大值的液压压力，相对于温度的单一变化所施加的调节，在更宽的区间内调节空蚀状态，如上面将更清楚的那样，其进而允许提高过程的各个阶段的效率。

如上所述，图1和图2中描述的区段特别适用于与具有自由循环的麦芽的糖化相对应的生产过程阶段，并且因此直接受到水力空蚀过程的影响，并且加入时不会受到干燥、预先破碎的任何阶段的影响，然而也可用于执行随后的加啤酒花和发酵阶段。

在该区段中循环的液体的总容积，以升表示并被容纳在容器7中，该总容积的优选区间包括在但不限于所安装的电泵的总标称机械功率下的每KW(千瓦)15和30升之间，目的在于加热速度和所需的空蚀状态的启动，以及用于生产的时间。

空蚀反应器2，无论是文氏管形式还是存在于板中的穿孔形式，都可以布置在相应的电泵1的输送分支中，如图1和图2所示，以及返回分支3中。在沿着返回分支3布置这种反应器2的情况下，文氏管的缩窄部、或穿孔板的缩窄部、或加速所处理的液体的任何其他区段的缩窄部与电泵的吸入口之间的距离必须优选但不限于超过40cm，以这种方式以避免由反应器2中开始的空蚀现象产生的泵的叶轮的损坏。

在相关的水力空蚀现象增加时完成的、以及用于降低在操作阶段中产生的噪声水平的反应器2的实现变型源自如图3所示的解决方案。

预见到了汇聚，该汇聚在缩窄部(2a)的区段中、或直接在所述区段下游，优选但不限于在不超过其他次级流的、所述区段下游2cm的距离处，通过下部区段的管(2b)指向主循环管(2c)汇聚，在所述缩窄部区段上游具有相应的入口(2d)。这种次级流的数量必须至少等于两个并且优选但不限于至少三个。次级流的最大数量仅与技术或实现类型的限制相关联；所述次级流的出口(2e)也必须全部布置在距所述缩窄部区段2a相同的距离处；同样地，连续出口(2e)之间的距离必须相同，以这种方式来形成对称布置。

为了获得生产过程的最佳空蚀，已经发现，与相应的标称机械功率对应的相同泵中的每个泵的输送能力优选但不限于包括在400升/分钟和1200升/分钟之间，以任何方式以便优选地产生空蚀现象的数量(NC)，该数量在大气压力下包括的值在0.1和1之间。

这种NC以公式(1)表示：

NC＝(P₀-P_v)/(0.5.ρ.u²) (1)

其中P₀是反应器下游的平均压力(例如，等于大气压力)，P_v是液体的蒸气压力，ρ是液体的密度，以及u是由连接到空蚀反应器的泵的所述承载能力确定的流速，所有所述量以SI单位(米、千克、秒)表示。

针对所需的空蚀状态的目的和空蚀现象自身的控制目的的最佳结果已经通过以下所获得，使用文氏管2，优选但不限于再次在图3A中表示的几何结构，在所述几何结构中，文氏管2的限制区段的面积等于452mm²，即是同一管的最大区段的面积的6.05％。优选但非限制性地，该区段的面积和文氏管的最大面积之间的关系的公差以及同一图3A中所示的角度的公差等于10％。

如上所述，以任何方式也可以利用市场上已知和存在的动态移动装置，并且因此不一定通过固定的限制区段，诸如文氏管或穿孔板来获得空蚀。

当然，“静态”解决方案非常简单和经济。

在使用，优选但不限于，离心泵的情况下，这种泵中的每个的转子优选但不限于是敞开的，并且转子自身的长度优选但不限于超过160毫米，因为超过这个最底限制，在由转子自身的叶片拖动的流中也产生了其他的和有利的空蚀现象。

也如图1所示，整个过程可以由电子卡PLC 13自动控制和管理，该电子卡PLC连接到一个或多个通常的温度传感器、连接到一个或多个压力计10，优选但不限于，用于测量麦汁的糖类和淀粉的浓度的重力计和糖化程度的自动估计系统。

总是参考图1，数字14表示容器7的总卸载，并且数字5表示通向容器的装载床的用于最终检查的简单的通道梯。

如上所述，如果图4示出了这种加啤酒花阶段的特定区段，则这种区段也可以以相同的方式用于加啤酒花阶段。

使用与前述的糖化区段31分开的其他加啤酒花区段33的优点允许执行而不中断其他的糖化过程。如果采用这种注定用于加啤酒花的装置的最后区段，该最后区段将容纳麦汁，麦汁经过糖化区段到达离心机32以实现过滤。

