DE102009004929A1

DE102009004929A1 - Verfahren zur Würzebehandlung während des Läutervorgangs sowie Vorrichtung zur Läuterung

Info

Publication number: DE102009004929A1
Application number: DE102009004929A
Authority: DE
Inventors: Hans Scheuren; Johannes Tippmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Scheuren Hans Dipl-Ing 93055 Regensburg De
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2029-01-17
Also published as: DE202009018860U1; DE102009004929B4

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Würzebehandlung während des Läutervorgangs im Brauprozess angegeben. Hierbei ist es vorgesehen, eine Würze (15) und Feststoffpartikel umfassende Maische (6) unter Ausbildung eines Filterkuchens (11) in einen Separationsbehälter (2) einzufüllen und die den Filterkuchen (11) durchlaufende Würze (15) abzuführen. Mittels einer entsprechend ausgestalteten Einrichtung (5) zur Gaseinleitung wird die Flüssigkeit in dem Separationsbehälter (2) von einem Gasblasenstrom (28) durchströmt. Hierdurch werden eine Verkürzung des Läutervorganges und eine Abreicherung der Würze (15) von unerwünschten Aromastoffen erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Würzebehandlung während des Läutervorgangs im Brauprozess, wobei Maische, die Würze und Feststoffpartikel umfasst, unter Ausbildung eines Filterkuchens in einen Separationsbehälter eingefüllt und die den Filterkuchen durchlaufende Würze abgeführt wird. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Läuterung im Brauprozess mit einem Separationsbehälter, der eine Maischezuleitung und eine Würzeabfuhrleitung umfasst.
Mit ein wesentlicher Schritt im Brauprozess ist der so genannte Läutervorgang. Dabei wird die nach dem Einmaischen entstandene Maische, eine Suspension aus Würze und ungelösten Feststoffpartikeln wie Malzreste, insbesondere Spelzen, gefiltert, um die Würze als die kontinuierliche Phase von den Feststoffpartikeln, der dispersen Phase, zu trennen. Die Klarheit der abgefilterten Würze, aus der später das Bier entsteht, und die Dauer des Läutervorgangs sind hierbei entscheidende Qualitätskriterien.
Zur Durchführung des Läutervorgangs wird die Maische in einen Separationsbehälter eingefüllt. Der Separationsbehälter, auch Läuterbottich genannt, umfasst einen geschlitzten Boden, den so genannten Senkboden, der den Unfiltratraum vom Filtratraum trennt. Den eigentlichen Boden des Separationsbehälters bildet ein Bottichboden, der mit mehreren, in definierten Abständen angeordneten Anschlüssen versehen ist. Über diese Anschlüsse wird die filtrierte Würze abgeführt und zu dem nächsten Arbeitsschritt des Brauprozesses, nämlich der Würzekochung, geleitet.
Der Senkboden hat eine zentrale Bedeutung für den Erfolg des Läutervorgangs. Der Senkboden weist weniger die Funktion eines filtrierenden Elements auf, sondern bildet vielmehr die Tragkonstruktion für den sich aus den absinkenden Fest stoffpartikeln bildenden Filterkuchen. Der sich bildende Filterkuchen gliedert sich – vereinfacht betrachtet – in eine Feinschicht und in eine Grobschicht, deren Bestandteile die eher kleinen bzw. die eher großen Feststoffpartikel aus der Maische sind.
Zu Beginn des Läutervorgangs wird die Maische in den Separationsbehälter eingefüllt. Nach der Einfüllung kommt die Maische in dem Separationsbehälter zur Ruhe. Man spricht dabei von der so genannten Läuterruhe. Während der Läuterruhe setzen sich die einzelnen Partikel und Feststoffeinheiten entsprechend ihren jeweiligen Sedimentationseigenschaften langsamer oder schneller ab. Es bildet sich am Senkboden ein Filterkuchen aus, in dem zuunterst die groben Partikel (Grobschicht) positioniert sind und sich zuoberst feine Partikel (Feinschicht) ablagern. Anschließend erfolgt die eigentliche Fest-Flüssig-Trennung, in der die Würze nach Durchtritt durch den Filterkuchen abgeführt wird.
Während des Läutervorgangs ändert sich in an sich unerwünschter Weise der durch den Filterkuchen hindurchtretende Volumenstrom an Würze. Dabei nimmt der Volumenstrom an Würze über den ganzen Läutervorgang hinweg stetig ab, da der Filterkuchen im Laufe des Prozesses durch feinste Partikel allmählich verblockt. Um dennoch möglichst viel Würze pro Zeiteinheit zu gewinnen und somit die Läuterzeit möglichst kurz zu halten, wird im Separationsbehälter herkömmlicherweise ein so genanntes Hackwerk eingesetzt. Ein solches Hackwerk ist im Inneren des Separationsbehälters angebracht und besteht beispielsweise aus einer Anzahl von Messern, die im Separationsbehälter rotieren können. Zur Steigerung des Volumenstroms an Würze wird das Hackwerk vom Unfiltratraum in die Filterschicht abgesenkt. Durch Rotation reißen die Messer den Filterkuchen auf, wodurch der Volumenstrom an Würze ansteigt. Dieser Vorgang geschieht jedoch zu Lasten der Würzequalität, da mit dem Aufreißen der Filterschicht auch Feinpartikel, die negativ für die Würze und die weitere Verarbeitung sind, mitgerissen werden. Durch den Prozess des Aufhackens erfährt die Würze eine unerwünschte Trübung.
