CZ281705B6 - Proces přípravy sladiny - Google Patents

Abstract

Proces přípravy sladiny, vycházející ze spáry, zahrnující oddělení mláta ze zápary, aby se vytvořila čistá sladina. Oddělení mláta probíhá alespoň v jedné membránové filtrační jednotce s membránovým filtrem o velikosti pórů, nepřesahujících 2,0 .sub./.n.um, jestliže je požadováno přidání chmele a vaření sladiny.ŕ

Description

Způsob přípravy a zpracování sladiny

Oblast technikv

Vynález se týká způsobu přípravy a zpracování sladiny, vycházející ze zápary, zahrnujícího oddělení mláta ze zápary. Podrobněji se vynález týká kontinuálního způsobu přípravy sladiny.

Dosavadní stav technikv

Jestliže se připravují nápoje z obilnin, konkrétněji když se vaří pivo, používá se sladina. Konvenční příprava sladiny se provádí smícháním výchozích materiálů, obsahujících například nesladová obilná zrna (kukuřice) a vodu. Tyto materiály jsou nejdříve rozemlety na prášek a pak smíchány s vodou. Výsledná suspenze je udržována po určitou dobu při teplotě alespoň 40 “C za přítomnosti zdroje enzymů, např. sladu. Tím dochází k želatinaci a zkapalnění. V dalším kroku je provedena, po dodatečném přidání sladu, anebo vnějšího zdroje enzymů, kontinuální enzymatická konverze směsi (zápary).

Rovněž je možné připravit sladinu na základě sladu a vody. První krok je pak vynechán.

Takto získaný produkt obsahuje z největší části vodu, nerozpustné komponenty surovin a také rozpustné složky, takové jako fermentabilní cukry a proteiny. V konvenčním způsobu je tato směs filtrována za účelem odstranění nerozpustných složek, mláta. Filtrátem nebo extraktem je sladina. Pro vaření piva se pak přidá ke sladině chmel a sladina s chmelem se vaří. Vytvořené vločky, jestliže nějaké jsou, se odstraní a sladina je ochlazena na cca 8 “Ca podrobena fermentaci.

Evropská patentová přihláška 0 265 152 popisuje filtraci sladiny, používající membránu o průměru pórů v rozmezí 10,0 - 100,0 μπι. Jak vyplývá z textu této publikace, je membrána určena k separaci mláta ze zápary, výhoda spočívá v malé velikosti částic výchozích produktů, které mohou být použity. Toto má výhody, týkající se účinnosti extrakce cukrů ze surovin.

Membránová filtrace podle této publikace nemá za následek čistou sladinu, která je vhodná pro další zpracování. Zvláště z textu publikace vyplývá to, že sladina, která je produkována na počátku, není zbavena suspendovaných částic, takže je žádoucí dodatečná filtrace. To je nevýhodou tohoto způsobu. Navíc způsob, popisovaný v této publikaci, nelze provádět kontinuálně.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je způsob přípravy sladiny, vycházející ze zápary, oddělení mláta ze zápary, aby vznikla čistá sladina, který má tu výhodu, že jej lze provádět kontinuálně, přičemž oddělení dále probíhá s vysokým výtěžkem extraktu.

Vynález se vyznačuje tím, že mláto je odděleno ze zápary v alespoň jedné membránové filtrační jednotce, mající velikost

-1CZ 281705 B6 pórů membrány, nepřesahující 2,0 μιη, jestliže je požadován následně přídavek chmelu ke sladině a její vaření.

Překvapivě bylo zjištěno, že zlepšené separace mláta ze zápary se dosáhne použitím způsobu podle vynálezu. Je získána nejen čistá sladina, která může být smísena s chmelem a vařena bez dalšího čištění, ale výtěžek extraktu je rovněž vyšší.

Kromě toho dochází při způsobu podle vynálezu mnohem méně ke znečištění membrány, než při způsobu podle Evropské patentové přihlášky 0 265 152, což přináší výhodu, že způsob lze provádět kontinuálně, přičemž je požadováno mnohem méně čištění membrán.

Membránová filtrace je prováděna použitím alespoň jednoho membránového filtru, ale především použitím vícestupňového filtru, například vícestupňového protiproudového filtračního zařízení, jako třístupňového, anebo vícestupňového filtračního zařízení s příčným proudem.

