DE102008033287A1

DE102008033287A1 - Verfahren zur Aromastoffaustreibung während der Heißtrubabscheidung sowie Vorrichtung zur Heißtrubabscheidung

Info

Publication number: DE102008033287A1
Application number: DE200810033287
Authority: DE
Inventors: Hans Scheuren
Original assignee: Scheuren, Hans, Dipl.-Ing.
Current assignee: SCHEUREN, HANS, DR.-ING., DE
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-14

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aromastoffaustreibung während der Heißtrubbehandlung angegeben. Hierfür wird die aus dem Kochprozess kommende Würze zum Zwecke der Heißtrubabscheidung in einen Abscheidebehälter eingeleitet. Durch eine entsprechende Vorrichtung wird durch das Würzevolumen ein Gasstrom gefördert. Die entstehenden Gasblasen sind bestrebt, durch Wärme- und Stoffaustausch ein Gleichgewicht mit der Umgebung zu erreichen. Dadurch erfolgen in Abhängigkeit des betrachteten Aromastoffs eine Abreicherung an dieser Komponente in der Würze und eine Anreicherung in der Gasphase.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausdunstung unerwünschter Aromastoffe aus der Würze mittels Gas nach dem Schritt der Würzekochung und während dem Prozess der Heißtrubabscheidung. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung, die die Zufuhr von Gas in den mit Würze gefüllten Heißtrubabscheider erlaubt.
Ein zentrales Ziel der Würzebereitung besteht in der Schaffung eines bestimmten, biersortenabhängigen Aromastoffprofils. Hierfür ist der Sudhausprozess von großer Bedeutung, da sich während der Würzebereitung eine Vielzahl von wichtigen Aromastoffen bildet. Die gängige Möglichkeit den Gehalt dieser Komponenten in Würze und damit dem Endprodukt Bier zu beeinflussen und zu vermindern, besteht in der Ausdampfung der betreffenden Substanzen. Eine Verwirklichung findet dieser Trennprozess in Form des Siedens der Würze in speziellen Kochsystemen (Auflistung siehe Narziss). Ein bedeutender Aromastoff, der einen wichtigen Kennwert der Würzekochung darstellt und als das Maß für dessen Ausdampfqualität gilt, ist die Aromakomponente Dimethylsulfid (DMS). Diese Substanz muss aufgrund des negativen Geschmackseindrucks unter einen Schwellenwert von 100 μg/l ausgetrieben werden.
Dem Kochvorgang schließt sich die Heißtrubabscheiderrast an. In diesem Prozess erfolgt in den meisten Fällen mittels des Teetasseneffekts eine Fest/Flüssigtrennung mit dem Ziel der Abscheidung grober Eiweißpartikel. Hierbei kann sich jedoch die fehlende Ausdampfung durch Kochung als Problem erweisen, da die Komponente DMS und auch eine Vielzahl anderer Stoffe nachgebildet werden und eine mögliche Reduktion deren Gehalte durch Ausdampfung mittels Verdunsten nur in unzureichendem Maße stattfindet. Folglich steht der Vorgang der Heißtrubabscheiderast dem Kochprozess hinsichtlich der Konzentrationserhöhung an DMS und auch weiterer unerwünschter Substanzen entgegen.
Um diesen Vorgang aufzufangen, existieren mehrere Verfahren. Bisherige, in der Praxis relevanten Möglichkeiten dies zu tun, bestehen in einer raschen Abkühlung der Würze und in der Installation von Nachverdampfungseinheiten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Reduktion des Gehaltes unerwünschter, während der Heißtrubabscheidung nachgebildeter Würzearomastoffe, allen voran der Leitsubstanz DMS.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Oberbergriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass durch das Würzevolumen ein Gasstrom geleitet wird. Die entstehenden Blasen steigen aufgrund des Dichteunterschiedes zu der umgebenden Würze auf. Während dieses Vorganges befindet sich die einzelne Blase in engem Kontakt mit der Umgebung. Die aus z. B. hochreinem Stickstoff bestehenden Gasblasen weisen hinsichtlich des Gehaltes an Wasser und z. B. der zentralen Aromakomponente Dimethylsulfid einen Partialdruck von null auf. Es existiert somit ein deutlicher Konzentrationsgradient zwischen Blase und Würze. Bestrebt den Zustand des Gleichgewichtes zu erreichen, gleichen sich in beiden Phasen die Temperatur und der Druck an. Ebenso werden auch durch Stofftransport die chemischen Potentiale einer zu betrachtenden Aromakomponente in beiden Phasen ausgeglichen. Die Konzentration an Aromastoff in der Gasblase steigt entsprechend des herrschenden Phasengleichgewichtes an. Zum Zeitpunkt des Austreten an der Flüssigkeitsoberfläche kann das Gas im Gleichgewicht zur Würze stehen und damit gesättigt an Wasser und Aromastoff sein. Die hierfür nötige Verweilzeit kann in Abhängigkeit der Stoffeigenschaften des auszutreibenden Aromastoffes, des daraus resultierenden Phasengleichgewichtes, dem Würzevolumen und der durchschnittlichen Gasblasengröße berechnet werden. Eine entsprechende Nachrüstung und ein individueller Betrieb eines jeden Heißtrubabscheiders sowie eine daraus resultierende minimale Beeinflussung des Vorgangs der Fest-Flüssigtrennung sind für jedes System zu realisieren.