DE102012110830A1

DE102012110830A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus festen pflanzlichen Aromaträgern in einer Brauflüssigkeit

Info

Publication number: DE102012110830A1
Application number: DE102012110830.7A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Banke; Markus Langer
Original assignee: BEVA BESITZ und VERWALTUNGS & CO KG GmbH; BeVa Besitz- und Verwaltungs & Co KG GmbH
Current assignee: BEVA BESITZ- UND VERWALTUNGS GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: US20140186505A1; DE102012110830B4; US9493732B2

Abstract

Ein Verfahren zur Extraktion von Aromastoffen aus festen pflanzlichen Aromaträgern in einer Brauflüssigkeit, insbesondere in Bier, wobei ein Vorrat der Aromaträger in einem Prozessbehälter (1) aufgenommen ist und von der Brauflüssigkeit durchspült wird, zeichnet sich dadurch aus, dass die Brauflüssigkeit den Prozessbehälter (1) mit dem Vorrat der Aromaträger (9) in zumindest einer turbulenten Wirbelströmung durchströmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus festen pflanzlichen Aromaträgern in einer Brauflüssigkeit, insbesondere zur Extraktion von Aromastoffen aus festen Hopfenprodukten, wie beispielsweise Hopfenpellets aus gemahlenem und gepresstem Hopfen, in Bier oder Bierzwischenprodukten während der Bierherstellung.
Beim Brauen von Getränken, insbesondere beim Brauen von Bier, wird zwischen dem Gärungsprozess und dem Lagerungsprozess unterschieden. Nach der Gärung besitzt die im Gärprozess zugesetzte Hefe keine Aktivität mehr und die gebraute Flüssigkeit wird von der Hefe weitgehend getrennt. Im anschließenden Lagerungsstadium der bereits abgekühlten Brauflüssigkeit werden noch unerwünschte Aromen abgebaut und es kommt zu einer weiteren Klärung der Brauflüssigkeit, zum Beispiel des so genannten Jungbiers. In dieser Phase können der Brauflüssigkeit zusätzliche Aromastoffe zugeführt werden, da keine Aromastoffe mehr durch die Hefe gebunden werden. Beim Brauen von Bier werden dazu häufig gepresste Hopfenpellets in einen Lagertank für die Brauflüssigkeit eingeführt, wobei die Hopfenaromen aus der Feststoffmatrix der Hopfenpellets durch Diffusion und Konzentrationsgefälle in die Brauflüssigkeit, also in das Jungbier, transportiert werden. Diese Extraktion von Aromastoffen wird auch als "kalte Hopfung" oder "Dryhopping" bezeichnet. Diese Vorgehensweise ist jedoch mit Nachteilen behaftet, da die aus den Hopfenpellets austretenden Harze und Reststoffe im Lagertank schnell einen Bodensatz bilden und so der Stoffübergang verschlechtert wird.
Eine andere Methode zur Aromatisierung des Bieres ist das Einhängen von Säcken oder Körben, die mit Hopfenpellets gefüllt sind, in den Lagertank. Diese Methode wird jedoch bei wachsender Tankgröße immer ineffizienter, da sich zum einen das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen beim Scale-Up verschlechtert und zum anderen der Weg für die Diffusion der Aromastoffe aus der Feststoffmatrix heraus immer größer wird. Somit ist diese Methode für industrielle Anwendungen ungeeignet.
Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, Hopfenpellets in einem gesonderten Behälter, durch welchen die Brauflüssigkeit aus dem Tank in einem Kreislauf umgepumpt wird, aufzulösen und dabei die Aromastoffe aus den Hopfenpellets in das Bier zu transportieren. Die EP 2 500 408 A1 beschreibt eine solche Anlage und ein Verfahren zum Einbringen von Hopfen in einen Tank, wobei der Hopfen aus einem Hopfenvorlagebehälter in ein Mischgerät zugeführt wird, welches einen Zulauf und einen Ablauf für in einem Tank bevorratetes Bier aufweist. Das Bier aus dem Tank wird durch das Mischgerät gepumpt und im Mischgerät wird der zugeführte Hopfen mittels eines Mischwerkzeugs mechanisch zerkleinert. Durch die mechanische Zerkleinerung der Pellets ist zwar eine gute Stoffübertragung der Hopfenaromen in das Bier gegeben, die sehr fein zerkleinerten Feststoffe der Hopfenmatrix sind jedoch aufgrund der kleinen Partikelgrößen im nachfolgenden Filtrationsschritt nur sehr schwer abzuscheiden. Sei es durch Sedimentation oder Filtration.
Es sind andere Vorrichtungen und Verfahren bekannt, bei denen die Hopfenpellets in einem Behälter vorgelegt werden und der Behälter dann von der Brauflüssigkeit durchströmt wird. Hierbei ist jedoch nicht auszuschließen, dass aufgequollene Hopfenfragmente den Auslauf verstopfen oder auch große Hopfenfragmente mit ausgetragen werden, die dann im Lagertank schnell sedimentieren und zu dem bereits beschriebenen schlechten Stofffübergang führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Extrahieren von Aromastoffen aus festen pflanzlichen Aromaträgern anzugeben, das beziehungsweise die einen Stoffübergang der Aromastoffe aus den festen pflanzlichen Aromaträgern in die Brauflüssigkeit ohne zusätzlich angetriebene mechanische Hilfsmittel ermöglichen und dabei einen zuverlässigen Betrieb gewährleisten.