图5实际上依次示出了三个区段，如下所述。

中间的过滤区段不一定必须通过离心来进行。

在任何情况下，离心设备可以是市场上容易获得的普通商业设备。

过滤消除了循环的麦芽的大部分固体残余物。而且，前述区段实际上已经粉碎了固体麦芽。得益于固体残余物浓度的急剧下降，在图4所示的装置的段(即加啤酒花区段)中，在加入啤酒花之后，麦汁的热稳定，以及随后在加啤酒花结束时的冷却，可以通过麦汁自身的简单再循环来实现，由一个或多个再循环电泵27启动，包括通过热交换器28的通道，优选但不限于，以板式交换器的形式实现。

基本上，这样的区段33设有空蚀反应器和泵，正好在糖化区段31中，以将温度升高到所需的值，或者用于从啤酒花中提取α-酸，以用于加啤酒花过程。该区段还可以包括冷却装置，该冷却装置必须根据生产啤酒的过程快速地降低温度，还用于进行随后的发酵、碳酸化和成熟阶段。

正是因为在生产过程的这时候，固体部分已经不存在了(考虑到啤酒花是按每百升麦汁几百克的比例引入的)，然后，为了急剧冷却，可以使用循环的麦汁的所述直接热交换冷却系统，其中电泵27沿着进入交换器28的导管吸入麦汁自身，在该交换器中冷却流体的导管汇聚。

自然地，等效的冷却系统，其不是必定设置有移动麦汁的热交换器，可以在不脱离本发明的情况下使用，例如，图1的区段的相同的套筒4或插入麦汁中的线圈。

加啤酒花设备的所有其他部件完全类似于用于糖化并且在图1和图2中示出的装置的段中采用的那些部件，并且因此，在图中使用了相同的附图标记。

因此，在加啤酒花阶段所需的温度升高是以与所述方式等效的方式即通过空蚀得到的。通过开动热交换器或其他可预见的冷却来产生必要的快速温度降低。

图5示出了依次放置的最终的三个区段，其构成了作为整体的设备。

用附图标记31标识的区段是特别用于糖化阶段的区段(因此最终缺少用于快速降低温度的冷却系统，但在任何情况下都设有与闭路循环冷却液体交换的冷却系统，在该冷却系统中允许实现方案所设置的关于所用的不同配方和所需的啤酒类型的热曲线)。

具有附图标记33的区段是加啤酒花区段，也是先前描述的，并且该区段与区段31是基本相同的，除了它们包括通常相对于区段31的冷却系统是不同的用于降低温度的冷却系统。

在它们之间引入了离心区段32，如上所述，该离心区段在现有技术中是众所周知的。

根据所述实施方式，用于加啤酒花的装置的段33中的麦汁的容器每个将具有，优选但不限于，相对于糖化装置的段31的麦汁的容器较小的容积，因为用于加啤酒花的麦汁的容积先前已被除去了麦芽，导致容积较低。

进一步优选但非限制性的是，出于安全原因，对加啤酒花装置的段33设置多个单元，因为在糖化和离心之后必须立即将麦汁带到加啤酒花单元，以避免冷却现象和最终污染。

根据通用工业标准，包括连接三个段的循环泵，可以以自动方式容易地处理装置的三个段31、32和33之间的麦汁的流。此外，与麦汁接触的装置的所有零件和部件都是以用于食品工业的不锈钢实现的，优选但不限于肖恩(shone)，以便最小化规模(特别是啤酒花的被提取尽的残余物的规模)，或者以适用于食品的其他材料实现，如果它能够支承最终为获得所需的空蚀状态所必需的液压压力。

因此，在使用中，所描述的设备按如下工作：

根据特定配方并且如在啤酒生产的现有技术中已知的，根据啤酒生产中已知的比例的水和麦芽的混合物被加入糖化区段的容器7中，可以从过程开始时或在加热该设备的段31中的水期间的特定温度下加入该混合物。然而，令人惊讶的是，已经发现，利用设备的段31的特征过程，即使从过程自身开始时加入麦芽，也没有发现最后产物的差异。因此，泵1以这样的方式被开动使得在随后加入麦芽的情况下，沿着输送路径和返回路径导致混合物的循环或仅仅水的循环，并因此导致得到使温度升高并使麦芽破碎的空蚀。