Ein weiterer wichtiger Schritt im Brauprozess ist das so genannte Würzekochen. Dabei wird die nach dem Maischen von Malzresten getrennte Würze in eine Würze- oder Sudpfanne unter Zugabe von Hopfen gekocht. Durch das Kochen werden unerwünschte Aromastoffe ausgetrieben, während die für den Geschmack des Bieres maßgeblichen Aromastoffe in der Würze verbleiben. Die erwünschten Aromastoffe zeigen zumeist einen niedrigeren Dampfdruck als die unerwünschten, so dass sich für den Geschmack unerwünschte Aromastoffe im Laufe des Würzekochens in der Würze abreichern. Daneben zeigen einige Aromastoffe während des Würzekochens eine Bildungskinetik aus einem Ausgangsstoff.
Der Vorgang des Würzekochens ist insofern von entscheidender Bedeutung, da hierdurch für das herzustellende Bier ein bestimmtes, biersortenabhängiges Aromastoffprofil geschaffen wird. Neben der gängigen Möglichkeit, den Gehalt der Aromastoffe in der Würze und damit in dem Endprodukt Bier durch Ausdampfen während der Kochphase zu beeinflussen, sind auch Verfahren bekannt, wobei unerwünschte Aromastoffe durch eine Behandlung der Würze nach einem Stripping-Verfahren oder mittels einer Rektifizierung abgereichert werden. Ein bedeutender Aromastoff, der einen wichtigen Kennwert für die Würzekochung darstellt und als ein Maß für die Ausdampfqualität gilt, ist der Aromastoff Dimethylsulfid (DMS), welcher beim Würzekochen, insbesondere bei Temperaturen oberhalb von 80°C, aus dem in der Würze vorhandenen S-Methylmethionon (SMM) gebildet wird.
Während bei einem herkömmlichen Würzekochen sämtliches SMM in DMS umgesetzt und letzteres aufgrund seines hohen Dampfdruckes aus der Würze ausgetrieben wird, verbleibt bei einem zu kurzen Würzekochen oder bei einer alternativen Behandlung der Würze mittels eines Stripping- oder mittels eines Rektifizier-Verfahrens SMM in der Würze, so dass die Gefahr einer Neubildung von DMS in Nachfolgeprozessen besteht. Letztlich muss DMS aufgrund des negativen Geschmackseindrucks jedoch stets unter einen Schwellenwert von 100 μg/l ausgetrieben werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Brauprozess hinsichtlich der Prozessökonomie weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Flüssigkeit in dem Separationsbehälter während des Läutervorgangs von einem Gasblasenstrom durchströmt wird.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, eine günstige Beeinflussung des Aromastoffprofils bereits während des Läutervorgangs vorzusehen. Auf diese Weise kann der nachfolgende Prozess des Würzekochens verkürzt werden, was zu einer beträchtlichen Absenkung des Energiebedarfs führt. Insbesondere kann hierdurch die Bildungsproblematik von DMS aus SMM in den nachfolgenden Arbeitsschritten deutlich entschärft werden. Die Erfindung erkennt hierzu, dass sich eine Beeinflussung des Aromastoffprofils während des Läutervorgangs mittels einer noch weitere Vorteile aufzeigenden Desorption erzielen lässt. Dabei beschreibt im vorliegenden Fall das übergeordnete Prinzip der Desorption eine flüssigkeitsseitige Abreicherung einer unerwünschten Aromastoff-Komponente durch eine Anreicherung dieser Substanz in einer Gasphase.
Wird die in dem Separationsbehälter eingefüllte Flüssigkeit, d. h. die Maische auf der Unfiltratseite und/oder die Würze auf der Filtratseite, von Gasblasen durchströmt, so existiert zwischen einer Gasblase und der umgebenden Flüssigkeit für eine Aromastoffkomponente ein deutlicher Konzentrationsgradient. Eine beispielsweise aus reinem Stickstoff bestehende Gasblase weist hinsichtlich des Gehaltes an Wasser und einer zentralen Aromastoff-Komponente wie DMS einen Partialdruck von Null auf. Bestrebt, den Zustand des Gleichgewichtes zu erreichen, gleichen sich in beiden Phasen (Flüssigkeit und Gas) die Temperatur und der Druck an. Ebenso werden durch Stofftransport die chemischen Potenziale eines zu betrachtenden Aromastoffes in beiden Phasen ausgeglichen. Die Konzentration des Aromastoffes in der Gasblase steigt entsprechend des herrschenden Phasengleichgewichtes an. Während des Durchströmens durch die Flüssigkeit wird sich somit die Gasblase allmählich an Wasser und Aromastoff anreichern. Zum Zeitpunkt des Austretens an der Flüssigkeitsoberfläche kann das Gas in der Gasblase insbesondere im Gleichgewicht zur Würze stehen und damit gesättigt an Wasser und Aromastoff sein.
