CN109790499A - 用于对啤酒进行热处理的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于对啤酒进行热处理设备和方法。本发明涉及一种用于对啤酒进行热处理的设备，该设备具有短时加热器和与短时加热器连接的热保持装置，热保持装置具有用于对啤酒进行热保持的盘管，其中，盘管具有不大于12m的、尤其是4m至10m的长度。本发明还涉及一种用于对啤酒进行热处理的方法，其包括在短时加热器中对啤酒进行加热的步骤、将经加热的啤酒引导到热保持装置中的步骤以及在热保持装置对啤酒进行热保持的步骤，其中，在热保持装置的具有不大于12m的、尤其是4m至10m的长度的盘管中对啤酒进行热保持。

Description

用于对啤酒进行热处理的设备和方法
技术领域
本发明涉及借助短时加热器和热保持装置对啤酒的热处理、尤其是巴氏灭菌和稳定化，并且涉及一种用于对啤酒进行热处理的设备。
背景技术
灌装啤酒之前通常要进行加热以便灭杀细菌并且因此提高生物稳定性，或者在经过滤的啤酒、例如白啤酒的情况下还附加地提高浊度稳定性。
加热典型地在短时加热设施中进行。在这种设施中，啤酒在短时加热器中被加热到巴氏杀菌温度，并且随后在热保持装置中热地保持一段时间。热保持装置包括环形铺设的管路(盘管)，啤酒在其中被热保持。最后，啤酒可以经由后冷却部并且必要时经由缓冲器离开短时加热设施。
在热保持装置中，啤酒保持在几乎恒定的温度上，从而可以灭杀细菌。如下这样地选择热保持时间，即，使巴氏灭菌单位PE的期望的值作为针对微生物有机体的致死值的累积的量例如达到PE>20或PE>100。在巴氏灭菌单位的计算中，代入热保持时间t(以分钟为单位)和热保持温度T：
PE＝t·1.393T-60℃ (等式1)。
为了达到所期望的PE值，传统地迫切需要相对较大的且昂贵的热保持装置。
如果现在，如在实践中大多是常见地，经由热保持段(30秒)应当生产重点关注微生物学方面的经过滤的啤酒并且或者生产附加地重点关注浊度稳定化和灭活抑制泡沫的且加速陈化的酵母酶的白啤酒，则尤其是白啤酒所受的热负荷必定比经过滤的啤酒所受的要高。
在实践中，已经建立了至少80℃的值用于热保持，以便达到可靠的浊度。在恒定的热保持的情况下，这就得到了比实际上微生物和酶灭活所要求的高了很多倍的PE值，(最大220PE)。为了不低于80℃，在该情况下往往取消了根据上述等式的已公知为平滑PE调节的调节，但没有取消功率匹配(缓冲时间)，这导致在一半功率的情况下热负荷翻倍。因此，例如得到了在表1中所示的针对说明的体积流量的PE值、热保持时间和温度。
表1
时间 温度 啤酒PE
[秒] [℃] [PE]
100％体积流量 30.0 80.0 378
50％体积流量 60.0 80.0 757
发明内容
鉴于所描述的现有技术，本发明的任务是：提供一种用于对啤酒进行热处理的设备和方法，其能够实现对两种啤酒品种(啤酒和白啤酒)的可靠的细菌减少和稳定化，而不会影响口味质量，其中，可以使用相对空间和材料上节省的部件。在此，在白啤酒的情况下必须超过相应的变性温度，而在经过滤的啤酒的情况下不得达到该温度。热负荷应尽可能低，以便积极影响陈化稳定性。
上面提及的任务是通过如下设备来解决，该设备用于利用短时加热器和与该短时加热器连接的热保持装置来对啤酒进行热处理，热保持装置具有用于对啤酒进行热保持的盘管(例如由直管件和90°或180°弯管构成的圈环状铺设的管路)，其中，盘管具有不大于12m的，尤其是4m至10m的长度。
此外，上面提及的任务还通过一种用于对啤酒进行热处理的方法来解决。在此，该方法包括在短时加热器中对啤酒进行加热的步骤、将经加热的啤酒引导到热保持装置中的步骤并且在热保持装置对啤酒进行热保持的步骤，其中，在热保持装置的具有不大于12m的，尤其是4m至10m的长度的盘管中进行对啤酒的热保持。
本发明基于以下思路：在考虑到在相似杀灭速率时的z值的情况下能够实现微生物的反应动力学，减少时间(进而是热保持装置的长度)并且为此提高温度。此外，已经表明提高了的温度对产品质量有积极效果。