Der auf das Verfahren gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren zur Extraktion von Aromastoffen aus festen pflanzlichen Aromaträgern in einer Brauflüssigkeit ist ein Vorrat der Aromaträger in einem Prozessbehälter aufgenommen und wird von einer Brauflüssigkeit durchspült, wobei die Brauflüssigkeit den Prozessbehälter mit dem Vorrat der Aromaträger in zumindest einer turbulenten Wirbelströmung durchströmt.
Diese turbulente Wirbelströmung sorgt dafür, dass einerseits eine intensive Durchmischung der Aromaträger mit der Brauflüssigkeit erfolgt, was zu einer sehr wirkungsvollen Extraktion der Aromastoffe aus den Aromaträgern führt, und dass andererseits eine Propfenbildung der Aromaträger, insbesondere dann, wenn diese aufgequollen sind, zuverlässig verhindert wird. Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren dann anwendbar, wenn die festen pflanzlichen Aromaträger von gepressten Pellets, beispielsweise von Hopfenpellets, gebildet sind, die von der Brauflüssigkeit zum Quellen gebracht werden. In dieser Phase des Aufquellens der Pellets wird durch die turbulente Wirbelströmung eine Verklumpung und damit eine Propfenbildung vermieden, so dass die Pellets von der Brauflüssigkeit wirksam aufgelöst werden.
Vorzugsweise durchströmt die Brauflüssigkeit den Prozessbehälter mit dem Vorrat der Aromaträger in zwei einander entgegengesetzt gerichteten Strömungsrichtungen. Dieses Gegenstromprinzip sorgt für eine verbesserte Durchmischung der Aromaträger mit der Brauflüssigkeit, insbesondere dann, wenn im Anfangsstadium des Prozesses beim Einleiten der Brauflüssigkeit in den Vorrat von Aromaträgern diese mit dem steigenden Flüssigkeitsspiegel aufschwimmen.
Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Wirbelrichtungen der einander gegengesetzten Brauflüsskeitsströme ebenfalls zueinander entgegengesetzt gerichtet sind. Diese Einleitung der Brauflüssigkeit in den Vorrat der Aromaträger bewirkt, dass der eine Brauflüssigkeitsstrom im Uhrzeigersinn und der andere Brauflüssigkeitsstrom entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist, so dass sich die beiden entgegengesetzt drehenden und axial entgegengesetzt gerichteten Brauflüssigkeitsströme ineinander schrauben und dabei eine optimale Durchmischung der Brauflüssigkeit mit den Aromaträgern bewirken.
Der auf die Vorrichtung gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung mit den im Patentanspruch 4 angegebenen Merkmalen.
Diese Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus festen pflanzlichen Aromaträgern in einer Brauflüssigkeit ist versehen mit einem Prozessbehälter, der einen rohrförmigen Aufnahmeraum für die Aromaträger aufweist, welcher mit einer verschließbaren Einfüllöffnung versehen ist. Der Prozessbehälter weist zumindest einen Zulauf und zumindest einen Ablauf für die Brauflüssigkeit auf, wobei zwischen dem Aufnahmeraum und dem Ablauf eine Siebvorrichtung vorgesehen ist. Der zumindest eine Zulauf für die Brauflüssigkeit mündet tangential oder mit einer tangentialen Richtungskomponente in den Aufnahmeraum. Diese tangentiale Anordnung des Zulaufs für die Brauflüssigkeit bewirkt, dass die Brauflüssigkeit beim Einleiten in den Prozessbehälter und insbesondere in den Aufnahmeraum für die Aromaträger einen Drall erfährt, der zusammen mit der sich im Prozessbehälter ausbildenden Axialströmung zu einer Wirbelströmung wird. Diese Wirbelströmung sorgt, wie weiter oben bereits ausgeführt worden ist, für eine besonders wirksame Durchmischung der festen pflanzlichen Aromaträger mit der Brauflüssigkeit.