Membrány v membránovém filtru mají velikost pórů, nepřesahující 2,0 μη, výhodné rozmezí je 0,1-1,5 μη. Výsledkem takové velikosti pórů je optimální účinnost filtrační jednotky, protože při této velikosti pórů je získána sladina vyhovující čistoty s vysokým výtěžkem. Membránový filtr má rovněž dobrou schopnost samočištění. Materiál membrány není podstatně důležitý. Zvláště důležitá je mechanická stabilita při teplotě filtrované sladiny. Kromě toho materiál musí být vhodný pro použití ve styku s potravinami. Zvláště vhodné jsou membrány na bázi keramických materiálů.

Překvapivým aspektem způsobu podle vynálezu je skutečnost, že velikost částic tuhých materiálů má pouze slabý účinek na aktivitu membrány, na rozdíl od membrány, která je uvedena v citované Evropské patentové přihlášce.

Sladina, získaná způsobem podle vynálezu, má čistotu měřenou v jednotkách EBC při 65 ’C od 0,25 do 5. Čistá sladina je smíchána s chmelem a směs se vaří. Může být pak dosažena flokulace takových materiálů, jako jsou proteiny a polyfenoly. Jestliže je to požadováno, jsou tyto vyvločkované látky odstraněny separátorem, anebo systémem Whirlpool. Po ochlazení sladiny na teplotu v rozmezí od 2 ’C do 25 ’C, přednostně na 8 ’C, sladina může být zkvašena na pivo.

Vaření sladiny probíhá především kontinuálně, s rekuperací alespoň části tepla. Vhodná zařízení jsou známa z literatury. Tato zařízení mohou být založena například na vícestupňových odparkách s výměnou tepla záparových plynů se sladinou.

Zápara, vyrobená pro získání sladiny podle vynálezu, může být získána různými způsoby, například konvenčním zpracováním, vsázkovým způsobem pracujícím zařízením k výrobě zápary. V rozsahu vynálezu je však dávána přednost použití zařízení pro kontinuální zapařování.

Podle výhodného provedení vynálezu je proto používán uzavřený proudový reaktor. Uvedený reaktor má drobné zpětné promíchávání a předmíchávání reaktantů.

-2CZ 281705 B6

Způsob je možné provádět v jednom nebo větším počtu uzavřených proudových reaktorů. Počet reaktorů závisí zčásti na povaze surovin, které jsou použity.

Použije-li se nesladové obilí, jsou prováděny dva reakční kroky. V prvním -kroku je práškový materiál želatinizován a zkapalňován vlivem enzymového systému. Tento enzymový systém často pochází ze sladu. Ve druhém kroku je přidán slad, anebo dodatečný enzymový systém a probíhá další reakce. Je tedy potřebné použít dvou reakčních kroků, které mohou být výhodně provedeny ve dvou reaktorech.

Jestliže je použit pouze slad bez nesladového obilí, postačuje provádět pouze druhý reakční krok, který může probíhat v jednom reaktoru.

Tuhé komponenty, jako slad a nesladové obilí, jsou nejprve rozemlety na prášek, např. v kladivovém mlýnu, na velikost částic, které mohou pak procházet sítem o velikosti ok v rozmezí 5 |xm - 5 mm.

Tuhé práškové látky jsou smíchány s vodou a vedeny do reaktoru nebo reaktorů. Jestliže je použito nesladové obilí, je udržována teplota v prvním reakčním kroku v rozmezí 40 až 100 °C. Želatinace a zkapalnění probíhá tím za vlivu přítomného enzymového systému. Ve druhém reakčním kroku jsou přidány slad, anebo zdroj enzymů, a voda spolu s produktem, získaným v prvním reakčním kroku. V tomto reakčním kroku dochází k enzymatické konverzi. Teplota v tomto reakčním kroku je obecně v rozmezí 30 až 80 °C. Jestliže se nepoužije nesladové obilí, je pouze jeden reakční krok a smés sladu a vody je vedena k tomuto reakčnímu kroku.

Jako uzavřený proudový reaktor mohou být použity různé typy reaktorů, v jejichž spojení má zvláštní důležitost to, že nedochází ani k nepřijatelnému zpětnému promíchávání, ani předběžnému míchání komponentů. Příkladem toho jsou trubkové reaktory a kaskády, více nebo méně promíchávané cisternové reaktory. Vhodný typ reaktoru je vytvořen pomocí tzv. rotačního diskového kontaktního reaktoru, kterým je známý typ věžového reaktoru, jak je popsán např. v Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Third Edition, Vol. 9, page 702 (3. vydání, svazek 9, str. 702).