然而，传统的短时加热设施的热保持装置却包括20m或30m或更长的盘管。传统地，在现有技术中已经建立了这种长的盘管，以便达到将要灌装的啤酒的所期望的PE值。根据本发明，现在提供一种具有明显更短的盘管的设备和一种用于在这种设备中进行热保持的方法。通过与现有技术相比显着缩短的管路长度不仅可以节省材料继而节省成本，而且还能够实现热保持装置的更紧凑的结构形式，从而可以节省所需的场地。此外减少了压力损失、混合相进而是成品损失。在流过较短的段的情况下还减少了最快的和最慢的微粒之间的差异(即停留时间特性)，这反过来对产品质量和微生物的安全性具有积极影响。
然而，尽管温度足够高，但是过短的热保持段仍提高了由细胞团和防护皮所造成的损害，这是因为由于难以导热进而所需时间较长所造成的影响可能会比更大的温度差的积极影响更大。在不会经历蛋白质变性的经过滤的啤酒中，过高的温度含有不可逆的巴氏浊度的风险。因此，需要一定的热保持时间，并且不能完全取消例如在EP1146116B1中所提出的热传递机组中进行的热保持或转移。
根据本发明的设备的盘管可以具有0.05m至0.2m的直径。根据本发明的设备的短时加热器可以被构造成用于将啤酒加热到75℃之上的、尤其是在80℃之上的温度。
此外，还提供了一种用于生产啤酒的设备，其具有用于对啤酒进行发酵的发酵设备和上面所描述的设备。
在根据本发明的方法中，热保持可以在小于20s的、尤其是小于15s的、尤其是小于10s的时间段上进行，并且可以在短时加热器中将啤酒加热到75℃之上的、尤其是在80℃之上的、具有例如85℃上限的温度。
根据改进方案，啤酒可以以10m3/h至100m3/h之间的、尤其是15m3/h至90m3/h之间的、尤其是30m3/h至60m3/h之间的体积流量输送通过热保持装置，并且啤酒可以以0.5m/s至2m/s之间的、尤其是0.7m/s至1.7m/s之间的流速输送通过热保持装置。在所提及的参数范围的框架内，参数组合可以在啤酒的巴氏灭菌特性、稳定性特性以及口味质量方面进行优化(也参见下面的详细描述)。
在根据本发明的方法中，啤酒的体积流量与盘管的直径的平方的比在L*450/h与L*1250/h之间，其中，L是盘管的长度。此外，在根据本发明的方法中，盘管的长度与盘管的直径的平方的乘积在V*0.0008h与V*0.0021h之间，其中，V是单位为m3/h的啤酒的体积流量。
在所提及的改进方案中，功率扩散度(Leistungsspreizung)可以在30％至100％之间，尤其是在50％至100％之间，其中，100％相应于额定功率或最大功率，在额定功率或最大功率之上，热保持时间过短，而30％、尤其是50％相应于最小功率，在最小功率之下，在短时加热设施中的流动在许可的范围之外。
在针对根据本发明的设备和根据本发明的方法的上述的示例中，啤酒可以是经过滤的啤酒或未过滤的啤酒、如白啤酒。它也可以是下发酵或上发酵的啤酒。
附图说明
在下文中，参考附图描述根据本发明的方法的实施方式。所描述的实施方式在所有方面都应被视为仅是说明性的而非限制性的，并且所提到的特征的各种组合均包括在本发明中。
图1示出根据本发明的用于对啤酒进行热处理的设备的实施方式。
图2示出用于依赖于盘管的长度来调节体积流量与热保持装置的盘管的直径的平方的比的实验性结果。
图3示出用于依赖于施加在盘管中的啤酒的体积流量来选择所使用的热保持装置的盘管的长度与其直径的平方的乘积的关系的实验性结果。
图4示出针对新鲜的和陈化的经过滤的比尔森啤酒(Pils)的热指标。
图5示出针对新鲜的和陈化的白啤酒的热指标。
图6示出针对白啤酒的粒度分布。
图7示出针对经过滤的比尔森啤酒的氧气和陈化指标。
图8示出针对白啤酒的氧气和陈化指标。
在下文中，参照图1至8描述根据本发明的设备和根据本发明的方法的示例。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于对啤酒进行热处理的设备。为了更清楚，未绘制容器、冷却和加热回路、泵、配件、框架等。该设备包括短时加热器1和具有管路2a的热保持装置2。根据本发明的设备与现有技术相比具有显着减小了的热保持装置2的管路2a的管路长度，并且与现有技术相比具有更紧凑的结构形式。
