DE102011113529A1

DE102011113529A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausdampfoptimierung

Info

Publication number: DE102011113529A1
Application number: DE201110113529
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-09-15
Publication date: 2013-01-24
Also published as: DE102011113532A1; DE102011113537A1

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Würzebereitung, bei dem einer Heißhaltephase eine Ausdampfphase folgt, die sich neben dem eigentlichen Verdampfungsvorgang durch eine Temperaturdifferenz auszeichnet, die mindestens 0,5°C beträgt. Je höher die Temperaturdifferenz ausfällt desto geringer ist die Temperatur der Ausdampfungsphase, so dass sich bezogen auf den zentralen Aromastoff Dimethylsulfid eine gesteigerte Flüchtigkeit einstellt. In der Folge davon sinkt der aufzuwendende Energieeinsatz zur Unterschreitung einer Zielkonzentration dieses unerwünschten Aromastoffs.

Description

Ein zentraler Prozess in der Würzebereitung besteht im Schritt der Kochung. Wasser sowie unerwünschte Aromastoffe werden hier ausgedampft. Kochprozesse können grob unterteilt werden in solche, bei der eine Pfanne wie ein großer Kochtopf mittels Zufuhr von Wärme zum Kochen gebracht wird (Pfannenkochung) oder solche bei denen hierfür Innen- oder Außenkocher eingesetzt werden (Außenkochung). Beide Möglichkeiten werden in schematisch dargestellt. Der linke Teil beinhaltet die Pfannekochung (2), die rechte Abbildung stellt die Außenkochung (1) dar.
Neben der Ausdampfung unerwünschter Aromastoffe ist deren Bildung von zentraler Bedeutung. Insofern ist für die Herstellung einer qualitativ hochwertigen Würze wichtig, unerwünschte Aromastoffe vor deren Ausdampfung zu bilden. Hohe Temperaturen fordern entsprechende Bildungsreaktionen so dass eine Heißhaltephase vor einer Ausdampfungsphase eine optimale Verringerung der Konzentration unerwünschter Stoffe bewirkt. Hier ist in der Würzebereitung eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, um eine Heißhaltephase mit einer Ausdampfphase zu verbinden.
Ein einfaches und klassisch zu nennendes diskontinuierliches Verfahren besteht in Heißhaltung von Würze in einem Behälter bei annähernd 100°C und der anschließenden Kochung unter atmosphärischen Bedingungen. beschreibt den Prozess (Kurve 1). Die zur Verdampfung benötigte Wärmeenergie wird durch Zufuhr von Wärme bereitgestellt. Die Zufuhr kann durch Außen- oder Innenkocher erfolgen. Es ist auch möglich das eigentliche Behältnis direkt zu beheizen. Darüber hinaus können beide Prozesse mit höheren Temperaturen betrieben werden.
Ein etabliertes kontinuierliches Verfahren besteht darin, Würze in einem Behälter bei annähernd 100°C (bestimmt durch die atmosphärische Siedetemperatur von Wasser, dem Hauptbestandteil der Würze) oder höheren Temperaturen ohne Verdampfung heiß zu halten. Anschließend wird die Würze in ein separates zweites Behältnis gepumpt. Dieser Behälter steht unter Atmosphärendruck oder geringer. Bei Eintritt der Würze in den Behälter entspannt sich diese kontinuierlich entlang der eingestellten Druckdifferenz und die Höhe der gesamten Verdampfung ist abhängig von der Enthalpiedifferenz zwischen entspannter und nicht entspannter Würze. Somit kann über den Temperaturunterschied vorher zu nachher dieser Prozess und der dadurch bestimmte Austreibungserfolg gesteuert werden. beschreibt den Prozess (Kurve 2).
Eine diskontinuierliche Umsetzung besteht darin, einen entsprechend druckfesten Behälter auf einen Überdruck zu bringen, dort für eine bestimmte Heißhaltezeit zu belassen und anschließend die heiße Würze zu entspannen. Diese kann einmalig mit einer großen Druckdifferenz erfolgen oder mehrmalig in kleineren Stufen oder Sprüngen. Im Unterschied zum ersten beschriebenen Verfahren wird hier die Verdampfungswärme nicht direkt zugeführt sondern aus der Würze entnommen. Eine Variation dieses Verfahrens kann auch in einer ein- oder mehrstufigen Entspannung in den Unterdruckbereich gesehen werden. Dabei wird von Atmosphärendruck oder einem höherem Druckbereich auf einen bestimmten Unterduck entspannt. Dies kann einstufig oder in Zyklen wie jeweils zuvor beschrieben erfolgen. beschreibt den Prozess (Kurve 3).