Takový reaktor se obecné skládá z kolony, provedené se středovým míchadlem, mající řádově 10 nebo více disků nebo desek. Tyto talíře nebo desky pokrývají alespoň 80 % průřezu kolony. Obecně nepřesahuje tato plocha 95 %. Otáčením hřídele a disků v koloně probíhá vlastní disperze tuhé hmoty v kapalině.

Ve spojení s požadovanou možností čistit kolonu je možné použít přednostně zařízení, z něhož může být hřídel jednoduše vyjmut, např. v důsledku nepřítomnosti rozrážeče v koloně.

Použití rotačního diskového kontaktního reaktoru má překvapivou výhodu, že velikost částic surovin může být upravena téměř nezávisle na použitém aparátu, aniž by docházelo k problémům usazování, nebo hromadění tuhé hmoty. V kombinaci s použitím membránové filtrace toto znamená, že velikost částic výchozích materiálů může být volena libovolné, takže tato velikost částic může být

-3CZ 281705 B6 optimálně upravena nezávisle na povaze výrobního zařízení. Ve srovnání se situací v konvenční vsázkové filtraci je toto velmi výhodné. U vsázkové filtrace nejsou žádné možnosti měnit velikost částic, protože by to okamžitě vedlo k problémům při filtraci sladiny.

Ochlazená sladina může být zkvašena, volitelně po prodlení v ústojné nádobě. Vynález se proto rovněž týká způsobu vaření piva s použitím sladiny, připravené shora uvedeným způsobem. Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude nyní podrobněji popsán s ohledem na přiložený výkres na příkladu výrobního schématu podle výhodného provedení a také provedení dvou membránových systémů.

Na výkrese znázorňuje:

Obr. 1 schéma výhodného provedení způsobu podle vynálezu.

Obr. 2 podrobněji provedení třístupňové protiproudové membránové filtrace.

Obr. 3 provedení membránové filtrace s příčným proudem. Příklady provedeni vynálezu

Výrobní schéma na obr. 1 znázorňuje směšovač 1 do něhož se přivádí voda o teplotě cca 55 ’C, prášek nesladového obilí a slad potrubím 2, 3 a 4. Po smíchání se směs vede potrubím 5 do prvního rotačního diskového kontaktního reaktoru 6, který obsahuje míchadlo 7, opatřené disky 8.. Reaktor 6 je vybaven ohřívacími prvky, které nejsou znázorněny, pomocí nichž může být reaktor upraven, aby se udržela požadovaná teplota.

Produkt z reaktoru 6 je odtahován potrubím 9 do rotačního diskového kontaktního reaktoru 10.. Voda o teplotě cca 55 ^eC a práškový slad jsou vedeny potrubím 12 a 13 do sméšovače 11. Výsledná směs je vedena potrubím 14 do spodní části kolony 10. kde je smíchána po určitou zbývající dobu s produktem z reaktoru 6.

Potrubím 15 je vedena výsledná zápara k membránové filtraci

16. ke které je dodatečně přidána voda, která je vedena potrubím

17. Potrubím 18 je odváděna získaná čistá sladina z membránové filtrační jednotky. Mláto je odváděno potrubím 19.

Čistá sladina je smíchána s chmelem, přiváděným zásobním potrubím 20. Směs sladiny a chmelu je vedena do výměníku tepla, v němž se předehřeje teplem z kroku vaření. Předehřátá sladina je vedena do vařáku sladiny 22, v němž je po nějakou dobu vařena. Uvařený produkt se vede potrubím 23 k separátoru 24., v němž se oddělí flokulované materiály, jako proteiny a polyfenoly. Čistá uvařená sladina se vede potrubím 25 do chladiče 26, v němž se ochladí. Potrubím 27 může být sladina odváděna např. ke kvašení.

Obr. 2 znázorňuje možné uspořádání trojstupňové protiproudové membránové filtrace. Podle tohoto obrázku je zápara vedena

-4CZ 281705 B6 potrubím 51 do prvního membránového filtru 52, z něhož je čistá sladina odváděna potrubím 53. část, zachycená na filtru 52, se vrací potrubím 54 k plnicímu otvoru filtru, spolu s filtrátem druhého membránového filtru 55. Zbytek filtračního koláče je veden potrubím 56 do druhého membránového filtru 55. Filtrát této membrány je vracen potrubím 57 do prvního membránového filtru. Zadržená látka sekundárního filtru 55 je částečně vracena k plnicímu otvoru sekundárního membránového filtru 55 potrubím 58.