在此提供了用于对啤酒进行热处理的方法，其中，用于热保持的热保持装置被用于对预先在短时加热器加热的啤酒进行热保持，其中，热保持装置包括具有在10m之下的、尤其是4m至10m的、尤其是5m至7m的长度。在现有技术中存在一种偏见，即，在约72℃的温度下相对较长的热保持时间对于实现巴氏杀菌是必要的，而不会显着破坏口味质量。而基于本申请的复杂的研究表明，在相对较短的加热保持段上、也就是说在热保持装置的相对较短的盘管中、并且在相应较短的热保持时间(例如，在10s或5s之下)的情况下、以及在相对较高的温度(例如在75℃之上，例如80℃)的情况下能够实现对啤酒的期望的巴氏杀菌或稳定化。
诸如热保持装置的盘管的长度和直径、热保持温度和热保持时间、流速以及通过热保持装置的盘管的被加热的啤酒的体积流量的参数可以根据实验性获得的结果以根据本发明的用于对啤酒进行热处理的方法来调整PE值和口味质量。
在这里要注意的是，在白啤酒中，细胞团、细胞团块和细胞团块周围的防护皮延迟了达到致死的(针对所要杀灭的细菌的)核心温度。因此，过短的热保持时间是成问题的。对于不会遭受蛋白质变性的经过滤的啤酒来说，过高的温度伴有不可逆的巴氏浊度的风险。
在未过滤的啤酒(例如白啤酒)中，除了上述问题之外，还增加了对浊度稳定性的需求。该需求需要相应的活化能量以能够实现蛋白质结构的散开和颗粒的所期望的粗化。如果使用平滑PE调节，则由于下降的温度经由功率匹配会出现不同的浊度强度。
如果现在，如在实践中大多是常见地，经由热保持段(30秒)应当生产重点关注微生物方面的经过滤的啤酒并且或者生产附加地重点关注浊度稳定化和灭活抑制泡沫的且加速陈化的酵母酶的白啤酒，则未过滤的啤酒所受的热负荷必定要比经过滤的啤酒所受的更高。在传统的实践中，已经建立了至少80℃的值用于达到可靠的浊度。在恒定的热保持的情况下，传统地引起了比微生物和对酶灭活所要求的高了很多倍的PE值。为了不低过80℃的界限，在该情况下往往取消了平滑PE调节，这以不利的方式在现有技术中导致在一半功率的情况下热负荷翻倍。在未过滤的啤酒的情况下除了针对的温度下限80℃的约束之外，CO2饱和压力限制了针对久制和稳定化的最高温度。该温度的实际上的上限可以被视为约85℃。在该温度的情况下，由于之后非常短的停留时间也存在仅被不充分灭杀细胞团或细胞团块或具有高z值的微生物的危险。
在这种情况下适用的是，找到经优化的热保持方法，其允许生产经过滤的微生物稳定的啤酒，并且在其中，在是未过滤的啤酒的情况下超过相应的变性温度，而在是经过滤的啤酒的情况下不达到。
根据本发明，与现有技术相比，使用了缩短的热保持段/时间。图2中示例性地表明了在巴氏灭菌/啤酒稳定化和口味质量方面显示出令人满意的成果的实验性的成果。图2中示出了针对15m3/h至90m3/h的体积流量的成果。在纵坐标上标示了啤酒的所施加的体积流量与所使用的热保持装置的盘管的直径的平方的比，而在横坐标上标示了该盘管的长度。通过两条实线显示了可容许的参数的界限(最大和最小)。因此可以依赖于所使用的热保持装置的盘管的长度地调节啤酒的体积流量或者说体积流量与盘管的直径的平方的比，以便在巴氏灭菌/啤酒稳定化和其口味质量方面达到了期望的成果。针对下限(最小)，得到了以下关系，其中，V是单位为m3/h的体积流量，D是单位为m的直径，L是单位为m的热保持段的长度：
V/D2＝L*450 1/h。
针对上限(最大)，得到了以下关系：
V/D2＝L*1250 1/h。
图3示出下在巴氏灭菌/啤酒稳定化和其口味质量方面的(最小)公差界限和(最大)公差界限，其中，在纵坐标上标示了所使用的热保持装置的盘管的长度与其直径的平方的乘积，而在横坐标上标示了在盘管中所施加的体积流量。针对下限(最小)，得到了以下关系，其中，L是单位为m的热保持部的长度，D是单位为m的热保持部的直径，V是单位为m3/h的体积流量：
L*D2＝0.0008h*V。
针对上限(最大)，得到了以下关系：
L*D2＝0.0021h*V。
表2中示出了示例性的根据本发明的设备的技术上相关的设施尺寸的有利的参数组合(体积流量在15m3/h和90m3/h之间)。在此，针对每个额定功率(100％)，示出了根据本发明的实施方式被最佳地实施的热保持部，其具有单位为mm的管路直径和单位为m的长度。在该实施方式中现在可能的是，在100％的额定功率和在一半的功率的情况下以220PE和高于80℃的热保持温度来处理白啤酒，而且以例如28PE和在80℃之下的热保持温度对经过滤的啤酒，如比尔森啤酒进行巴氏灭菌。此外，反映了平均流速以及由此得到的Re数。