Die Erfindung ist nicht eingeschränkt auf die Art und auf den Ort der Einbringung des Gasblasenstroms. Da Gasblasen aufgrund des Dichteunterschieds zu der umgebenden Flüssigkeit Wasser aufsteigen, kann insbesondere die Verweilzeit in der Flüssigkeit des Separationsbehälters über den vertikalen Ort der Einbringung eingestellt werden. Insbesondere kann der Gasblasenstrom insofern bereits während der Zuströmung der Maische in diese eingeleitet werden. Auch kann der Gasblasenstrom stromab des Filterkuchens in die abgeführte Würze eingebracht werden. Eine Einbringung des Gasblasenstroms ist sowohl in Gegenstrom- als auch in Gleichstromrichtung möglich. Insbesondere kann der Gasblasenstrom auch an mehreren, im Separationsbehälter verteilten Orten zugleich oder zeitversetzt eingebracht werden. Insgesamt kann die Einbringung so gewählt werden, dass die austretenden Gasblasen im thermodynamischen Gleichgewicht mit der umgebenden Flüssigkeit stehen. Ebenso kann es aber zur Erzielung eines gewünschten Aromastoffprofils auch vorgesehen sein, die Verweilzeit der Gasblasen so zu gestalten, dass das thermodynamische Gleichgewicht bei Austritt der Gasblasen an der Flüssigkeitsoberfläche noch nicht erreicht ist.
Die zum Erzielen eines gewünschten Aromastoffprofils optimale Verweilzeit ergibt sich neben dem vertikalen Einbringungsort im Wesentlichen abhängig von den Stoffeigenschaften der auszutreibenden Aromastoffes, dem daraus resultierenden Phasengleichgewicht, dem Flüssigkeitsvolumen und der durchschnittlichen Gasblasengröße. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist demnach vorgesehen, die bei gegebenen äußeren Bedingungen gewünschte Verweilzeit zum Erzielen eines definierten Aromastoffprofils vorauszuberechnen und die Einbringung des Gasblasenstromes entsprechend auszugestalten. Dazu kann beispielsweise Druck und Temperatur des für den Gasblasenstrom einzubringenden Gases gesteuert werden. Auch kann eine Verteilvorrichtung vorgesehen sein, die definierte Poren zur Einbringung des Gasblasenstromes aufweist. Aus einem Zusammenwirken von mechanischen Komponenten, Stoffparametern und Einbringort kann insofern Bezug zur gewünschten Verweilzeit genommen sein.
Die Erfindung bietet neben dem Abreichern der unerwünschten Aromastoffe aus der Würze den weiteren bedeutenden Vorteil der Möglichkeit einer Beeinflussung des sich im Separationsbehälter ausbildenden Filterkuchens. Die durchströmenden Gasblasen nehmen nämlich Einfluss auf die umgebende Flüssigkeit (Maische und/oder Würze) und damit indirekt auf das sich bildende Filtermedium. Durchströmt beispielsweise der Gasblasenstrom die Maische im Unfiltratraum des Separationsbehälters, so tritt der Effekt der sogenannten Flotation auf. Aufgrund oberflächenphysikalischer Effekte lagern sich bei diesem Prozess während der Durchströmung zunehmend feinste Feststoffpartikel aus der Flüssigkeit an der Oberfläche der Gasblasen an und werden von diesen zur Flüssigkeitsoberfläche transportiert. Dort bilden die mitgenommenen Partikel mit den aufsteigenden Blasen einen Partikelschaum. Die mitgenommenen Partikel stehen somit zur Ausbildung und Beeinflussung des Filterkuches nicht mehr zur Verfügung.
Durch den Effekt der Flotation werden insbesondere auch Feinstpartikel aus der Maische separiert, die beispielsweise den Filterkuchen zusetzen können. Insofern kann bereits durch das Einleiten eines Gasblasenstromes in den Unfiltratraum die Qualität des Filterkuchens günstig beeinflusst werden, ohne dass der Filterkuchen vom Gasblasenstrom direkt tangiert wird.
Auf der anderen Seite bietet die Erfindung aber auch die zusätzliche Möglichkeit, den Filterkuchen direkt durch Einleiten des Gasblasenstromes zu beeinflussen. Beispielsweise kann durch ein Hindurchleiten des Gasblasen durch den Filterkuchen ein Verblocken der Filterkanäle verhindert werden, wie dies während eines herkömmlichen Läutervorgangs allmählich geschieht. Durch den Volumenstrom der den Filterkuchen durcheilenden Gasblasen können die Filterkanäle freigehalten werden, da die Filterkanäle zusetzenden Feststoffpartikel durch die kinetische Energie der Gasblasen mitgerissen werden. Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, dass bei Durchleiten des Gasblasenstromes durch den Filterkuchen gegebenenfalls auf ein Hackwerk verzichtet werden kann. Im Unterschied zu einem Hackwerk führt das Durchleiten eines Gasblasenstroms durch den Filterkuchen nicht zu einer Trübung und somit zu einer Qualitätseinbuße der abgeführten Würze. Die mitgerissenen Feststoffpartikel bewegen sich entgegen der Schwerkraft und somit nicht in die abgeführte Würze hinein.
Vorteilhafterweise wird gemäß einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung somit zur Freihaltung und/oder zur Durchgängigmachung zumindest ein Teil des Gasblasenstroms durch den Filterkuchen geleitet.
Insgesamt bietet die Erfindung somit gleich drei bedeutende Vorteile zur Optimierung der Prozessökonomie in einem Brauprozess.