Zatímco zbytek je veden potrubím 59 ke třetímu membránovému filtru 60, filtrát z tohoto třetího membránového filtru 60 je vracen potrubím 61 k plnicímu otvoru druhého filtru 55. Část, zadržená třetím filtrem 60, je vracena potrubím 62 k plnicímu otvoru třetího filtru 60 spolu s vodou, přiváděnou potrubím 63. Zachycený zbytek, mláto, je odtahován potrubím 64.

Popis tohoto systému je založen na třístupňové filtrační jednotce, ale je samozřejmě možné přizpůsobit počet stupňů požadavkům, při použití téhož principu.

Obr. 3 znázorňuje provedení filtrační jednotky s příčným proudem na základě třístupňového zařízení, ale počet členů může být přizpůsoben požadavkům při použití stejného principu.

Na obr. 3 je vedena zápara potrubím 100 do prvního membránového filtru 101. odkud je odváděna čistá sladina potrubím 102. Filtrační koláč filtru 101 je částečně veden potrubím 103 do druhého membránového filtru 104 a zčásti vracen potrubím 112 k plnicímu otvoru filtru 101. Potrubím 105 je vedena voda k plnicímu otvoru filtru 104. Filtrát membránového filtru 104 je odváděn potrubím 106 a spojen s filtrátem prvního membránového filtru 101. Filtrační koláč druhého filtru 104 je částečně vracen potrubím 107 do třetího membránového filtru 108. spolu s vodou, dodávanou potrubím 109. a částečně vracen potrubím 113 k plnicímu otvoru filtru 104. Filtrát tohoto třetího membránového filtru 108 je spojen přes potrubí 110 s filtrátem prvních dvou filtrů. Zachycený zbytek mláta je zčásti odváděn potrubím 111 a zčásti vracen potrubím 114 k plnicímu otvoru filtru 108.

Vynález bude dále objasněn na příkladu způsobu, na který není omezen.

Příklad

Do sméšovače 1 zařízení, znázorněného na obr. 1, je přidáno hodinově 5 kg kukuřice, 2,5 kg sladu a 22,5 1 vody o teplotě 55 °C. Kukuřice a slad byly rozemlety na prášek v kladivovém mlýnu na velikost částic, které mohou procházet sítem s velikostí ok 1,5 mm. Směs měla teplotu 50 ’C„ Směs byla vedena do rotačního diskového kontaktního reaktoru, v němž byla teplota zvýšena na 95 ’C. Celkový čas prodlení směsi v reaktoru při 50 “C činil 5 min., zatímco čas prodlení při 95 ’C byl 10 až 15 min.

Ke směsi 11 bylo přidáno 15 kg/hod. sladu o téže velikosti částic a 45 1 vody o teplotě 55 ’C. směs takto získaná měla teplotu 50 ’C a byla přiváděna do spodní části rotačního diskového kontaktního reaktoru.

-5CZ 281705 B6

Produkt z prvního rotačního diskového kontaktního reaktoru byl veden do druhého rotačního diskového kontaktního reaktoru v takové výši, že doba prodlení směsi slad/voda byla cca 15 min. při 50 ’C. Při míšení se teplota horkého produktu zvýšila na 65 ’C. Tato teplota byla udržována 30 min., po které byla zvýšena na 76 ^eC a udržována dalších 5 min.

Po tomto zpracování byla získána zápara s obsahem extraktu cca 21,5 %, která byla vedena do membránové filtrační jednotky 16. Tato jednotka byla znázorněna na obr. 2. Membránové filtrace, kde bylo použito membrán o velikosti pórů 0,4 μιη, poskytla sladinu o čistotě 0,3 jednotky EBC (při 65 ’C). Po smíchání s chmelem, vaření, odstranění vytvořených kukuřičných vloček a ochlazení, byla získána studená sladina o teplotě 8 °C, připravená k zkvašení na pivo.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (4)

1. Způsob přípravy a zpracování sladiny, vycházející ze zápary, při němž se ze zápary odděluje mláto a získává se sladina filtrováním alespoň v jedné membránové filtrační jednotce a v případě potřeby se ke sladině přidá chmel a sladina s chmelem se vaří na mladinu, která dále zkvašuje na pivo, vyznačující se tím, že se zápara filtruje v membránové filtrační jednotce o velikosti pórů filtru do 2 μιη.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se zápara filtruje ve vícestupňové protiproudé membránové filtrační jednotce, nebo ve filtrační jednotce s příčnými proudy.

3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se zápara filtruje ve třístupňové protiproudé membránové filtrační jednotce.

4. Způsob podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že se sladina s chmelem vaří v zařízení s rekuperací tepla.