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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Bier.
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Die Herstellung von Bier erfolgt über den Zwischenschritt einer Würzebereitung. Die Würzebereitung im Sudhaus ist ein bewährtes Verfahren, das aus den Schritten des Schrotens, des Maischens, des Läuterns, der Würzekochung und der Heißtrubentfernung besteht. Dabei wird aus den Rohstoffen Malz und Wasser eine Stärkepartikel-Wasser-Suspension in eine zuckerreiche Lösung transformiert, die im gekochten und gehopften Zustand zu Bier vergoren wird.
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Die Grundzutaten sind hierfür die Rohstoffe Wasser, Malz und Hopfen. Anstelle von Malz kann auch jeder andere beliebige stärkehaltige Rohstoff wie beispielhaft Reis oder Mais eingesetzt werden. Der massen- und volumenbezogen größte Anteil an einer Maische und der daraus entstehenden Würze besteht aus Wasser. Für ein Bier mit einem Stammwürzegehalt von 12% bedarf es etwa 7,5 l Wasser auf 1 kg Malzschrot. Ein großer Anteil an Wasser wird bereits bei Beginn des Herstellungsprozesses, beim Einmaischen, dem geschroteten Malz zugegeben. Ab diesem Verfahrensschritt muss das gesamte notwendige Wasser zusammen mit den Feststoffen durch die Anlage gefördert werden. Dies bedingt jedoch, dass die für die Würzebereitung eingesetzten Behälter und Leitungen große Flüssigkeitsmengen aufnehmen und transportieren müssen. Dies wiederum bedingt eine bestimmte Größe der Sudhäuser und vor allen Dingen einen hohen Energiebedarf für Heiz-, Kühlungs- und Ausdampfungsprozesse. Weiterhin ist auch der hohe, indirekte Verbrauch an Wasser für Reinigungszwecke zu berücksichtigen. Es ist deshalb festzustellen, dass durch den hohen, bisher benötigten Wasseranteil im Sudhaus, dessen Größe, dessen Ausstattung und dessen Prozessketten auf den vergleichsweise unwichtigen Bestandteil Wasser ausgelegt werden müssen.
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In der
DD-A-223 331 wurde bereits vorgeschlagen, bei der Herstellung von Bier, das neben dem üblichen Gerstenmalz auch unvermälztes Getreide, sogenanntes Rohkorn, enthält, dieses Rohkorn in Form einer Paste bereitzustellen und diese Paste dann zusammen mit dem geschroteten Malz (Mehl- und Spelzenfraktion) weiterzuverarbeiten. Die Paste aus rohem Korn wird hergestellt, indem das daraus gewonnene Mehl in eine Extruderschnecke eingebracht wird, wo sie mit Wasser befeuchtet und dann mechanisch durchgearbeitet wird. Die homogen vermischte Paste wird dann in einen „Hydrator” eingebracht, in den auch das geschrotete Malz eingebracht wird. Dort findet offensichtlich die Mischung mit Wasser statt. Zwar gibt es bei dieser Vorrichtung auch eine Möglichkeit, der Rohfruchtpaste bereits einen Teil an geschrotetem Malz zuzusetzen, der Hauptanteil des Malzes wird jedoch nach dem üblichen energieintensiven und apparateaufwändigen Verfahren, also Maischen, Läutern, Kochen oder dgl. weiterverarbeitet.
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Aus der
DE-A-10 2008 019 499 ist es bereits bekannt, dass es möglich ist, im Rahmen einer wässrigen Suspension die von der Speizenfraktion befreiten Mehl- und Grießbestandteile des Malzes zu verarbeiten. Allerdings sind mit der Entfernung von Spelzen keinerlei Verkleinerungsmöglichkeiten für die einzelnen Anlagenbestandteile und keine Energieeinsparungen für die notwendigen Kochprozesse verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bierherstellung bereitzustellen, das merkliche Energieeinsparungen und einen stark verringerten Anlageaufwand bedingt.
