CZ281791B6 - Proces kontinuální přípravy sladiny - Google Patents

Abstract

Proces kontinuální přípravy sladiny, který zahrnuje kontinuální enzymatickou konverzi sladu v alespoň jednom rotačním diskovém kontaktním reaktoru a oddělení mláta ze zápary v separační jednotce a dále procec kontinuální přípravy sladiny, který zahrnuje kontinuální želatinaci a enzymatické zkapalnění směsi, založené na nesladovém obilí, sladu anebo enzymatickém zdroji a vodě, v rotačním diskovém kantaktním reaktoru, přidáním sladu anebo zdroje enzymů se získá enzymatickou konverzí podukt s oddělením mláta ze zápary v separační jednotce se získá čistá sladina.ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu kontinuální přípravy sladiny, zahrnující kontinuální enzymatickou konverzi sladu na záparu. Kromě toho se vynález zabývá kontinuální želatinací a enzymatickým zkapalněním směsi, založenou na nesladovém obili, zdroji enzymů a vodě. Vynález se rovněž týká kontinuálního způsobu přípravy sladiny, zahrnující shora uvedené kroky s následným kontinuálním oddělením mláta ze zápary.

Dosavadní stav techniky ·

Jestliže se vyrábějí nápoje z obilnin, konkrétněji vaří-li se pivo, používá se sladina. Konvenční příprava sladiny se provádí smícháním výchozích materiálů, např. obsahující nesladové obilí (kukuřice) a vodu. Tuhé materiály jsou nejdříve rozemlety na prášek a prášek je smíchán s vodou. Výsledná suspenze je udržována po určitou dobu při teplotě alespoň 40 ’C za přítomnosti zdroje enzymů, např. sladu. Dochází tím k želatinací a zkapalněni. V následném kroku je provedena kontinuální enzymatická konverze smési (zápary) po dodatečném přidáni sladu, anebo vnějšího zdroje enzymů.

Rovnéž je možné připravit sladinu na bázi sladu a vody. Pak je první krok vynechán.

Takto získaný produkt obsahuje hlavně vodu, nerozpustné komponenty surovin a také komponenty jako fermentabilni a nefermentabilní cukry a proteiny. V konvenčním způsobu je tato směs filtrována, aby se odstranily nerozpustné složky, mláto. Filtrát nebo extrakt je sladina. Pro vařeni piva je pak ke sladině přidán chmel, která je vařena. Vločky kukuřice, pokud se vytvoří, jsou odstraněny a sladina je ochlazena na teplotu cca 8 ’C a fermentována.

V minulosti bylo uskutečněno mnoho výzkumných prací týkajících se kontinuálního prováděni kroků jako želatinace, zkapalnění a konverze na fermentabilni a nefermentabilní cukry. Zvláště byl uskutečněn výzkum prováděni těchto kroků v obálkovém výměníku tepla (Food Engineering Int. 1, Dec. 76, pp. 22-27). Tento výzkum však nevyústil v komerční použití.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je vytvořit způsob kontinuální přípravy sladiny, v némž se nevyskytují problémy, vzhledem ke kontaminaci a podobné, a která má dodatečnou výhodu, že zde nejsou, anebo jsou podstatně zredukována omezení týkající se velikosti částic surovin, které budou použity.

Vynález se rovněž týká způsobu kontinuální přípravy sladiny, zahrnující kontinuální enzymatickou konverzi sladu v rotačním diskovém kontaktním reaktoru a oddělení mláta ze zápary v separační jednotce. Vynález se rovněž týká takového způsobu, který zahrnuje kontinuální želatinací a enzymatické zkapalnění směsi,

-1CZ 281791 B6 založené na nesladovém obilí, zdroji enzymu a vodě, v rotačním diskovém kontaktním reaktoru, přidáním sladu, anebo zdroje enzymů k výslednému produktu, enzymatickou konverzi tohoto produktu a oddělení mláta ze zápary v separační jednotce.

Enzymatická konverze je prováděna kontinuálně v rotačním diskovém kontaktním reaktoru.