Durch Desorption reichern sich während des Durchströmens des Gasblasenstroms in den Gasblasen unerwünschte Aromastoffe an. Da diese in der Regel einen höheren Partialdruck aufweisen als erwünschte Aromastoffe, wirkt die Desorption in Richtung des gewünschten Aromastoffprofils. Die so behandelte Würze weist insofern bereits nach dem Läutervorgang nur noch einen geringen bis gar keinen Gehalt mehr an unerwünschten Aromastoffen auf. Dies verkürzt die Prozesszeit in der nachfolgenden Würzekochung.
Ein Flotationsprozess führt zu einer Abscheidung von Partikeln an der Flüssigkeitsoberfläche der durchströmenden bzw. aufsteigenden Gasblasen. Dies wirkt einer Verblockung von Filterkanälen im Filterkuchen und einer unerwünschten Trübung der abgeführten Würze entgegen.
Wird zumindest ein Teil des Gasblasenstroms durch den Filterkuchen hindurch geleitet, so können aufgrund der kinetischen Energie der aufsteigenden Gasblasen Filterkanäle von sich absenkenden Feststoffpartikeln freigehalten werden. Auf ein mechanisches Aufhacken des zugesetzten Filterkuchens kann verzichtet werden. Feststoffpartikel werden nicht in die abgeführte Würze eingebracht.
Insgesamt ermöglicht es daher die Erfindung, bei einem verkürzten Läutervorgang eine Würze zu erhalten, die bereits an unerwünschten Aromastoffen abgereichert ist, und die sich qualitativ hinsichtlich der Inhaltsstoffe und der Färbung von einer mit herkömmlichen Methoden gewonnenen Würze nicht unterscheidet bzw. sogar verbessert ist.
Die Erfindung kann vorteilhafterweise weiter hinsichtlich des Zeitpunkts der Gaszuleitung variiert werden. Insbesondere kann die Zuleitung von Gas zur Erzeugung des Gasblasenstromes mit Beginn der Einleitung der Maische in den Separationsbehälter, nach der Läuterruhe und/oder zum Zeitpunkt eines durch Zusetzen des Filterkuchens verringerten Volumenstroms an Würze erfolgen. Diese Variationsmöglichkeiten erlauben eine kontrollierte Beeinflussung der Qualität und der Funktionsweise des Filterkuchens.
Eine frühe Einleitung des Gasblasenstroms beeinflusst sehr stark die sich ausbildende Struktur des Filterkuchens. Eine spätere Zuführung ist im Hinblick auf die Freihaltung der Filterkanäle von Bedeutung. Erfolgt die Zuführung des Gasblasenstroms stromab des Filterkuchens, so kann in einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Gasblasenstrom während des Läutervorgangs auch diskontinuierlich zu gewünschten Prozesszeiten eingebracht werden. Insbesondere kann zu unterschiedlichen Prozesszeiten der Gasblasenstrom auch mit unterschiedlichen physikalischen Parametern eingebracht werden. Beispielsweise kann zu Beginn der Läuterruhe der Gasblasenstrom hinsichtlich einer Flotation optimiert eingebracht werden. Zum Öffnen der Filterkanäle in dem Filterkuchen kann hingegen der Gasblasenstrom mit höherem Druck bzw. mit größeren Blasen eingebracht werden, um die zugesetzten Strömungskanäle zu öffnen.
Bevorzugt kann zusätzlich oder alternativ zu einer Variation des Zeitpunkts der Gaszuleitung der Volumenstrom der Gaszuführung variiert werden. Unterschiedliche Volumenströme nehmen Einfluss auf alle drei geschilderten Effekte. Ein niedriger Volumenstrom geht einher mit einer die Filterschicht schonenden Ausdampfung unerwünschter Aromastoffe, einer Entblockung der Filterkanäle im Hinblick auf Feinstpartikel und einer schwachen Flotation. Bei Würzen mit niedrigem Stammwürzegehalt und damit einhergehend geringeren Anteilen an Feststoffen in der Maische ist dieses Verfahren interessant.
Für Würzen mit hohen Extraktgehalten ist ein stärkerer Volumenstrom einzusetzen. Dieser bewirkt einen lockeren Filterkuchen und damit einhergehende größere Filterkanäle. Der Flotationseffekt ist sehr ausgeprägt und die Austreibung unerwünschter Aromastoffe wird forciert. Schwierig wird jedoch die Berechenbarkeit des Desorptionsprozesses, da auf Grund der geringen Verweilzeit einer Blase gas- und flüssigkeitsseitige Stofftransportprozesse Einfluß auf den Trennprozess nehmen. In Abhängigkeit diffusiver und strömungsmechanischer Vorgänge kann sich die Austreibung einer unerwünschten aromatischen Komponente im Vergleich zu einer erwünschten Komponente verbessern oder verschlechtern. Die Vorhersagbarkeit des Prozesses gestaltet sich in der Folge schwieriger und folgt nicht mehr allein dem Phasengleichgewicht einer Mischung.
Weiter vorteilhaft können während der Prozessführung kurze Unterbrechungen der Gaszuleitung erfolgen. Unter Beachtung der vorgenannten Effekte kann hierdurch eine weitere Optimierung der Prozessführung vorgenommen werden.