Vorzugsweise mündet der zumindest eine Zulauf in einem Winkel zur Längsachse des rohrförmigen Aufnahmeraums geneigt. Diese Neigung des Zulaufs in einem Winkel zur Längsachse führt dazu, dass der sich im Prozessbehälter und insbesondere im Aufnahmeraum ausbildende Brauflüssigkeitsstrom zusätzlich zu der durch den tangentialen Einlauf hervorgerufenen Rotationskomponente mit einer Axialkomponente beaufschlagt wird, wodurch die Durchmischung noch weiter verbessert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform mündet ein erster Zulauf im unteren Bereich des Aufnahmeraums im Wesentlichen tangential in den Aufnahmeraum und ein zweiter Zulauf mündet im oberen Bereich des Aufnahmeraums im Wesentlichen tangential in den Aufnahmeraum. Auf diese Weise wird die Brauflüssigkeit an zwei axial voneinander beabstandeten Orten in den Aufnahmeraum eingeleitet. Hierdurch wird erreicht, dass speziell beim Fluten des Aufnahmeraums mit Brauflüssigkeit die Bildung eines Pfropfens von mit dem ansteigenden Flüssigkeitsspiegel aufschwimmenden Aromaträgern wirksam unterbunden wird.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der erste, untere Zulauf schräg von unten in den Aufnahmeraum mündet und wenn der zweite, obere Zulauf schräg von oben in den Aufnahmeraum mündet. Hierdurch erhalten die beiden eingeleiteten Brauflüssigkeitsströme eine entgegengesetzte axial gerichtete Komponente, so dass die Durchmischung der mit steigendem Flüssigkeitsspiegel aufschwimmenden Aromaträger auch in Axialrichtung besonders zuverlässig erfolgt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass der erste, untere Zulauf und der zweite, obere Zulauf bezüglich einer die Längsachse des rohrförmigen Aufnahmeraums aufweisenden Mittelebene auf entgegengesetzten Seiten in den Aufnahmeraum münden, so dass die durch den ersten, unteren Zulauf einströmende Brauflüssigkeit und die durch den zweiten, oberen Zulauf einströmende Brauflüssigkeit in entgegengesetzten Rotationsrichtungen in den Aufnahmeraum einströmen. Diese Anordnung der beiden Zuläufe sorgt für die bereits beschriebene Ausbildung zweier sich ineinander schraubender Brauflüssigkeitsströme im Aufnahmeraum.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Siebvorrichtung von einem rohrförmigen Innenkörper mit einem Siebmantel gebildet ist, dass der Aufnahmeraum für die Aromaträger im Inneren des rohrförmigen Innenkörpers gebildet ist und dass der Auslauf mit einem den Siebmantel umgebenden Raum in Fluidverbindung steht. Die Brauflüssigkeitsströmung vom Aufnahmeraum zum Auslauf hin erfolgt dabei radial von innen nach außen durch den Siebmantel, wodurch eine große Sieboberfläche geschaffen ist und wodurch das Risiko des Zusetzens der Öffnungen des Siebmantels durch Partikel von Aromaträgern reduziert ist. Diese Ausführungform ist insbesondere bei sehr kleinen Anlagen sinnvoll, um eine Brückenbildung des Schüttgutes zu vermeiden, aber auch bei großen Anlagen, um dem Effekt entgegen zu wirken, dass sich beim Scale-Up das Verhältnis von Volumen zur Oberfläche verkleinert, da das Volumen beim Vergrößern mit der dritten Potenz, die Oberfläche aber nur mit der zweiten Potenz zunimmt.
Bei einer alternaltiven Lösung, bei der ebenfalls die Siebvorrichtung von einem rohrförmigen Innenkörper mit einem Siebmantel gebildet ist, ist der Aufnahmeraum für die Aromaträger von einem den Innenkörper umgebenden Raum gebildet und der Auslauf steht mit dem Innenraum des Innenkörpers in Fluidverbindung. Bei dieser Variante fließt die Brauflüssigkeit aus dem Aufnahmeraum für die Aromaträger zum Auslauf hin in radialer Richtung von außen nach innen. Dabei ist die Gefahr, dass sich die Öffnungen des Siebmantels mit Partikeln der Aromaträger zusetzen, allein deswegen schon herabgesetzt, weil durch die sich im Aufnahmeraum ausbildende Rotationsströmung und durch die damit verbundene Zentrifugalwirkung die Partikel der Aromaträger radial nach außen, also vom Siebmantel weg, gedrängt werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Siebmantel der Siebvorrichtung so gestaltet ist, dass nur sehr kleine, gut extrahierbare Feststoffpartikel passieren können.
Hinsichtlich einer guten Reinigbarkeit ist es vorteilhaft, wenn der Siebmantel als spiralgeschweißtes Spaltsieb ausgeführt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:
1 eine Prozessanlage mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus festen pflanzlichen Aromaträgern zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer Anlage für die Bierherstellung in einer Brauerei;
2 die in 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prozessbehälters einer Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus festen pflanzlichen Aromaträgern im Detail;
2a eine Abwandlung des Prozessbehälters der 2 mit geneigtem oberen Zulauf;
2b eine Abwandlung des Prozessbehälters der 2 mit geneigtem unterem Zulauf;
3 einen Horizontalschnitt durch den Prozessbehälter der 2 entlang der Linie III-III und
4 eine alternative Ausführungsform eines Prozessbehälters der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In 1 ist eine Prozessanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein Prozessbehälter 1 ist über eine obere Zuleitung 2 und eine untere Zuleitung 3 mit einem Vorratstank 4 verbunden, in welchem ein Vorrat einer Brauflüssigkeit 5 gespeichert ist. Eine Ablaufleitung 6 verbindet das untere Ende des Prozessbehälters 1 mit dem Vorratstank 4. Der Prozessbehälter 1 weist einen unteren Zulauf 11 mit einer unteren Zulauföffnung 110 und einen oberen Zulauf 12 mit einer oberen Zulauföffnung 120 sowie einen Ablauf 14 mit einer Ablauföffnung 140 auf. Die Zulauföffnungen 110, 120 sind in einem Gehäusemantel 10 des zylindrisch ausgebildeten Prozessbehälters 1 vorgesehen und die Ablauföffnung 140 befindet sich in der Bodenwand 102 des Prozessbehälters 1.