Způsob je možno provádět v jednom nebo ve větším počtu rotačních diskových kontaktních reaktorů. Počet reaktorů částečně závisí na vlastnostech surovin, které mají být použity.

Použije-li se nesladové obilí, provádějí se dva reakční kroky, první, v němž je materiál rozemletý na prášek, želatizován a zkapalněn za vlivu enzymatického systému. Tento enzymatický systém často pochází ze sladu. Ve druhém kroku se přidá slad, a/nebo enzymatický systém a probíhá další reakce. Je tedy nutné provádět dva reakční kroky, které mohou být prováděny výhodně ve dvou reaktorech, ačkoliv je rovněž možné použít jeden reaktor za podmínky, že je opatřen vstupy ve správných místech. Jestliže je použito pouze sladu bez nesladového zrna, postačuje provádět pouze druhý reakční krok, který lze provádět v jednom reaktoru.

Bylo překvapivé zjištěno, že je velmi dobře možné připravit sladinu způsobem podle vynálezu, aniž by docházelo k problémům, které příslušejí známým kontinuálním metodám přípravy sladiny.

Tuhé komponenty jako slad a nesladové obilí, použité podle vynálezu, jsou nejprve rozemlety na prášek, například v kladivovém mlýnu, o velikosti částic, které mohou procházet síty o velikosti oka v rozmezí od 5 p.m do 5 mm.

Tuhé práškové materiály jsou smíchány s vodou a vedeny do jednoho nebo více reaktorů. Jestliže je použito nesladového zrna, je v prvním reakčnim kroku udržována teplota v rozmezí od 40 °C do 100 “C. Želatinace a zkapalnění probíhá vlivem přítomného enzymového systému. V druhém reakčnim kroku dochází k enzymatické konverzi. Teplota v tomto reakčnim kroku je obecně udržována v rozmezí 30 až 80 °C. Použije-li se nesladové obilí, je pouze tento reakční krok a smés sladu a vody vedena přímo do druhého reakčního kroku.

Podle vynálezu se používá rotační diskový kontaktní reaktor známého typu kolonového reaktoru, jak je popsán například v Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, třetí vydání, svazek 9, str. 702.

Takový reaktor se skládá obecně z kolony, opatřené míchací hřídelí spojenou s 10 nebo více disky nebo deskami. Tyto disky nebo desky pokrývají alespoň 80 % průřezu kolony. Obvykle tato plocha nepřevyšuje 95 %. Otáčením hřídele a disků v koloně se provádí disperze tuhé hmoty v kapalině.

Ve spojení s požadovanou možností čištění kolony se používá přednostně systém, v němž může být hřídel jednoduše odstraněna v důsledku nepřítomnosti rozrážeče v koloně.

Použití rotačního diskového kontaktního reaktoru má překva

-2CZ 281791 B6 pivou výhodu, že velikost částic surovin může být upravena vždy nezávisle na zařízení. V kombinaci s použitím kontinuální filtrace sladiny toto znamená, že velikost částic výchozích materiálů může být volena libovolně, takže může být upravena velikost částic optimálně, nezávisle na vlastnostech výrobního zařízení.

Oddělení mláta ze zápary může být provedeno různými způsoby. Je možné provádět konvenční filtraci sladiny. Toto je obzvláště v situaci, že existující varna může být rozšířena. Jednoduchým přidáním rotačního diskového kontaktního reaktoru ve spojení s vyrovnávací nádobou může být podstatně zvýšena kapacita a efektivnost varny. V tomto případě se rovněž provádí enzymatická konverze přednostně konvenčním diskontinuálním způsobem.

Nicméně výhody způsobu podle vynálezu mohou být lépe využity, jestliže se provádí filtrace sladiny rovněž kontinuálně, např. s použitím kombinace směšovače a usazovacích jednotek. Je upřednostňováno použití membránové filtrace, jelikož výsledkem je optimální účinek v kontinuitě způsobu a účinnosti přípravy sladiny.