Eine weitere Verfahrensvariante besteht in einer Heißhaltung knapp unterhalb einer atmosphärischen Siedetemperatur und einer anschließenden Desorption. Diese kann ebenfalls bei Atmosphären- oder Unterdruck betrieben werden. Im Unterschied zu den vorherigen Austreibungsphasen wird bei solchen Prozessen ein Gas eingeleitet. Zwischen Gas und Umgebung stellt sich hierbei ein Gleichgewichtszustand ein, der von der herrschenden Temperatur definiert wird. Die benötigte Verdampfungswärme kann aus der Würze oder aber auch durch Erhitzen des Gases eingebracht werden. beschreibt den Prozess in einer kontinuierlichen Ausführung (Kurve 4), eine diskontinuierliche Umsetzung kann mit Kurve 5 erfasst werden.
Für alle diese Prozesse ist anzumerken, dass der eigentliche Verdampfungsvorgang monoton stetig oder variierend stetig ausgeführt werden kann. Unter diesen Begriffen ist eine Verfahrensweise der Form zu verstehen, dass die herrschenden Temperaturen am Ende der Heißhaltephase sowie der zugehörigen Rüst- und Umstellphasen den Temperaturen zu Beginn der Verdampfungsphase entsprechen. Anders formuliert bedeutet dies, dass sich alle hier beschriebenen Verfahren und die Vielzahl an weiteren, hier nicht genannten Heißhalte- und Verdampfungsprozesse dadurch auszeichnen, das die ersten verdampften Moleküle den Phasenübergang bei einer Temperatur vollzogen, die beinahe identisch mit der Temperatur der Heißhaltephase ist.
Dieser Umstand führt zu einem deutlichen Nachteil, der am Beispiel der zentralen Komponente zur Charakterisierung des Ausdampferfolgs eines Kochers anschaulich beschrieben werden kann. Diese aromatische Komponente ist die Substanz Dimethylsulfid (DMS). Die Flüchtigkeit dieser Komponente ist stark temperaturabhängig. beschreibt diesen Umstand. Es ist im temperaturabhängigen Kurvenverlauf zu erkennen, dass mit steigender Temperatur die Flüchtigkeit dramatisch abnimmt. Wird DMS in würzetypischen Konzentrationen bei 100°C ausgetrieben und liegt ein geschlossener Ausdampfungsprozess vor, dann entspricht zu jedem Zeitpunkt des Vorgangs die Konzentration in der Dampfphase dem ca. 75 fachen der Konzentration in der Flüssigkeit. Wird derselbe Prozess bei 30°V durchgeführt, dann entspricht die Konzentration in der Dampfphase dem ca. 3500-fachen der Konzentration in der Flüssigkeit. Dies bedeutet somit, dass bei 30°C viel weniger Wasser mitverdampft werden muss. Dementsprechend ist viel weniger Verdampfungswärme aufzubringen. Somit besteht ein allgemeiner Nachteil aller bisheriger Verfahren darin, dass aufgrund der annähernden Temperaturgleichheit der Würze zwischen Ende Heißhaltung und Beginn Austreibung nicht eine optimale mögliche Flüchtigkeit bei tieferer Temperatur eingesetzt wird.
Um dieses Problem zu lösen, beinhaltet die vorliegende Erfindung ein Verfahren, dass die Kühlung einer Würze zwischen Heißhalten und anschließendem Verdampfungsprozess beinhaltet. Dadurch wird die Temperatur gesenkt, so dass sich die Flüchtigkeit zu höheren Werten verschiebt. In der Folge davon muss weniger Wasser zum Erreichen eines bestimmten, durch DIN-Norm vorgegebenen Grenzwerts mitverdampft werden. Dadurch sinkt der aufzuwendende Energiebedarf. Der Schritt des Kühlens und der Zurückgewinnung von Wärmeenergie erlaubt somit eine weitergehende Energieeinsparung, da in der Folge auch die für den thermodynamischen Trennprozess des Verdampfens aufzuwendende Energie reduziert wird. Die Umsetzung ist in mehreren Ausführungen zu erreichen.
Die Kühlung kann in kontinuierlicher Verfahrweise gelöst werden. Hierbei wird die gesamte Würzemenge zwischen zwei Behältern umgepumpt und bei diesem Vorgang und gekühlt. Als Vorrichtung würde dies durch zwei Behälter gelöst werden in deren verbindender Rohrleitung ein Wärmetauscher integriert wird. Dieser kann mit Kühlflüssigkeit oder aufzuheizender Maische oder Würze oder sonstigen Brauereimedien im Gegen- oder Gleichstrom betrieben werden. Die Kühlung kann ebenfalls in diskontinuierlicher Ausführung erbracht werden. Hierfür wird das gesamte Behältnis gekühlt. Eine entsprechende Vorrichtung umfasst den Behälter, in den Wärmetauscherflächen integriert sind. Die Kühlemedien entsprechen den im vorherigen Absatz beschriebenen. Die Kühlung kann auch in einem dritten Verfahren verwirklicht werden. Hierfür wird vorgeschlagen, interne oder externe Kühleinrichtungen anzubringen. Deren Installation ist vergleichbar mit bekannten Innen- oder Außenkochern. Die Kühlemedien entsprechen den im vorvorherigen Absatz beschriebenen.
Alternativ zu den beschriebenen Verfahren zur Würzekochung können auch alle anderen Verfahren der Würzebereitung betrachtet werden. Hierfür ist allein zu berücksichtigen dass sich je nach Verfahrensschritt die Kühlleistung des Wärmetauschers erhöhen muss.