维持达到的理想温度，针对所讨论的过程和所需的时间，特别地，优选但非限制性地，以便优化从麦芽中提取淀粉，麦汁应该维持在包括以下之间的温度，被包括在60℃和65℃之间的区间内最小值和被包括在72℃和75℃之间的较窄区间内的最大值，并且无论如何优选不超过75℃的最大值，针对于对应于电泵开动的电力消耗(等于每百升循环的麦汁至少3kWh)的时间量，此后麦汁应该优选地加热至78℃的温度以阻断酶活性，然后通过过滤段32进行麦芽的提取。

因此，随后，麦汁从最终的残余物中离心分离，或者以其他方式用其他传统系统纯化，然后进入加啤酒花阶段，该加啤酒花阶段可以发生在相同区段(如果设置有快速冷却设备)或特定的单独区段，与糖化区段相同的但设置有快速冷却系统。

在这样的加啤酒花阶段中，根据所述阶段再次预见到温度的升高，其令人惊讶和有利地，如已经提到的，已经发现受限于沸点的升高，基本上在大约102℃，避免随后的沸腾阶段，而沸腾阶段在传统工艺中是必需的。因此，优选地，麦汁在没有中断的情况下加热，并且优选在不开动冷却系统直到沸点。此外，在相同阶段，啤酒花的加入可以从开始时进行，独立于起始温度，并且以任何方式优选但不限于，使得在加热期间啤酒花的持久时间等于至少10分钟。一旦达到沸点，将停用泵，同时快速冷却系统将被开动，以便急剧降低温度，直到在随后的发酵阶段之后立即加入有存活特征值的特定酵母，这种温度特征值例如包括在17℃和28℃之间。为了最小化麦汁的污染风险，所述冷却应该优选但不限于低于20分钟，并且以任何方式不高于30分钟。重要的是要注意，如所预测的那样，并且特别地，如果输送分支2的轴线相对于容器7的轮廓近似相切，则该设备不需要适合于产生旋转和漩涡的系统，这样的系统通常存在于传统装置中，以便收集加啤酒花的容器的底部的各种蛋白质和残余物，包括麦芽和提取尽的啤酒花的残余物。

然后设置有发酵、碳酸化和熟化阶段，这些阶段开始于在冷却和通风的麦汁中接种酵母的时刻，该酵母通常属于酿酒酵母类型和其他类型的各种原种。如上所述，必须尽可能快地进行这种接种，以避免麦汁的污染，并且因此所述冷却设备必须快速降低在加啤酒花阶段达到的沸点温度(基本上在大约102℃)的温度，以达到所述酵母存活所需的特征区间的温度(例如，包括在17℃和28℃之间)。

参考图6和图7示出了本发明的变型。这种变型是指糖化阶段，并且最终被认为是设备的段31的替代品。

在这种构造中，麦芽不是自由循环的，而是容纳在穿孔网的篮43中，因此不仅直接受到空蚀现象的影响，而且它们不会被破坏和粉碎。由于这个原因，麦芽自身必须预先在相应加入到篮43中之前被预先破碎，以便足够快速和有效地从麦芽中获得淀粉转移，即使在相对于图1和图2的优选实施方式的一般较差的措施中，也是如此。

在任何情况下，温度的增加显然以与先前针对其他实施方式描述的方式等效的方式获得。

尽管所描述的第一实施方式是优选的实施方式，因为它产生最快和最有效的淀粉转移并消除了预先破碎阶段，然而，这种具有篮的其他实施方式具有的优点是，即使后续的离心区段不可用，也为了所有其他效果，包括温度升高而应用相同的空蚀原理。

因此，图6和图7示出了用于提升和移动篮43的绞车37以及用于移除容器7的盖的绞车38。除了冷却温度的稳定系统之外，所有其他部件与其他实施方式完全一致，由于麦芽被排除在循环之外，因此麦芽可以以用于加啤酒花的设备的段33中使用的形式实现，即利用通过热交换器(例如利用板)的麦汁的直接再循环。

在图6和图7中示例的变型中，篮43可以方便地设置有内部循环系统，该内部循环系统例如以穿孔管的形式实现，以诸如示例的方式但不限于，用其上部入口嘴，连接到输送管或连接到泵的再循环泵，所述穿孔管从泵吸入干净的麦汁，并且最终在同一篮43内产生更强烈和湍流的液压循环，并且因此增加从篮中容纳的麦芽中转移淀粉的效率和速度。