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung erlaubt es, jenseits des bestehenden Phasengleichgewichts hinaus abzureichern. Der Vorteil dieses Vorgehens besteht in der Möglichkeit, einige Aromastoffe stärker abzureichern als andere. Zu diesem Zweck muss die Verweilzeit einer Gasblase in Würze durch Variation der Zuführung des Gasstromes so verringert werden, dass die Gasblase beim Austritt aus der Flüssigkeit nicht mehr im Gleichgewicht mit der umgebenden Würze steht. Unter diesen Bedingungen ist der Stoffübergang der zu betrachtenden Aromastoffmoleküle in den gas- und flüssigkeitsseitigen Grenzschichten zu berücksichtigen. In Abhängigkeit von den diffusiven Eigenschaften der jeweiligen aromatischen Substanzen kann dann ein Ausdampferfolg bei entsprechend verringerter Verweilzeit einer Gasblase in der Flüssigkeit abweichend vom Ausdampferfolg im Zustand des Phasengleichgewichtes erreicht werden. Die hierfür notwendigen Berechnungen sind Stand des Wissens und in der Literatur zu finden.
Die zu Grunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Heißtrubabscheider eine Vorrichtung zugeordnet wird, die einen Gasstrom durch das Würzevolumen leitet. Diese Zuführung ist auf verschiedene Arten zu realisieren.
Eine Möglichkeit wäre das Zumischen des Gases, z. B. Stickstoff eine einfließende oder stehende Würze mittels der Einströmleitung. Eine andere Variante wäre das Zuleiten des Gases in Form einer hängenden, stehenden oder seitlich befestigten Fritte oder einer mit mehreren Öffnungen versehener Rohrleitungen, die sich dann im Heißtrubabscheidegefäß selbst befinden.
In WO 99/06525 sind ein Verfahren auf dem Prinzip der Desorption und eine zugehörige Vorrichtung beschrieben. Zwei klare Unterschiede leiten sich jedoch aus der Konstruktion und der Prozessführung ab. Verfahrenstechnisch erfolgt die Einleitung des Gases nicht während der Heißtrubabscheidung, sondern ist diesem Arbeitsschritt vorgelagert. Konstruktiv wird ein weiteres Gefäß benötigt, das zwischen Würzepfanne und Heißtrubabscheider eingebaut wird. Die Unterschiede zur vorliegenden Erfindung beruhen somit in einer anderen Prozessführung und in Unterschieden bezüglich des Prozessortes.
In DE 10 2007 052 441 A1 sind ein Verfahren auf dem Prinzip der Desorption und eine zugehörige Vorrichtung beschrieben. Unterschiede zu dem hier vorgestellten bestehen zum einem im dargestellten Verfahren. Ein Gasstrom wird nicht durch, sondern über die Flüssigkeit geführt. Nur in der Phasengrenze existiert somit ein Gleichgewichtszustand, das ausströmende Gas ist in der Folge nicht gesättigt. Bezüglich der Vorrichtung ist festzuhalten, dass die Gas zuführenden Leitungen sich über der Würze befinden. Weiterhin unterscheiden sich auch die einzusetzenden Volumenströme.
In DE 20 2007 006 586 U1 ist ein Verfahren auf dem Prinzip der Desorption beschrieben. Ein klarer Unterschied zu dem hier vorgestellten besteht in dem temperaturabhängigem, herrschenden Phasengleichgewicht, das die Abreicherung an Aromastoff in der flüssigen Phase bestimmt. Die Ausdampfung unerwünschter Aromastoffe ist nicht der einzige Parameter, der die Kochung bestimmt. Temperaturabhängige Umwandlungsreaktionen müssen genauso berücksichtigt werden. Dadurch sind auch Kochpausen, während denen in diesem Patent mittels Gas Aromastoffe ausgetriben werden, durch hohe Temperaturen nahe oder gleich der entsprechenden Sietemperatur gekennzeichnet. Das Phasengleichgewicht definiert für den anzunehmenden Fall der Sättigung sowohl den Prozess der Ausdampfung durch Gasblasen (Verdunstung) wie auch den Vorgang Ausdampfung durch Dampfblasen (Kochen). Die Qualität der Ausdampfung ist somit in beiden Verdampfungsprozessen in diesem Patent die gleiche.
Das hier vorgestellte Verfahren weist aber einen Verdunstungsvorgang in einem Temperaturbereichen von 97–80°C und somit deutlich unterhalb der Kochtemperatur auf. Demzufolge sind andere Phasengleichgewichtsdaten für die Austreibung unerwünschter Substanzen zu berücksichtigen. Die Ausdampfqualität des Kochprozesses ist von dem des Verdunstungsprozesses während der Heißtrubabscheidung verschieden.
Ausführungsbeispiele können den 1 bis 3 entnommen werden. 1 zeigt das Abscheidebehältnis und eine gaszuführende Leitung, die sich in der würzeführende Leitung, die in einen Heißtrubabscheider mündet, befindet. Es ist zuerkennen, dass der Abscheidebehälter einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. In den auch als Whirlpool bezeichneten Abscheidebehälter strömt die Würze mittels der abgewinkelten Würzezufuhr tangential ein. Hierdurch wird eine Rotation innerhalb des Behältnisses erzeugt. In dem entstehenden Wirbel setzt sich der Heißtrub zentral ab.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der die Gaszuführung in die Würze über eine Ringleitung erfolgt.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der die Gaszuführung in die Würze über mehrere separate Anstiche erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 99/06525 [0010]
- DE 102007052441 A1 [0011]
- DE 202007006586 U1 [0012]