Zur Beeinflussung der Struktur des Filterkuchens kann die Gaszuleitung direkt am Ort des sich ausbildenden Filterkuchens erfolgen. Dazu kann beispielsweise eine Verteilvorrichtung am Senkboden vorgesehen sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung strömt zumindest ein Teil des Gasblasenstroms vom Filtratraum durch den Filterkuchen in den Unfiltratraum. Bei einer solchen Vorgehensweise kann über die Prozessführung gezielt Einfluss auf das Aromastoffprofil und die Qualität der abgeführten Würze genommen werden. Dabei werden unerwünschte Aromastoffe während des Durcheilens der Gasblasen durch die ablaufende Würze im Filtratraum und durch die Maische im Unfiltratraum abgereichert. Durch Flotation werden Feinstpartikel mit an die Flüssigkeitsoberfläche genommen. Der Filterkuchen kann mittels des durchströmenden Gasblasenstroms offen gehalten werden.
Zur Einleitung des Gasblasenstroms bietet sich in vorteilhafter Weise eine Poren aufweisende Verteilvorrichtung an. Diese kann beispielsweise nach Art eines Perlators oder eines Duschkopfes ausgebildet sein. Durch die Porengröße ist hier durch zu einem gewissen Teil die Größe der Gasblasen bestimmt. Bevorzugt kann als eine derartige Verteilvorrichtung eine Fritte vorgesehen sein, die aus einem porösen Glas oder aus einer porösen Keramik gefertigt ist.
Zur Einstellung des Gasblasenstroms wird vorteilhafterweise der Druck, die Temperatur und/oder der Volumenstrom des zuströmenden Gases gesteuert. Dies kann beispielsweise mittels eines Druckreglers und einer entsprechenden Temperiereinrichtung geschehen. Die Temperiereinrichtung kann insbesondere als eine Heiz- und/oder als eine Kühlvorrichtung ausgebildet sein. Der Volumenstrom kann über entsprechende Ventile eingestellt werden.
Zur vorbeschriebenen Variierung des Gasblasenstroms während des Läutervorgangs werden in einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Druck, die Temperatur und/oder der Volumenstrom des zugeführten Gases während des Läutervorgangs variiert.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird das Gas vor Einleitung in den Separationsbehälter durch Wasser geleitet. Hierdurch findet bereits vorab eine Sättigung des Gases mit Wasser statt. Somit ist eine Beeinflussung des Extraktgehalts der entstehenden Würze durch eine Verringerung des Flüssigkeitsanteils (Wasseranteils) infolge der Durchleitung des Gasblasenstroms nicht gegeben.
Die beschriebenen physikalischen Effekte lassen sich durch Einstellung des Volumenstroms während der Gaszuleitung, der Temperatur, des Druckes, und hiervon abhängig der Gasblasengröße abschwächen oder verstärken. Bevorzugt wird der Gasblasenstrom ortsabhängig, kontinuierlich oder zeitabschnittsweise derart eingebracht, dass der Flotationsprozess verstärkt wird, wobei sich Feinstpartikel aus der Flüssigkeit an der Oberfläche der Gasblasen anlagern, mit diesen aufsteigen und sich an der Maischeoberfläche abscheiden. Der Flotationsprozess kann beispielsweise durch eine Erhöhung der Gasblasengröße bzw. des Volumenstroms verstärkt werden.
Andererseits kann der Gasblasenstrom ortsabhängig, kontinuierlich oder zeitabschnittsweise hinsichtlich einer Optimierung des erwünschten Aromastoffprofils in der Würze derart eingebracht werden, dass sich unerwünschte Aromastoffe der Würze durch Desorption in den aufsteigenden Gasblasen an- und in der Würze zum Erzielen eines gewünschten Aromstoffprofils abreichern. Durch eine entsprechende Steuerung kann Bezug genommen werden auf die Verweilzeit, auf den Druck sowie auf die Temperatur der Gasblasen. Insofern kann der Abreicherungsgrad für einzelne Aromastoff-Komponenten in gewünschtem Umfang eingestellt bzw. variiert werden. Insbesondere kann es erreicht werden, dass die durch den Läutervorgang gewonnene Würze in guter Näherung kein freies DMS mehr enthält.
Wiederum kann dauerhaft, zeitabschnittsweise oder unter Variation des Einbringortes der Gasblasenstrom derart eingebracht werden, dass Filtrationswege im Filterkuchen durchströmt werden und hierdurch ein Verschluss der Filtrationswege durch Partikel verhindert wird. Zur Erhöhung der Durchlässigkeit des Filterkuchens kann diese Optimierung diskontinuierlich zu bestimmten Zeitpunkten vorgenommen werden. Andererseits kann der Gasblasenstrom auch kontinuierlich während des gesamten Läutervorgangs durch den Filterkuchen hindurch geleitet werden und die Prozessparameter zeitabschnittsweise optimiert werden.
Die genannte Aufgabe wird hinsichtlich einer Vorrichtung zur Läuterung im Brauprozess mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Separationsbehälter eine Einrichtung zur Gaseinleitung zugeordnet ist, die zur Erzeugung eines Gasblasenstroms in einer im Separationsbehälter befindlichen Flüssigkeit ausgebildet ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen können den auf eine Vorrichtung gerichteten Unteransprüchen entnommen werden. Dabei können die für das Verfahren geschilderten Vorteile sinngemäß auf die Vorrichtung übertragen werden.