Upřednostňované provedení způsobu podle vynálezu je charakterizováno tím, že je mláto odděleno ze zápary alespoň v jedné membránové filtrační jednotce, jestliže je následné požadován přídavek chmele ke sladině a její vaření.

Membránová filtrace je zefektivněna použitím alespoň jednoho membránového filtru, ale přednostně použitím vícestupňového filtru, např. vícestupňového protiproudového filtračního zařízení, jako je třístupňové zařízení, anebo vícestupňové filtrační zařízení s příčným prouděním.

Membrány v membránovém filtru mají velikost pórů nepřevyšující 2,0 μπι, přednostně v rozmezí 0,1 až 1,5 μπι. Výsledkem takové velikosti pórů je optimální aktivita filtrační jednotky, protože při této velikostí pórů se získá přiměřeně čistá sladina a dosáhne se vysokého výtěžku. Membránový filtr má rovněž dobrý samočisticí účinek. Materiál membrány není příliš kritický. Zvláštní důležitost je kladena na jeho mechanickou stabilitu při teplotě filtrované sladiny. Kromě toho musí být materiál vhodný pro použití při styku s potravinami. Jsou vhodné zejména membrány na bázi keramických materiálů.

Je třeba poznamenat, že v evropská patentové přihlášce EP 0 265 152 je popsána filtrace sladiny používající membránu s velikostí pórů o průměru 10,0 až 100,0 μπι. Jak vyplývá z textu uvedené publikace, je membrána určena k oddělení mláta ze zápary, její výhoda spočívá v tom, že mohou být tak použity menší částice výchozích materiálů. To má výhody vzhledem na účinnost extrakce cukrů ze surovin.

Avšak výsledkem membránové filtrace podle uvedené publikace není čistá sladina, která je jednoduše přizpůsobena pro další použiti. Z textu uvedené přihlášky vyplývá zejména, že z počátku produkovaná sladina obsahuje suspendované částice, takže je žádoucí dodatečná pomocná filtrace. To je nevýhoda uvedené metody.

Použije-li se membrána s velikostí pórů v rozmezí podle

-3CZ 281791 B6 předloženého vynálezu, je výtěžek extraktu lepší, než použije-li se membrána s většími póry. Kromě toho se membrána méně ucpává. Dále má výhodu v tom, že způsob může probíhat kontinuálně, poněvadž čištění membrán je požadováno mnohem méně často.

Sladina získaná způsobem podle vynálezu má čistotu, měřenou v jednotkách EBC při 65 °C v rozmezí 0,25 až 5. Čistá sladina se smíchá s chmelem a směs se vaří. Může pak dojít ke flokulaci materiálů jako proteiny a polyfenoly. Jestliže je to požadováno, mohou být flokulované materiály odstraněny například v separátoru. Po ochlazení sladiny na teplotu v rozmezí 2 až 25 °C, přednostně cca 8 ’C, může být sladina fermentována na pivo.

Vaření sladiny přednostně probíhá kontinuálně, se zpětným získáváním alespoň části tepla. Vhodná zařízení jsou známa z literatury. Tato zařízení mohou být založena například na účinku odparky s vícenásobným účinkem s výměnou tepla mezi záparovými plyny a kapalinou, která má být vařena. Teplo může být výhodně použito při želatinaci, zkapalňování, anebo při enzymatické konverzi .

Ochlazená sladina může být fermentována volitelným způsobem po usazení ve vyrovnávací nádobě. Vynález se proto rovněž týká způsobu vaření piva, který využívá sladinu připravenou shora popsaným způsobem.

Překvapivý aspekt způsobu podle vynálezu vyplývá ze skutečnosti, že velikost částic tuhých materiálů ovlivňuje aktivitu filtrů pouze nepatrně, na rozdíl od návrhu v uvedené Evropské patentové přihlášce.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn s pomocí připojených výkresů, které představuji příklad výrobního schématu upřednostňovaného provedení vynálezu i provedení dvou membránových filtračních systémů. Na výkresech znázorňuje:

Obr. 1 výrobní schéma upřednostňovaného způsobu podle vynálezu

Obr. 2 detailní provedení třístupňové protiproudové membránové filtrační jednotky

Obr. 3 provedení membránové filtrační jednotky s příčným prouděním.