Claims

Verfahren zur Heißtrubabscheidung, dadurch gekennzeichnet, dass die Abreicherung unerwünschter Aromastoffe durch kontinuierliches oder diskontinuierliches Einleiten von Gas (5) in die in einem Heißtrubabscheider befindliche Würze (4) während dem Prozess der Heißtrubabscheidung bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Gases in der Würze hinreichend lang ist und sich daher ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase einstellt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, durch welches der Ort der Einleitung des Inertgases von dem Volumenstrom der beteiligten Fluide, der Größe der erzeugten Inertgasblasen und der aufgrund des herrschenden Phasengleichgewichtes benötigten Verweilzeit der Gasblasen in der Würze abhängig konstruiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mit Beginn der Würzeeinleitung kontinuierlich der einströmenden Würze zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas nach der Würzeeinleitung kontinuierlich der einströmenden Würze zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas mit Beginn der Würzeeinleitung diskontinuierlich der einströmenden Würze zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas nach der Würzeeinleitung diskontinuierlich der einströmenden Würze zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit des Gases in der Würze so kurz ist, dass sich kein Gleichgewicht einstellt und die Abreicherung einer unerwünschten Komponente jenseits des Phasengleichgewicht, durch den gass- und flüssigkeitsseitigen Stoffübergang der betrachteten Komponenten gesteuert, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom vorher durch Wasser geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom durch einen Stickstofferzeuger aus der Luft erzeugt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom temperiert wird.
Vorrichtung zur Heißtrubabscheidung im Brauprozess, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abscheidebehälter (2) eine gaszuführende Leitung (5) und eine angeschlossene Verteilungsvorrichtung zur Schaffung einer definierten Blasenverteilung im Würzevolumen umfasst, mit der Wirkung, dass ein Stoffaustausch zwischen den Fluiden ermöglicht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Leitungen (5) mit Verteilungsvorrichtungen zum Zweck der Zuführung des Gases in die in einen Heißtrubabscheider einführende Würzeleitung installiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Anstiche (11) mit Verteilungsvorrichtungen zum Zweck der Zuführung des Gases in die in einen Heißtrubabscheider rotierende Würze installiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Behältnis eine Ringleitung (10) mit Verteilungsvorrichtung installiert ist, die in den mit Würze gefüllten Heißtrubabscheider Gas einleitet.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Behältnis rotierende Bauteile mit Verteilungsvorrichtungen installiert sind, die in den mit Würze gefüllten Heißtrubabscheider Gas einleiten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdichtungseinheit (7) der gaszuführenden Leitung vorgeschaltet wird, die ein Gas zum Zwecke der Einleitung komprimiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Stickstofferzeuger verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit zur Regelung des gasseitigen Volumenstroms vorgesehen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Einheit zur wasserbezogenen Sättigung des Gases verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Einheit zur Temperierung des Gasstroms vorgesehen ist.