Zweckmäßigerweise umfasst die Einrichtung zur Gaseinleitung eine Druckgasleitung, die in den Separationsbehälter mündet. Die Druckgasleitung kann insbeson dere an einen Verdichter oder an eine Druckgasflasche angeschlossen werden. Als geeignetes Gas kann beispielsweise Luftstickstoff, Reinstickstoff, Kohlendioxid oder ein Edelgas eingesetzt sein. Insbesondere bietet sich Luftstickstoff an, da dieser vor Ort aus Luft gewonnen werden kann. Das verwendete Gas braucht nicht notwendigerweise ein Inertgas sein, da gegebenenfalls eine Reaktion mit den insbesondere unerwünschten Aromastoffen auch vorteilhaft ausgenutzt werden kann. Zur Vermeidung von Einträgen in die Würze kann aber selbstverständlich die Verwendung eines Inertgases bevorzugt sein.
Bevorzugt weist die Druckgasleitung einen Druckregler zur Einstellung des Gasdrucks und/oder ein Ventil zur Einstellung des Volumenstromes auf. Zur Temperierung des zuströmenden Gases ist weiter bevorzugt eine Temperiereinrichtung umfasst, die als eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung ausgebildet sein kann.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Separationsbehälter einen Unfiltratraum zur Aufnahme von Maische, einen Senkboden zur Ausbildung eines Filterkuchens und einen Filtratraum stromab des Senkbodens. Dabei weist die Druckgasleitung eine Anzahl von separaten Zuleitungen auf, wobei eine Zuleitung in den Unfiltratraum, eine Zuleitung unmittelbar stromauf des Senkbodens und eine Zuleitung in den Filtratraum mündet, und wobei zusätzlich eine Anzahl von steuerbaren Ventilen zur Einleitung des Gasstroms in die Zuleitungen vorgesehen ist.
Eine derartige Vorrichtung bietet den Vorteil, sowohl den Ort als auch die physikalischen Parameter des Gasblasenstroms selbst während des Läutervorgangs optimiert zu variieren. Beispielsweise kann der Gasblasenstrom während des Einfüllens der Maische in den Unfiltratraum, anschließend in den Filtratraum und abschnittsweise zur Durchgängigmachung des Filterkuchens unmittelbar an diesen eingeleitet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind den Zuleitungen jeweils Mittel zur separaten Einstellung der Parameter des Gasblasenstroms wie Druck, Temperatur oder Volumenstrom zugeordnet.
Zweckmäßigerweise ist eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Drucks und/oder des Volumenstroms des zugeführten Gases, insbesondere zur Steuerung des Gasstroms in den Zuleitungen, ausgebildet und eingerichtet. Dabei ist die Steuervorrichtung bevorzugt eingerichtet, Druck, Temperatur- und/oder Volumenstrom des zugeführten Gases, insbesondere den Gasstrom in den Zweigleitungen während des Läutervorgangs zu variieren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei ist in der einzigen 1 schematisch eine Vorrichtung zur Läuterung der Maische in einem Bierbrauprozess dargestellt.
Die Vorrichtung 1 zur Durchführung eines Läutervorganges umfasst einen Separationsbehälter 2, an den eine Maischezuleitung 3 und eine Würzeabfuhrleitung 4 angeschlossen sind. Weiter ist dem Separationsbehälter 2 eine Einrichtung 5 zu einer Gaszuleitung zugeordnet. Zu Prozessbeginn wird über die Maischezuleitung 3 die nach dem Einmaischen noch warme Maische 6 in den Separationsbehälter 2 bis zu einem bestimmten Maischepegel 7 eingefüllt.
Am Boden des Separationsbehälters 2 ist ein Senkboden 8 angeordnet, der eine Anzahl von durchgehenden Schlitzen aufweist, über die filtrierte Flüssigkeit, nämlich die Würze 15, ablaufen kann. Den eigentlichen Behälterboden bildet der Bottichboden 9, der über eine Anzahl von Anschlüssen 10 in die Würzeabfuhrleitung 4 mündet. Während der Läuterruhe setzen sich die Feststoffpartikel aus der eingefüllten Maische 6 am Senkboden 8 ab und bilden mit einem charakteristischen Aufbau aus Fein- und Grobpartikeln einen Filterkuchen 11, über den weitere Feststoffpartikel aus der Maische 6 zurückgehalten werden. Die durch den Filterkuchen 11 abgefilterte Würze 15 wird über die Anschlüsse 10 abgezogen und stellt das grundlegende Eingangsprodukt für die Bierbereitung dar. Der Separationsbehälter 2 selbst ist über eine Haube 13 abgeschlossen, die über einen Dampfabzug 14 verfügt.
Bei einem Läutervorgang entsprechend dem Stand der Technik nimmt mit der Prozessdauer der Volumenstrom der Würze 15 ab, da der Filterkuchen 11 im Lau fe des Prozesses durch Feststoffpartikel verblockt. Insofern muss ein Hackwerk 16 eingeführt werden, welches rotierbare Messer aufweist, die in den Filterkuchen 11 abgetaucht werden können. Nach dem mechanischen Öffnen des verblockten Filterkuchens 11 entsteht wieder ein akzeptabler Volumenstrom an Würze 15. Über die mitgerissenen Feststoffpartikel aus der Maische 6 tritt jedoch eine unerwünschte Trübung der Würze 15 ein.