Des Weiteren ist ein Inertgasspeicher 7 vorgesehen, der über eine Inertgasleitung 70 mit der unteren Zulaufleitung 3 des Prozessbehälters 1 verbunden ist. Kurz vor der Verbindung der Inertgasleitung 70 mit der unteren Zulaufleitung 3 ist ein Absperrventil 72 in der Inertgasleitung 70 vorgesehen, mit welchem diese absperrbar ist und mit welchem der Inertgasstrom dosierbar ist.
Vor und hinter der Mündung der Inertgasleitung 70 in die untere Zulaufleitung 3 sind ein erstes unteres Zulaufventil 30 und ein zweites unteres Zulaufventil 32 in der Zulaufleitng 3 vorgesehen. Das erste untere Zulaufventil 30 ist in der Zulaufleitung 3 zwischen der Mündung der Inertgasleitung 70 in die Zulaufleitung 3 und der unteren Zulauföffnung 110 des Prozessbehälters 1 angeordnet. Das zweite untere Zulaufvenil 32 ist zwischen der Mündung der Inertgasleitung 70 in die untere Zulaufleitung 3 und einem Verzweigungspunkt 20 vorgesehen, in welchem sich eine von einem unteren Auslauf 40 des Vorratsbehälters 4 ausgehende gemeinsame Zulaufleitung 8 in die untere Zulaufleitung 3 und die obere Zulaufleitung 2 verzweigt. Vom Verzweigungspunkt 20 geht eine Abflussleitung 34 aus, die über ein Ventil 36 absperrbar ist und die zum Entleeren des Prozessbehälters 1 durch die untere Zulaufleitung 3 dient.
Die obere Zulaufleitung 2 ist über ein als Absperr- und/oder Dosierventil ausgebildetes oberes Zulaufventil 22 mit der oberen Zulauföffnung 120 des Prozessbehälters 1 verbunden und bildet so den oberen Zulauf 12 des Prozessbehälters 1. Auch die obere Zulaufleitung 2 ist mit einem Ablassventil 24 versehen, mit welchem die obere Zulaufleitung 2 entlüftet und entleert werden kann.
Die vom Vorratstank 4 ausgehende gemeinsame Zulaufleitung 8 ist mittels eines Absperr- und/oder Dosierventils 80 an den unteren Auslauf 40 des Vorratsbehälters 4 angeschlossen. Weiterhin ist in der gemeinsamen Zulaufleitung 8 eine Pumpe 82 vorhanden, mit der Brauflüssigkeit 5 aus dem Vorratstank 4 durch die gemeinsame Zulaufleitung 8, die untere Zulaufleitung 3 und die obere Zulaufleitung 2 in den Prozessbehälter 1 eingeleitet werden kann.
Die Ablaufleitung 6 ist über ein Absperrventil 60 mit einer Ablauföffnung 140 des Prozessbehälters 1 verbunden. Im Inneren des Prozessbehälters 1 ist eine Siebvorrichtung 13 vorgesehen, die ein mit der Ablauföffnung 140 verbundenes inneres Ablaufrohr 130 mit einem Siebmantel 132 aufweist. Die Ablaufleitung 6 führt zurück zum Vorratstank 4, an welchen sie mittels eines Absperrventils 62 angeschlossen ist, wobei das Absperrventil 62 die Ablaufleitung 6 mit einem vorhandenen Steigrohr 42 im Vorratstank 4 verbindet, so dass die durch die Ablaufleitung 6 zurückgeführte Brauflüssigkeit im Vorratstank 4 nach oben, also vom unteren Auslauf 40 des Vorratstanks 4 weg, geleitet wird. Ein derartiges Steigrohr 6 ist üblicherweise in einem als Gärtank genutzten Vorratstank 4 einer Brauanlage vorhanden und bildet dort mit seinem offenen oberen Ende einen oberen Auslauf 43. Dieser obere Auslauf 43 wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Einlass für die vom Prozessbehälter 1 rückgeführte Brauflüssigkeit in den Vorratstank 4 genutzt. Diese Rückführung der Brauflüssigkeit durch den oberen Auslauf 43 des Vorratstanks 4 bewirkt eine effiziente Durchmischung des Vorrats an Brauflüssigkeit 5 im Vorratstank 4 und verhindert, dass die aus dem Prozessbehälter 1 zurückgeführte Brauflüssigkeit unmittelbar durch den unteren Auslauf 40 des Vorratstanks 4 wieder in den Prozessbehälter 1 zurückgeführt wird. Durch Zugabe von Inertgas in die Leitung 6 über einen nicht dargestellten Weg, kann der Verteilung der Hopfensuspension im Vorratstank 4 weiter verbessert werden. Insbesondere bei großen und hohen Vorratstanks ist dies vorteilhaft.