表2
停留时间分布的数学上的模拟显示了针对这些停留时间分布中的每个都是完全湍流的流型，在热保持短的情况下更均匀的分布。由于与现有技术相比更短的被流过的具有较少的变向部的长度，使得在热保持结束时的最慢的和最快的颗粒之间的时间差异是非常小的。因此，在路段较短的情况下，较少有流体微粒被热保持过长时间，并且因此，该较短的路段应有助于总热负荷减少。在路段较短的情况下发生了几乎没有颗粒欠缺巴氏灭菌。其中有在1％之下的废弃的颗粒在完成设计成微生物学的热保持之前6秒离开了路段。而在现有技术的较长的热保持部中，却有其中20％的废弃的颗粒在完成之前30秒离开了热保持部，并且因此，这些颗粒可能会没有被充分热处理。
此外，描述了实验结果，其利用具有30s的热保持的设施以及利用根据本发明以停留时间为6s运行的设备来实现。实验参数和所得的灭杀动力学被反映在表3中。测试的是经过滤的啤酒(比尔森啤酒)和白啤酒。
表3：实验参数
在白啤酒中，颜色强度方面得到在热保持方法之间没有差异(13.5±0对13.5±0.05EBC)。图4和图5示出了在热指标(分析方法：中欧酿酒标准，啤酒及啤酒基饮料，方法2.23(MEBAK Wort，Beer and Beer-based Beverages，method 2.23))中，尤其是在陈化的啤酒中，不仅在是经过滤的啤酒的情况下而且在是白啤酒的情况下都显示出有利于短的热保持的明显差异。
在查验浊度指标时，在是经过滤的啤酒(品种：比尔森啤酒)的情况下，在PE相同并且估计78.4℃时的在浊度值方面没有差异(参见表4)。
表4：比较品种比尔森啤酒的浊度指标
在78.4℃时6秒. 在72℃时30秒
浊度90°/25°[EBC]0℃ 0.28/0.10 0..26/0.10
浊度90°/25°[EBC]20℃ 0.21/0.06 0.20/0.07
针对经过滤的啤酒，还获知了泡沫数(分析方法：Nibem WBBM2.18.2)。在这方面同样得到了在长的和短的热保持(279±4秒对281±0秒)之间也没有差异。总之，在该实施方式中，该温度可以在6秒热保持的情况下作为针对经过滤的啤酒的目前的最高极限。已经指明的是，在该温度/时间配对中，在含酒精的啤酒中结束了针对啤酒有害物的KZE处理的范围(40PE)。如果也要处理无酒精的经过滤的啤酒的话，直至70的PE单位是值得推荐的。针对短时加热，这意味着在78.4℃的固定的温度下保持10秒。
作为用于评估浊度的表征性的变量，在白啤酒的情况下分析粒度分布(分析方法：光度法)(参见图6)。与KZE之前的零点样本相比，加热的成功显示出颗粒的明显粗化。因此，在KZE之前，只有其中29％的颗粒处于对于浊度相关的200nm～1000nm的范围内(在200nm之下的是光散射过低，而在1000nm之上的是沉降速度过高)。在短期加热后，其中约55％的颗粒位于该范围内并且对与酵母无关的稳定的浊度作出贡献。而在这两种热热保持方法之间没有显着差异。因此，超过相应的温度(80℃)对于变性具有决定性作用(如在当前文献中已经描述)，时间在此起到次要作用。
如下认识对于功率匹配也具有决定性作用，即，3.2℃的温差没有显着影响。因此可行的是，利用在恒定的220PE的情况下的缩短了的热保持，将功率进行匹配直到达到>80℃，而不必担心影响浊度。
此外，查验了根据本发明的短时加热方法对啤酒质量和风味的影响(分析方法：中欧酿酒标准，啤酒及啤酒基饮料，方法2.21(MEBAK Wort，Beer and Beer-basedBeverages，method 2.21))。在比较经滤波的Pils品种的情况下，在PE相同的情况下，在短的热保持时得到了更好的值。在新鲜的和加速陈化的啤酒中，具有短的热保持的啤酒在氧气和陈化指标中显示出较低的总和值(参见图7)。
同样地，在比较品种白啤酒的情况下在短热保持时显示出更好的值。在新鲜的和加速陈化的啤酒中，具有短的热保持的啤酒在氧气和陈化指标中显示出较低的总和值(参见图8)。