根据本发明，应注意，在图1和图2中所示的糖化设备的段31的实施方式中描述的设备允许降低最大糖化温度(激活用于将淀粉转化为单糖和氨基酸的酶)，大约35℃，以及因此降低达到糖化的必要时间。

通过对原型设备的测试已经广泛证明了这一点。该测试比较了根据本发明的设备(测试CO1、CO2、CO3)与传统设备(B1和B2)和根据图6和图7中所示的实现变型实现的糖化设备段的功能，这预见了容纳麦芽的篮43(C2、C5、C6、C7、C8、C9和C10)的存在。如图8所示，实验有效地示出了糖化温度的显著降低，并且尽管如此，值得注意的是，实际上，CO2测试示出了76℃的糖化温度，与从CO1到CO3的不同测试中观察到的糖化温度完全类似，相对于其他两个所述测试，唯一区别是糖化自身之前的平均空蚀数量(NC)，由于利用平均等于1.5bar的附加液压压力进行了相同的测试，因此测试CO2的空蚀数量要大得多。因此，如图8A所示，相对于图形温度-空蚀数量，发现空蚀数量的优选范围为0.15<NC<0.20，以便精确地优化糖化温度的这种降低。等效地，所述区间意味着，优选但不限于，用于更高的糖化效率的机会，以操作大气压力过程，其是利用设备的敞开段31。一个可行但非限制性的假设是，过度剧烈的空蚀状态，如在CO2测试中通过施加附加的液压压力开动的空蚀状态，对酶有害，即它们抑制酶的作用，延迟糖化的完成。

如图9和图9A所示，关于糖化效率，即从麦芽中提取淀粉的效率，发现了与糖化温度相关的结果类似的结果。同样在这种情况下，为了更有效地提取淀粉，发现空蚀数量的优选范围为0.15<NC<0.20，以及因此，优选但不限于，操作大气压力过程的机会是利用设备的敞开段31。仍然在图9中，值得注意的是，在C1O测试中获得的糖化效率仅稍微低于CO3测试的糖化效率。说明了在借助于图6和图7中所示的实现变型执行的C10测试中，根据上述方法开动了到篮43的内部循环，特别是强烈的和湍流的内部循环，这有利于从麦芽中转移淀粉。尽管如此，在C10测试中获得所述高糖化效率所需的时间以及消耗的能量几乎是关于CO1和CO3测试的双倍，因此也是为了过程的更高的总体效率的目的，直到麦芽的提取时刻(“糖化出”)，在图1和图2所示的实现形式中使用设备的段31似乎是方便的。

啤酒花的α-酸的提取和异构化，在赋予啤酒的风味和苦味的情况下完成，借助于α-酸自身的所谓的使用因子进行定量评估，这在用于生产啤酒的过程的领域中众所周知。图10示出了在最后五次测试期间使用α-酸的结果，该最后五次测试被专门地计划和执行以研究该过程，并且其中仅使用了Perle啤酒花，该Perle啤酒花的a-酸的质量分数等于7.6％。借助于图1所示的设备，即IBU1、IBU2、IBU3和IBU5进行和实现的所有测试，遵循刚好在沸点之前的大约30％的使用因子，在啤酒的麦汁中的通常被包括在100℃和102℃之间的温度下，具有超过了90℃的温度的较大部分的效率增加，除了独立于空蚀状态外，因此还独立于操作液压压力。即使采用不同的啤酒花或不同的啤酒花组合，这也是用相同装置进行的所有其他测试共享的结果。这种效率(大约30％)明显克服了用传统装置“BraumeisterB-50”进行的IBU4测试期间获得的最大效率，其在沸腾的初始时刻仅达到21％，与测试相比有11％(21％对32％)的最大差异。此外，在IBU1、IBU3和IBU5测试中获得的使用因子，其中从相应过程开始时加入啤酒花，即在大约20℃的水温下，在低温下已达到相对高的值，在40℃下高达12％，以及在54℃下高达18％，而在该最后的温度下，相同的使用因子仅限于IBU4测试中的5％。随后，随着温度的增长，使用因子不再增长或甚至退回至大约80℃，可能是由于异α-酸的降解。随着温度的进一步增长，使用因子再次非常快速地增长至沸点。在IBU2测试中，其中啤酒花在78℃的温度下加入，使用因子快速增长，完全地获得最大值，等于沸点时的32％，并证明了去除麦芽后加入啤酒花以任何方式都是方便的。