Der Prozessbehälter 1, dessen Aufbau im Einzelnen weiter unten noch beschrieben werden wird, ist an seiner Oberseite mit einem schwenkbaren Deckel 16 versehen, der eine obere Einfüllöffnung 15 verschließt. Durch diese Einfüllöffnung 15 können pflanzliche Aromaträger 9, beispielsweise Hopfenpellets oder Hopfendolden, in einen im Inneren des Prozessbehälters 1 ausgebildeten und das Ablaufrohr 130 umgebenden, ringförmigen Aufnahmeraum 18 eingefüllt werden.
In 2 ist der Prozessbehälter 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht dargestellt.
Der Prozessbehälter 1 ist mit einer zylindrischen Außenwand 100 versehen, die den ringrohrförmigen Aufnahmeraum 18 radial nach außen begrenzt. Radial nach innen wird der ringrohrförmige Aufnahmeraum 18 vom Siebmantel 132 des zentral angeordneten inneren Ablaufrohrs 130 begrenzt. Das innere Ablaufrohr 130 und die zylindrische Außenwand 100 des Prozessbehälters 1 sind daher koaxial zueinander und zur Längsachse Z des Prozessbehälters 1 angeordnet. An seinem axial unteren Ende ist der Prozessbehälter 1 von einer Bodenwand 102 begrenzt, die die zentrale Ablauföffnung 140 aufweist. An seinem oberen Ende ist der Prozessbehälter 1 mit der oberen Einfüllöffnung 15 versehen, die mittels des schwenkbaren Deckels 16 gas- und flüssigkeitsdicht verschließbar ist.
Der obere Zulauf 12 weist ein mit dem oberen Zulaufventil 22 verbundenes oberes Zulaufrohr 122 auf, welches mit dem Rand der oberen Zulauföffnung 120 verbunden ist. Das obere Zulaufrohr 122 verläuft in einer Ebene, die rechtwinklig zur Längsachse Z liegt, und mündet tangential oder in etwa tangential in den im Prozessbehälter 1 ausgebildeten Aufnahmeraum 18, wie in 3 zu sehen ist. Die durch den oberen Zulauf 12 in den Aufnahmeraum 18 des Prozessbehälters 1 eingeleitete Flüssigkeit strömt somit im Aufnahmeraum 18 entgegen dem Uhrzeigersinn in der Darstellung der 3.
Der untere Zulauf 11 weist ein unteres Zulaufrohr 112 auf, welches sich vom ersten unteren Zulaufventil 30 zum Prozessbehälter 1 erstreckt und dort mit dem Rand der unteren Zulauföffnung 110 verbunden ist. Auch das untere Zulaufrohr 112 verläuft in einer Ebene, die sich rechtwinklig zur Längsachse Z erstreckt, und es mündet ebenfalls tangential in den Aufnahmeraum 18 des Prozessbehälters 1, wie in 3 zu sehen ist. Allerdings liegt die Mündung des unteren Zulaufs 11 bezüglich einer die Längsachse Z des Prozessbehälters 1 und des rohrförmigen Aufnahmeraums 18 aufweisenden Mittelebene E auf einer zur Mündung des oberen Zulaufs 12 entgegengesetzten Seite. Diese Anordnung des unteren Zulaufs 11 bewirkt, dass durch den unteren Zulauf in den Prozessbehälter 1 und damit in den Aufnahmeraum 18 eingeleitete Flüssigkeit im Uhrzeigersinn gemäß der Darstellung der 3 strömt.
Der Ablauf 14 des Prozessbehälters 1 ist versehen mit einem äußeren Ablaufrohr 142, das mit dem Rand der Ablauföffnung 140 verbunden ist und das von dort zum Ablaufventil 60 verläuft. Das äußere Ablaufrohr 142 erstreckt sich koaxial zur Achse Z und setzt das innere Ablaufrohr 130 nach unten fort.
2a und 2b zeigen eine Abwandlung des in 2 dargestellten Prozessbehälters. Das untere Zulaufrohr 112' mündet bei dieser Abwandlung, unter einem Winkel α₁ zu einer rechtwinklig zur Längsachse Z verlaufenden Ebene E₁ geneigt, schräg von unten in den Aufnahmeraum 18 und damit in den Prozessbehälter 1 (2b). Das obere Zulaufrohr 122' mündet, unter einem Winkel α₂ zu einer rechtwinklig zur Längsachse Z verlaufenden Ebene E₂ geneigt, schräg von oben in den Aufnahmeraum 18 und damit in den Prozessbehälter 1 (2a). Die Neigungswinkel α₁ und α₂ liegen bevorzugt im Bereich von 15° bis 30°.
Auch bei dieser Variante der 2a und 2b münden das obere Zulaufrohr 122' und das untere Zulaufrohr 112' analog der Darstellung in 3 tangential oder mit einer tangentialen Richtungskomponente in den Prozessbehälter 1.