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Die Aufgabe wird bei einem Verfahren durch die Merkmale des Anspruches 1 und bei einer Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruches 16 gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die gesamte für die Bierherstellung benötigte Menge an stärkehaltigen Rohstoffen über einen großen und besonders energieintensiven Teil des Herstellprozesses in Form eines nur wenig Wasser enthaltenden und deshalb nur einen Bruchteil des im herkömmlichen Verfahren zu handhabenden Volumens aufweisenden Teigs behandelt, erwärmt und transportiert werden, wobei das Wasser verfahrensabhängig zu einem relativ späten Zeitpunkt zugemischt wird. Dies bedingt, insbesondere für die Wärmezuführungsprozesse (Heizen und/oder Verdampfen), eine hohe Energieeinsparung und gleichzeitig eine Vereinfachung und Reduzierung des Anlageaufwandes, da die teigähnliche Struktur eher wie ein Festkörper zu transportieren ist, beispielsweise über Förderbänder oder dgl.. Das Verfahren ist derart ausgelegt, dass es sich für einen diskontinuierlichen, einen kontinuierlichen oder einen Mischprozess aus kontinuierlicher und diskontinuierlicher Durchführung eignet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Bevorzugt wird der stärkehaltige Rohstoff spelzenfrei und/oder geschält verarbeitet, wobei bevorzugt nur Mehl- und/oder Grießbestandteile genommen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Verarbeitung aller zum Bierbrauen eingesetzten stärkehaltigen Rohstoffe, ist jedoch besonders für Malz, insbesondere für Gerstenmalz geeignet, das in einem üblichen Mahlgrad eingesetzt werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann beispielsweise eine Wärmebehandlung oder das sogenannte Ausdampfen, d. h. die Entfernung von unerwünschten Aromastoffen durch Austreiben bereits im Teig erfolgen, wobei in den Teig Inertgas eingeknetet und kontrolliert ausgetrieben wird. Durch diese Maßnahme ist der Bedarf an Inertgas aufgrund der stärkeren Konzentration unerwünschter Aromastoffe im Teig im Vergleich zu einer flüssigen Phase stark verringert. Weiterhin bewirkt die Einleitung und Verteilung von Inertgas auch eine Verbesserung der rheologischen und instantisierenden Eigenschaften des Teiges.
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Auch die Hopfengabe kann in den Teig erfolgen.
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Die zur Teigbereitung eingesetzte Wassermenge kann sehr gering sein und z. B. etwa 1% der für einen gewünschten Stammwürzegehalt letztendlich erforderlichen Hauptgussmenge betragen, sie liegt jedoch immer unter der Hauptgussmenge.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die enzymatischen Umsetzungen im Teig durch Elektroporation mittels eines elektrischen Feldes oder durch andere geeignete Maßnahmen, wie beispielsweise elektromagnetische Felder, Vibration oder Kombination dieser Verfahren, unterstützt und verbessert werden.
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Falls erforderlich, können eventuell noch vorhandene Feststoffe nach dem Ausmischen des Teiges mit Wasser durch geeignete Verfahren, insbesondere durch Flotation und/oder Zentrifugieren und/oder Separieren und/oder Filtrieren erfolgen.
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Es ist weiterhin möglich, auch die Gärung im Teig ablaufen zu lassen.
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Eine wertere Möglichkeit besteht darin, den Teig zu Lagerzwecken zu trocknen und/oder zu pulverisieren. Alternativ kann vor oder nach der Trocknung oder Pulversierung auch eine Abtrennung von vorhandenen Feststoffen erfolgen.
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Durch das Abtrennen der Spelzen vor Beginn des Verfahrens können diese problemlos zur Energiegewinnung eingesetzt werden.
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Geeignete Maschinen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind im Stand der Technik bekannt, wobei jedoch bisher ihre Anwendung in einem Sudhaus nicht oder nur teilweise bekannt war.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Fließzeichnung (1) näher erläutert.
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1 zeigt eine Fließdarstellung der Erfindung, die nach dem diskontinuierlichen und kontinuierlichen Verfahren betrieben werden kann. Es können jedoch auch Teile des Prozesses kontinuierlich und andere Teile diskontinuierlich durchgeführt werden.
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Das Verfahren dient der Herstellung einer Maische/Würze-Paste, die anstelle der bisher flüssigen bis hochflüssigen Maische oder Würze verwendet werden kann. Die erfindungsgemäße Maische/Würze-Paste hat eine viskose oder hochviskose, teigartige Konsistenz, wobei der Flüssigkeitsgehalt in der Paste unter und bevorzugt wesentlich unter dem bisherigen Minimum einer Hauptgussmenge, insbesondere zwischen 1% der Hauptgussmenge und einem Wert unterhalb des minimalen klassischen Hauptgusses liegt.