此外，如图10A的图形所示，以明显的方式看到，借助于传统装置B-50实现并且因此纯粹是热的IBU4测试，最后，可以获得等于其他测试的平均使用因子的使用因子，其他测试是借助于图1所示的设备进行和实现，但仅在大约102℃的温度下在大约60分钟内加入到沸腾阶段之前的阶段。总之，为了加啤酒花阶段的更高的效率，发现使用图1和图2中所示的设备的段是方便的，可以用所述敞开装置并且因此在大气压力下操作，方便的是在优选但不限于包括在78℃和90℃之间的温度下引入啤酒花，同时方便的是不进行麦汁的任何沸腾，因此以停止达到沸点所对应的加啤酒花阶段。

已经发现关于借助于设备的段31产生的有限啤酒中谷蛋白浓度的令人惊讶的结果，如图11所示。基于在100％的大麦上完成的测试，已经找到了优选的操作条件和区间，在降低谷蛋白浓度时完成。

在随后的麦芽提取阶段和加入啤酒花之前或在加啤酒花结束时冷却的任何时候，为了将谷蛋白降低到等于20mg/升(或者等效地，20ppm)的阈值“无谷蛋白”以下，已经发现，对于能量效率和处理时间两者来说，开动空蚀状态(CHC)是方便的，其特征在于，空蚀数量(NC)平均等于至少0.3，并且优选但不限于，包括在0.25<NC<1的区间中，在优选但不限于包括在70℃<T<74℃的区间内的温度T下，可通过施加附加的液压压力获得，在对应于CE能量消耗的时间下，能量消耗优选但不限于，包括在0.12kWh/升<CE<0.17kWh/升的区间内。或者，在相同阶段，为了将谷蛋白降低至等于100mg/升(或者等效地，100ppm)的阈值“非常低的谷蛋白浓度”以下，可以开动以下空蚀数量的CHC状态，该CHC状态特征在于空蚀数量对应于大气压力，对应于优选但不限于包括在70℃<T<74℃的区间内的温度T，针对于与优选但不限于包括在0.22kWh/升<CE<0.29kWh/升的区间内的能量消耗相对应的时间。

维持上述关于在发酵阶段之前的烹调阶段中所述CHC状态的应用(优选替代的但也连续的)，建议立即在接种酵母之后的期间内，在大气压力下并且在发酵中麦汁的正常温度下，在优选但不限于包括在20min<t₁<45min的区间内的时间t₁下立即执行CHC过程。在最后的情况下，为了衰减谷蛋白的浓度，建议发酵容器中啤酒的麦汁持续时间t₂优选但不限于高于20天(t₂>20天)。

如果麦汁根据上述指示进行预处理，特别是在接种酵母之前的阶段(70℃<T<74℃)，令人惊讶地发现可以预见一时刻，在该时刻中，在成熟阶段期间，在发酵阶段之后获得所需的谷蛋白浓度，并且例如在瓶、桶或其他容器中执行，基于等式(2)：

Conc＝A·t^p (2)

其中Conc是谷蛋白的浓度(单位mg/升)，A是乘法系数(A>0)，以及p是成熟时间t的指数(p<0)，成熟时间以天表示。对于配方和过程形式的每个特定组合，参数A和p的值可以通过实验确定，也基于在多个不同时刻(优选但不限于将其中一个时刻与另一个时刻间隔至少7天)的谷蛋白浓度的两个单一值，以便预测达到谷蛋白浓度所需阈值的必要时间。等式(2)是创造性的，因为其是特定的，并且优选适用于根据所述指示通过本发明的装置预处理啤酒的麦汁的情况。

Claims (21)