Eine abgewandelte Ausführungsform des in 2 dargestellten Prozessbehälters ist in 4 wiedergegeben. Der hier gezeigte Prozessbehälter 201 ist bezüglich der Ausführungsform der 2 invers aufgebaut, das heisst, dass der Prozessbehälter 201 einen zentral gelegenen Aufnahmeraum 218 für die pflanzlichen Aromaträger aufweist, der von einem Aufnahmerohr 230 gebildet ist, welches an seinem Außenumfang von einem Siebmantel 232 begrenzt ist und welches im Inneren des in Radialrichtung von einem zylindrischen Gehäusemantel 202 begrenzten Prozessbehälters 201 koaxial zu diesem und zur Längsachse Z' angeordnet ist.
Das eine Siebvorrichtung 220 bildende innen gelegene Aufnahmerohr 230 ist somit von einem Ringraum 219 umgeben, der zu einem unteren Sammeltrichter 217 führt, welcher den Boden des Prozessbehälters 201 bildet und an seinem unteren verjüngten Ende die Ablauföffnung 240 aufweist, die zusammen mit dem äußeren Ablaufrohr 242 den Ablauf 204 des Prozessbehälters 201 bildet.
Die obere Stirnwand des Prozessbehälters 201 ist mit einer zentralen Einfüllöffnung 225 versehen, deren Rand mit dem Siebmantel 232 verbunden ist und die mittels eines Deckels 226 gas- und flüssigkeitsdicht verschließbar ist und so einen Zugang zum zentralen Aufnahmeraum 218 für die pflanzlichen Aromaträger bildet.
Sowohl der obere Zulauf 212 als auch der untere Zulauf 210 sind wie im Beispiel der 2 mit einem oberen Zulaufrohr 213 beziehungsweise einem unteren Zulaufrohr 215 versehen, die in den Aufnahmeraum 218 des Prozessbehälters 201 münden. Dazu durchdringt das obere Zulaufrohr 213 den zylindrischen Außenmantel 202 des Prozessbehälters 201 und ist mit dem Rand einer oberen Zulauföffnung 214 im Siebmantel 232 des Aufnahmerohrs 230 verbunden. Analog dazu durchdringt das untere Zulaufrohr 215 des unteren Zulaufs 210 ebenfalls den Außenmantel 202 des Prozessbehälters 201 und ist mit dem Rand einer unteren Zulauföffnung 216 im Siebmantel 232 des Aufnahmerohrs 230 verbunden.
Auch bei der in 4 gezeigten alternativen Ausführungsform münden die Zulaufrohre 213 und 215 analog der in 3 gezeigten Ausführung auf unterschiedlichen Seiten der Mittelebene E tangential oder nahezu tangential in den Aufnahmeraum 218, so dass sich auch bei dieser Variante zwei in der Drehrichtung entgegengesetzte Rotationsströmungen im Aufnahmeraum 218 ausbilden.
Des Weiteren kann bei der in 4 gezeigten Variante auch eine Abwandlung analog der 2a und 2b vorgesehen sein, das heisst, dass auch die Zulaufrohre 213 beziehungsweise 215 in der Weise geneigt sein können, wie dies in Verbindung mit der Ausführungsform in den 2a und 2b gezeigt und beschrieben worden ist.
Auch wenn bei den vorgenannten Beispielen zylindrische Querschnitte für den Prozessbehälter 1 und das innere Ablaufrohr 130 beziehungsweise das innere Aufnahmerohr 230 beschrieben worden sind, so ist die Erfindung nicht auf kreiszylindrische Querschnitte beschränkt. Genausogut können diese Querschnitte elliptisch oder auch polygonal ausgebildet sein.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend anhand der 1 näher erläutert.
Bevor die Brauflüssigkeit in den Prozessbehälter 1 eingeleitet wird, wird Inertgas aus dem Inertgasbehälter 7 durch die Inertgasleitung 70 und die untere Zulaufleitung 3 in den Prozessbehälter 1 eingeleitet. Dieses Inertgas verdrängt dabei die Luft aus dem Prozessbehälter 1, welche durch die obere Zulaufleitung 2 und das dortige geöffnete Ablassventil 24 ausströmt. Auf diese Weise können sowohl der Prozessbehälter 1 als auch die untere Zulaufleitung 3 und die obere Zulaufleitung 2 so lange mit dem Inertgas, beispielsweise mit Kohlendioxyd, gespült werden, bis die sauerstoffhaltige Luft aus dem System entwichen ist. Diese Reduzierung des Sauerstoffgehalts im Leitungssystem ist dann vorteilhaft, wenn die Brauflüssigkeit durch Reaktion mit Sauerstoff beeinträchtigt werden kann, was beispielsweise beim Bierherstellungsprozess der Fall ist.