微生物学地，经过滤的和未过滤的啤酒都是同样稳定的，即正常。复位试验也显示出没有微生物学的或浊度技术上的变化。
总结地，可以示例性地说明了表5中列出的关于在对啤酒进行热处理时的时间/温度组合的建议。
表5：针对啤酒短时加热器的建议的设计参数
*值以等式1计算。

Claims (15)

1.用于对啤酒进行热处理的设备，其具有
短时加热器；以及
与所述短时加热器连接的热保持装置，所述热保持装置具有用于对啤酒进行热保持的盘管；
其特征在于，
所述盘管具有不大于12m的、尤其是4m至10m的长度，并且所述盘管具有0.05m至0.2m的直径。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述短时加热器被构造成用于将经过滤的啤酒加热到75℃至最大78.5℃之间的温度，并且将未过滤的啤酒加热到80℃至最大85℃之间的温度。
3.用于生产啤酒的设备，其具有用于对啤酒进行发酵的发酵设备和根据权利要求1或2所述的设备。
4.用于对啤酒进行热处理的方法，其具有以下步骤：
在短时加热器中对啤酒进行加热；
将经加热的啤酒引导到热保持装置中；并且
其特征在于
在所述热保持装置的盘管中对啤酒进行热保持，其中，所述盘管具有在12m之下的、尤其是4m至10m的长度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，热保持在小于20s的、尤其是小于15s的、尤其是小于或等于10s的时间段上进行。
6.根据权利要求4和5所述的方法，其中，所述盘管具有0.05m至0.2m的直径。
7.根据权利要求4至6中任一项的方法，其中，将经过滤的啤酒加热到75℃之上的温度，并且/或者将未过滤的啤酒加热到-80℃之上的温度。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，将经过滤的啤酒加热到最高78.5℃的温度，并且/或者将未过滤的啤酒加热到最高90℃的，尤其是最高达最大85℃的温度。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的方法，其中，将啤酒以10m3/h至100m3/h之间的、尤其是15m3/h至90m3/h之间的体积流量输送通过所述热保持装置。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，其中，啤酒的体积流量与所述盘管的直径的平方的比在L*450/h与L*1250/h之间，其中，L是盘管的长度。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的方法，其中，所述盘管的长度与所述盘管的直径的平方的乘积在V*0.0008h与V*0.0021h之间，其中，V是单位为m3/h的啤酒的体积流量。
12.根据权利要求4至11中任一项所述的方法，其中，功率扩散度在30％至100％之间，尤其是在50％至100％之间。
13.根据权利要求4至12中任一项所述的方法，其中，啤酒是经过滤的啤酒或未过滤的啤酒、尤其是白啤酒，或者是下发酵的啤酒或上发酵的啤酒。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，啤酒是经过滤的啤酒，并且所述盘管的长度为6m至8m，所述盘管的直径为0.065m至0.15m，所述经过滤的啤酒在所述盘管中的体积流量为15m3/h至90m3/h，热保持时间为0.08分钟至0.19分钟，并且热保持温度为75.1℃至78.5℃。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，啤酒是未过滤的白啤酒，并且所述盘管的长度为6m至8m，所述盘管的直径为0.065m至0.15m，所述经过滤的啤酒在所述盘管中的体积流量为15m3/h至90m3/h，热保持时间为0.08分钟至0.19分钟，并且热保持温度为80.2℃至83.6℃。
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