Claims

Verfahren zur Reduktion des Gehalts einer unerwünschten, aromatischen Komponente während der Würzebereitung in der Form, dass einer forcierten Bildungsphase eine forcierte Austreibungsphase folgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während der Bildungsphase höher ist, als die Temperatur zu Beginn der Austreibungsphase und die auftretende Temperaturdifferenz mindestens 0,5°C beträgt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während der Bildungsphase höher ist, als die Temperatur zu Beginn der Austreibungsphase und die auftretende Temperaturdifferenz mindestens 5°C beträgt.
Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildungsphase ein diskontinuierlich oder kontinuierlich oder gemischt diskontinuierlich-kontinuierlich gehaltener Kühlvorgang zum Energieentzug aus der Würze nachgeordnet wird.
Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie, die aufgrund der eingestellten Temperaturdifferenz als Abwärme wieder frei wird, anderen Abschnitten der Würze- und Bierbereitung wieder zugeführt wird.
Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass Nachbildung und Austreibung in einem Behälter erfolgen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Nachbildung und Austreibung in mindestens zwei Behältern erfolgen.
Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass einem Behälter zur Würzebereitung ein Wärmetauscher über entsprechende Verrohrungen Ventile und Pumpen beigeordnet ist, so dass die Würze im Kreislauf oder einmalig ohne Rückvermischung zum Zwecke der Kühlung über diesen Wärmetauscher gefahren werden kann.
Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher in dem Behälter installiert wird.
Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher außerhalb des Behälters installiert wird.