Ist die sauerstoffhaltige Luft aus dem System verdrängt worden, so wird der Prozessbehälter 1 über die untere Zulaufleitung 3 bei geöffneten Ventilen 30, 32 mit der aus dem Vorratstank 4 abgepumpten Brauflüssigkeit 5 durch die gemeinsame Zulaufleitung 8 beschickt, wobei das Absperrventil 60 der Ablaufleitung 6 geschlossen ist. Bei diesem Befüllungsvorgang ist das Auslassventil 24 in der oberen Zulaufleitung geöffnet, so dass das Gas aus dem System entweichen kann.
Wenn der Prozessbehälter 1 mit der Brauflüssigkeit 5 befüllt worden ist, werden das Ablassventil 24 in der oberen Zulaufleitung 2 und auch das obere Zulaufventil 22 in der oberen Zulaufleitung 2 geschlossen und das Ablaufventil 60 wird geöffnet. Die durch den tangentialen unteren Zulauf 11 unter dem von der Pumpe 82 aufgebauten Druck einströmende Brauflüssigkeit wird im Inneren des Prozessbehälters 1 in Rotation versetzt und bildet so eine Wirbelströmung aus, die die im Aufnahmeraum 18 des Prozessbehälters 1 aufgenommene Brauflüssigkeit 5A mit den anfänglich auf dem Flüssigkeitsspiegel der Brauflüssigkeit 5A schwimmenden Aromaträgern 9 vermischt.
Diese Aromaträger 9 sind Feststoffe, die durch die rotierende Strömung in Bewegung gebracht und gehalten werden und die sich an der Außenwand des Aufnahmeraums 18 sammeln, so dass die Sieböffnungen im zentralen inneren Ablaufrohr 130 des Prozessbehälters 1 nicht durch die Feststoffe verschlossen und blockiert werden, so dass ein ungehindertes Abfließen der Brauflüssigkeit durch das innere Ablaufrohr 130 und das äußere Ablaufrohr 142 in die Ablaufleitung 6 gewährleistet ist.
Bei hoher Beladung des Prozessbehälters 1 mit pflanzlichen Aromaträgern 9 wird zusätzlich das obere Zulaufventil 22 in der oberen Zulaufleitung 2 geöffnet und die aus dem Vorratstank 4 zugeführte Brauflüssigkeit wird zusätzlich zur beschriebenen unteren Einleitung auch durch den oberen Zulauf 12 in den Prozessbehälter 1 eingeleitet. Dadurch entsteht im Prozessbehälter 1 eine der ersten, von unten nach oben gerichteten Brauflüssigkeitsströmung entgegengesetzte, von oben nach unten gerichtete zweite Brauflüssigkeitsströmung, die aufgrund der beschriebenen Ausgestaltung des oberen Zulaufs eine entgegengesetzte Rotationsrichtung aufweist. Diese beiden Brauflüssigkeitsströmungen schrauben sich quasi ineinander und verwirbeln dabei besonders intensiv die pflanzlichen Aromaträger, also die Feststoffe, im Brauflüssigkeitsvorrat 5A im Aufnahmeraum 18, so dass im Betrieb die Bildung einer Schwimmdecke der pflanzlichen Aromaträger 9 – wie sie beim langsamen Befüllen des Prozessbehälters auftritt und in 1 beispielhaft dargestellt ist – vermieden wird. Durch diese entgegengesetzt strömenden und sich gegenläufig ineinander schraubenden Brauflüssigkeitsströmungen entsteht im Bereich von deren Aufeinandertreffen eine stark verwirbelte Strömungszone, in der eine besonders gute Durchmischung der von den pflanzlichen Aromaträgern 9 gebildeten Feststoffe mit dem Brauflüssigkeitsvorrat 5A auftritt und in welcher das Auflösen der Feststoffe in der Brauflüssigkeit 5A positiv beeinflusst und beschleunigt wird.