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Zur Herstellung der Maische/Würze-Paste wird zunächst der gesamte benötigte stärkehaltige Rohstoff (nachfolgend wird das Verfahren zur Vereinfachung anhand von Malz (Gerstenmalz) erläutert; ist jedoch auf andere Rohstoffe analog anzuwenden), bei 1 in einer Schroteinheit geschrotet und in einer optional angeschlossenen Trennvorrichtung von der Spelzenfraktion und anderen Grobbestandteilen getrennt. Des Weiteren kann so fein gemahlen werden, dass keine Spelzen mehr vorhanden sind. Die Mehlfraktion und die Grießbestandteile aller Korngrößen werden in einer Dosiervorrichtung bei 2 mit einer Minimalmenge an Wasser befeuchtet. Die notwendige Menge an Wasser hängt ab von der individuellen Charge und den Erfordernissen der nachfolgenden Prozesse. Bevorzugt wird die gleiche Menge Wasser und Schrot (1:1) vermischt. Das Mischungsverhältnis kann jedoch je nach den Gegebenheiten variiert werden, z. B. 1 Teil Wasser auf 2 Teile Schrot bis 1 Teil Wasser auf 100 Teile Schrot. Da die Spelzenfraktion vorab abgetrennt werden kann, kann sie nach der Abtrennung thermisch oder biochemisch (z. B. durch Vergärung) zur Energiegewinnung umgesetzt werden.
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Dann gelangt die befeuchtete Mischung bei 3 in eine Kneteinheit, in der die Mischung durchgearbeitet und homogenisiert wird, so dass ein gut transportfähiger Teig entsteht.
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Dieser Teig wird bei 4 auf die für die enzymatischen und biochemischen Umsetzungen wichtige Temperaturen erwärmt und/oder auf diesen gehalten. Die geeigneten Temperaturen für eine Stärkeverkleisterung und Verzuckerung liegen zwischen 60 und 100°C. Andere Enzymgruppen wie proteolytische oder cytolytische haben andere Temperaturbereiche in denen sie aktiv sind und somit eingehalten werden müssen. Das gleiche gilt bei Verwendung von technischen Enzymen, auch hier können andere Temperaturbereiche erforderlich sein.
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Bei 5, ggf. auch früher oder später, erfolgt anschließend das sogenannte Ausdampfen, wobei Inertgas zugeführt wird, um unerwünschte Aromastoffe auszutreiben. Dabei kann Inertgas (z. B. CO2, N2) in den Teig eingeknetet werden und anschließend durch Unterdruckbehandlung oder offene Führung oder dgl. wieder entfernt werden. Es ist jedoch auch möglich, den Teig in eine Atmosphäre einzubringen, die ein Ausdampfen der Aromastoffe fördert. Daneben kommt dem Gas auch die Funktion zu, dem Teig eine für die spätere Ausmischung positive Struktur im Hinblick auf Instantisierung und Rheologie zu geben.
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Das Kneten, das Heißhalten und das Ausdampfen unerwünschter Aromastoffe kann in einem einzigen Aggregat 6 verwirklicht werden.
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Anschließend kann die Hopfenzugabe bei 7 direkt in den Teig erfolgen. Dafür kann eine stark gehopfte, flüssige Würzefraktion eingesetzt werden. Bevorzugt wird im gleichen Prozessschritt 8 der gehopfte Würzeteig mit Wasser auf die gewünschte Stammwürzekonzentration ausgemischt.
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Alternativ kann die Hopfenzugabe auch zu einem späteren Zeitpunkt der Bierherstellung erfolgen, auch eine Zugabe von bereits isomerisierten oder anderen Hopfenprodukten ist möglich.
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Falls erforderlich, kann eine diskontinuierliche, mechanische Trennvorrichtung, wie zum Beispiel eine Zentrifuge und/oder eine Flotationsanlage und/oder eine Filtrationsanlage dem Prozessschritt des Anmischens mit Wasser nachgeschaltet werden, so dass bei 9 unerwünschte Feststoffe ausgeschieden werden können. Im Anschluss daran erfolgt der Gärprozess in der klassischen Form bei 10.