Der Filterkuchen 11 trennt in dem Separationsbehälter 2 generell einen Unfiltratraum 12, in dem die Maische 6 als eine Suspension aus der Würze 15 und den ungelösten Feststoffpartikeln vorliegt, von einem Filtratraum 17, in dem die als kontinuierliche Phase abfiltrierte Würze 15 vorliegt.
Um den Läutervorgang zu beschleunigen, ohne dass die abgeführte Würze 15 eine Qualitätseinbuße erleidet, ist dem Separationsbehälter 2 die Einrichtung 5 zur Gaszuleitung zugeordnet. Die Einrichtung 5 zur Gaszuleitung umfasst eine Druckgasleitung 18, über welcher mittels einer Anzahl von separaten Zuleitungen 19, 20, 21 dem Separationsbehälter 2 ein unter Druck stehendes Gas zugeleitet werden kann. Vorliegend wird als Gas aus Luft gewonnener Stickstoff eingesetzt.
Der vor Ort gewonnene Stickstoff wird zunächst in einen Druckgasbehälter 24 eingeleitet und durchströmt anschließend zur Sättigung mit H₂O einen mit Wasser gefüllten Wasserbehälter 25. Der mit Wasser gesättigte Stickstoff strömt anschließend in die Druckgasleitung 18 und gelangt über die Zuleitungen 19, 20, 21 an jeweils verschiedenen Stellen in die Flüssigkeit innerhalb des Separationsbehälters 2.
Die jeweiligen Zuleitungen 19, 20, 21 münden jeweils in eine spezifisch ausgebildete Verteilvorrichtung 27, die mit feinen Poren ausgestattet ist. Über diese Poren wird der zueilende Gasstrom aufgeteilt, so dass in der Flüssigkeit im Inneren des Separationsbehälters 2 am Ort der Gaseinleitung jeweils ein Gasblasenstrom 28 aus feinen Gasblasen entsteht. Beispielsweise mündet die Zuleitung 19 in eine Verteilvorrichtung 27, die als eine keramische Fritte ausgeführt ist. Andererseits münden die Zuleitungen 20, 21 jeweils in Verteilvorrichtungen 27, die nach Art ei nes Brausekopfes mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen (als Poren) ausgebildet sind.
Zur Aufteilung des Gasstromes aus dem Druckgasbehälter 24 und zur Beeinflussung des Volumenstroms sowie des Druckes in den jeweiligen Zuleitungen 19, 20, 21 ist eine Steuervorrichtung 30 vorgesehen, die mit steuerbaren Ventilen 31, 32, 33 an den jeweiligen Zuleitungen 19, 20, 21 verbunden ist. Über ein gesteuertes Öffnen bzw. Schließen bzw. Einstellung des Ventilöffnungsgrades der jeweiligen Ventile 31, 32, 33 lässt sich der in den Zuleitungen 19, 20, 21 herrschende Volumenstrom sowie Druck separat einstellen. Zur grundsätzlichen Einstelllung des Druckes innerhalb der Druckgasleitung 18 ist zwischen dem Druckgasbehälter 24 und dem Wasserbehälter 25 ein Druckregler 34 angeordnet, der ebenfalls über die Steuervorrichtung 30 einstellbar ist.
Weiter ist der Druckgasleitung 18 eine Heizeinrichtung 35 zugeordnet, über die sich die Temperatur des zueilenden Gases innerhalb der Druckgasleitung 18 einstellen lässt. Dies Heizeinrichtung 35 ist hierbei schematisch dargestellt, insbesondere kann die Heizeinrichtung 35 dadurch realisiert sein, dass das Gas innerhalb des Wasserbehälters 25 temperiertes Wasser durchströmt.
Mittels der Steuervorrichtung 30 wird während des Läutervorgangs der Gasstrom in den Zuleitungen 19, 20, 21 prozesszeitabhängig gesteuert. Beispielsweise werden zu Beginn des Läutervorgangs über die Zuleitung 21 vergleichsweise große Gasblasen in die zuführende Maische 6 eingebracht. Hierdurch wird der Flotationsprozess verstärkt, so dass sich den Filterkuchen 11 blockierende Feinstpartikel als Schaum auf der Oberfläche der Maische 6 abscheiden. Zugleich wird der über die Zuleitung 20 eingebrachte Gasstrom so eingestellt, dass die kinetische Energie der austretenden Gasblasen groß genug ist, um Filterkanäle in dem Filterkuchen 11 offen zu halten. Bei einer diskontinuierlichen Vorgehensweise werden die Gasblasen zeitabschnittsweise derart eingebracht, dass auch blockierte Filterkanäle freigeblasen werden.
Die Zuführung und Steuerung des Gasstroms über die Zuführung 19 wird eingestellt, dass sich während der Verweilzeit der Gasblasen in der Flüssigkeit ein thermisches Gleichgewicht zwischen der Gasblase und der umgebenden Flüssigkeit einstellt, ehe diese an der Oberfläche der Maische im Unfiltratraum wieder abgesondert wird. Auf diese Weise reichern sich unerwünschte Aromastoffe aus der Würze 15 vorhersagbar während des Aufsteigens der Gasblasen in diesen an, wodurch sich die Würze 15 allmählich an diesen unerwünschten Aromastoffen abreichert. Da der Dampfdruck der unerwünschten Aromastoffe in der Würze 15 zumeist höher ist als der der erwünschten Aromastoffe, wird durch den Effekt der Desorption die Abreicherung der unerwünschten Aromastoffe in der Würze 15 begünstigt.