Příklady provedení vynálezu

Výrobní schéma na obr. 1 znázorňuje směšovač 1, do něhož příslušné se přivádí voda o teplotě cca 55 °C, rozemleté nesladové obilí a práškový slad potrubím 2, 3. a 4. Po smíchání je směs vedena potrubím 5 do prvního rotačního diskového kontaktního reaktoru 6, který se skládá z míchací hřídele 7, která je opatřena disky 8. První rotační diskový kontaktní reaktor 6 je opatřen neznázorněnými ohřívacími prvky, pomocí nichž může být obsah reaktoru upraven na požadovanou teplotu a ta může být udržována.

-4CZ 281791 B6

Produkt z prvního rotačního diskového kontaktního reaktoru 6 je veden potrubím 9 do druhého rotačního diskového kontaktního reaktoru 10. Voda o teplotě cca 55 ’C a práškový slad jsou do směšovače 11 vedeny potrubími 12 a 13. Výsledná směs je vedena potrubím 14 do spodu druhého rotačního diskového kontaktního reaktoru 10. kde je směšována po určitou dobu s produktem z prvního rotačního diskového kontaktního reaktoru 6. Potrubím 15 je vzniklá zápara vedena do membránové filtrační jednotky 16, kam se kromě toho přivádí potrubím 17 voda. Potrubím 18 se odvádí výsledná čistá sladina z membránové filtrační jednotky 16,. Mláto se odvádí potrubím 19.

Čistá sladina je smíchána s chmelem, dodávaným potrubím 20. Směs sladiny a chmelu je vedena do výměníku 21 tepla, v němž se předehřeje teplem z varného kroku. Předehřátá sladina se dopravuje do vařáku 22 sladiny, v němž se po určitou dobu vaří. Uvařený produkt je veden potrubím 23 do separátoru 24, v němž jsou odděleny flokulované materiály jako proteiny a polyfenoly. Čistá uvařená sladina je vedena potrubím 25 do chladiče 26, v němž se ochladí. Potrubím 27 může být sladina odváděna například k fermentaci.

Obr. 2 znázorňuje možné provedení třístupňové protiproudové membránové filtrační jednotky.

Na tomto obrázku je vedena zápara potrubím 51 do prvního membránového filtru 52., z něhož se čistá sladina odvádí potrubím 53. Část filtračního koláče z prvního membránového 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 prošlý touto membránou se vrací potrubím 57 do prvního membránového filtru 52. Filtrační koláč druhého filtru 55 je zčásti vracen k plnícímu otvoru druhého membránového filtru 55 potrubím 58, zatímco zbytek je veden potrubím 59 do třetího membránového filtru 60. Filtrát z tohoto třetího membránového filtru 60 je vracen potrubím 61 k plnicímu otvoru druhého membránového filtru 55. Část filtračního koláče třetího membránového filtru 60 je vracena potrubím 62 k plnicímu otvoru třetího membránového filtru 60 spolu s vodou dopravovanou potrubím 63,. Zbytek filtračního koláče, mláto je odváděno potrubím 64.

Popis tohoto systému je založen na třístupňové filtrační jednotce, ale počet stupňů může být samozřejmě přizpůsoben požadavkům, při využití téhož principu.

Obr. 3 znázorňuje provedení filtrační jednotky s příčným prouděním, na základě třístupňového vybavení, ale počet stupňů může být přizpůsoben požadavkům, při využití stejného principu.