1.一种用于生产啤酒的设备(31、32、33)，所述设备包括至少一个区段(31)，所述至少一个区段具有：

容器(7)，所述容器适用于容纳液体的混合物或液体部分和固体部分的混合物；

至少一个循环路径(2、3)，所述至少一个循环路径构造成使得所述混合物可以从所述容器沿着所述循环路径循环，以将所述混合物再次引导到所述容器(7)中；

至少一个泵(1)，所述至少一个泵使得所述混合物沿所述循环路径(2、3)移动；

并且其中，所述循环路径(2、3)包括至少一个空蚀反应器(2)，所述空蚀反应器被构造成产生水力空蚀过程。

2.根据权利要求1所述的设备(31、32、33)，其中，所述空蚀反应器(2)是静态类型的。

3.根据权利要求1或2所述的设备(31、32、33)，其中，所述空蚀反应器(2)包括收缩部。

4.根据前述权利要求中一项或多项所述的设备(31、32、33)，其中，所述空蚀反应器是文氏管的形式。

5.根据权利要求4所述的设备(31、32、33)，其中，所述文氏管的限制区段的面积包含在这种管的最大区段的面积的4％和8％之间，优选地5％和7％之间，更优选大约6％，例如6.05％。

6.根据前述权利要求1至3中的一项或多项所述的设备(31、32、33)，其中，所述空蚀反应器是板的形式，所述板至少具有用于所述混合物的收缩通道。

7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(31、32、33)，其中，所述泵的标称机械功率和所述收缩部的直径使得在大气压力下产生的空蚀数量(NC)包含在值0.1和1之间。

8.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(31、32、33)，其中，所述泵的流量包含在400l/min和1200l/min之间。

9.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(31、32、33)，其中，所述循环路径包括输送区段(2)和返回区段(3)，所述空蚀反应器布置在所述输送区段(2)中。

10.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(31、32、33)，其中，还设置冷却装置(4、15、16、28)，以使所述容器的内容物热稳定或冷却。

11.根据权利要求10所述的设备(31、32、33)，其中，所述冷却装置包括湿套筒(4)，所述湿套筒覆盖所述容器并连接到运送冷却流体(16)的回路。

12.根据权利要求10或11所述的设备(31、32、33)，其中，所述冷却装置包括热交换器(28)。

13.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(31、32、33)，其中，设置有所述容器的封闭盖。

14.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(31、32、33)，其中，设置有篮(43)，所述篮能加入所述容器中或能从所述容器中抽出，并适于容纳固体材料，例如麦芽。

15.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(31、32、33)，其中，依次设置以下内容：

根据前述权利要求1至14中的一项或多项所述的至少一个区段，所述至少一个区段用于糖化阶段；

过滤区段，所述过滤区段优选是离心型的过滤区段，被放置成与用于所述用于糖化阶段的区段流体连通。

16.根据权利要求15所述的设备(31、32、33)，其中，所述过滤区段的下游还设置至少一个随后的根据前述权利要求1至14中的一项或多项所述的区段，至少一个随后的区段用于加啤酒花阶段并且被放置成与所述先前过滤区段流体连通，优选地，所述区段设置有一个热交换器以操作冷却。

17.一种用于生产啤酒的方法，所述方法包括以下阶段：

在容器(7)内布置液体的混合物或液体部分和固体部分的混合物，优选水和未预先破碎的麦芽的混合物或液体和啤酒花的混合物；

通过至少一个泵(1)沿着循环路径(2、3)移动所述混合物，所述循环路径连接到所述容器(7)，使得所述混合物可以从所述容器沿着所述路径加入以将所述混合物再次引导到所述容器(7)内；

并且其中，所述路径包括至少一个空蚀反应器(2)，所述空蚀反应器被构造成使得所述空蚀反应器产生水力空蚀过程，随后升高所述混合物的温度。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，被使用的所述混合物包括液体和麦芽或未预先破碎的任何谷物，并且其中根据用于生产麦汁的预定方案通过所述水力空蚀过程维持一定的温度。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，设置有过滤阶段，随后通过将生产的麦汁运送到过滤区段。

20.根据前述权利要求17至19中的一项或多项所述的方法，其中，设置有加啤酒花阶段，所述加啤酒花阶段设有：

在不同时刻将预定量的啤酒花引入到所获得的麦汁中；

通过至少一个泵(1)沿着循环路径移动所述麦汁与在加入到所述麦汁中的所述啤酒花；

并且其中，所述循环路径包括至少一个空蚀反应器，所述空蚀反应器构被造成使得根据预定的方案所述混合物穿过所述空蚀反应器时会产生空蚀现象，所述空蚀现象升高麦汁的温度。

21.根据前述权利要求所述的方法，包括能简单地经由机电开动的工艺，所述工艺分布在生产过程的各个阶段中，所述工艺包括接种酵母之后的阶段，能够得到最终产物中的谷蛋白的浓度。