Über die angegebene Einrichtung 5 zur Gaszuleitung kann der Läutervorgang entsprechend einem gewünschten Stammwürzegehalt gesteuert werden. Auf das Hackwerk 16 kann bei entsprechender Ansteuerung des Gaszustroms verzichtet werden. Das Hackwerk 16 kann jedoch in dem Separationsbehälter 2 verbleiben und erlaubt vor allem gegen Ende des Läutervorgangs durch Drehbewegungen eine Lockerung des Filterkuchens 11 und damit eine Erhöhung des Würzeflusses 15.

1: Vorrichtung zur Läuterung
2: Separationsbehälter
3: Maischezuleitung
4: Würzeabfuhrleitung
5: Einrichtung zur Gaszuleitung
6: Maische
7: Maischepegel
8: Senkboden
9: Bottichboden
10: Anschlüsse
11: Filterkuchen
12: Unfiltratraum
13: Haube
14: Dampfabzug
15: Würze
16: Hackwerk
17: Filtratraum
18: Druckgasleitung
19: Zuleitung
20: Zuleitung
21: Zuleitung
24: Druckgasbehälter
25: Wasserbehälter
27: Verteilvorrichtung
28: Gasblasenstrom
30: Steuervorrichtung
31: Ventil
32: Ventil
33: Ventil
34: Druckregler
35: Heizeinrichtung

Claims

Verfahren zur Würzebehandlung während des Läutervorgangs im Brauprozess, wobei eine Würze (15) und Feststoffpartikel umfassende Maische (6) unter Ausbildung eines Filterkuchens (11) in einen Separationsbehälter (2) eingefüllt und die den Filterkuchen (11) durchlaufende Würze (15) abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in dem Separationsbehälter (2) von einem Gasblasenstrom (28) durchströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Gasblasenstroms (28) durch den Filterkuchen (11) strömt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Gasblasenstroms (28) vom Filtratraum (17) durch den Filterkuchen (11) in den Unfiltratraum (12) strömt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasblasenstrom (28) durch eine Poren aufweisende Verteilvorrichtung (27), insbesondere eine Fritte, eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Gasblasenstroms (28) der Druck, die Temperatur und/oder der Volumenstrom eines zuströmenden Gases gesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck, die Temperatur und/oder der Volumenstrom während des Läutervorgangs variiert werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas vor Einleitung in den Separationsbehälter (2) durch Wasser geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Stickstoff, Kohlendioxid oder ein Inertgas verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasblasenstrom (28) derart eingebracht wird, dass sich Feinstpartikel aus der Flüssigkeit an der Oberfläche der Gasblasen anlagern, mit diesen aufsteigen und sich an der Maischeoberfläche abscheiden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasblasenstrom (28) derart eingebracht wird, dass sich unerwünschte Aromastoffe der Würze (15) durch Desorption in den aufsteigenden Gasblasen an- und in der Würze (15) abreichern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasblasenstrom (28) derart eingebracht wird, dass Filtrationswege im Filterkuchen (11) durchströmt werden und ein Verschluss der Filtrationswege durch Grobpartikel verhindert wird.
Vorrichtung (1) zur Läuterung im Brauprozess, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Separationsbehälter (2) umfassend eine Maischezuleitung (3) und eine Würzeabfuhrleitung (4), dadurch gekennzeichnet, dass dem Separationsbehälter (2) eine Einrichtung (5) zur Gaseinleitung zugeordnet ist, die zur Erzeugung eines Gasblasenstroms (28) in einer im Separationsbehälter (2) befindlichen Flüssigkeit ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zur Gaseinleitung eine Druckgasleitung (18) umfasst, die in den Separationsbehälter (2) mündet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gaseinleitung eine Poren aufweisende Verteilvorrichtung (27) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasleitung (18) ein Druckregler (34) zur Einstellung des Gasdrucks und/oder ein Ventil (31, 32, 33) zur Einstellung des Volumenstromes zugeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zur Gaseinleitung eine Temperiereinrichtung (35) zur Temperierung des zuströmenden Gases umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckgasleitung (18) in der Würzeabfuhrleitung (4) endet.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Separationsbehälter (2) einen Unfiltratraum (12) zur Aufnahme von Maische (6), einen Senkboden (8) zur Ausbildung eines Filterkuchens (11), und einen Filtratraum (17) stromab des Senkbodens (8) umfasst, dass die Druckgasleitung (18) eine Anzahl von separaten Zuleitungen (19, 20, 21) umfasst, wobei eine Zuleitung (20) in den Unfiltratraum (12), eine Zuleitung (21) unmittelbar stromauf des Senkbodens (8) und eine Zuleitung (19) in den Filtratraum (17) mündet, und dass eine Anzahl von steuerbaren Ventilen (31, 32, 33) zur Einleitung des Gasstroms in die Zuleitungen (19, 20, 21) vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (30) zur Steuerung des Drucks, der Temperatur und/oder des Volumenstroms des zugeführten Gases, insbesondere zur Steuerung des Gasstroms in den Zuleitungen (19, 20, 21), ausgebildet und eingerichtet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (30) eingerichtet ist, Druck, Temperatur und/oder Volumenstrom des zugeführten Gases, insbesondere den Gasstrom in den Zuleitungen (19, 20, 21) während des Läutervorgangs zu variieren.