Der Siebmantel 132, 232 der Siebvorrichtung 13, 220 ist so gestaltet, dass nur sehr kleine, gut extrahierbare Feststoffpartikel passieren können. Die Siebform des Siebmantels 132, 232 ist nicht auf ein Lochsieb beschränkt. Der Siebmantel 132, 232 kann auch jede andere geeignete Gestalt eines Siebes aufweisen. Insbesondere kann der Siebmantel 132, 232 auch als sogenanntes spiralgeschweißtes Spaltsieb ausgeführt sein. Diese Ausführung besitzt den Vorteil einer guten Reinigbarkeit.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
Bezugszeichenliste

1: Prozessbehälter
2: obere Zulaufleitung
3: untere Zulaufleitung
4: Vorratstank
5, 5A: Brauflüssigkeit
6: Ablaufleitung
7: Inertgasspeicher
8: gemeinsame Zulaufleitung
9: Aromaträger
10: Gehäusemantel
11: unterer Zulauf
12: oberer Zulauf
13: Siebvorrichtung
14: Ablauf
15: Einfüllöffnung
16: Deckel
18: Aufnahmeraum
20: Verzweigungspunkt
22: oberes Zulaufventil
24: Ablassventil
30: erstes unteres Zulaufventil
32: zweites unteres Zulaufventil
34: Abflussleitung
36: Ventil
40: unterer Auslauf des Vorratstanks
42: Steigrohr
43: oberer Auslauf des Vorratstanks
60: Absperrventil am Ablauf des Prozessbehälters
62: Absperrventil am Steigrohr des Vorratsbehälters
70: Inertgasleitung
72: Inertgasventil
80: Absperrventil am unteren Auslauf des Vorratsbehälters
82: Pumpe
102: Bodenwand
112, 112': unteres Zulaufrohr
122, 122': oberes Zulaufrohr
130: inneres Ablaufrohr
132: Siebmantel
140: Ablauföffnung
142: äußeres Ablaufrohr
201: Prozessbehälter
202: Gehäusemantel
203: obere Stirnwand des Prozessbehälters
204: Ablauf
210: unterer Zulauf
212: oberer Zulauf
213: oberes Zulaufrohr
214: obere Zulauföffnung
215: unteres Zulaufrohr
216: untere Zulauföffnung
217: Sammeltrichter
218: Aufnahmeraum
219: Ringraum
220: Siebvorrichtung
225: Einfüllöffnung
226: Deckel
230: Aufnahmerohr
232: Siebmantel
240: Ablauföffnung
242: äußeres Ablaufrohr
Z, Z': Längsachse
E: Mittelebene
E₁, E₂: horizontale Ebenen
α₁, α₂: Neigungswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2500408 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Extraktion von Aromastoffen aus festen pflanzlichen Aromaträgern in einer Brauflüssigkeit, insbesondere in Bier, wobei ein Vorrat der Aromaträger in einem Prozessbehälter (1) aufgenommen ist und von der Brauflüssigkeit durchspült wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brauflüssigkeit den Prozessbehälter (1) mit dem Vorrat der Aromaträger (9) in zumindest einer turbulenten Wirbelströmung durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brauflüssigkeit den Prozessbehälter (1) mit dem Vorrat der Aromaträger (9) in zwei einander entgegengesetzt gerichteten Strömungsrichtungen durchströmt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelrichtungen der einander entgegengesetzten Brauflüssigkeitsströme ebenfalls zueinander entgegengesetzt gerichtet sind.
Vorrichtung zur Extraktion von Aromastoffen aus festen pflanzlichen Aromaträgern, insbesondere von Presskörpern, in einer Brauflüssigkeit, insbesondere in Bier, mit einem Prozessbehälter (1), der einen rohrförmigen Aufnahmeraum (18; 218) für die Aromaträger (9) mit einer verschließbaren Einfüllöffnung (15; 225), zumindest einen Zulauf (11, 12; 210, 212) und zumindest einen Ablauf (14; 204) für die Brauflüssigkeit aufweist, wobei eine Siebvorrichtung (13; 220) zwischen dem Aufnahmeraum (18; 218) und dem Ablauf (14; 204) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Zulauf (11, 12; 210, 212) für die Brauflüssigkeit tangential oder mit einer tangentialen Richtungskomponente in den Aufnahmeraum (18; 218) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Zulauf (11, 12; 210, 212) in einem Winkel (α₁, α₂) zur Längsachse (Z; Z') des rohrförmigen Aufnahmeraums (18, 218) geneigt in diesen mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zulauf (11; 210) im unteren Bereich des Aufnahmeraums (18; 218) im Wesentlichen tangential in den Aufnahmeraum (18; 218) mündet und dass ein zweiter Zulauf (12; 212) im oberen Bereich des Aufnahmeraums (18; 218) im Wesentlichen tangential in diesen mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, untere Zulauf (11; 210) schräg von unten in den Aufnahmeraum (18; 218) mündet und dass der zweite, obere Zulauf (12; 212) schräg von oben in den Aufnahmeraum (18; 218) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, untere Zulauf (11; 210) und der zweite, obere Zulauf (12; 212) bezüglich einer die Längsachse (Z; Z') des rohrförmigen Aufnahmeraums (18; 218) aufweisenden Mittelebene (E) auf entgegengesetzten Seiten in den Aufnahmeraum (18; 218) münden, so dass die durch den ersten, unteren Zulauf (11; 210) einströmende Brauflüssigkeit und die durch den zweiten, oberen Zulauf (12; 212) einströmende Brauflüssigkeit in entgegengesetzten Rotationsrichtungen in den Aufnahmeraum (18; 218) einströmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, – dass die Siebvorrichtung (220) von einem rohrförmigen Innenkörper mit einem Siebmantel (232) gebildet ist, – dass der Aufnahmeraum (218) für die Aromaträger (9) im Inneren des rohrförmigen Innenkörpers gebildet ist und – dass der Auslauf (204) mit einem den Siebmantel (232) umgebenden Raum (219) in Fluidverbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, – dass die Siebvorrichtung (13) von einem rohrförmigen Innenkörper mit einem Siebmantel (132) gebildet ist, – dass der Aufnahmeraum (18) für die Aromaträger (9) von einem den Innenkörper umgebenden Raum gebildet ist und – dass der Auslauf (14) mit dem Innenraum des Innenkörpers in Fluidverbindung steht.