Na obr. 3 je zápara vedena potrubím 100 do prvního membránového filtru 101, z něhož je odváděna čistá sladina potrubím 102. Filtrační koláč filtru 101 je zčásti veden potrubím 103 do druhého membránového filtru 104 a zčásti vracen potrubím 112 k plnícímu otvoru filtru 101. Potrubím 105 se vede k plnícímu otvoru druhého membránového filtru 104 voda. Filtrát druhého membránového filtru 104 se vrací potrubím 106 a spojuje se s filtrátem prvního membránového filtru 101. Filtrační koláč druhého membránového

-5CZ 281791 B6 filtru 104 je zčásti veden potrubím 107 do třetího membránového filtru 108 spolu s vodou přiváděnou potrubím 109 a zčásti se vrací potrubím 113 k plnícímu otvoru druhého membránového filtru 104. Filtrát tohoto třetího membránového filtru 108 je spojen potrubím 110 s filtráty prvních dvou filtrů 101, 104. Zbytek filtračního koláče, mláto, je zčásti odváděn potrubím 111 a zčásti vracen potrubím 114 k plnícímu otvoru třetího membránového filtru 108.

Vynález je v dalším znázorněn pomocí příkladu, ale není na tento příklad omezen.

Do směšovače 1 zařízení, jak znázorňuje obr. 1, bylo přidáváno 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 o velikosti 1,5 mm. Směs měla teplotu 50 ’C. Smés byla dopravena do prvního rotačního diskového kontaktního reaktoru 6, v němž byla teplota zvýšena na 95 ’C. Celková doba prodlení směsi o teplotě 50 °C činila 5 minut, zatímco doba prodlení při teplotě 95 ’C činila 10 až 15 minut.

Ke směsi bylo ve sméšovači 11 přidáno 15 kg/h sladu o téže velikosti zrnění a 45 1 vody o teplotě 55 ’C. Takto získaná směs měla teplotu 50 ’C a byla dopravena do spodní části druhého rotačního diskového kontaktního reaktoru 10.

Produkt z prvního rotačního diskového kontaktního reaktoru 6 byl veden do druhého rotačního diskového kontaktního reaktoru 10 v takové výši, aby doba prodlení směsi sladu a vody byla cca 15 min. při 50 ’C. Přiváděním horkého produktu se zvýšila teplota na 65 °C. Tato teplota byla udržována po dobu 30 minut, potom byla zvýšena na 76 °C a udržována po dobu 5 minut.

Po tomto zpracování byla získána zápara s obsahem extraktu okolo 21,5 %, která byla vedena do membránové filtrační jednotky 16. Tato jednotka byla znázorněna na obr. 2. Membránové filtrace s membránami o velikosti pórů 0,4 um poskytla sladinu o čistotě 0,3 EBC jednotek při 65 °C. Po smíchání s chmelem, vaření, odstraněni vytvořených flokulantů a ochlazení, byla získána studená sladina o teplotě 8 ’C, která byla fermentována na pivo.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob průběžné přípravy a zpracování sladiny, při němž se směs nesladového zrna, sladu nebo zdrojů enzymů a vody průběžné želatinuje a enzymaticky zkapalňuje, následně se k získanému meziproduktu přidá slad nebo vnější zdroj enzymů, provede se enzymatická konverze získaného meziproduktu, dále se v separační jednotce oddělí mláto ze zápary nebo se provede samostatná průběžná enzymatická konverze sladu a následně se v separační jednotce oddělí mláto ze zápary, a po přidání chmele se sladina s chmelem vaří na mladinu, která dále zkvašuje na pivo, vyznačující se tím, že tato směs se

   -6CZ 281791 B6 'průběžně želatinuje a enzymaticky zkapalňuje alespoň v jednom rotačním diskovém kontaktním reaktoru (6, 10), přičemž mláto se odděluje ze zápary v membránové filtrační jednotce (16) o velikosti pórů filtru do 2 μπι nebo v běžném filtru nebo v mísicí/usazovací jednotce.
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že mláto se odděluje ze zápary v membránové filtrační jednotce (16) kontinuálně.
3. 3. Způsob podle nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mláto se odděluje ze zápary alespoň ve třístupňové membránové filtrační jednotce.
4. 4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že sladina s chmelem se vaří v zařízení s rekuperací tepla.
5. 5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že rekuperovaného tepla se využije při želatinaci, zkapalnění, nebo při enzymatické konverzi.