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Es ist jedoch auch möglich, die Gärphase im Würzeteig, z. B. im Kneter oder einem vergleichbaren Aggregat mit Temperiermöglichkeit, durchzuführen. Hierfür muss zu Beginn eine Hefegabe und gegebenenfalls eine Sauerstoffzufuhr in die Teigmasse erfolgen. Die hierfür zu verwendenden Aggregate sind wiederum Knetvorrichtungen und Begasurgsvorrichtungen. Ansonsten sind vorzugsweise vergleichbare Prozessbedingungen wie bei der traditionellen Gärung einzuhalten.
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Es ist weiterhin möglich, den Teig nach geeigneten Verfahrensschritten, wie beispielsweise dem Ausdampfen bei 5 oder vor dem Ausmischen mit Wasser zu trocknen und/oder zu pulverisieren und dadurch in einen lagerfähigen Zustand zu bringen. Die Trocknung kann durch bekannte Verfahren, wie beispielsweise ein Erhitzen, Druckvariationen, Mikrowellen oder andere elektromagnetische Felder erfolgen. Die Pulverisierung kann nach der Trocknung durch geeignete Mühlen erfolgen. Auch können Enzyme oder technische Enzyme oder Zusätze, wie Malz-, Maische- oder Bierauszüge oder Kombinationen daraus zugesetzt werden.
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Die enzymatischen Umsetzungen im Teig können durch geeignete Maßnahmen verbessert werden, wobei sich Eletroporation als besonders zweckmäßig erwiesen hat. Der Teig kann jedoch auch durch elektromagnetische Felder, durch Vibration oder durch Kombinationen dieser Verfahren behandelt werden.
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Ein diskontinuierliches Maischen könnte durchgeführt werden, indem in einer Knet- oder ähnlich wirkenden Vorrichtung (z. B. Extruder oder Profilrohr) Malzschrot/Malzmehl und Wasser zu einer hochviskosen Flüssigkeit (Teig) verknetet wird. Es erfolgt ein Heißhaltevorgang zur Bewirkung enzymatischer Umwandlungsreaktionen sowie ein Begasungsvorgang. Anschließend wird zum Ausmischen Wasser zugegeben. Nach Einstellen eines bestimmten Extraktgehaltes kann die hergestellte Würze zur Gärung angesetzt werden.
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Außer in der üblichen diskontinuierlichen Verfahrensweise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch kontinuierlich oder teilkontinuierlich durchgeführt werden. Die kontinuierliche Ausführung beinhaltet dieselben Bearbeitungsschritte wie oben beschrieben, jedoch in einer kontinuierlichen Umsetzung. Am Anfang steht wiederum der Schrotprozess bei 1, aus dem die benötigten Mehl- und Grießbestandteile hervorgehen. Der sich anschließende Dosier- und Knetprozess erfolgt in einem kontinuierlichen Kneter. Die Weiterleitung und gleichzeitige Erwärmung und Heizung des Teiges erfolgt in einem kontinuierlichen Ofen oder einem beheizten, abgeschlossenen Förderband. Die nachfolgenden Verfahrensschritte können diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer merklichen Energieeinsparung, da der Energieaufwand zum Heizen der Maische und der Würze entfällt. Überschlägig berechnet muss für eine klassische Würze bestehend aus 1 Teil Schrot und 4 Teilen Wasser im Volumen von 300 hl zum Aufheizen von 50 auf 100°C eine Energiemenge von 60 × 106 kJ aufgebracht werden. Wird der Wasseranteil auf ein Viertel reduziert, d. h. auf 1 Teil Schrot nur 1 Teil Wasser eingesetzt, ergibt sich ein Energiebedarf von lediglich 12,5 × 106 kJ. Neben dieser Energieeinsparung ist ebenfalls eine Einsparung an CO2, elektrischer Energie (z. B. für die Kälteerzeugung) sowie Medien zur Reinigung zu berücksichtigen.
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Zur Durchführung des Verfahrens können herkömmliche Behälter, Transporteinrichtungen und Maschinen, wie z. B. Kneteinrichtungen oder dgl. eingesetzt werden, die z. B. aus dem Lebensmittelsektor bereits bekannt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 23331 A [0004]
- DE 102008019499 A [0005]
